Stáhnout manuál pro vyučujícího

Laboratorní cvičení – manuál pro vyučujícího
Postupné reakce železa
Před příchodem žáků do laboratoře je třeba připravit tyto chemikálie v odpovídající koncentraci:
Práškové Fe, H2SO4 10%, HNO3 10%, roztok KSCN 5%, roztok NaOH 10%, HCl 10%, roztok
K3[Fe(CN)6] 5%, roztok K4[Fe(CN)6] 5%, H2O2 10%.
Je vhodné ověřit, že se žáci obecně seznámili s tématem, k němuž se práce v laboratoři vztahuje. Lze
použít následující otázky:
 Co jsou to koordinační sloučeniny?
 Jakou vazbou jsou vázány ligandy na centrální atom?
 Uveďte příklady ligandů a centrálních atomů.
Instruktáž k bezpečnosti práce:
 Upozornit na bezpečnost práce s žíravými látkami – kyselina sírová, kyselina chlorovodíková a
hydroxid sodný.
 Při práci s peroxidem vodíku dbát na použití ochranných brýlí.
 Thiokyanatan draselný je látka zdraví škodlivá.
Pracovní postup s poznámkami k bezpečnosti práce a k výsledkům reakcí:
V pořadí reakcí postupujte podle následujícího schématu, reakce na sebe navazují, proto nic nevylévejte!
Podle seznamu chemikálií před zahájením práce doplňte reaktanty a své úvahy konzultujte s učitelem.
Do protokolu budete uvádět zbarvení a skupenství všech vzniklých meziproduktů a produktů, proto si
je poznamenejte do laboratorního sešitu. Ve zkumavkách není třeba reaktanty promíchávat
tyčinkou, postačí mírné protřepání. Všechny výsledné produkty demonstrujte učiteli. V rámci
bezpečnosti práce mějte na sobě vždy laboratorní plášť, ochranné brýle a udržujte pořádek na pracovišti.
- Projít schéma reakcí, nechat žáky promyslet si, co bude reaktantem. Upozornit na reakce, kdy je
nutné rozdělit výchozí látku na dva díly, zároveň upozornit na to, aby si zapisovali vzhled vzniklých
produktů i meziproduktů.
1.Postupujte po horní větvi schématu. Do zkumavky pomocí špachtle převeďte malé množství
práškového železa (na špičku špachtle) a přidejte 2 ml kyseliny sírové (1.). Zkumavku umístěte do
držáku na zkumavky a opatrně zahřívejte reakční směs pomocí kahanu až do ukončení reakce. Dodržujte
bezpečnost práce!
- Je žádoucí přidat skutečně malé množství železa, jinak reakce probíhá velmi dlouho, s velkým
množstvím kyseliny, nebo je třeba reakční směs filtrovat/dekantovat. /Stačí na špičku špachtle/.
Produktem této reakce má být čirý roztok.
- Při zjišťování ukončení reakce je třeba odstavit zkumavku z plamene kahanu a odlišit bublinky
varu od bublinek vznikajícího vodíku. Průběh reakce by si měli žáci sami promyslet – lze je instruovat
tak, že vědí, co reaguje, a znají jeden produkt, proto mohou přijít sami na ten další.
- Vzniklý roztok je třeba rozdělit na dvě poloviny do zkumavek.
2.Ze vzniklého čirého roztoku odlijte polovinu do další zkumavky. S jednou polovinou proveďte reakci
číslo 2., přidáním příslušeného činidla (2 ml), které jste vybrali z výpisu chemikálií, tak, aby vznikl
žádaný produkt.
- Přidáním NaOH k FeSO4 vzniká Fe(OH)2. Vzniká zelenomodrá sraženina (může se zdát až šedá).
Pokud nevzniká, je třeba přidat větší množství NaOH.
3.S druhou polovinou reakční směsi proveďte reakci číslo 6. přidáním několika kapek činidla, které jste
vybrali z výpisu chemikálií.
- Přidáním KSCN k FeSO4 by neměla probíhat žádná reakce. Vlivem snadné oxidace iontu Fe2+ na
iont Fe3+ může probíhat stejná reakce jako v bodě (V. – 7.). Mohou vznikat růžové až červené roztoky.
