Data: 24.05.2012 |
Nr ćwiczenia i tytuł 11. Chemia lantanowców. |
Ocena: |
|---|---|---|
Prowadzący: Mgr Jan Kaczmarczyk |
Wykonujący: Ewelina Szafraniec |
I. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia było zbadanie chemicznych właściwości lantanowców poprzez przeprowadzenie reakcji dla lantanu i ceru oraz porównanie ich z właściwościami wapnia.
II. Część doświadczalna i opracowanie wyników.
Reakcje związków lantanu/ceru/wapnia:
Do probówki odmierzono 1 cm3 0,2 mol/dm3 LaCl3/Ce(SO4)2/CaCl2 i 4 cm3 wody destylowanej, następnie dodano kilka kropel 2 mol/dm3 NaOH. Do takiej samej ilości LaCl3 dodano 3 cm3 0,1 mol/dm3 EDTA w buforze boranowym, następnie dodano kilka kropli roztworu NaOH.
Do 1cm3 0,2M roztworu LaCl3/Ce(SO4)2/CaCl2 dodano 0,5 cm3 2M roztworu CH3COONa oraz kroplę roztworu I2 w KI. Następnie kroplami dodano roztwór NaOH.
Odmierzono 1 cm3 0,2 mol/dm3 LaCl3/Ce(SO4)2/CaCl2, dodano 5 kropli 2 mol/dm3 K2C2O4, mieszaninę podgrzano i ponownie dodano 1 cm3 K2C2O4. Zbadano rozpuszczalność osadu w 1 cm3 2 mol/dm3 HCl.
Do probówki odmierzono 1 cm3 0,2 mol/dm3 LaCl3/Ce(SO4)2/CaCl2 i dodano kilka kropli 2 mol/dm3 Na3PO4.
Do probówki odmierzono 1 cm3 0,2 mol/dm3 LaCl3/Ce(SO4)2/CaCl2 , dodano kroplę
30% H2O2 i kilka kropli NaOH.
Na pasek bibuły filtracyjnej naniesiono kroplę roztworu LaCl3/Ce(NO3)3/ CaCl2. Pasek ten umieszczono nad zlewką zawierającą wodny roztwór NH3(aq).
Do probówki wsypano kilka ziaren Ce(NO3)3∙6H2O i dodano kilka kropli 2 mol/dm3 NH3(aq).
Do probówki wsypano kilka ziaren Ce(NO3)3∙6H2O i niewielką ilość stałego K2S2O8, zawartość probówki ogrzano. Następnie dodano kilka kropli 0,1 mol/dm3 AgNO3.
Obserwacje, reakcje oraz wnioski zamieszczono w tabeli poniżej.
Reakcja Biełousowa-Żabotyńskiego:
Zmieszano po 10 cm3 roztworów:
- 0,09M KBrO3 w 1,5M H2SO4
- 0,3M kwas malonowy w 1,5M H2SO4
oraz po 5, 7.5, 10 cm3 0,0045M Ce(NH3)(SO4)3⋅2H2O w 1,5M H2SO4, zadano kilkoma kroplami wskaźnika ferroiny.
Zlewkę z roztworem mieszano początkowo za pomocą szklanego pręcika, następnie zastąpiono go mieszalnikiem na mieszadle magnetycznym.
Po pewnym czasie zaobserwowano zmianę barwy roztworu z niebieskiej na fioletową.
Zmierzono czas przejścia barwy roztworu z niebieskiej na fioletową w zależności od objętości dodanego roztworu związku ceru.
| Objętość [cm3] | Czas [s] |
|---|---|
| 5,0 | 8 |
| 7,5 | 5 |
| 10,0 | 4 |
Jest to przykład tzw. reakcji oscylacji, w której następuje naprzemienne utlenianie Ce3+ do Ce4+ oraz redukcja powrotem do Ce3+. Jej mechanizm jest dosyć skomplikowany(składa się z 18 etapów).
BrO3‑ + 2Br-‑ + 3CH2(COO)2 + 3H+ → 3BrCH(COO)2 + 3H2O
4Ce3+ + BrO3‑ + CH2(COO)2 + 5H+ → 4Ce4+ + BrCH(COO)2 + 3H2O
4Ce4+ + BrCH(COO)2 + 2H2O → 4Ce3+ + Br- + HCOOH +2CO2 + 5H+
Produktami końcowymi są: dwutlenek węgla (CO2), kwas mrówkowy (HCOOH) oraz kwas bromomalonowy (BrCH(COO)2).
Barwy roztworu wynikają z kombinacji barw poszczególnych składników:
Ce3+ - bezbarwny, Ce4+ - żółty, Fe2+ w ferroinie – czerwony, Fe3+ w ferroinie – niebieski.
IV Podsumowanie
Celem ćwiczenia było zbadanie właściwości lantanowców na podstawie przeprowadzonych reakcji dla lantanu(III) i ceru(IV) i cel ten został osiągnięty. Otrzymano nierozpuszczalne białe sole lantanu(III), tj.: szczawian, fosforan oraz wodorotlenek. Stwierdzono, iż szczawiany lantanowców są nierozpuszczalne w kwasach, natomiast fosforany są rozpuszczalne.
Ponadto wykazano kilka podobieństw związków lantanowców do związków wapnia. Zauważono że związki ceru(IV) mają barwę żółtą, ceru(III) - mają barwę białą, natomiast otrzymane sole ceru: Ce2(C2O4)3, Ce(OH)3, Ce(OH) są nierozpuszczalne w wodzie. Zwrócono również uwagę na nietrwałość szczawianu ceru na IV stopniu utlenienia, który zmienia stopień utlenienia na III. Opisane powyżej obserwacje z wykonanych doświadczeń pokrywają się z danymi literaturowymi dotyczącymi właściwości chemicznych związków ceru i lantanu.
Wykonano reakcję oscylacji. W doświadczeniu chciano sprawdzić czas zmiany barwy roztworu w zależności od ilości dodanego ceru (roztworu). Z otrzymanych wyników można wnioskować, że im więcej jonów ceru w roztworze tym szybsza jest zmiana barwy roztworu. W doświadczeniu nie zaobserwowano przejścia w barwę różową, prawdopodobnie przez wstrząsy powodowane przez mieszadło magnetyczne, bądź zbyt wolne mieszanie.