litceysel.ru
добавить свой файл
1 2


Международный университет природы, общества и человека «Дубна»


Кафедра химии, геохимии и космохимии



Курсовая работа


Студентки 1 курса группы 1171

Воробьевой Марии


По неорганической химии


тема:


Синтез соединения гексагидроксостибата калия (V) для качественного анализа


Руководитель:

к. х. н. Моржухина С.В.


Дубна 2008 г.

Содержание




  1. Введение ……………………………………………………………………..3

  2. Применение гексагидроксостибата калия (V)……………………………..4

  3. Получение гексагидроксостибата калия (V)…………………………….…4

  4. Химические и физические свойства исходных и конечных веществ…….8

  5. Синтез гексагидроксостибата калия……………………………………….14

  6. Литература…………………………………………………………………...19



Введение


Тема моей курсовой работы « Cинтез соединения гексагидроксостибата калия (V) для качественного анализа». Я выбрала её потому, что гексагидроксостибат калия (V) используется для идентификации ионов натрия в качественном химическом анализе.


Цель: получить и идентифицировать K[Sb(OH)6], необходимый для качественного анализа на катионы натрия.


Задачи:


1. изучить способы получения K[Sb(OH)6], выбрать оптимальную методику синтеза;

2. изучить физические и химические свойства исходных и синтезированных веществ;

3. изучить особенности строения и свойств комплексных соединений сурьмы;

4. провести синтез K[Sb(OH)6];

5. доказать химическими и физическими методами, что получено K[Sb(OH)6], и отсутствуют исходные вещества.




  1. Применение


Качественная реакция на натрий [Вайнбург В.М; Алексеев ]


Na+ + [Sb(OH)6] = Na[Sb(OH)6]


Из разбавленных растворов осадок выпадает медленно или вообще не выпадает. В сильно щелочной среде осадок не образуется, а из сильно кислых растворов выделяется белый аморфный осадок метасурьмяной кислоты HSbO3, который можно ошибочно принять за осадок гексагидроксостибата натрия. Поэтому образование белого осадка само по себе еще недостаточно для вывода о присутствии катионов натрия; необходимо при рассмотрении под микроскопом убедиться в том, что этот осадок – кристаллический. Реакцию проводят на холоду. В присутствии нитрат-ионов NO3– выделение осадка замедляется. Реакция малочувствительна и удается лишь при больших концентрациях катионов натрия. Мешают катионы лития, аммония, магния.


2. Получение K[Sb(OH)6]


2.1. Уравнения реакций получения K[Sb(OH)6] [Лидин. Молочко]


1.

2. Sb2S3 + 2KOH(конц.) + 5CuO + 5H2O = 2K[Sb(OH)6] + 2Cu2S + CuS

3. Sb2O3 + 2КОН + 2Н2О2 + 3Н2О = 2K[Sb(OH)6]

4. SbCl3 + 4KOH (конц. )= K[Sb(OH)6]


2.2. Методика получения из оксида сурьмы (Ш) [Новиков;]


Sb2O3 + 2КОН + 2Н2О2 + 3Н2О = 2K[Sb(OH)6]

К смеси 6,2 г оксида сурьмы(III) и 4,6 г КОН прибавляют 5—6 мл воды. После растворения гидроксида калия смесь нагревают до 60° С и добавляют к ней небольшими порциями в течение 20—30 мин раствор 4 мл пергидроля (30%-го) в 40 мл воды, поддерживая указанную температуру. Смесь нагревают еще некоторое время на водяной бане, фильтруют и к фильтрату добавляют 40 мл этанола, который осаждает комплекс в виде вязкой массы. Через 12 ч маточный раствор сливают, осадок промывают декантацией 50%-метанолом, высушивают при 50-60° С и измельчают.


Гексагидроксостибат(V) калия получается в виде хрупкой стекловидной массы.


