Тема занятия № 12-13 Элементы IVА и VА группы Цель занятия

Тема занятия № 12-13
Элементы IVА и VА группы
Цель занятия: сформировать представление о роли биогенных p – элементов. Научиться
применять учебный материал в своей будущей профессии.
Сделайте записи в рабочей тетради по плану:

дата

номер занятия

тема занятия

цель занятия

основные вопросы темы

краткий конспект лабораторных работ по литературе
Учебные вопросы занятия:
1. Общая характеристика IVА группы.
2. Углерод. Биологическая роль углерода. Химические основы использования
неорганических соединений углерода в медицине и фармации.
3. Кремний. Использование в медицине соединений кремния.
4. Общая характеристика VА группы.
5. Азот. Фосфор. Мышьяк. Химические основы использования соединений р-элементов V
группы в фармацевтическом анализе.
6. Лабораторная работа.
Рекомендуемая литература:
Основная
1. Жолнин, А. В. Общая химия [Текст] : учеб. / А. В. Жолнин ; под ред. В. А. Попкова, А.
В. Жолнина. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2012. - 400 с. (51 экз.)
2. Жолнин, А. В. Общая химия [Электронный ресурс]: учебник / А. В. Жолнин; под ред.
В. А. Попкова. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2012. - 400 с.: ил. – Режим доступа:
http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970421086.html
3. Попков, В. А. Общая химия [Электронный ресурс] : учеб. / В.А. Попков, С.А. Пузаков.
М.
:
ГЭОТАРМедиа,
2010.
976
с.
–
Режим
доступа:
http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970415702.html
Дополнительная
1. Попков, В. А. Общая химия [Текст] : учеб. / В.А. Попков, С.А. Пузаков. - М. : ГЭОТАРМедиа, 2007. - 976 с. (6 экз.)
2. Практикум по общей и биоорганической химии : учеб. пособие / под ред. проф. В. А.
Попкова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Академия, 2013. - 256 с. (5 экз.)
3. Химия: основы химии живого [Текст] : учеб. для студ. вузов / В. И. Слесарев. - 5-е изд.,
испр. - СПб. : Химиздат, 2009. - 784 с. (1 экз.)
4. Пузаков, С. А. Химия [Электронный ресурс]: учебник / С.А. Пузаков. - 2-е изд., испр. и
доп.
М.
:
ГЭОТАР-Медиа,
2006.
640
с.
–
Режим
доступа
http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN5970401986.html
5.
Общая химия [Текст] : учеб. для бакалавров / Н. Л. Глинка ; под ред. В. А. Попкова,
А. В. Бабкова. - 18-е изд., перераб. и доп. - М. : Юрайт, 2012. - 899 с. (1 экз)
При подготовке к данному занятию
Повторите материал довузовской подготовки по общей химии и химии элементов. Это
очень важно, т.к. этот материал является базовой основой для получения новых знаний, и
на нем строится программа занятия.
Обратите внимание на:

обозначение химических элементов, их порядковый номер, атомную массу
согласно периодической системе;

формулы сложных веществ, образованных этими элементами;

ионы р-элементов, их форма записи, величина и знак заряда ионов элементов;

составление уравнений реакций;

образование осадков, изменение цвета растворов реагирующих веществ, согласно
планируемым лабораторным работам;

взаимосвязь темы занятия и медицинских аспектов;