4.Sraženinu, která vznikla reakcí v kroku 2. opět rozdělte na poloviny do dvou zkumavek. V jedné
zkumavce proveďte reakci číslo 3. (2 ml činidla), ve druhé zkumavce proveďte reakci číslo 5. (2 ml
činidla).
- Přidáním HCl k Fe(OH)2 vzniká FeCl2, světle zelený roztok.
- Přidáním H2O2 k Fe(OH)2 dochází k oxidaci iontu Fe2+ na iont Fe3+, vzniká oranžová sraženina
Fe(OH)3.
5.K roztoku, který vznikl reakcí číslo 3. přidejte činidlo, které jste vybrali z chemikálií pro krok 4. (2 ml)
a pozorujte změnu zabarvení.
- Přidáním K3[Fe(CN)6] k FeCl2 vzniká tmavě modrý roztok Fe3[Fe(CN)6]2.
6.Pokračujte spodní větví schématu. Tento krok je vhodné provést v digestoři. Do zkumavky pomocí
špachtle převeďte malé množství práškového železa a přidejte 2 ml zředěné kyseliny dusičné (I.).
- Tuto reakci je nutné provádět v digestoři. V reakci vznikají NOx plyny, které jsou zdraví škodlivé.
Je na zvážení vyučujícího, zdali tento krok zařadí, lze jej vynechat a připravit žákům 5% roztok Fe(NO3)3
(žlutohnědý). Pokud budou žáci reakci provádět, stačí opět velmi malé množství železa. Vzniklý roztok
je třeba rozdělit na dvě poloviny.
7.Vzniklý roztok rozdělte na poloviny do dvou zkumavek. Do první zkumavky přidejte činidlo (2 ml),
které jste vybrali pro reakci číslo II. Do druhé zkumavky přidejte činidlo, které jste vybrali pro reakci
číslo V. (několik kapek).
- Přidáním NaOH k Fe(NO3)3 vzniká Fe(OH)3, oranžová sraženina. (II)
- Přidáním KSCN k Fe(NO3)3 vzniká K3[Fe(SCN)6], tmavě červený roztok, který se používá jako
umělá krev. (V)
8.K produktu reakce II. přidejte činidlo, které jste vybrali pro reakci III. (2 ml).
- Přidáním HCl k Fe(OH)3 vzniká FeCl3, oranžový roztok.
9.Následně přidejte činidlo reakce IV. (2 ml) a pozorujte změnu zabarvení.
- Přidáním K4[Fe(CN)6] k FeCl3 vzniká tmavě modrý roztok Fe4[Fe(CN)6]3.
10. Umyjte všechny zkumavky ve vodě, ukliďte laboratorní stůl a předejte jej učiteli.
Obsah protokolu:
- Je třeba zdůraznit požadavky na obsah protokolu, formu a datum odevzdání protokolu.
- Jméno a příjmení, třída, datum.
- Název a cíl práce.
- Není třeba uvádět pracovní postup, ale je nezbytné uvést doplněné reakční schéma včetně všech
reaktantů, meziproduktů a produktů, doplněné o jejich skupenství a zbarvení.
- Vyčíslené rovnice všech reakčních kroků, včetně názvů produktů.
1. Fe + H2 SO4 → FeSO4 + H2 síran železnatý (oxidačně-redukční)
2. FeSO4 + 2 NaOH → Fe(OH)2 + Na2 SO4
hydroxid železnatý (srážecí)
3. Fe(OH)2 + 2 HCl → FeCl2 + 2 H2 O chlorid železnatý (neutralizační)
4. 3 FeCl2 + 2 K 3 [Fe(CN)6 ] → Fe3 [Fe(CN)6 ]2 + 6 KCl hexakyanoželezitan
železnatý
(komplexotvorná)
5. Fe(OH)2 + H2 O2 → Fe(OH)3 + H2 O
hydroxid železitý (oxidačně-redukční)
6. FeSO4 + KSCN →
reakce neprobíhá
I. Fe + 4 HNO3 → Fe(NO3 )3 + NOx + 2 H2
dusičnan železitý (oxidačně-redukční)
II. Fe(NO3 )3 + 3 NaOH → Fe(OH)3 + 3 NaNO3
hydroxid železitý (srážecí)
III. Fe(OH)3 + 3 HCl → FeCl3 + 3 H2 O
chlorid železitý (neutralizační)
IV. 4 FeCl3 + 3 K 4 [Fe(CN)6 ] → Fe4 [Fe(CN)6 ]3 + 12 KCl hexakyanoželeznatan železitý
(komplexotvorná)
V. Fe(NO3 )3 + 6 KSCN → K 3 [Fe(SCN)6 ] + 3 KNO3
hexathiokyanoželezitan
draselný
(komplexotvorná)
- Pojmenování typu reakce – oxidační/redukční, komplexotvorná, neutralizační, atp.