2.3 Методика получения из хлорида сурьмы (III) [Вайнбург; Новиков ]

В стакан наливают 15–20 мл раствор хлорида сурьмы(III), а потом при перемешивании добавляют раствор гидроксида натрия до начала выпадения белого осадка:

2 SbCl3 + 6 KOH + (x–3) H2O = Sb2O3 . x H2O + 6 KCl

Затем, не прекращая перемешивания, в стакан добавляют воду до 3/4 его объема. Полученную суспензию полигидрата оксида сурьмы(III) наливают в два других стакана равными порциями по 30–50 мл. В один из этих стаканов при перемешивании добавляют раствор гидроксида натрия, добиваясь исчезновения осадка в результате реакции:

Sb2O3 . xH2O + 2 KOH + 2H2O2 = 2 K[Sb(OH)6] + (x–3) H2O

В случае избытка гидроксида натрия образовывается комплекс K3[Sb(OH)6].


2.3.1 Приготовление SbCl3 [Вайнбург В.М]


Чистый препарат легко получить синтезом:




В колбе Вюрца присоединить изогнутую трубку типа аллонжа (диаметр верхнего отверстия - 15 мм, нижнего-8 мм), так чтобы горизонтальная часть трубки была несколько наклонена к колбе. Трубку неплотно набить довольно крупными кусками Sb и неплотно закрыть пробкой. Через отводную пробку колбы пропустить (под тягой) сухой хлор. Воздух и некоторое количество хлора выходят из колбы, следующие порции хлора полностью поглощаются (если ток хлора не слишком большой), и образующаяся жидкая смесь SbCl3 и SbCl5 стекает в колбу. Если поддерживать непрерывную струю хлора, то прибор работает автоматически, необходимо лишь по мере расходования водить в аллонж куски сурьмы.


По окончании реакции аллонж вынуть, в колбу внести несколько кусоков Sb, закрыть горло пробкой с термометром и нагреть 20-30 мин на водяной бане (для восстановления примеси SbCl5 в SbCl3), затем добавить порошок Sb и нагреть ещё около 10 мин. Содержимое колбы перегнать, собирая фракцию с т. кип. 218-220 оС. Приемник должен быть защищён от влаги воздуха хлоркальциевой трубкой.

2. SbCl3 можно получит из окиси сурьмы и хлористого водорода:




В фарфоровый стакан ёмкостью 1 л поместить крупные осколки стекла на высоту несколько сантиметров, опустить газоподводящую трубку, доходящую почти до дна стакана, и загрузить 500 г Sb2O3 (техн.). стакан нагреть при 60-80 оС и пропустить (под тягой) газообразный HCl до прекращения реакции.

Ещё тёплый раствор перелить в колбу для перегонки, отогнать в вакууме соляную кислоту с примесью SbCl3 и затем перегнать SbCl3 (можно при атмосферном давлении).

Выход 650-700 г (-100%).


    1. Методика синтеза из Sb2S3 [Алексеев; Новиков ]


Свойства

Белый зернистый порошок, довольно плохо растворимый в воде (в холодной 0,4%, в горячей 1,1%).


Приготовление

Препарат реактивной чистоты можно получить обработкой сернистой сурьмы щелочью и окисью меди:

Sb2S3 + 2KOH + 5CuO + 5H2O = 2K[Sb(OH)6] + 2Cu2S + CuS

Работу следует проводить, защищая от брызг щелочи глаза очками, а руки резиновыми перчатками.

В фарфоровый стакан емкостью 300 мл наливают 40 мл 50%-ного раствора KOH (ч.) и при механическом перемешивании добавляют постепенно 12 г порошка 98-99%-ной Sb2S3 . Смесь перемешивают 20-30 мин, затем добавляют 60 мл воды, подогревают и вносят небольшими порциями 14,2 г тонкого порошка CuO (ч. д. а.) и 120 мл воды. Смесь нагревают 1,5-2 ч при 80-100 °С, затем дают охладиться. Раствор сливают, а осадок сульфидов меди быстро отсасывают на воронке Бюхнера.


