Реферат: Синтез хлорида олова (IV)
Содержание.
Литературный обзор……………………………………..………………..……….2
Экспериментальная часть…………………………………………...……………15
Выводы……………………………………………………………………………19
Списоклитературы……………………………………………………………….20
Введение.
В этой работерассмотрены свойства хлорида олова (IV),методы синтеза и применение. Хлорид олова (IV) – вещество, необходимое в неорганическом синтезе; в данный моментв лаборатории отсутствует. Такимобразом, основной целью этой работы является синтез хлорида олова (IV).
Литературный обзор.
<st1:place w:st=«on»>I.</st1:place>Галогенидыолова.
Тетрагалогениды.
Известны все четыре тетрагалогенидаолова (табл. 1). Молекулы SnX4представляют собой правильные тетраэдры с атомом Snв центре. Все тетрагалогениды олова,кроме SnF4,не содержат мостиковых атомов галогена, благодаря чему этисоединения легкоплавки и легколетучи. В тетрафториде SnF4имеютсяоктаэдрические фрагменты SnF6,образующие слои за счет мостиковой функции четырех (экваториальных)атомов фтора (олово(IV)имеет КЧ = 6). Естественно, что мостиковый характер SnF4ибольший ионный вклад в связь Sn—Fпо сравнению со связью Sn—Xв других тетрагалогенидах приводит ксущественно большей прочности кристаллической структуры SnF4(температура возгонки 705 °С). [1]
Фторид SnF4—бесцветное кристаллическое вещество, растворяется в воде с большимвыделением тепла. С водными растворами фторидов образуютсяфторостаннаты (ЩЭ)2[SnF6].
<img src="/cache/referats/19838/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">
Рис. 1. Структура SnF4
Тетрахлорид SnCI4—бесцветная, дымящая на воздухе подвижная жидкость, растворяется внеполярных органических растворителях, с бензолом исероуглеродом смешивается в любых отношениях. Тетрахлорид олова растворяет серу, фосфор, иод,тетраиодид олова. При растворении в воде SnCI4подвергается гидролизу с образованием SnO2• xH2Oи гексахлорооловянной кислоты H2[SnCl6]:
3SnCl4+ 2H2O = SnO2 + 2H2[SnCl6].
Последнюю можно выделить из раствора ввиде кристаллогидрата состава H2[SnCl6] •6Н2О. Гексахлорооловянная кислота является сильнойкислотой; растворы ее солей, благодаря отсутствию гидролиза, имеютнейтральную реакцию и не разрушаются даже при кипячении.
Из водного солянокислого растворатетрахлорида олова можно выделить кристаллогидрат SnCl4• 5Н2Ов виде белых легко расплывающихся кристаллов. Кристаллогидрат SnCl4•5Н2О, по-видимому, следует рассматривать каккомплексное соединение H2[SnCl4(OH)2] • ЗН2О,устойчивое в присутствии НС1, которая подавляет гидролиз SnCl4.Известны также соли состава (ЩЭ)[SnCI5] стригонально-бипирамидальным анионом.
Тетрабромид SnBr4—бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в ацетоне итрихлориде фосфора РС13, в водном растворе гидролизуется,но из кислых растворов удалось выделить кристаллогидрат SnBr4*4H2O. Получены такжегексабромооловянная кислота H2[SnBr6] иее соли.
Тетраиодид SnI4—желтое кристаллическое вещество, легко растворяется в спирте,эфире, бензоле, сероуглероде; в водном растворе гидролизуется;иодостаннаты состава (ЩЭ)2[SnI6] полученытолько для рубидия и цезия.
Все SnX4,кроме SnF4, получают взаимодействием оловас избытком галогена:
Sn+ 2Х2 = SnX4.
Тетрафторид синтезируют действиембезводного фтороводорода на SnCl4.
Известны также смешанныететрагалогениды олова, например, SnClBr3, SnCl3Br, SnBr2I2,которые по свойствам сходны с «однородными» галогенидами.
