Лабораторная работа №5: Олово и свинец. Цель: ознакомиться

Лабораторная работа №5: Олово и свинец.
Цель: ознакомиться с типичными свойсвами олова, свинца и их соединений.
Оборудование и реактивы: химическая посуда, электроплита, соединения олова и свинца.
Теоретическая часть:
Свинец и химическая промышленность
Серная кислота до 80%-ной крепости, даже нагретая, не разъедает свинец. Достаточно стоек он и к
действию соляной кислоты. В то же время слабые органические кислоты – муравьиная и уксусная –
сильно действуют на этот элемент. Странным это кажется лишь поначалу: при действии серной и
соляной кислот на поверхности свинца образуется трудно-растворимая пленка сульфата или хлорида
свинца, препятствующая дальнейшему разрушению металла; органические же кислоты образуют
легкорастворимые свинцовые соли, которые ни в коей мере не могут защитить поверхность металла.
В сернокислотной промышленности свинец – незаменимый материал. Основное оборудование –
камеры, промывные башни, желобы, трубы, холодильники, детали насосов – все это изготовляется из
свинца или свинцом облицовывается. Труднее аналогичным образом защитить от агрессивной среды
движущиеся детали – крыльчатки вентилятора, мешалки, вращающиеся барабаны. Эти детали
должны обладать бóльшим запасом прочности, чем имеет мягкий свинец. Выход из положения –
детали из свинцово-сурьмянистого сплава гартблея. Используют также освинцованные детали,
сделанные из стали, но покрытые свинцом из расплава. Чтобы получить равномерное свинцовое
покрытие, детали предварительно лудят – покрывают оловом, а уже на оловянный слой наносят
свинец.Кислотная промышленность – не единственное производство, использующее
антикоррозийную стойкость свинца. Нуждается в нем и гальванотехника. Хромовые ванны с
горячим электролитом изнутри облицовывают свинцом. Некоторые соединения свинца защищают
металл от коррозии не в условиях агрессивных сред, а просто на воздухе. Эти соединения вводят в
состав лакокрасочных покрытий. Свинцовые белила – это затертая на олифе основная углекислая
соль свинца 2PbCO3 · Pb(OH)2. Хорошая кроющая способность, прочность и долговечность
образуемой пленки, устойчивость к действию воздуха и света – вот главные достоинства свинцовых
белил. Но есть и антидостоинства: высокая чувствительность к сероводороду, и главное –
токсичность. Именно из-за нее свинцовые белила применяют сейчас только для наружной окраски
судов и металлоконструкций. В состав масляных красок входят и другие соединения свинца. Долгое
время в качестве желтого пигмента использовали глет PbO, но с появлением на рынке свинцового
крона PbCrO4 глет утратил свое значение. Однако это не помешало ему остаться одним из лучших
сиккативов (ускорителей высыхания масел). Самый популярный и массовый пигмент на свинцовой
основе – сурик Pb3O4. Этой замечательной краской ярко-красного цвета красят, в частности,
подводные части кораблей.
Олово и его свойства.
Атомный номер…………………………...50
Атомная масса……………………………118,710
Температура плавления, ° С……………..231,9
Температура кипения, ° С………………..262,5
Плотность, г/см3…………………….…….7,29
Твердость (по Бринеллю)………………...3,9
Содержание в земной коре, % (масс.)…...0,0004
Применение
Открытие его было связано, скорее всего, со случайным восстановлением наносного касситерита
(оловянного камня); наносные отложения встречаются на поверхности или близко к ней, и
оловянные руды намного легче восстанавливаются, чем руды других металлов. Древние бритты
были хорошо знакомы с оловом: в Корнуолле на юго-западе Англии были обнаружены древние
горны со шлаком. Металл был, очевидно, малодоступен и дорог, т.к. оловянные предметы редко
встречаются среди римских и греческих древностей, хотя об олове говорится в Библии в Четвертой
книге Моисеевой (Числа), а слово касситерит, которое и сегодня используется для обозначения
оксидной оловянной руды, – греческого происхождения. Малакка и Восточная Индия упоминаются
как источники олова в арабской литературе 8–9 вв. и различными авторами в 16 в. в связи с
Великими географическими открытиями. История оловянных разработок в Саксонии и Богемии
относится еще к 12 в., но в 17 в. 30-летняя война (1618–1648) разрушила эту промышленность.
Производство впоследствии возобновили, но вскоре оно пришло в упадок из-за открытия богатых
месторождений в Америке.
Бронза. Задолго до того как научились добывать олово в чистом виде, был известен сплав олова с
медью – бронза, который получали, видимо, уже в 2500–2000 до н.э. Олово в рудах часто встречается
вместе с медью, так что при плавке меди в Британии, Богемии, Китае и на юге Испании
образовывалась не чистая медь, а ее сплав с некоторым количеством олова. Ранние медные
плотничные инструменты (долото, тесло и др.) из Ирландии содержали до 1% Sn. В Египте медная
утварь 12-й династии (2000 до н.э.) содержала до 2% Sn, по-видимому, как случайную примесь.