наличие специальной терминологии и ее расшифровки, синонимах, применяемых
вами ранее.
При необходимости обратитесь к дополнительной литературе, информационносправочным материалам и поисковым системам в интернете, которые отвечают теме
занятия.
При отработке 1-го учебного вопроса обратите внимание на общую
характеристику р-элементов IVА группы.
При отработке 2-го учебного вопроса обратите внимание на химию общую
характеристика углерода. Аллотропические модификации углерода. Типы гибридизации
атома углерода и строение углеродсодержащих молекул. Физические и химические
свойства простых веществ. Активированный уголь как адсорбент. Углерод в
отрицательных степенях окисления. Карбиды активных металлов и получение из них
углеводородов. Углерод (II). Оксид углерода (II), его КО и ОВ характеристики, свойства
как лиганда, химические основы его токсичности. Цианистоводородная кислота, простые
и комплексные цианиды. Химические основы токсичности цианидов. Соединения
углерода (IV). Оксид углерода (IV), стереохимия и природа связи, равновесие в водном
растворе. Угольная кислота, карбонаты и во-дородкарбонаты (гидрокарбонаты), гидролиз
и термическое разложение. Соединения углерода с галогенами и серой. Углерод (IV)
хлорид (че-тыреххлористый углерод), углерод (IV) оксодихлорид (фосген), фреоны,
сероуглерод, тиокарбонаты. Цианаты и тиоцианаты. Физические и химические свойства,
применение. Биологическая роль углерода. Химические основы использования
неорганических соединений углерода в медицине и фармации.
При отработке 3-го учебного вопроса обратите внимание на общую
характеристику кремния. Основное отличие от углерода: отсутствие π-связи в
соединениях. Силициды. Соединения с водородом (силаны), окисление и гидролиз.
Тетрафторид и тетрахлорид кремния, гидролиз. Гексафторосиликаты. Кислородные
соединения кремния. Оксид кремния (IV). Силикагель. Кремневая кислота. Силикаты.
Растворимость и гидролиз. Природные силикаты и алюмосиликаты, цеолиты.
Кремнийорганические соединения. Силиконы и силоксаны. Использование в медицине и
фармации соединений кремния.
При отработке 4-го учебного вопроса обратите внимание на общую
характеристику элементов VА группы.
При отработке 5-го учебного вопроса обратите внимание на азот, фосфор,
мышьяк в организме, их биологическую роль. Многообразие соединений с различными
степенями окисления. Причина малой химической активности диазота. Молекула диазота
как лиганд. Соединения азота с отрицательными степенями окисления. Нитриды
(ковалентные и ионные). Аммиак, КО и ОВ характеристики, реакции замещения. Амиды.
Аммиакаты. Свойства аминокислот как производных аммиака. Ион аммония и его соли,
кислотные свойства, термическое разложение. Гидразин и гидроксиламин, КО и ОВ
характеристики. Азотистоводородная кислота и азиды. Соединения азота с
положительными степенями окисления. Оксиды. Стереохимия и природа связей. Способы
получения. КО и ОВ свойства. Азотистая кислота и нитриты. КО и ОВ свойства. Азотная
кислота и нитраты. КО и ОВ характеристики. «Царская водка». Фосфор. Общая
характеристика. Аллотропические модификации фосфора, их химическая активность.
Фосфиды.
Фосфин.
Сравнение
с
соответствующими
соединениями
азота.Соединения фосфора с положительными степенями окисления. Галиды, их
гидролиз. Оксиды: стереохимия и природа связи, взаимодействие с водой и спиртами.
Фосфорноватистая (гипофосфористая) и фосфористая кислоты, строение молекул, КО и
ОВ свойства. Ортофосфорная и дифосфорная (пирофосфорная) кислоты. Изополи- и
гетерополифосфорные кислоты. Метафосфорные кислоты, сравнение с азотной кислотой.
Производные фосфорной кислоты в живых организмах.
Элементы подгруппы мышьяка. Общая характеристика. Водородные соединения
мышьяка, сурьмы, висмута в сравнении с аммиаком и фосфином. Определение мышьяка
по методу Марша. Соединения мышьяка, сурьмы и висмута с положительными степенями
окисления. Сульфиды, тиосоли. Галиды и изменение их свойств в группе (азот -висмут).
Оксиды и гидроксиды Э(III) и Э(V), их КО и ОВ характеристики. Арсениты и арсенаты,
их КО и ОВ свойства. Соли катионов сурьмы (III) и висмута (III), их ОВ свойства и
гидролиз. Сурьмяная кислота и ее соли. Висмутаты. Неустойчивость соединений висмута
(V). Понятие о химических основах применения в медицине аммиака, оксида азота (I)
(закиси азота), нитрита и нитрата натрия, оксидов и солей мышьяка, сурьмы и висмута.
Аналитические реакции р-элементов V группы.