Таблица1.Свойства тетрагалогенидов олова
SnX4
Tпл, оC
Ткип, оС
Цвет
Энергия связи Sn– X, кДж/моль
∆fHо298кДж/моль
SnF4
-
705(возг)
Бесцветный
414
-
SnCl4
-36
114
Бесцветный
323
-529
SnBr4
33
203
Бесцветный
273
-406
SnI4
146
346
Жёлтый
205
-215
Дляолова получены и все четыре дигалогенида.
Дигалогениды.
Дихлорид SnCl2 –бесцветное кристаллическое вещество; легко растворяется в воде,спирте, эфире, ацетоне. Из водных растворов кристаллизуется ввиде SnCl2•2Н2О («оловянная соль»).В водном растворе SnCl2подвергается гидролизу, который протекает в существенно меньшейстепени, чем в случае SnCl4,так как основные свойства у олова(П)выражены сильнее, чем у олова(IV):
SnCl2 + H2O = Sn(OH)Cl + HCl.
В растворе содержатся не только SnOH+, нои более сложные полимерные ионы, например [Sn3(OH)4]2+и [Sn(OH)2Cl2]2-,которые могут взаимодействовать между собой.
Твердый SnCl2также имеет полимерное строение. Его слоистая структура составлена изтригонально-пирамидальных групп [SnCl3],связанных друг с другом через атомы хлора:
<img src="/cache/referats/19838/image004.jpg" v:shapes="_x0000_i1026">
Рис. 2. Строение SnCl2.
В парах SnCl2представляет собой угловую молекулу: угол ClSnCIсоставляет95o.Несвязывающая электронная пара олова направлена к вершине треугольника.Характер связи (наложение ковалентной и ионной составляющих) Sn–Clв SnCl2и SnCl4одинаков, но из-за цепочечного характера связей в твердом состоянии SnCl2менее устойчив и легко диспропорционирует:
2SnCl2= SnCl4+ Sn.
Дихлорид SnCl2— сильный восстановитель. Он восстанавливаетизрастворов солей до металлов золото, серебро, ртуть, висмут, Fe3+доFe2+,хроматы до Сг3+, перманганаты до Мn2+, нитрогруппудо аминогруппы, бром до бромид-иона, сульфит-ион до серы, например:
2SnCl2+ H2SO3 + (2x +l)H2O = 2SnO2*xH2O + S + 4HCI
или
2SnCl2+ H2SO3 + 8НС1 = S + 2H2[SnCl6] + 3H2O,
SnCl2+ Br2 + (2 + x)H2O = 2HC1 + 2HBr + SnO2 • xH2O
или
3SnCl2 +3Br2 + (2 + x)H2O =H2[SnCI6] + H2[SnBr6] + SnO2• xН2О.
В водном растворе SnCI2медленно окисляется кислородом воздуха. Чтобы препятствовать этому, враствор добавляют металлическое олово. Остальные дигалогениды оловавесьма сходны по свойствам с SnCl2.
Дигалогениды оловасинтезируют нагреванием олова в токе галогеноводорода илиосторожным обезвоживанием кристаллогидратов SnX2• nН2О, полученныхрастворением олова в соответствующих галогеноводородных кислотах.Безводные SnX2можно получить также непосредственным взаимодействием галогенов с избыткомолова.
Все дигалогениды олова образуюткомплексы (ЩЭ)[SnХз]и (ЩЭ)2lSnX4],но они менее устойчивы, чем производные олова(IV). Получаютих в растворах соответствующих галогеноводородных кислотили их солей по реакции
SnX2+ 2NaX=Na2[SnX4].
В концентрированных растворах равновесиесмешено вправо, при разбавлении смещается влево.Устойчивость галогенидных комплексов изменяется в следующем ряду:F> CI> Вг > I.