Первобытная практика выплавки меди основывалась на использовании смеси медных и оловянных
руд, в результате чего и получалась бронза, содержащая до 22% Sn.
В современном мире более трети добываемого олова расходуется на изготовление пищевой жести и
емкостей для напитков. Жесть в основном состоит из стали, но имеет покрытие из олова обычно
толщиной менее 0,4 мкм.
Сплавы. Одна треть олова идет на изготовление припоев. Припои – это сплавы олова в основном со
свинцом в разных пропорциях в зависимости от назначения. Сплав, содержащий 62% Sn и 38% Pb,
называется эвтектическим и имеет самую низкую температуру плавления среди сплавов системы Sn
– Pb. Он входит в составы, используемые в электронике и электротехнике. Другие свинцовооловянные сплавы, например 30% Sn + 70% Pb, имеющие широкую область затвердевания,
используются для пайки трубопроводов и как присадочный материал. Применяются и оловянные
припои без свинца. Сплавы олова с сурьмой и медью используются как антифрикционные сплавы
(баббиты, бронзы) в технологии подшипников для различных механизмов. Современные оловянносвинцовые сплавы содержат 90–97% Sn и небольшие добавки меди и сурьмы для увеличения
твердости и прочности. В отличие от ранних и средневековых свинецсодержащих сплавов,
современная посуда из cплавов олова безопасна для использования.
Покрытия из олова и его сплавов. Олово легко образует сплавы со многими металлами. Оловянные
покрытия имеют хорошее сцепление с основой, обеспечивают хорошую коррозионную защиту и
красивый внешний вид. Оловянные и оловянно-свинцовые покрытия можно наносить, погружая
специально приготовленный предмет в ванну с расплавом, однако большинство оловянных
покрытий и сплавов олова со свинцом, медью, никелем, цинком и кобальтом осаждают
электролитически из водных растворов. Наличие большого диапазона составов для покрытий из
олова и его сплавов позволяет решать многообразные задачи промышленного и декоративного
характера.
Соединения. Олово образует различные химические соединения, многие из которых находят важное
промышленное применение. Кроме многочисленных неорганических соединений, атом олова
способен к образованию химической связи с углеродом, что позволяет получать
металлоорганические соединения, известные как оловоорганические Водные растворы хлоридов,
сульфатов и фтороборатов олова служат электролитами для осаждения олова и его сплавов. Оксид
олова применяют в составе глазури для керамики; он придает глазури непрозрачность и служит
красящим пигментом. Оксид олова можно также осаждать из растворов в виде тонкой пленки на
различных изделиях, что придает прочность стеклянным изделиям (или уменьшает вес сосудов,
сохраняя их прочность). Введение станната цинка и других производных олова в пластические и
синтетические материалы уменьшает их возгораемость и препятствует образованию токсичного
дыма, и эта область применения становится важнейшей для соединений олова. Огромное количество
оловоорганических соединений расходуется в качестве стабилизаторов поливинилхлорида –
вещества, используемого для изготовления тары, трубопроводов, прозрачного кровельного
материала, оконных рам, водостоков и др. Другие оловоорганические соединения используются как
сельскохозяйственные химикаты, для изготовления красок и консервации древесины.
Экспериментальная часть:
Опыт 1: амфотерные свойства гидрооксида олова.
Поместили в пробирку 8-10 капель раствора SnCl2. Смешали его с NaOH. Выпавший осадок
гидрооксида свинца распределили на 2 пробирки. Затем в 1-ю пробирку прилили раствор соляной
кислоты, а во 2-ю – 2н раствор NaOH. В обеих пробирках осадок Sn(OH)2 растворился, что
доказывает амфотерность свинца.
SnCl2+2NaOH2NaCl+Sn(OH)2
Sn(OH)2+2HClSnCl2+2H2O
Sn(OH)2+2NaOHNa2[Sn(OH)4]
Опыт 2: восстановительные свойства соединений олова.
Поместили в 2 пробирки по 3-4 капли раствора соли FeCl3. В одну из этих пробирок добавили
несколько капель раствора SnCl2. Затем в обе пробирки прилили по капле KSCN(роданид калия).
Содержимое пробирок окрасилось в кроваво-красной цвет. Однако в пробирке, где находился SnCl2
окраска была бледнее и вскоре вообще исчезла. Причина этому наличие хлорида свинца. Именно он
вступает в реакцию с роданидом калия и восстанавливает калий из соединения.
FeCl3+3KSCN 3KCl +Fe(SCN)3 (кроваво-красный цв.)