При отработке 5-го учебного вопроса обратите внимание на методику
выполнения лабораторной работы.
Лабораторная работа №5.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ IVA И VA ГРУПП
Цель работы. Ознакомиться с физическими и химическими свойствами элементов
указанных групп и их соединений.
Опыт 1. Получение кремниевой кислоты
С помощью универсальной индикаторной бумаги установить среду раствора силиката
натрия. Написать уравнение гидролиза в молекулярном и ионном виде. Объяснить,
почему среда раствора Na2SiO3 более щелочная, чем раствора Na2CO3.
К 4–5 каплям 2 н. раствора силиката натрия добавить 6–7 капель 2 н. раствора
хлороводородной кислоты. Встряхнуть пробирку и наблюдать образование гидрогеля
кремниевой кислоты.
Написать уравнение реакции. Объяснить, почему формула кремниевой кислоты H 2SiO3
является условной, каков действительный состав геля? Какой общей формулой может
быть выражен состав кремниевых кислот?
Внести в пробирку 4–5 капель концентрированной хлороводородной кислоты и 1-2
капли насыщенного раствора силиката натрия. Встряхнуть пробирку несколько раз и
наблюдать образование коллоидного раствора (золь). Осторожно нагреть образовавшийся
золь на слабом пламени спиртовки до перехода в гель. Как называется процесс
превращения золя в гель? Какая разница в процессах коагуляции и седиментации?
Опыт 2. Получение олова и свинца
В одну пробирку внести раствор хлорида олова (II), а в другую – нитрата свинца (II). В
каждую пробирку опустить по одной грануле цинка. Наблюдать появление на гранулах
мелких кристалликов металлического олова и свинца. Написать уравнения реакций и
объяснить их самопроизвольное протекание. Возможно ли протекание таких реакций,
если гранулы цинка заменить на кусочки меди? Сформулировать вывод.
Опыт 3. Соединения олова (II) и их свойства
а) Гидролиз хлорида олова (II). В пробирку с 3–4 каплями воды опустить 2–3
кристаллика хлорида олова (II). Размешать содержимое пробирки стеклянной палочкой
до полного растворения кристаллов и с помощью универсальной индикаторной бумаги
определить рН раствора. Добавить в пробирку еще 5–6 капель воды, отметить образование
осадка основной соли – хлорида гидроксоолова (II). Прибавлением какого реактива можно
уменьшить гидролиз хлорида олова (II)? Проверить свое заключение опытом. Написать
уравнения всех реакций. Указать тип гидролиза и рН среды. Объяснить влияние
добавления воды и кислоты на смещение равновесия гидролиза этой соли.
б) Получение гидроксида олова (II) и исследование его свойств. В двух пробирках
получить гидроксид олова (II) взаимодействием раствора хлорида олова (II) с
гидроксидом аммония.
Для исследования свойств гидроксида олова (II) в одну пробирку добавить 3-5 капель
2 н. раствора хлороводородной кислоты, в другую – избыток раствора гидроксида натрия.
Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций получения
гидроксида олова (II) и его взаимодействия с растворами гидроксида натрия и
хлороводородной кислоты, учитывая, что в щелочном растворе образуется
гидроксокомплексное соединение.
Почему для растворения Sn(OH)2 можно использовать серную и хлороводородную
кислоты, а для растворения Pb(OH)2 – нельзя?
Сформулировать вывод об основно-кислотных свойствах гидроксида олова (II).
в) Взаимодействие перманганата калия с хлоридом олова (II). В пробирку с раствором
перманганата калия добавить для создания кислой среды разбавленную соляную кислоту,
а затем раствор хлорида олова (II). Что наблюдается? Описать опыт и написать уравнение
реакции, определив стехиометрические коэффициенты методом полуреакций.
Опыт 4. Получение малорастворимых соединений свинца
Внести в пробирку 2-3 капли 0,5 н. раствора нитрата свинца(II) и добавить в нее 10-15
капель 0,1 н. раствора иодида калия. Отметить цвет выпавшего осадка.
В другую пробирку внести по 2-3 капли 0,5 н. раствора нитрата свинца(II) и хромата
калия. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций. Записать фазовые
равновесия между выпавшими осадками и их растворами и выражения для произведения
растворимости полученных солей. Рассчитать растворимость в воде для иодида и хромата
свинца(II).
Опыт 5 Восстановительные свойства аммиака
а) В пробирку внести 2-3 капли бромной воды и 1-2 капли раствора аммиака. Как
изменится окраска бромной воды? Написать уравнение реакции, учитывая, что аммиак
окисляется до свободного азота.