Многие галогениды олова, такие как SnCI4, SnCI2, атакже продукты их гидролиза, например, Na2[Sn(OH)6], используют в качествепротрав при крашении тканей. Тетрахлорид SnCl4применяют для приготовления дымовых завес и в качестве катализаторапри хлорировании, а в органической химии — как стимулятор процессаконденсации. [3]
Таблица2. Свойства дигалогенидов олова
SnX2
Tпл, оC
Ткип, оС
Цвет
Отношение к воде
∆fHо298кДж/моль
SnF2
210
—
Бесцветный
Растворим
-648
SnCl2
247
623
Бесцветный
Растворим
-352
SnBr2
232
620
Бледно-желтый
Растворим
-254
Snl2
320
720
Оранжево-красный
Нерастворим
-152
II. Галогениды элементовподгруппы германия.
Молекулы тетраголагенидов ЭНаl4 имеютформу тетраэдра с атомом Э в центре. По мере увеличения размеров орбиталей вряду GeHal4 — SnHal4 — PbHal4 устойчивостьмолекул заметно падает. Тетрабромид и тетраиодид свинца не известны.
В твердом состоянии тетрагалогениды, заисключением SnF4 и PbF4, имеют молекулярную решетку.Поэтому они легкоплавки и летучи. В обычных условиях GeF4 — газ, аЭСl4 — жидкости, а ЭI4 — кристаллические вещества.
За исключением оранжевого GeI4 и желтых SnI4и РbСl4, тетрагалогениды германия и его аналогов бесцветны.
Резкое возрастание температур плавления и кипения при переходе отGeF4 (т. пл. — 15 °С) к SnF4 (т. возг. 700 °С) и PbF4(т. пл. ~ 600 °С) является следствием перехода от молекулярной решетки кполимерной. Кристаллы SnF4 и PbF4 имеют слоистую решетку,состоящую из октаэдрических структурных единиц. Таким образом, в PbF4достигается устойчивое координационное число атома Рb — 6, и это соединение вотличие от других галогенидов свинца (IV) устойчиво.
Тетрагалогениды взаимодействуют также с основными галогенидами:
2KF+ ЭF4 = K2[ЭF6]
ДляGe(IV), как и для Si(IV), характерны фторокомплексы [GeF6] 2-. Нополучен и малостойкий Cs2[GeCl6]. Для Sn(IV) и Pb(IV)известны комплексные галогениды всех типов от M2[ЭF6] доМ2[ЭI6]. Это свидетельствует о стабилизации у свинцастепени окисления +4 в анионных комплексах с координационным числом 6.Галогенидные комплексы германия и олова устойчивы как врастворе, так и в кристаллических соединениях. Аналогичные соединения свинцалегко гидролизуются. [2]
III. Методы синтеза.
Наосновании приведённых данных можно выделить следующие методы синтеза хлоридаолова (IV):
Первый способ.
Удобный способ получения безводного SnCl4основан на прямом синтезе:
Sn+ 2Cl2= SnCl4
Большую пробирку (длина 20—25 см,диаметр 3—4 см) заполняют на 3/4 гранулированным оловом. Пробиркузакрывают пробкой с двумя отверстиями: в одно вставляютгазоподводящую трубку, а другое — форштоссобратного холодильника(рис.3).
<img src="/cache/referats/19838/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">
<img src="/cache/referats/19838/image008.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">
Рис.3. Прибор для получения хлорного олова
Рис.4. «Сдвоенный» прибор для полученияхлорного олова:
1,2—пробирки; 3,4—тубусы; 5 — хлорподводящая трубка; 6 — соединительная трубка; 7—шариковый холодильник.
В пробирку наливают несколькомиллилитров готового SnCl4и пропускают (под тягой)сухой хлор с такой скоростью, чтобы газ успевал прореагироватьс оловом. Реакция протекает бурно, иногда с появлением пламени.Когда на дне пробирки соберется значительный слой SnCl4,газоподводящую трубку несколько поднимают, но конец ее должен бытьпогружен в жидкость. По окончании реакции SnCl4 сливаютв склянку, вносят несколько гранул Snдлясвязывания свободного хлора и выдерживают 1 ч в закрытой склянке. Затемжидкость перегоняют, собирая фракцию, кипящую при 112—114 oС (приемник для предохраненияот влаги воздуха снабжают хлоркальциевой трубкой). Если исходное оловосодержало Fe, топерегонку SnCl4неследует доводить до конца (во избежание перехода примеси FeCl3). Полученный препарат переливают всклянку со стеклянной или корковой (но не резиновой!) пробкой.