В прозрачный фильтрат при энергичном перемешивании приливают равный объем этилового спирта, при этом выпадает тяжелый слизистый осадок. На следующий день раствор сливают, осадок подсушивают при 30-40 °С, затем нагревают 5 мин на водяной бане и отделяют шпателем плотные куски осадка от стенок чашки. Осадок сушат при 30-40 °С в течение 2-3 ч. Затем его измельчают, переносят в стакан, заливают этиловым спиртом (на 100 г осадка берут 65 мл 50%-ного этилового спирта), перемешивают и отсасывают на воронке Бюхнера. Обработку спиртом повторяют, после чего препарат отсасывают, сушат при 30-40 °С и помещают в темную банку с притертой пробкой.

Выход 17-18 г (94-97% по Sb2S3).


2.4.1. Приготовление Sb2S3 [Карякин ]


Сернистую сурьму получают осаждением сероводородом из растворов солей Sb+3 :


2SbCl3 + 3H2S = Sb2S3 + 6HCl

Растворить 10 г Sb2O3 (или 15 г SbCl3 ) в минимальном количестве 10%-ной HCl, разбавить раствор водой до объёма 300 мл и добавить 5 г винной кислоты. Полученный раствор нагреть до 40-50 ° С и пропустить (под тягой) в него H2S до насыщения. Выпавший оранжево-красный осадок Sb2S3 тщательно промыть на фильтре тёплой водой, затем отсосать на воронке Бюхнера и сушить.

Выход почти 100%.

Нагревание (перед осаждением Sb2S3) обеспечивает получение крупно-зернистого легко фильтруемого осадка.





    1. Выбор методики синтеза




      1. Список реактивов и способы приготовления




  • Методика получения из хлорида сурьмы (III)


    1. V Водного раствора хлорида сурьмы (20-25%-ый) - 15-20 мл

    2. V соляная кислота (20-25%-ый) - 15-20 мл

    3. V водного раствора гидроксида натрия (20-25%-ый) - по ходу реакции

    4. V воды - ¾ объема от

исходного


Данная методика является наиболее приемлемой для использования её при синтезе гексагидроксостибата калия (V), так как, во-первых, процесс является более безопасным и по срокам выполнения достаточно быстрым. Во-вторых, в процессе синтеза мне понадобится наименьшее количество реактивов, посуды, оборудования. Так же, данный синтез будет являться относительно недорогим, по сравнению с ниже предложенными мною методиками, так как все используемые вещества находятся в лаборатории и нам не придётся прибегнуть к их приобретению.


  • Методика получения из оксида сурьмы (III)

  1. m оксида сурьмы (III) - 6,2 г

  2. m гидроксида калия - 4,6 г

  3. V воды - 50 мл

  4. V пероксида водорода (30%-го ) - 4 мл

  5. V этанола (50%-го ) - 40 мл


Данная методика является неподходящей для использования её при синтезе гексагидроксостибата калия (V), так как, во-первых, процесс является очень длительным, во-вторых, при проведении синтеза мне придётся работать, например, с метанолом, который является токсичным веществом.



    • Методика получения из трехсернистой сурьмы

  1. V гидроксида калия (50%-го) - 40 мл

  2. m трехсернистой сурьмы (98-99%-ой [порошок]) - 12 г

  3. m оксида меди [порошок] - 14,2 г

  4. V воды - 180 мл

  5. V этилового спирта (50%-го)

на 100 г осадка - 65 мл

Данная методика является неприемлемой для использования её при синтезе гексагидроксостибата калия (V), так как, во-первых, процесс является достаточно дорогостоящим, во-вторых, в ходе синтеза мне придётся использовать очень большое количество посуды, реактивов, оборудования.



2.5.2 Список посуды


  • Колба Вюрца

  • Термометр (до 120 оС )

  • Воронка Бюхнера

  • Колба Бюнзена

  • Фарфоровый стакан на 300 мл

  • Прозрачный фильтр

  • Шпатель

  • Темная банка с притертой пробкой

  • Стаканы (250-400 мл)- 3 штуки

  • Стеклянные палочки



2.5.3. Оборудование


  • Сушильный шкаф (до 200 оС)

  • Весы



Решено выбрать методику получения гексагидроксостибата калия (V) из хлорида сурьмы. Во-первых, при проведении синтеза для данных реакций требуется наименьшее количество реактивов, посуды, нежели, например, для методики получения из трёхсернистой сурьмы. Во-вторых, в ходе проведения реакций мы будем получать, и брать относительно безопасные для нас вещества, по сравнению, например, с методикой получения из оксида сурьмы, где требуется добавление метанола, который является очень токсичным веществом.



