ОБЩИЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ПРИЕМЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ И ОЧИСТКЕ ВЕЩЕСТВ

Практикум по неорганическому синтезу (Ключников Н.Г.) издание второе 1979 год

Допущено Министерством просвещения СССР в качестве учебного пособия для студентов • педагогических институтов по химическим и биологическим специальностям

ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ

МОСКВА «ПРОСВЕЩЕНИЕ» 1979

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие........3

Часть первая

Общие лабораторные приемы, используемые при получении и очистке веществ

Глава I. Выделение веществ из раствора......6

§ 1. Кристаллизация.........—

§ 2. Получение веществ в крупнокристаллическом

виде...............7

Глава II. Отделение осадков от раствора......8

§ 1. Фильтрование..........—

§ 2. Центрифугирование . . . . . . . 13

§ 3. Отжимание..........14

§ 4. Осаждение и фильтрование в атмосфере ин-.

дифферентных газов........—

Глава III. Высушивание веществ .........17

§ 1. Высушивание твердых веществ . —

§ 2. Высушивание газов........20

Глава IV. Очистка веществ..........24

§ 1. Перекристаллизация . . . . . . . . —

§ 2. Возгонка и перегонка.......25

§ 3. Зонная плавка.........29

§ 4. Очистка водных растворов солей путем их •

обработки порошкообразными металлами, сульфидами и гидроксидами

Глава V. Хранение веществ ....

§ 1. Хранение твердых веществ § 2. Хранение жидкостей .

§ 3. Хранение газов .
Часть вторая

Типовые распространенные методы получения веществ ' .

Глава I. Восстановление водородом и "реакции гидрирования 37 § 1. Получение металлов и некоторых неметал

лов из оксидов ........

§ 2. Получение низших оксидов.....

§ 3. Получение металлов и низших хлоридов вое становлением соответствующих хлоридов .

§ 4. Реакции гидрирования .......

Глава II. Металлотермические методы получения металлов,

их сплавов и некоторых неметаллов.....46

§ 1. Восстановление оксидов.......

*

Глава III. Получение металлов и некоторых неметаллов вое

становлением водных растворов солей . • . . .52

§ 1. Электролитические методы .

§ 2. Восстановление веществ порошкообразными

металлами и амальгамами......55

§ 3. Восстановление веществ в водных растворах

различными восстановителями •.....56

»

Глава IV. Хлорирование металлов, неметаллов и оксидов . . 57

§ 1. Хлорирование металлов и неметаллов хлором — § 2. Хлорирование металлов н неметаллов хлорово-

дородом ............62

§ 3. Хлорирование оксидов.......63

Глава V. Бромирование металлов, неметаллов и оксидов . 66 § 1. Бромирование металлов и неметаллов бромом — § 2. Бромирование металлов и неметаллов бро-моводородом или смесью брома и другими

газами...........68

§ 3. Бромирование металлов и неметаллов в водных растворах бромом......70

§ 4. Бромирование оксидов металлов бромом . —

Глава VI. Иодирование металлов, неметаллов и оксидов 72

'§ 1. Йодирование металлов и неметаллов иодом —

§ 2. Иодирование металлов и неметаллов в па рах иода в смеси с водородом, азотом, окси дом углерода (IV) или аргоном .

§ 3. Иодирование металлов и неметаллов иодом в водных и' органических растворителях .

§ 4. Иодирование оксидов иодом в присутствии угля ........

Глава VII. Получение сульфидов, селенидов и теллуридов

§ 1. Получение сульфидов, селенидов и теллури дов путем непосредственного соединения ве

ществ.......

§ 2. Взаимодействие сероводорода и его анало гов с водными растворами солей. Други ' методы получения сульфидов и солей анало *гов серы . 4 .

%

Глава VIII. НитровИние. Получение нитридов ....

§ 1. Получение нитридов взаимодействием неко

• j.

торых металлов и неметаллов с азотом или аммиаком . ........

§ 2. Получение нитридов взаимодействием окси

дов металлов с аммиаком.....

§ 3. Получение нитридов взаимодействием хло ридов с аммиаком .......

Глава IX. Получение карбидов .' . . . . ’. .

§ 1. Получение карбидов взаимодействием метал лов и неметаллов с углем .....

§ 2. Получение карбидов взаимодействием мета на с металлами и их оксидами .

§ 3. Получение карбидов взаимодействием мета на с хлоридами и другими методами .

Глава X. Термическое разложение веществ с целью полу

чеиия оксидов .........

§ 1. Термическое разложение иа воздухе .

§ 2. Термическое разложение веществ в смеияе мой атмосфере индифферентных газов .

Глава XI. Обезвоживание кристаллогидратов . ...

§ 1. Обезвоживание кристаллогидратов галоге

нидов . \ .......

