Sešit pro laboratorní práci z chemie
téma:
Příprava a vlastnosti některých p-prvků
autor: ing. Alena Dvořáková vytvořeno při realizaci projektu: Inovace školního vzdělávacího programu biologie a chemie registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.38/01.0002 projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Teorie pro laboratorní práci – Příprava a vlastnosti některých p -prvků p-prvky jsou prvky nepřechodné, jejich posledním orbitalem je neobsazený nebo obsazený orbital p. Prvky IV. skupiny periodické soustavy prvků patří uhlíku C, křemíku Si, germánium Ge, cínu Sn, a olovu Pb. Elektronová konfigurace valenční vrstvy je ns2 np2. S rostoucím protonovým číslem roste i kovový charakter prvku. Uhlík je typický nekov, křemík a germánium jsou polokovy, cín a olovo jsou kovy. Uhlík se v přírodě vyskytuje jak volný, tak vázaný. Volný tvoří dvě alotropické modifikace – grafit a diamant. Vázaný je v celé řadě organických sloučenin. Uhlík je biogenní prvek, protože je vázán ve všech sloučeninách, které tvoří základ živé hmoty. Uhlík je obsažen i v anorganických sloučeninách, jako jsou soli kyseliny uhličité – uhličitany a hydrogenuhličitany. Z kyslíkatých sloučenin je významný oxid uhličitý a uhelnatý. Oxid uhličitý CO2 je bezbarvý plyn slabě kyselého zápachu, který je těžší než vzduch. Není jedovatý, ale je nedýchatelný, rozpouští se ve vodě a jeho roztok má slabě kyselou reakci, obsahuje malé množství kyseliny uhličité. Prvky VI. skupiny periodické soustavy prvků tvoří kyslík O, síra S, selen Se, tellur Te a polonium Po. Elektronová konfigurace valenční vrstvy je ns2 np4. Kyslík, síra a selen jsou nekovy, tellur je polokov a polonium je prvek kovový. Kyslík je za normálních podmínek bezbarvý plyn, který tvoří dvouatomové molekuly O 2, kde atomy jsou poutány dvojnou vazbou. Kyslík má poměrně vysokou elektronegativitu 3,5, je tedy reaktivní prvek. Kyslík je nejrozšířenějším prvkem ne Zemi, je obsažen ve vzduchu, vázaný je ve vodě, minerálech a živých organismech, je tedy biogenní prvek. Kyslík je plyn bez zápachu, rozpustný ve vodě, život na Zemi by bez něho nebyl možný. Prvky VII. skupiny periodické soustavy prvků jsou označovány názvem halogeny. Patří mezi ně fluor F, chlor Cl, brom Br, jod I a astat At. Všechny halogeny tvoří dvouatomové molekuly. Mají sedm valenčních elektronů a jejich valenční elektronová konfigurace je ns 2 np5. Do úplného zaplnění jim chybí jeden jediný elektron a to je důvodem jejich vysoké elektronegativity. Hodnota elektronegativity s rostoucím protonovým číslem klesá. Fluor je za normálních podmínek žlutozelený plyn a chlor je zelenožlutý plyn. Oba plyny jsou těžší jak vzduch. Brom je červenohnědá kapalina a jod je šedá krystalická látka, která sublimuje na fialový plyn. Plynné halogeny silně leptají sliznice, proto je potřeba dbát zvýšené opatrnosti a pracovat v digestoři. Všechny halogeny jsou velmi reaktivní a v přírodě se proto nacházejí pouze ve sloučeninách, hlavně ve formě solí např. CaF2, NaCl, KCl, MgCl2. Soli halogenů jsou dobře rozpustné ve vodě, a proto se nacházejí v mořské vodě.