- Závěr.
Likvidace chemikálií:
Roztoky lze likvidovat vylitím do výlevky, vyjma roztoků obsahujících KSCN, jelikož je toxický pro
vodní organismy.
Klasifikace použitých chemikálií:
Práškové železo:
- H228 Hořlavá tuhá látka.
- P210 Chraňte před teplem/jiskrami/otevřeným plamenem/horkými povrchy. –
Zákaz kouření.
Kyselina sírová 10%:
- H315 Dráždí kůži.
- H319 Způsobuje vážné podráždění očí.
- P280 Používejte ochranné rukavice/ochranný oděv/ochranné brýle/obličejový
štít.
- P305+P351+P338 Při zasažení očí: Několik minut opatrně vyplachujte vodou. Vyjměte kontaktní
čočky, jsou-li nasazeny, a pokud je lze vyjmout snadno. Pokračujte ve vyplachování.
Peroxid vodíku 10%:
- H319 Způsobuje vážné podráždění očí.
- P280 Používejte ochranné rukavice/ochranný oděv/ochranné brýle/obličejový
štít.
- P305+P351+P338 Při zasažení očí: Několik minut opatrně vyplachujte vodou.
Vyjměte kontaktní čočky, jsou-li nasazeny, a pokud je lze vyjmout snadno. Pokračujte ve vyplachování.
Kyselina chlorovodíková 10%:
- H315 Dráždí kůži.
- H319 Způsobuje vážné podráždění očí.
- H335 Může způsobit podráždění dýchacích cest.
- H290 Může být korozivní pro kovy.
- P280 Používejte ochranné rukavice/ochranný oděv/ochranné brýle/obličejový štít.
- P305+P351+P338 Při zasažení očí: Několik minut opatrně vyplachujte vodou. Vyjměte kontaktní
čočky, jsou-li nasazeny, a pokud je lze vyjmout snadno. Pokračujte ve vyplachování.
Hydroxid sodný 10%:
- H314 Způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí.
- H290 Může být korozivní pro kovy.
- P280 Používejte ochranné rukavice/ochranný oděv/ochranné brýle/obličejový
štít.
- P310 Okamžitě volejte toxikologické informační středisko nebo lékaře.
- P305 + P351 + P338 Při zasažení očí: Několik minut opatrně vyplachujte vodou. Vyjměte
kontaktní čočky, jsou-li nasazeny, a pokud je lze vyjmout snadno. Pokračujte ve vyplachování.
Kyselina dusičná 10%:
- H314 Způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí.
- P261 Zamezte vdechování par/aerosolů.
- P280 Používejte ochranné rukavice/ochranný oděv/ochranné brýle/obličejový
štít.
- P305+P351+P338 Při zasažení očí: Několik minut opatrně vyplachujte vodou. Vyjměte kontaktní
čočky, jsou-li nasazeny, a pokud je lze vyjmout snadno. Pokračujte ve vyplachování.
- P301+P330+P331 Při požití: Vypláchněte ústa. Nevyvolávejte zvracení.
Thiokyanatan draselný:
- H332 Zdraví škodlivý při vdechování.
- H312 Zdraví škodlivý při styku s kůží.
- H302 Zdraví škodlivý při požití.
- EUH032 Uvolňuje vysoce toxický plyn při styku s kyselinami.
- H412 Škodlivý pro vodní organismy, s dlouhodobými účinky.
- P280 Používejte ochranné rukavice/ ochranný oděv/ ochranné brýle/ obličejový štít.
- P273 Zabraňte uvolnění do životního prostředí.
Hexakyanoželezitan draselný – není klasifikován jako nebezpečná látka.
Hexakyanoželeznatan draselný – není klasifikován jako nebezpečná látka.
Návrh práce pro žáky, kteří budou dříve hotovi:
- Je vhodné začít zpracovávat tentokrát poměrně rozsáhlý protokol.