- •Окислительно-восстановительные реакции.
- •Составление уравнений овр.
- •Двойной электрический слой. Окислительно-восстановительный (электродный) потенциал.
- •2. Гальванические элементы. Электродвижущая сила (э.Д.С.) и ее измерение.
- •Окислительно-восстановительная способность двух форм электрохимической системы.
- •Эдс как количественная характеристика возможности протекания окислительно-восстановительного процесса.
- •Уравнение Нернста.
- •Уравнения электродного потенциала.
- •1.Взаимодействие металлов с кислотами, в которых окислитель – катион водорода.
- •2.Взаимодействие металлов с водой.
- •3.Взаимодействие металлов с растворами щелочей.
- •4.Взаимодействие металлов с концентрированной серной кислотой.
- •5.Взаимодействие металлов с азотной кислотой (разб. И конц.).
- •Взаимодействие металлов с растворами солей.
- •Взаимодействие концентрированной серной с неметаллами-восстановителями.
- •Взаимодействие азотной кислоты с неметаллами
- •Окислительно-восстановительные свойства воды.
- •Взаимодействие металлов с кислородом, азотом, водородом и углеродом.
- •Взаимодействие металлов с кислородом и образование оксидной пленки.
- •Взаимодействие металлов с азотом.
- •Коррозия металлов
- •Газовая коррозия
- •Образование оксидной пленки на металлах
- •Атмосферная коррозия
- •Электрохимическая коррозия
- •Методы защиты от коррозии.
- •1. Модификация самого металла:
- •2.Отделение (предохранение) металла от окружающей среды с помощью защитных покрытий.
- •3.Электрохимические методы защиты (суть – заставить разрушаться болванкам).
- •4.Химическая обработка для повышения коррозионной стойкости (пассивация поверхности металла) - то, что не использовалось в выше приведенных методах, часто в расплавах или при повышенных температурах.
- •5.Специальная обработка электролита или среды, в которой находится металл (удаление или уменьшение концентрации веществ, вызывающих коррозию).
- •Измерение э.Д.С. Химических источников тока.
- •Виды электродов
- •Обратимые электроды
- •Электроды 1-го рода — электроды, состоящие из металла, погруженного в раствор его соли;
- •Ионоселективные мембранные электроды.Электроды с ионообменной мембраной с фиксированными зарядами — стеклянный электрод;
- •Химические источники электрической энергии (хиээ)
- •Аккумуляторы.
- •Типы аккумуляторов
- •Свинцово-кислотные аккумуляторы.
- •Принцип действия
- •Устройство
- •Литий-ионные аккумуляторы.
- •Литиевые элементы различных электрохимических систем
- •Электролиз.
- •Законы электролиза м. Фарадея.
- •Практическое применение электролиза.
- •Электрофорез и электродиализ.
- •Металлы и сплавы.
- •Классификация металлов.
- •Основные методы получения металлов.
- •Получение металлов высокой чистоты.
- •Металлы и сплавы
- •Введение
- •1. Методы аналитической химии
- •2. Классификация химических и физико-химических методов
- •3. Качественный анализ
- •3.1. Методика проведения качественного анализа
- •3.2. Лабораторные работы по теме «Качественный анализ» Лабораторная работа №1 Химический анализ природной воды
- •Лабораторная работа №2 Анализ металлов и сплавов
- •4. Количественный анализ
- •4.1. Титриметрические методы анализа
- •4.2. Расчеты в титриметрическом методе анализа
- •4.3. Методика выполнения титриметрического анализа
- •4.4. Метод кислотно-основного титрования
- •4.5. Общие представления о других методах титриметрического анализа
- •4.6. Лабораторные работы по теме «Количественный анализ» Лабораторная работа №1 Определение концентрации гидроксида натрия в растворе
- •Лабораторная работа № 2 Анализ воды на ионы хлора методом аргентометрического титрования
- •5. Физико-химический анализ
- •5.1.Термический анализ
- •5.2. Диаграмма плавкости двух металлов с неограниченной растворимостью в жидком и полной нерастворимостью в твердом состоянии
- •5.3. Диаграмма плавкости двух металлов, образующих химическое соединение
- •5.4. Диаграмма плавкости двух металлов, образующих непрерывный ряд твердых растворов
Лабораторная работа №2 Анализ металлов и сплавов
Цель работы: Установление химического состава металлического сплава, содержащего от одного до трех компонентов методом качественного анализа.