§ 2. Обезвоживание кристаллогидратов солей кй

слородных кислот . . .....88

Глава XII. Получение солей в водных растворах .... 90

§ 1. Получение солей при взаимодействии металлов, оксидов и карбонатов с кислотами . . —

§ 2. Получение солей обменными; реакциями . . —

•

Часть третья Получение веществ

Глава I, Водород и его соединения с кислородом ... 92

§ 1. Водород и его. очистка......—

§ 2. Пероксид водорода........ 97

Глава II. Элементы первой группы периодической системы

Д. И. Менделеева . . *.......98

§ 1. Литий............—

§ 2. Натрий...........103

§ 3. Калий......... ... .114

§ 4- Медь.......... - - .121

§ 5. Серебро........... 127

*

Глава III. Элементы второй группы периодической системы

Д. Й. Менделеева .........130

§ 1. Магний -............ —

§ 2. Кальций...........133

§ 3. Стронций..........138

§ 4. Барий...........140

§ 5. Цинк ...........' . 142

§ 6. Кадмий...........146

§ 7. Ртуть...........149

Глава IV. Элементы третьей группы периодической системы

Д. И. Менделеева ......... 156

§ 1. Бор............—

§ 2. Алюминий . . ........159

0

Глава V. Элементы четвертой группы периодической системы Д. И. Менделеева........164

§ 1. Кремний...........—

§ 2. Олово...................171

§ 3. Свинец...........175

Глава VI. Элементы пятой группы периодической системы

Д. И. Менделеева.........178

§ 1. Азот..................—

§ 2. Фосфор .•...........185

§ 3. Сурьма......., 189

§ 4. Висмут ;..........194

Глава VII. Элементы шестой группы периодической системы Д. И. Менделеева

§ 1. Сера . . .........

§ 2. Селен...........202

§ 3. Хром...........205

Глава VIII. Элементы седьмой группы периодической системы

Д. И. Менделеева.........215

. “§ 1. Хлор .............

§ 2. Бром............217

§ 3. Иод............221

§ 4. Марганец..........222

Глава IX. Элементы восьмой группы периодической системы -Д. И. Менделеева.........226

§ 1. Железо...........—

§ 2. Кобальт...........240

§ 3. Никель........• • • • 260

Николай Григорьевич Ключников

Редактор О. Я. Федорович Художественный редактор Л. Г. Бакушева v Технический редактор Я. А. Биркина Корректор Ля 77. Михеева

Сдано в набор 25.08.78. Подписано к печати 16.11.78. 84ХЮ8!/з2. Бум. тяпогр. № 2. Гарн. Литер. Печать высокая. Уел. печ. л.- 14,28. Уч.-изд. л. 13,30.

Тираж 24 000 экз. Заказ N° 3107. Цена 60 коп.

Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Просвещение» Государственного комитета Совета Министров РСФСР по делам издательств,

полиграфии н книжной торговли.

Москва, 3-й проезд Марьиной рощи, 41.

Типография им. Смирнова Смоленского облуправлення издательств, полиграфии и книжной торговли, г. Смоленск, пр. 'им. Ю. Гагарина, 2.

ПРЕДИСЛОВИЕ
Пособие по синтезу неорганических веществ предназначено для химических и биолого-химических факультетов педагогических институтов, оно написано в соответствии с программой.

В книге даны сведения по лабораторной методике получения неорганических ве-. ществ: металлов и неметаллов, оксидов и их гидроксидов, пероксидов, кислородных кислот и их солей, галогенидов, сульфидов, карбидов и нитридов.

В первой части книги рассмотрены лабораторные приемы, используемые при получении веществ, во , второй — типовые распространенные методы синтеза отдельных классов веществ и в третьей—частные методики (прописи) получения конкретных веществ.

ВВЕДЕНИЕ
На практических занятиях по неорганическому синтезу студенту, получившему задание, необходимо познакомиться с методикой его выполнения. Материал по этому вопросу он иайДет в третьей части книгй. Если работа включает в себя использование определенной аппаратуры и метод синтеза является распространенным (восстановление водородом, алюминотермия и т. д.), то иужио во второй главе прочитать соответствующий параграф. При возникновении каких-либо трудностей в процессе выполнения таких работ, как кристаллизация, высаливание и т. д., следует обратиться к первой части пособия. После этого составляют конкретную пропись получения вещества, которая должна включать следующие сведения:

1. Задание на получение определенного количества вещества. При наличии нескольких методов синтеза выбирают один из них.

2. Физико-химические свойства исходных веществ и продуктов реакции, например: цвет, температуры плавления, возгонки или кипения, отношение к влаге и кислороду воздуха. Эти сведения позволяют -конкретизировать методику работы и наблюдать за ходом процесса.

3. Конкретное описание методики получения вещества, включая схему установки (аппаратурное, оформление).