  1. Химические и физические свойства исходных и конечных веществ

[Гринвуд; Хаускрофт; Новиков ]


Данный раздел введён, для исследования физических и химический свойств всех веществ, требуемый в процессе синтеза гексагидроксостибата калия (V). Изучить какой характер (амфотерные, основные, кислотные, окислительно-восстановительные) проявляют оксиды, с чем и как взаимодействуют галогениды сурьмы, которые будут использоваться мною в реакциях получения гексагидроксостибата калия (V).

Элементы подгруппы мышьяка – мышьяк (33 As), сурьма (51Sb), висмут (83Bi) – составляют главную подгруппу V группы периодической системы Менделеева. Содержание элементов этой подгруппы в земной коре сравнительно невелико мышьяк (), сурьма (), висмут ().. У тяжёлых элементов-аналогов (в частности Sb) с полной очевидностью проявляются свойства элементов-металлов. Встречаются они главным образом в виде сернистых минералов – сурьмяного блеска (Sb2S3). В свободном состоянии элементы подгруппы мышьяка имеют металлический вид и довольно хорошо проводят тепло и электричество. Однако они очень хрупки и легко могут быть измельчены в порошок. На воздухе при обычных условиях Sb не изменяется. При нагревании на воздухе сгорает с образованием окислов общей формулы Э2О3 . В ряду напряжений As, Sb, и Bi располагаются между водородом и медью. Поэтому водорода из кислот они не вытесняют, но могут быть переведены в раствор действием окислителей.


Строение электронной оболочки для постпереходных элементов : s- и p- электронам валентности предшествует заполнения 18-электронная оболочка, что позволяет ожидать сильного поляризующего действия и одновременно сильной поляризуемости электронных оболочек атомов этих элементов. Лёгкая поляризуемость атомов As, Sb, Bi, обусловленная строением электронной оболочки и связанным с этим относительно большим для элементов-неметаллов размером атома, является причиной преимущественно ковалентного взаимодействии атомов элементов подгруппы As с атомами других элементов.





Mr-относительная молекулярная масса

Т

кипения

Т плавления













d-плотность

ks

Sb2O3

291,50

1456оС

655 оС

-1417,12


282,00

-1263,10

5,19/ 5,67




SbCl3

228,11

221оС

72,3 оС

-381,16

183,26

-322,45

3,14

920(25)

Sb2 S3

339,70

1160 оС

550,5 оС

-157,74

181,59

-156,08

4,63




K[Sb(OH)6]

262,89

1022 оС


279 оС


-

-

-

-

0,4(18)

Сурьма очень гигроскопична, но менее реакционноспособна. Она устойчива к воздействию воздуха и влаги при комнатной температуре. При нагревании в контролируемых условиях она окисляется с образованием Sb2O3, Sb2O4, или Sb2O5. сурьма энергично взаимодействует с хлором и более спокойно с бромом и йодом, давая SbX; при нагревании так же взаимодействует с серой. Разбавленные кислоты не действуют на сурьму, концентрированные кислоты-окислители легко. Растворяется в воде, эфире, спирте, сероводороде, хлороформе, ацетоне. Мало растворим в жидком хлоре, тетрахлорметане. Гидролизуется в воде. Образует комплексные соединения. Присоединяет аммиак, хлороводородную кислоту, анилин. Получают действием хлороводородной кислоты на сульфид сурьмы (III) или действием хлоридов на нагретую сурьму. Сурьма помимо - формы имеет ещё пять аллотропных форм, жёлтая форма неустойчива при t выше – 90 оС , охлаждением газообразной сурьмя может быть получена черная форма, а взрывчатая форма(возможно, с примесями) получается электролитическим путём.



следующая страница >>