Необходимое оборудование: пробирки емкостью 8-10мл, применяемые для макроанализа, штатив для пробирок, керамические тигель для прокаливания, штатив с кольцом и треугольная подставка под тигель, которая устанавливается на кольцо, газовая горелка, фарфоровые чашки и щипцы тигельные, фильтровальная бумага.
Необходимые реактивы: растворы кислот HCl, H2SO4, HNO3 – разбавленные (1н. или 2н.) и концентрированные (находятся в вытяжном шкафу), NaОН (разб. и конц.), Na2HРО4, NH4ОН (разб. и конц.), NH4Cl (разб. и конц.), Na2SO4, Na2S, Cо(NO3)2, спиртовой раствор ализарина, металлы (в виде стружки, мелких кусочков или гранул): алюминий, цинк, свинец, олово, магний, кадмий, медь и два сплава меди.
При анализе сплавов важно отношение сплава к действию растворителя, которое определяется свойствами основного компонента сплава. В аналитической химии сплавы подразделяются на 4 группы.
Первая группа – сплавы железа. Значение электродного потенциала Е0(Fe2+/Fe0) = -0, 44В, поэтому сплавы железа растворяются в разбавленной и концентрированной HCl, а также в разбавленных H2SO4 и HNO3. Некоторые сплавы на основе железа, содержащие хром, вольфрам, ванадий, молибден и некоторые другие металлы, требуют кипячения в «царской водке» (1объем HNO3 + 3объема HCl) или смесях кислот, а иногда даже сплавления с пероксидом натрия Na2O2 или щелочами.
Вторая группа - сплавы меди. Значение электродного потенциала Е0(Cu2+/Cu0) = +0,34В, поэтому сплавы на основе меди не взаимодействуют с хлороводородной и разбавленной серной кислотах. Растворяют такие сплавы в разбавленной и концентрированной азотной кислоте.
Третья группа – сплавы алюминия и магния, которые хорошо растворимы в любых кислотах. Амфотерные металлы (Al, Sn, Zn и др.), входящие в состав сплава, а также кремний, растворяют в щелочах:
2Al + 2NaОН + 6Н2О = 2Na[Al(ОН)4] + 3Н2↑
Zn + 2NaОН + 2Н2О = Na2[Zn(ОН)4] + Н2↑
Другие компоненты сплава остаются в осадке в виде свободных металлов или, частично, в виде гидроксидов (их можно растворить в азотной кислоте и проводить анализ раствора).
Четвертая группа - сплавы свинца и олова, нерастворимые в разбавленных HCl и H2SO4, так как в этих кислотах образуются плохо растворимые соединения сульфатов и хлоридов свинца и олова. Для растворения этих сплавов применяют азотную кислоту, например:
Pb + (конц.)4HNO3 = Pb(NO3)2 + 2NO2↑ + 2Н2О
Sn + (конц.)4HNO3 = H2SnO3↓ + 4NO2↑ + Н2О
осадок -β-оловянной кислоты
При анализе сплавов необходимо обращать внимание на интенсивность окраски и количество осадков, выпадающих в реакциях. Все зависит от того, какого компонента в сплаве больше: например, есть сплавы меди, содержащие свинец, а есть сплавы на основе свинца, содержащие медь.
Методика выполнения работы.
Суть работы сводиться к тому, что металл под действием растворителя - растворов NH4Cl(конц.), NaОН ( конц.), HCl (разб. и конц.), HNO3(разб. и конц.) окисляют, и с помощью характерных реакций открытия ионов доказывают наличие тех или иных катионов. Растворение металлов во всех случаях ведут при слабом нагревании в течение 3-5 минут в 1-2 мл растворителя. С концентрированными кислотами работать только в вытяжном шкафу, соблюдая особую осторожность!
Для открытия катиона магния кусочек металла растворяют в концентрированном растворе хлорида аммония. Взаимодействие магния с раствором NH4Cl объясняется частичным гидролизом с образованием слабокислой среды и последующим взаимодействием магния с хлороводородной кислотой. Интенсивное выделение выделение водорода дает основание предположить, что это магний (алюминий очень медленно взаимодействует с раствором хлорида аммония). Часть полученного раствора (1-2 мл) разбавляют примерно 1 мл воды, добавляют 1 мл разбавленной НСl и проводят реакцию открытия ионов магния по реакции с помощью раствора Na2HРО4 в присутствии разбавленных растворов хлорида аммония и гидроксида аммония. Образованием белого мелкокристаллического осадка двойной соли MgNH4PO4 подтверждает наличие катионов магния.