FeCl3+SnCl2+2KSCN 2KCl+FeCl3+Sn(SCN)2 (бесцветный)
К нескольким каплям раствора Na2[Sn(OH)4] прилили несколько капель раствора нитрата висмута. В
результате реакции появляется белый осадок, который моментально чернеет из-за образования
порошка металлического висмута.
2Bi(NO3)3+Na2[Sn(OH)4]2Bi(OH)3+3[Sn(OH)4]2-2Bi+3[Sn(OH)6]2-
Опыт 3: амфотерные свойства гидрооксида свинца (II).
Получили гидрооксид свинца из реакции взаимодействия между нитратом свинца Pb(NO3)2 и
щелочью NaOH. Гидрооксид свинца разделили на две пробирки, в одну из которых добавили
азотную кислоту, а в другую – NaOH. В обоих случаях осадок полностью растворился. Гидрооксид
свинца взаимодействует как с кислотами, так и со щелочами, значит, он обладает амфотерными
свойствами.
Pb(NO3)2+NaOH Pb(OH)2+2NaNO3
Pb(OH)2+2HNO3Pb(NO3)2+2H2O
Pb(OH)2+2NaOHNa2[Pb(OH)4]
Опыт 4: восстановительные свойства соединений свинца.
К раствору тетрагидроксоплюмбата натрия прилили 1-2мл перекиси водорода. Выделился осадок
двуокиси свинца коричневого цвета. Полученный осадок отфильтровали и сохранили для
следующего опыта.
Na2[Pb(OH)4] + H2O2  2NaOH + 2H2O + PbO2 (коричневый цв.)
В раствор нитрата свинца налили в 2 раза больший объем раствора гипохлорита натрия. В пробирке
выпали хлопья зеленовато-желтого цвета.
Pb(NO3)2+2NaOClPbCl2+2NaNO3+O2
Опыт 5: окислительные свойства оксида свинца (IV).
К небольшому количеству двуокиси свинца, полученной в прошлом опыте, прибавили 2-3 капли
концентрированной соляной кислоты и слегка подогрели. К отверстию пробирки поднесли слегка
смоченную водой йодкрахмальную бумажку. Наблюдаем изменение окраски бумаги с белого на
синий цвет.
PbO2+4HClPbCl2+Cl2+2H2O
Опыт 6: качественные реакции на ионы Pb2+.
а) К 1мл 0,2н раствора Pb(NO3)2 прилили с небольшим избытком 0,2н раствора KI. После этого
выделился осадок ярко желтого цвета. Слили жидкость из пробирки оставив только осадок.
Добавили до половины пробирки уксусную кислоту и, перемешивая содержимое стеклянной
палочкой, поставили нагреваться на электроплитку. После того, как осадок растворился, медленно
охладили пробирку по холодной водой. В пробирке появились мелкие блестящие кристаллы PbI2
желтоватого цвета.
б) Используя K2CrO4, Na2SO4 и Pb(NO3)2, получили сульфат и хромат свинца.
Pb(NO3)2+ K2CrO4PbCrO4+2KNO3
Pb(NO3)2+ Na2SO4PbSO4+2NaNO3
Зная об амфотерности свинца, провели следующие опыты с целью отличия сульфата и хромата
свинца от таких же солей бария. В пробирки с PbCrO4 и с BaCrO4 добавили HNO3, а в пробирки с
PbSO4 и с BaSO4 добавили NaOH. Так как свинец амфотерен, его осадок растворился как при
взаимодействии с кислотой, так и при взаимодействии со щелочью. В случае с солями бария,
растворился лишь его хромат, а сульфат не растворился. Таким способом можно отличить соли
свинца от солей бария.
PbSO4+4NaOHNa2[Pb(OH)4]+Na2SO4
PbCrO4+2HNO3Pb(NO3)2+H2CrO4
BaSO4+NaOHне идет (Ba не растворяется)
BaCrO4+2HNO3Ba(NO3)2+H2CrO4
в) Для обнаружения свинца в сплаве вуда положили его на часовое стекло и в вытяжном шкафу
капнули на него концентрированной азотной кислотой. Через минуту с помощью полоски
фильтровальной бумаги убрали излишки кислоты с часового стекла и подействовали раствором
ацетата натрия для понижения кислотности среды. После этого капнули на часовое стекло раствором
KI и увидели образование желто-оранжевой окраски, которая указывает на наличие свинца в сплаве.
Pb + 4HNO3 = Pb(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
Pb(NO3)2 + 3KIKPbI3+2KNO3
Вывод: ознакомились с типичными свойствами олова, свинца и их соединений. Увидили
амфотерные свойства свинца и олова. Научились отличать соли свинца от солей бария. Узнали
некоторые свойства, характерные только для свица и олова. Практическим путем обнаружили
содержание свинца в сплаве вуда.