б) внести в пробирку 1-2 капли раствора перманганата калия КМnО4 и 3-5 капель
концентрированного раствора аммиака. Полученную смесь слегка подогреть. Как
изменяется окраска раствора? Написать уравнение реакции, учитывая, что аммиак
окисляется до свободного азота, а перманганат калия восстанавливается до оксида
марганца(IV).
Опыт 6. Гидролиз солей аммония
Приготовить в двух пробирках растворы хлорида аммония NH4Cl и сульфата аммония
(NH4)2SO4 и при помощи лакмуса установить реакцию среды. Написать уравнение
гидролиза. Какая из солей аммония – хлорид или сульфат – в большей степени
подвергается гидролизу? Почему? (При объяснении учтите частичное связывание Н + с
образованием гидросульфат ионов Н+ + SO42- ↔ НSO4- , для которых Кдисс = 1,2.10-2).
Опыт 7. Окислительно-восстановительная двойственность нитритов
а) Окислительные свойства нитритов. Провести в пробирке (под тягой!) реакцию
между растворами NaNO2 (или КNO2) и подкисленным раствором NaI (или KI), обратить
внимание на изменение окраски раствора и цвет выделяющегося газа. В отчете описать
опыт и составить уравнения реакций: а) нитрита с иодидом в присутствии серной
кислоты; б) окисления образующегося оксида азота (II) кислородом воздуха на выходе из
пробирки. Первую реакцию уравнять методом полуреакций.
б) Восстановительные свойства нитритов. Выбрать из штатива два известных
окислителя и провести их восстановление нитритом натрия (или калия) в кислой среде.
Описать ход опыта, написать уравнения реакций.
В выводе объяснить причину окислительно-восстановительной двойственности
нитритов.
Опыт 8. Гидролиз ортофосфатов
В три пробирки внести по 5 – 6 капель раствора нейтрального лакмуса. Оставить одну
пробирку как контрольную, во вторую внести 3 - 4 кристалла ортофосфата натрия Na3PO4,
в третью – столько же дигидроортофосфата натрия NaН2PO4. Содержимое второй и
третьей пробирок тщательно перемешать до полного растворения солей. Отметить
изменение окраски лакмуса по сравнению с окраской в контрольной пробирке. На
увеличение концентрации каких ионов указывает изменение окраски лакмуса при
растворении ортофосфата натрия и дигидроортофосфата натрия?
В отчете составить уравнения гидролиза исследованных солей, а также уравнение
реакции диссоциации дигидроортофосфат-иона. Используя табличные значения констант
ступенчатой диссоциации ортофосфорной кислоты (К1 =7,1·10-3, К2 = 6,2·10-8, К3 = 5,0·1013
), вычислить константу гидролиза, степень гидролиза и рН в 1 М растворе каждой соли.
Опыт 9. Получение гидроксидов сурьмы(III) и висмута(III) и исследование их свойств
В две пробирки поместить по 5 – 6 капель 0,5 М раствора хлорида сурьмы(III), в две
другие – 5 - 6 капель 0,5 М раствора нитрата висмута(III). В каждую пробирку прибавить
по 3–5 капель 1 М раствора гидроксида натрия до выпадения осадков.
В одну из пробирок с осадком гидроксида сурьмы(III) Sb(OH)3 добавить несколько
капель соляной кислоты, в другую – раствор щелочи. Запишите наблюдения.
Проделать такие же опыты с осадком гидроксида висмута(III) Bi(OH)3. В обеих ли
пробирках растворяется осадок? Почему с кислотой гидроксид висмута взаимодействует,
а со щелочью реакция не идёт?
В отчете написать все уравнения проделанных реакций в молекулярном и ионномолекулярном виде. Сделать вывод об основно-кислотных свойствах гидроксидов
сурьмы и висмута.
Опыт 10. Гидролиз солей сурьмы(III) и висмута(III)
В две пробирки налить по 4–5 капель раствора хлорида сурьмы(III) и нитрата
висмута(III). В каждую пробирку добавить по каплям воду, перемешивая раствор
стеклянной палочкой. Наблюдать помутнение растворов и выпадение осадков основных
солей. Прибавить несколько капель концентрированной соляной кислоты к хлориду
сурьмы(III) и концентрированной азотной кислоты к нитрату висмута(III); осадки при
этом растворяются. Снова прилить воду, наблюдается вторичное образование осадка.
Объяснить это явление. В отчете написать в молекулярном и ионно-молекулярном виде
уравнения следующих реакций: а) гидролиза хлорида сурьмы (III) и нитрата висмута (III)
в две ступени с образованием основных солей – хлорида дигидроксосурьмы (III) и нитрата
дигидроксовисмута (III); б) разложения основных солей с образованием оксохлорида
сурьмы (III) SbOCl и оксонитрата висмута (III) BiONO3; в) растворения осадков оксосолей
при приливании кислот. В выводе объяснить причину гидролиза солей сурьмы и висмута,
а также указать, какая из солей гидролизуется в большей степени и почему.