Если магний не обнаружен, к следующему кусочку металла приливают концентрированный раствор NaОН и осторожно нагревают до начала реакции. Обильное выделение водорода возможно в случае алюминия. Цинк менее активно взаимодействует со щелочью, а олово и свинец растворяются чрезвычайно медленно. В случае растворения металла в щелочи проводят качественные реакции на алюминий и цинк.
Для открытия катиона алюминия кусочек металла растворяют в разбавленной НСl, и обнаруживают алюминий, нанося на фильтровальную бумагу каплю полученного раствора и каплю раствора ализарина в парах концентрированного раствора аммиака. Если подсушить бумагу над пламенем горелки, то аммиак улетучивается, и фиолетовая окраска ализарина заменяется бледно-желтой, на фоне которой видно розовато-красное пятно, что свидетельствует о наличие катиона алюминия, т. к. ализарин образует с гидроксидом алюминия труднорастворимое соединение красного цвета.
Для открытия катиона цинка два кусочка металла растворяют в разбавленной азотной кислоте. Смачивают фильтровальную бумагу полученным раствором нитрата цинка, наносят 2-3 капли разбавленного раствора нитрат кобальта (II) и прокаливают бумагу в тигле, используя треугольную подставку под тигель, которая устанавливается на кольцо штатива. (Прокаливание проводить в вытяжном шкафу; тигель придерживать тигельными щипцами!). При наличии катиона цинка пепел окрашивается в зеленый цвет за счет образования цинката кобальта (II) – СoZnO2, так называемая «Зелень Римана», по реакции:
Zn(NO3)2 + Cо(NO3)2 = СoZnO2 + 4NO2 + O2
Если магний, алюминий и цинк не обнаружены, растворяют следующие кусочки металла в разбавленной HNO3 - для обнаружения свинца и меди; и в концентрированной HNO3 – для обнаружения олова. Для растворения кадмия используют концентрированную НСl.
Для открытия катиона свинца часть полученного после взаимодействия свинца с азотной кислотой раствора Рb(NO3)2 отливают в другую пробирку и добавляют сульфат натрия. Выпавший белый осадок PbSO4 свидетельствует о том, что растворенный металл – свинец.
Для открытия катиона меди используют реакцию взаимодействия полученного после растворения в азотной кислоте голубого раствора Cu(NO3)2 с разбавленным раствором гидроксида аммония. Образовавшийся осадок гидроксида меди (II) затем образует темно-синий раствор комплексного аммиаката меди – гидроксида тетраамминомеди (II):
Cu(OН)2 + 4NН4ОН = Cu(NH3)4(OН)2 + 4Н2O
Для открытия катиона олова 1-2 кусочка металла осторожно растворяют в концентрированной азотной кислоте. Растворение проводят в вытяжном шкафу. После протекания реакции в пробирку сразу же налить воды, чтобы предотвратить попадание в атмосферу ядовитого бурого газа – диоксида азота. При наличии олова образуется желтовато-белый осадок -оловянной кислоты, не растворяющейся после разбавления раствора. Если исследуемый кусочек металла – сплав меди с оловом (бронза), то при растворении в соответствии с пунктами 6 и 7 обнаруживаются катионы меди и олова.
Для открытия катиона кадмия в растворе 1-2 кусочка металла (осторожно, в вытяжном шкафу!) растворяют в концентрированной HCl. Часть полученного раствора отливают в другую пробирку и добавляют по каплям при постоянном встряхивании пробирки разбавленный раствор NaOH до появления легкого помутнения, а затем приливают раствор сульфида натрия. Щелочь добавляется для нейтрализации избытка соляной кислоты. В щелочной среде в присутствии ионов Сd2+, в зависимости от количества добавленной щелочи, образуется желтый или желто-оранжевый осадок сульфида кадмия СdS.
После выполнения работы необходимо составить отчет. Для каждого металла написать реакцию с растворителем, под действием которого металл окисляется и переводится в раствор в виде катиона металла. Затем привести реакцию, доказывающую наличие катиона металла в данном растворе и указать идет она или не идет.
Методика проведения анализа неизвестного сплава изложена в методическом описании «Анализ металлов», которое выдается студенту на время проведения лабораторной работы. Перед написанием отчета по лабораторной работе студенту следует повторить темы: «Окислительно-восстановительные реакции» и «Взаимодействие металлов с водой, кислотами и водными растворами щелочей и солей». В окислительно-восстановительных реакциях необходимо расставить коэффициенты в соответствии с предварительно составленными уравнениями электронного или ионно-электронного баланса (по требованию преподавателя).