Международный школьный научный вестник
Научный журнал для старшеклассников и учителей ISSN 2542-0372

О журнале Выпуски Правила Олимпиады Учительская Поиск Личный портфель

ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА КАРБОНАТОВ МЕТАЛЛОВ

Ульянова В.А. 1
1 г. Новочеркасск, МБОУ СОШ № 9, 10 класс
Цветова Е.Н. (Новочеркасск, МБОУ СОШ № 9)
1. Габриелян О.С. Химия. 9 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений / О.С. Габриелян, 18-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2011. – 270 с.
2. Карбонаты [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru. wikipedia.org/wiki/ %D0 %9A %D0 %B0 %D1 %80 %D0 %B1 %D0 %BE %D0 %BD %D0 %B0 %D1 %82 %D1 %8B (дата обращения 30.08.2018).
3. Сидерит [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru. wikipedia.org/wiki/ %D0 %A1 %D0 %B8 %D0 %B4 %D0 %B5 %D1 %80 %D0 %B8 %D1 %82 (дата обращения 30.08.2018).
4. Малахит [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru. wikipedia.org/wiki/ %D0 %9C %D0 %B0 %D0 %BB %D0 %B0 %D1 %85 %D0 %B8 %D1 %82 (дата обращения 30.08.2018).

В результате жизнедеятельности организмов, а также в процессе сгорания органических веществ выделяется оксид углерода (IV) – углекислый газ CO2. По своей химической природе он является кислотным оксидом [1], соответствующим слабой угольной кислоте H2CO3. В водных растворах это соединение не устойчиво, распадается с образованием СО2 и Н2О [1, 176]. Угольная кислота способна образовывать два вида солей – карбонаты (с кислотным остатком CO32-) и гидрокарбонаты (кислотный остаток HCO3-). Большинство гидрокарбонатов хорошо растворимо в воде, из карбонатов растворимы соединения щелочных металлов и соли аммония.

Раствор углекислого газа в воде – бесцветная прозрачная жидкость. В природе карбонаты встречаются, как правило, в виде белых минералов – магнезита (MgCO3), кальцита (CaCO3), доломита (CaCO3·MgCO3) и т.п. [2]. Из окрашенных природных соединений можно выделить коричневый или зеленовато-серый сидерит FeCO3 [3], зеленый малахит CuCO3·Cu(OH)2 [4]. Интересной экспериментальной задачей является установление зависимости окраски карбонатов от химического состава. В этой связи целью работы являлось получение ряда карбонатов металлов s- и d-элементов, изучение их свойств: от чего зависит цвет карбоната, как они взаимодействуют с кислотами.

Материалы и методы исследования

Для проведения исследования были использованы растворы солей с концентрацией 0.5 моль/л: нитрат никеля (II) Ni(NO3)2; сульфат кобальта (II) CoSO4; сульфат меди (II) CuSO4; сульфат магния MgSO4, нитрат кальция Ca(NO3)2; нитрат стронция Sr(NO3)2; нитрат бария Ba(NO3)2; карбонат калия K2CO3. Все растворы были приготовлены из реактивов марки «ч». Для растворения полученных осадков использовали раствор соляной кислоты HCl с концентрацией 1 моль/л. Для изучения характера воздействия кислоты на карбонат природного происхождения использовали мел.

Для получения карбонатов в пробирки помещали по 3 мл раствора соли соответствующего s- или d-элемента, затем приливали раствор карбоната калия до образования осадка. Цвет осадка фиксировали визуально.

Для изучения влияния раствора кислоты на полученные осадки в реакционную систему добавляли при перемешивании HCl до растворения осадка.

Для изучения воздействия кислоты на карбонат природного происхождения мел растирали в порошок, помещали на горизонтальную поверхность и капали раствором кислоты.