Для приготовления большого количества SnCl4(до3 кг в день) рекомендуется прибор, изображенный на рис. 4. Двепробирки 1 и 2 (длина 20—25 см, диаметр 4 см) стубусами 3 и 4 соединяют трубкой 6. К пробирке 2 присоединяютобратный холодильник 7. Пробирки заполняют на 3/4 гранулированнымоловом и по трубке 5 пропускают ток сухого хлора, сначала медленно, воизбежание сильного разогревания, затем, когда трубка 5 окажется погруженной в SnCl4, быстрее.
Когда пробирка 1 почтизаполнится SnCl4(пробирка 2 к этому времени
наполняется приблизительно до половины) ток хлора прекращают, под
трубку 5 подставляют сухую склянку и через верхнее отверстиехолодильника 7 с помощью резиновой груши в прибор подаютструю воздуха. При этом SnCl4 почтиполностью переливается в подставленную склянку. Затем пробирки снова заполняютчерез тубусы оловом и продолжают хлорирование. Для очистки препарат перегоняют,добавив немного листового олова для связывания растворённого хлора. Собираютфракцию, кипящую при 112-114 оС.
Выход 90-95%.[5]
Второй способ.
Собирают прибор согласно схеме (рис. 4.22).
<img src="/cache/referats/19838/image010.jpg" v:shapes="_x0000_i1029">
Рис.5. Прибор для получение хлорида олова (IV).
Все части прибора должны быть тщательновысушены. В реакционную колбу помещают определенное количество металлическогоолова, заполняют прибор углекислым газом, колбу нагревают до плавления олова ипропускают в нее ток сухого очищенного хлора. Дальнейшее нагревание продолжаютв том случае, если реакция замедляется.
Sn+ 2Cl2= SnCl4
По окончании реакции из системы вытесняютхлор сухим углекислым газом. Выход продукта оценивают по объему и плотностиполученного вещества. Часть хлорида олова (IV) отгоняют в пробирку с оттянутымконцом, которую затем запаивают, или в пробирку которую закрывают пробкой ипарафинируют. Оставшуюся часть продукта используют для изучения его свойств.
Третийспособ.
Безводный препарат можнополучить также хлорированием безводного SnCl2
SnCl2 + Cl2= SnCl4
<img src="/cache/referats/19838/image012.jpg" v:shapes="_x0000_i1030">
Рис. 6. Прибор для получения хлорного оловаиз SnCl2
В коническую колбу (рис.5) помещают 200 г безводного SnCl2ипропускают (под тягой) струю хлора со скоростью 60—70 пузырьковв минуту. Хлор предварительно пропускают через склянку Тищенкос конц. H2SO4.Избыток хлора поглощается в другой склянке Тищенко с раствором NaOH. Реакция протекает с сильнымразогреванием реакционной смеси (до 70—80 оС) и вскорекристаллическая масса SnCl2превращается в жидкость (SnCl4).Конец реакции определяется по постепенному снижению температуры.Полученную жидкость переливают в колбу для перегонки, добавляютнемного листового олова для связывания растворенного хлора и медленноперегоняют, собирая фракцию, кипящую при 112—114 оС.
Выход 250 г (90%).
На основании анализалитературных данных и исходя из наших возможностей, для получения тетрахлоридаолова использовали метод, основанный на непосредственном взаимодействии олова схлором (второй способ).
Экспериментальная часть.
1. Синтез тетрахлорида олова.
Вещество
Молярная масса, М г/моль
Масса m, г
Кол-во вещества, ν моль
Физические константы
mтеор
mпракт
νтеор
νпракт
Олово
119
38,84
38,84
0,326
0,326
Оксид марганца (IV)
87
56,72
150
0,652
1,72
Соляная кислота
36,5
95,19
473,2
2,61
ω = 36,5%
ρ = 1,183г/мл
MnO2+ 4HCl= MnCl2+ Cl2↑+ 2H2O
Sn +2Cl2 = SnCl4
Собрать прибор (рис. 6) и тщательно высушитьего.
<img src="/cache/referats/19838/image014.jpg" v:shapes="_x0000_i1031">
Рис6. Прибор для получения хлорида олова (IV).