4. Перечень других веществ, которые можно получить по данной или несколько измененной по условиям (например, температурным) методике.

5. Материальный баланс. Он должен включать сведения о количестве вещества, которое нужно получить при выполнении данного задания, расчет и сведения о количествах исходцых веществ согласно уравнениям реакций и, наконец, после проведения синтеза — выход продукта в граммах и процентах.

Приведем два примера составления прописи.

Задание. Получить 3—4 г-хлорида железа (III).

Из третьей части (гл. IX, § 1) делается выписка о том, что получение хлорида трехвалентиого железа проводят хлорированием железной проволоки или стружки при 500—600°С в стеклянной трубке! f перетяжками. Из второй части перерисовывается схема установки (рис. 45) и делается выписка о методике работы.

Задание. Получить 15—20 г хрома алюмииотермическим методом.

Из третьей части (гл. VII, § 3) берут даииые о том, что хром получают восстановлением смеси, составленной из 15% CrOj и 85% Сг203. По второй части пособия знакомятся с методикой составления смеси из оксида хрома (VI), оксида хрома (III), алюминия и проведения реакции алюминотермического восстановления.

Сведения о физических свойствах веществ (температуры плавления, кипения, упругости паров при соответствующих температурах и т. д.) берут из справочников.

Часть первая

ОБЩИЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ПРИЕМЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ И ОЧИСТКЕ ВЕЩЕСТВ
Глава I

ВЫДЕЛЕНИЕ ВЕЩЕСТВА ИЗ РАСТВОРА

§ 1. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

Кристаллизацию можно проводить как путем медленного или быстрого испарения раствора, так и при помощи охлаждения горячего насыщенного раствора. Выделение веществ из водного раствора с определенным количеством кристаллизационной воды необходимо вести в тех пределах температур, при которых данный кристаллогидрат устойчив.

Для получения вещества МеХ2*6Н2О кристаллизацию нужно про-

водить в пределах 35—25°С и т. д. Поэтому, если вещество образует несколько кристаллогидратов, то простое выпаривание раствора (до начала кристаллизации) с последующим охлаждением часто дает смесь кристаллогидратов. В случае, если вещество не дает кристаллогидратов и термически устойчиво, концентрирование раствора можно производить упариванием его до насыщения и до выпадения первых кристаллов. При последующем охлаждении образуется осадок чистого вещества.

Крупные кристаллы, образующиеся при медленной кристаллизации, часто захватывают небольшое количество раствора и поэтому не всегда достаточно чистые.

§ 2. ПОЛУЧЕНИЕ ВЕЩЕСТВ В КРУПНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ ВИДЕ

Иногда возникает необходимость получить вещество в крупнокристаллическом виде с хорошо сформированными гранями, например для коллекций или для физико-химических исследований. Кристаллизация хорошо растворимых веществ в таких случаях не представляет особых затруднений, но для плохо растворимых можно применить специальные методы.

Большое значение для правильного формирования кристаллов веществ, особенно плохо растворимых, имеет непрерывная подача насыщенного раствора при сильном перемешивании с помощью несложных установок (устройство их ясно из рисунков 2 и 3). Непрерывный подвод раствора в первой установке достигается вращением затравки, приклеенной к стеклянной или металлической палочке (она является продолжением оси Электромотора). В этой установке можно также выращивать кристаллы и хорошо растворимых веществ, быстро снижая температуру раствора.

Выращивание кристаллов другим методом осуществляется в потоке (рис. 3). При вращении мешалки создается поток жидкости, движущейся со скоростью 2— 2,5 м/с, за счет чего и идет перемешивание. Этот метод применим для получения кристаллов плохо растворимых веществ (серы в толуоле и др.) или образующих мелкие кристаллы. Насыщенный горячий раствор наливают в сосуд и включают мешалку. Охлаждение раствора осуществляется за счет естественной теплоотдачи.

Рис. 2. Установка для быстрого выращивания монокристаллов:
1 — мотор; 2 — затравка; 3—насыщенный раствор соли; 4 — термометр.

Рис. 3. Установка для выращивания монокристаллов в потоке жидкости:

В этом же сосуде можно быстро выращивать крупные кристаллы, используя затравку вещества. В левое колено на дно сосуда помещают некоторое количество вещества, а затем наливают насыщенный раствор его. Затравку на нитке или приклеенную к стеклянной палочке помещают в правое колено. Левое колено нагревают каким-нибудь особым обогревателем (микроплитка, 2—3 витка проволоки, нагреваемой электрическим током). Затем включают мешалку. Пропеллер делают небольшим, чтобы- жидкость медленно перемешивалась.

В этом случае создается небольшая разница в температурах жидкости (в левом и правом коленах), поэтому к затравке непрерывно будет подходить насыщенный раствор.

содержание .. 1 2 ..

///////////////////////////////////////