А) Получение хлората калия и некоторые его свойства

Потребуются: установка для получения хлора, водяная баня или криотермостат, штатив лабораторный плоскодонная колба на 100 мл, концентрированный (5 М) раствор KOH.

Эксперимент. Подготовить прибор для получения хлора (работа 2.1). Перелить в плоскодонную колбу 50 мл раствора KOH (здесь – не заменять NaOH!). Поместить колбу в водяную баню (или термостат) и закрепить эту колбу в штативе. Задать температуру водяной бани или криотермостата 95-100°С. Подать ток хлора со скоростью 1 ‑ 3 пузырька за 3 секунды; скорость тока предварительно проверяется в емкости с водой. Продолжать барботирование в течение 15 – 30 минут. Опыт проводить под тягой. По окончании пропускания газа проверить запах жидкости: если она имеет запах хлора, добавить к раствору еще 10 ‑ 15 мл раствора KOH. Вне зависимости добавления избытка щелочи продолжать нагревание на водяной бане или в криотермостате еще в течение часа. После этого охладить колбу с ее содержимым – сначала до комнатной температуры, а затем – поместив ее в кристаллизатор со льдом или в криотермостат, температуру которого задать в пределах от ‑ 2 до 0°С. Наблюдать выделение кристаллов хлората калия (бертолетовой соли), которые по форме должны напоминать рыхлый, но хорошо сформированный снег. Гораздо более растворимый KCl при этом останется в растворе. Осадок KClO₃ промыть ледяной водой и высушить на фильтре. Изолированный от восстановителей хлорат калия устойчив на воздухе и взрывобезопасен.

Характеристические реакции хлоратов. ▲ Все работы с кристаллическим хлоратом калия проводить в защитных очках и под тягой. ▲

б) Окислительные свойства твердого и расплавленного хлората калия. Потребуются: твердый хлорат калия, порошок угля (можно – активированного), оксид хрома Cr₂O₃, кварцевая пробирка.

Окисление угля. Смешать в равных объемных количествах небольшое количество (на шпателе) сухого хлората калия с порошком угля. Поджечь смесь длинной лучиной. Наблюдать яркую вспышку.

Окисление Cr₂O₃. Смешать в кварцевой пробирке хлорат калия (взять на шпателе) с оксидом хрома (III) (взять на кончике шпателя). Добавить несколько гранул твердого KOH. Закрепить пробирку в штативе. Поместить газовую горелку под пробиркой и начать нагревание. Наблюдать бурную реакцию и образование оранжевого расплава, который кристаллизуется при охлаждении в желтый растворимый в воде слиток.

· Доказать, что в полученный слиток содержит хромат калия K₂CrO₄ ·

▲ Ни в коем случае не смешивать хлорат калия с фосфором или с серой – такие смеси могут взрываться с мощностью боевых взрывчатых веществ даже от малого сотрясения. ▲

Факультативно. Изготовление бенгальских огней. Поступающие в продажу бенгальские свечи состоят из стальной проволоки, на которую нанесена горючая смесь, и обычно дают белый огонь. Для приготовления цветных самодельных бенгальских огней сначала замешивают крахмал с водой и заваривают густой клейстер. Затем растирают в ступке смесь железных опилок, алюминиевого или магниевого порошка, соли, окрашивающей пламя и влажного хлората калия. (Сухой хлорат калия при растирании может воспламенить металлические порошки!) Полученную при растирании смесь добавляют к крахмальному клейстеру и тщательно перемешивают. Густую массу переносят в пробирку или высокий стакан, поочередно окунают в нее на глубину 8-10 см заранее подготовленные железные проволочки толщиной около 1 мм, вынимают их и дают стечь избытку массы, а потом подвешивают для просушки за крючок, загнутый на другом конце проволоки. После подсушивания проволочки снова окунают в жидкую массу и опять сушат. Эти операции повторяют 3-5 раз, пока слой массы на проволоке не достигнет 5-6 мм в диаметре, после чего бенгальские свечи высушивают окончательно.

Зеленый бенгальский огонь получают, смешивая без растирания 5 г влажного нитрата бария Ba(NO₃)₂ с 1 г порошка алюминия или магния, затем добавляют 3 г железных опилок. Другой рецепт для зеленого бенгальского огня включает 3, 5 г борной кислоты B(OH)₃, 6, 5 г влажного хлората калия, 2 г железных опилок и 1 г алюминиевого порошка. Красный бенгальский огонь дает смесь 4, 5 г влажногонитрата стронцияSr(NO₃)₂, 5, 5 г влажного хлората калия, 3 г железных опилок и 1 г порошка алюминия или магния. Для получения желтого “бенгальского пламени” надо приготовить смесь из 3 г оксалата натрия Na₂C₂O₄, 5 г влажногохлората калия, 3 г железных опилок и 1 г порошка Al или Mg.

в) Окислительные свойства и характеристические реакции хлоратов в растворах. Потребуются: хлорат калия кристаллический (взять из предыдущего опыта или реактив промышленного производства), анилин, серная кислота (конц.), сульфат или нитрат марганца (II) (не хлорид!), ортофосфорная кислота (конц.)

Приготовить насыщенный раствор хлората калия при комнатной температуре. Взять 5 мл полученного раствора, добавить к нему 1 каплю аналина. По каплям добавлять к полученному раствору серную кислоту (конц.), не давая ему сильно разогреваться. Наблюдать возникновение темно-синей окраски.

Другая характеристическая реакция водных растворов хлоратов заключается в возможности окисления ионов Mn²⁺ даже в кислой среде. Продуктом реакции являются гидратированные ионы Mn³⁺, которые неустойчивы и окисляют воду с выделением кислорода. Для повышения устойчивости нехарактерной степени окисления марганца проводят связывание этих ионов комплекс, используя фосфорную кислоту. При этом образуется красно-фиолетовый комплекс [Mn(PO₄)₂]^3‑ (по причине схожести окраски с цветом растворов перманганат-ионов во многих практикумах ошибочно указывают, что окисление марганца идет до высшей степени окисления - +7).

В пробирку поместить несколько капель насыщенного раствора хлората калия, одну каплю насыщенного раствора сульфата марганца (II) и несколько капель концентрированной ортофосфорной кислоты. Смесь нагреть на газовой горелке. Наблюдать возникновение характерной окраски.

Примечание. Среди кислородных соединений хлора данная реакция специфична именно для хлоратов: перхлораты в реакцию с Mn²⁺ не вступают. Однако производные брома и иода в степенях окисления +5 и +7 ведут себя аналогично хлоратам (при этом есть сведения, что производные I(VII) ‑ периодаты ‑ окисляют Mn²⁺ все-таки до высшей степени окисления марганца – ионов MnO₄^‑ ).