Результаты и обсуждение

Получение карбонатов:

Получение карбоната никеля (II) можно описать с помощью реакций:

Ni(NO3)2 + K2CO3 = NiCO3v + 2KNO3

Ni2+ + CO32- = NiCO3v

При взаимодействии светло-зеленого раствора нитрата никеля (II) и бесцветного раствора карбоната калия образуется карбонат никеля (II) – аморфный осадок салатового цвета (рис. 1, а).

ul1.tif ul2.tif

а) б)

ul3.tif

в)

Рис. 1. Образование осадков карбонатов переходных металлов: а – NiCO3 ,
б – CoCO3 , в – CuCO3

Получение карбоната кобальта (II) можно описать с помощью реакций:

CoSO4 + K2CO3 = CoCO3v + K2SO4

Co2+ + CO32- = CoCO3v

При взаимодействии раствора сульфата кобальта (II) малинового цвета и бесцветного раствора карбоната калия образуется карбонат кобальта (II) – малиновый аморфный осадок (рис. 1, б).

Получение карбоната меди (II) можно описать с помощью реакций:

CuSO4 + K2CO3 = CuCO3v + K2SO4

Cu2+ + CO32- = CuCO3v

При взаимодействии раствора сульфата меди (II) голубого цвета и бесцветного раствора карбоната калия образуется карбонат меди (II) – аморфный голубой осадок (рис. 1, в).

Карбонаты магния, кальция, стронция и бария образовывались в виде белых аморфных осадков:

MgSO4 + K2CO3 = MgCO3v + K2SO4

Mg2+ + CO32- = MgCO3v

Ca(NO3)2 + K2CO3 = CaCO3v + 2KNO3

Ca2+ + CO32- = CaCO3v

Sr(NO3)2 + K2CO3 = SrCO3v + 2KNO3

Sr2+ + CO32- = SrCO3v

Ba(NO3)2 + K2CO3 = BaCO3v + 2KNO3

Ba2+ + CO32- = BaCO3v

Взаимодействие полученных карбонатов с кислотой можно описать с помощью реакций:

NiCO3 + 2HCl = H2O + CO2^ + NiCl2,

NiCO3 + 2H+ = H2O + CO2^ + Ni2+;

CoCO3 + HCl = H2O + CO2^ + CoCl2,

CoCO3 + 2Н+ = H2O + CO2^ + Co2+;

CuCO3 + 2HCl = H2O + CO2^ + CuCl2,

CuCO3 + 2H+ = H2O + CO2^ + Cu2+;

MgCO3 + 2HCl = H2O + CO2^ + MgCl2,

MgCO3 + 2H+ = H2O + CO2^ + Mg2+;

CaCO3 + 2HCl = H2O + CO2^ + CaCl2,

CaCO3 + 2H+ = H2O + CO2^ + Ca2+;

SrCO3 + 2HCl = H2O + CO2^ + SrCl2,

SrCO3 + 2H+ = H2O + CO2^ + Sr2+;

BaCO3 + 2HCl = H2O + CO2^ + BaCl2,

BaCO3 + 2H+ = H2O + CO2^ + Ba2+.

При взаимодействии осадков осажденных карбонатов с раствором кислоты наблюдали растворение осадка и выделение газа. В качестве примера на рис. 2 представлен процесс взаимодействия карбоната кобальта (II) с раствором соляной кислоты. При этом цвет растворов принимал окраску исходных растворов солей d- или s-элементов.

ul4.tif

Рис. 2. Растворение осажденного карбоната кобальта (II) в соляной кислоте

ul5.tif

Рис. 3. Растворение мела под действием соляной кислоты

Мел – естественный карбонат, если капнуть на него соляной кислотой, пойдет реакция растворения порошка с образованием бесцветного раствора и выделения CO2 (рис. 3). Данная реакция является лабораторным способом получения углекислого газа.

4) CaCO3 + 2HCl = H2O + CO2^ + CaCl2,

CaCO3 + 2H+ = H2O + CO2^ + Ca2+.

Выводы

Цвет осажденного карбоната зависит от окраски двухвалентной соли: у голубой соли меди (II) образуется голубой карбонат, у красно-фиолетовой соли кобальта (II) – малиновый, у зеленоватой соли никеля (II) – салатовый, а у бесцветных солей магния, кальция, стронция и бария карбонат получается белый.

При взаимодействии с сильной кислотой все карбонаты распадаются с выделением углекислого газа.


Библиографическая ссылка

Ульянова В.А. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА КАРБОНАТОВ МЕТАЛЛОВ // Международный школьный научный вестник. – 2018. – № 6-1. ;
URL: https://school-herald.ru/ru/article/view?id=812 (дата обращения: 18.08.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074