Chlor je toxický, zelenožlutý plyn, je velmi reaktivní, protože se ochotně slučuje s celou řadou prvků. Na Zemi je chlor pouze ve sloučeninách např. minerál halit NaCl. Chlor se vyrábí elektrolýzou vodného roztoku NaCl – solanky, u nás ve Spolaně Neratovice, tlakové láhve s plynným chlorem mají označení žlutým pruhem. Při práci s plynným chlorem je třeba zachovávat přísná bezpečnostní opatření, protože je velmi silně toxický a z průmyslových provozů jsou známa havárie se smrtelnými následky. Plynný chlor byl použit jako první chemická bojová látka v 1. světové válce v roce 1915. Dnes je především používán k chlorování pitné vody, k výrobě kyseliny chlorovodíkové a k výrobě dalších i organických sloučenin.
Pracovní postup pro laboratorní práci Příprava a vlastnosti některých p-prvků Příprava a vlastnosti oxidu uhličitého 1. Podle návodu si sestavte aparaturu. 2. Do frakční baňky nasypte 10 g hydrogenuhličitanu sodného, do dělící nálevky nalijte opatrně (pozor žíravina!) 30 ml HCl. 3. Otevřete kohout dělící nálevky a pomalu přikapávejte HCl do frakční baňky. 4. Unikající CO2 jímejte do odměrného válce. 5. Do odměrného válce s CO2 ponořte hořící špejli a pozorujte změnu. 6. Unikající CO2 dále jímejte do zkumavky s navlhčeným modrým lakmusovým papírkem a do zkumavky s nasyceným roztokem hydroxidu vápenatého. Příprava kyslíku a důkaz kyslíku 1. Do zkumavky nalijte 10ml peroxidu vodíku, pozorujte pomalý únik bublinek. 2. Vložte doutnající špejli. 3. Pak přidejte na špičku nože MnO2,začne probíhat bouřlivý únik kyslíku 4. Znovu vložte doutnající špejli a pozorujte změnu. Oxidačně redukční vlastnosti halogenů 1. 2. 3. 4.
Na kousek filtračního papíru napište kapátkem z roztoku KBr vzorec Br. Na druhý filtrační papír napište kapátkem s roztokem KI vzorec I. Filtrační papíry pak přiložte k vyvíječi chloru, až do vzniku zbarvení. Pak proužek papíru s KI odstřihněte a vložte do zkumavky se škrobovým mazem.
Pokyny pro přípravu laboratorní práce Příprava a vlastnosti některých p -prvků Chemické látky 18% roztok HCl NaHCO3 nasycený roztok Ca(OH)2 6% H2O2 MnO2 5% KBr 5% KI vyvíječ chloru škrobový maz lakmusový papírek
Pomůcky frakční baňka (100 nebo 250 ml) dělící nálevka odměrný válec (100 ml) zkumavky špejle zápalky filtrační papír
Příprava škrobového mazu 100 ml destilované vody zahřejeme v kádince do varu, 1 g škrobu si rozmícháme ve studené vodě a vylijeme do horké vody v kádince. Po vychladnutí roztok přefiltrujeme. Příprava plynného chloru Chlor je zelenožlutý plyn, smrtelná dávka je 2,5 mg na 1 dm3 vzduchu, proto je nutné pracovat v digestoři. Sestavíme aparatury podle nákresu. Do baňky dáme asi 8 g KMnO4 a do dělící nálevky nalijeme 50 ml koncentrované HCl. Příprava 18% HCl Do 1 l odměrné baňky nalijeme asi 300 ml destilované vody a opatrně přilijeme 500 ml koncentrované HCl, odměrnou baňku doplníme po rysku destilovanou vodou. Pozor žíravina!
Příprava nasyceného roztoku Ca(OH)2 tzv. vápenná voda Připravíme tak, že maximální možné množství CaO rozpustíme v destilované vodě a roztok pak přefiltrujeme. Příprava 6% H2O2 Připravíme z koncentrovaného H2O2 o koncentraci 30–32 %. Do kádinky nalijeme 240 ml destilované vody a opatrně přilijeme 60 ml koncentrovaného peroxidu vodíku. Pozor žíravina! Tím připravíme roztok pro několik pracovních skupin. Příprava 5% KI Na přípravu 100 ml 5% roztoku KI odvážíme 5 g KI a rozpustíme v 95 ml destilované vody. Příprava 5% KBr Na přípravu 100 ml 5% roztoku KBr odvážíme 5 g KBr a rozpustíme v 95 ml destilované vody.
