Колебательные окислительно-восстановительные реакции:
Реактивы:
1. FeSO4 . 7H2O
кристаллический гептагидрат сульфата железа(II) или
Fe(NH4)2(SO4)2 . 6H2O (соль Мора)
гексагидрат сульфата диаммония-
железа(II)
2. Ce(NO3)3 . 6H2O
гексагидрат нитрата церия(III)
3. KBrводный раствор бромида калия (2 моль/л, или 12 г на 50 мл воды)
4. KBrO3
насыщенный раствор бромата калия (около 10 г на 100 мл воды)
5. H2SO4концентрированная серная кислота
6. CH2(COOH)2водный раствор малоновой кислоты (5 моль/л, или 52 г в
100 мл воды)
7. C12H8N2
(phen) о-фенантролин
8. дистиллированная вода
Посуда и приборы:Полилюкс с экраном, стеклянная пластинка размером 25Χ25 см, чашка Петри, мерная колба емкостью 100 мл, колба Эрленмейера емкостью 250 мл с пришлифованной пробкой, шесть пипеток, бюретка, стеклянная палочка, промывалка, фильтровальная бумага.
Описание опыта:Для демонстрации эксперимента предварительно готовят растворы А и Б.
Раствор А
– раствор ферроина – комплекса железа(II) с о-фенантролином (phen). В мерную колбу емкостью 100 мл вносят 0,70 г гептагидрат сульфата железа(II) (или 0,99 г соли Мора) и 1,49 г о-фенантролина, доводят объем раствора водой до метки и перемешивают. Раствор приобретает красный цвет за счет образования фенантролинового комплекса железа(II):
Fe2+ + 3 phen = [Fe(phen)3]2+
Раствор Б
– раствор броммалоновой кислоты (готовится непосредственно перед демонстрацией). В коническую колбу с пришлифованной пробкой вводят 3,3 мл раствора бромида калия, 5 мл раствора малоновой кислоты и 5 мл концентрированной серной кислоты. Полученный раствор титруют из бюретки насыщенным раствором бромата калия при перемешивании после добавления каждой порции титранта, добиваясь исчезновения коричневой окраски за счет выделения брома в параллельно протекающей реакции конмутации:
BrO3– + 5Br– + 6H+ = 3Br2 + 3H2O
3Br2 + 2CH2(COOH)2 + 2H2O = BrCH(COOH)2 + HCOOH + CO2↑ + 5HBr
Общий объем раствора бромата калия, пошедшего на титрование, должен составлять около 7,5 мл. Образующаяся броммалоновая кислота неустойчива, однако некоторое время ее можно хранить при температуре 5100 С.
Для непосредственной демонстрации опыта на стеклянную пластинку, закрывающую световое окно полилюкса, ставят чашку Петри, в которую последовательно вносят с помощью пипеток 10 мл насыщенного раствора бромата калия, 4 мл раствора броммалоновой кислоты и 1,5 мл раствора ферроина. В течение нескольких минут на красном фоне появляются голубые пятнышки за счет образование фенантролинового комплекса железа(III) [Fe(phen)3]3+
в результате окисления соответствующего комплекса железа(II):
6[Fe(phen)3]2+ + 6H3O+ + BrO3– = 6[Fe(phen)3]3+ + 9H2O + Br–
Этот процесс является самоускоряющимся. Образующийся комплекс [Fe(phen)3]3+
окисляет броммалоновую кислоту с образованием бромид-ионов:
4[Fe(phen)3]3+ + BrCH(COOH)2 + 7H2O =
= 2CO2↑ + 5H3O+ + Br– + HCOOH + 4[Fe(phen)3]2+
Выделяющиеся бромид-ионы являются ингибиторами реакции окисления комплексов железа(II) бромат-ионами. Только когда концентрация комплексных ионов [Fe(phen)3]2+
становится достаточно высокой, ингибирующая активность бромид-ионов преодолевается, и раствор становится голубым за счет образования комплекса железа(III). Процесс повторяется снова и снова, поэтому и окраска раствора периодически изменяется из голубой в розовую, или наоборот. Изменение окраски начинается с появлением на розовом фоне голубых пятнышек, от которых во все стороны расходятся концентрические волны окраски. С течением времени скорость изменения окраски уменьшается и, в конце концов, процесс затухает. При этом на экране можно наблюдать появление “черных точек” - проекций пузырьков выделяющегося диоксида углерода.
Диапазон окрасок можно расширить, если добавить в чашку Петри несколько кристаллов гексагидрата нитрата церия(III) Ce(NO3)3 . 6H2O.
Тогда, помимо голубой и розовой окраски, можно наблюдать желтое (за счет образования соединений церия(IV)) или зеленое окрашивание (вследствие нало наложения желтого и голубого цвета):
6Ce3+ + BrO3– + 15H2O = 6[Ce(OH)2]2+ + Br– + 6H3O+
4[Ce(OH)2]2+ + BrCH(COOH)2 + 3H3O+ =
= 2CO2↑ + Br– + HCOOH + 4Ce3++ 9H2O
При нагревании скорость реакций возрастает, а смена окрасок убыстряется.
Примечание.Фенантролин представляет собой гетероциклическое соединение с двумя атомами азота, обладающими неподелёнными парами электронов и способными к координации. В комплексных соединениях с железом о-фенантролин играет роль бидентатного лиганда и образует прочные комплексы хелатного типа.
Смотрите также
Эпоксидная смола, как матричный материал
Широкое применение эпоксидных материалов в
промышленности обусловлено структурными особенностями эпоксидных полимеров:
возможностью получения их в жидком и твёрдом состоянии, отсутствием
ле ...
Анализ почвы
Почва –
особое природное образование, сформировавшееся в результате длительного
преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным взаимообусловленным
взаимодействием гидросферы, а ...