В колбу Вюрца емкостью 500 мл (1) засыпалиоксид марганца (IV), вкапельную воронку залили концентрированную соляную кислоту. В аппарат Киппа (2)засыпали мрамор (карбонат кальция), залили соляную кислоту. В реакционную колбуна 25 мл (5) засыпали металлическое олово. В промывалку (3) налилидистиллированную воду, в промывалку (4) – 96%-ю серную кислоту. В химическийстакан (6) засыпали лёд. Хлоркальциевую трубку заполнили хлоридом кальция,воронку опустили в стакан со щёлочью (8).
Открыв кран на аппарате Киппа, продувалиприбор углекислым газом около 15 мин:
CaCO3+ 2HCl= CaCl2+ CO2↑+ H2O
Прекратив подачу CO2,открыли капельную воронку, начали нагревать колбу (1):
MnO2+ 4HCl= MnCl2+ Cl2↑+ 2H2O
Когда колба (5) заполнится хлором, началинагревать её.
Sn +2Cl2 = SnCl4
Олово начало гореть жёлто-белым пламенем.Нагрев возобновляли только в случае замедления реакции. По окончании реакции пробирка(7) заполнилась жёлтой жидкостью – хлоридом олова (IV).
Выход:
m(SnCl4)практ=18,49 г
ν(SnCl4)теор=ν(Sn) = 0,326моль
m(SnCl4)теор= ν(SnCl4)*M(SnCl4) = 0,326*261 = 85,09 г
ω = <img src="/cache/referats/19838/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1032"> = <img src="/cache/referats/19838/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> = <img src="/cache/referats/19838/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1034">
2. Идентификация тетрахлорида олова.
1) К полученному веществу прилили несколькокапель водного раствора аммиака. Выпал белый осадок (α-оловянная кислота):
SnCl4+ 4NH4OH= H2SnO3↓+ 4NH4Cl+ H2O
Этот осадок легко растворяется как в кислоте,так и в щёлочи:
H2SnO3+ 4HCl = SnCl4 + H2O
H2SnO3+ 2NaOH + H2O = Na2[Sn(OH)6]
2) К 2-3 каплям полученного вещества добавили1 каплю концентрированной соляной кислоты, железные опилки и нагрели допоявления пузырьков. Затем к раствору прибавили 2 капли раствора нитрата ртути(II). Выпал белый осадок:
Fe +SnCl4 = FeCl2 + SnCl2
SnCl2+ 2Hg(NO3)2 = Hg2Cl2↓+ Sn(NO3)4
3) На предметное стекло нанесли 1 каплюраствора полученного вещества, внесли кристаллик хлорида цезия. Вокругкристаллика появился белый осадок:
H2[SnCl6]+ 2CsCl = Cs2[SnCl6]↓ + 2HCl
Таким образом, на основе проведённых реакций,а также на основе метода синтеза можно сказать, что мы получили хлорид олова (IV).
Выводы.
1)<span Times New Roman"">
Была собрана и изучена литература потетрахлориду олова.2)<span Times New Roman"">
Был проведён синтез тетрахлорида олова.3)<span Times New Roman"">
С помощью качественных реакций былоидентифицировано полученное вещество.Список литературы.
1.<span Times New Roman"">
Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учеб. для вузов. – 3-е изд.,перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1998. – 743 с., ил.2.<span Times New Roman"">
Никольский, А.Б. и др. Химия.- Санкт-Петербург, 2001.- C. 326-3283.<span Times New Roman"">
Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия. Ч II: Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 1994. –624с: ил.4.<span Times New Roman"">
Фадеева, В.И. и др. Основы аналитической химии.- Москва, 2001.5.<span Times New Roman"">
Свиридов В.В. и др. Неорганический синтез: Учеб. пособие / В.В. Свиридов,Г.А. Попкович, Е.И. Василевская. – 2-е изд., испр. – Мн.: Унiверсiтэцкае, 2000. – 224 с.6.<span Times New Roman"">
Карякин Ю.В., Ангелов И.И. Чистые химические вещества. Изд. 4-е, пер. идоп. М., «Химия», 1974. 408 с., 66 рис.