Pracovní listy k laboratorní práci
Příprava a vlastnosti některých p -prvků 1. Napište přípravu oxidu uhličitého chemickou rovnicí a nakreslete aparaturu přípravy a popište
Vysvětlete změnu zabarvení lakmusu………………………………………………………… Popište, co se stane, ponoříme-li hořící špejli do vzniklého CO2……………………………… 2. Vypočítejte kolik dm3 CO2 za normálních podmínek můžeme získat z 10g NaHCO3.
3. Chemie proti požárům aneb jednoduchý model hasicího přístroje: V žádné chemické laboratoři nesmí chybět hasicí přístroj jako jedna z důležitých podmínek bezpečné práce. Načrtněte model pěnového hasicího přístroje, popište princip a způsob uvedení hasicího přístroje do činnosti. K dispozici máte kyselinu chlorovodíkovou, jedlou sodu, saponát, odsávací baňku se zátkou a malou zkumavku.
Jaké další druhy hasicích přístrojů znáte – uveďte alespoň 3 4. Doplňte CO2 je…….. plyn slabě………. zápachu, je 1,5× ……..něž vzduch. Není jedovatý, ale je…………. Pevný CO2 se nazývá………………. A používá se jako chladivo. Zkapalněný se přepravuje v tlakových lahvích s ……….. pruhem.CO2 se rozpouští ve vodě a tak vzniká slabá…………
5. CO2 se dá připravit následujícími postupy. Zapište a vyčíslete následující rovnice: a) spalování uhlí
b) reakce mramoru s kyselinou chlorovodíkovou
c) tepelný rozklad vápence
d) reakce jedlé sody s octem
6. Zapište reakci přípravy O2 reakcí peroxidu vodíku a manganistanu draselného. Tuto redoxní reakci napište v úplném i iontovém tvaru. Napište i dílčí rovnice oxidace a redukce, co je oxidační a co redukční činidlo: Celá rovnice přípravy O2 Dílčí reakce Oxidační činidlo je……………………redukční činidlo je……………….. Zápis v iontovém tvaru.
7. Zapište chemickou rovnicí přípravu Cl2 z manganistanu draselného s kyselinou chlorovodíkovou: Nakreslete aparaturu vyvíječe chloru:
8. Ekologická otázka – PCB – polychlorované bifenyly Donedávna se ve značném množství přidávaly do mazadel, nátěrových hmot, hydraulických kapalin, kondenzátorů, jako chladivo do transformátorů atd. Ačkoliv se dnes již nevyrábějí, budou se ještě dlouho z těchto zdrojů dostávat do vody, krmiv, půdy, neboť jsou velmi chemicky stálé. V čem je nebezpečí PCB, jak se dostávají do lidského organismu a co tam způsobují?
9. Zapište reakce Cl2 s KBr a KI. Vysvětlete, proč zmodral papírek s jodem:
Doporučená literatura MAREČEK, A., HONZA, J. Chemie pro čtyřletá gymnázia 1. díl. 3. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc s. r. o., 2005. ISBN 80-7182-055-5. s. 143–164 HRSTKA, M. Laboratorní cvičení z chemie pro 2. ročník gymnázia. 1. vyd. Brno: MC nakladatelství Brno, 1998. s. 27
Přehled požadovaných znalostí a dovedností 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Názvosloví anorganických reakcí. Zápis chemických dějů chemickými rovnicemi. Základní chemické výpočty – výpočet z chemické rovnice. Znalosti vlastností a anorganických sloučeni p-prvků PSP. Znalost teorie hybridizace, tvary molekul pravidla VSEPR. Praktické dovednosti základních operací v chemické laboratoři.
