Исследование свойств метагидроксида никеля
Химические свойства никеля и его соединений, распространенность в природе. Строение атомов, устойчивые степени окисления. Получение метагидроксида никеля. Токсичность и биологическая активность никеля и его соединений. Область применения в науке, технике.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.12.2015 |
| Размер файла | 75,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
8
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Естественнонаучный институт
Кафедра химии
Дисциплина «Неорганическая химия»
КУРСОВАЯ РАБОТА
Получение и исследование свойств метагидроксида никеля (iii)
Выполнил ст. гр. 420441 Цибизова Л.А.
Проверил к.х.н., доцент Асулян Л.Д.
Тула 2015
ВВЕДЕНИЕ
никель метагидроксид токсичность
Целью моей курсовой работы является получение и исследование свойств метагидроксида никеля (III).
Метагидроксид никеля (III) - единственное известное соединение никеля в степени окисления +3. Тем не менее он нашел своё применение в железно - никелевых аккумуляторах в качестве катода, так как является сильным окислителем.. Железо-никелевые аккумуляторы не содержат кадмия и свинца, что делает их более безопасными для окружающей среды, чем никель-кадмиевые и свинцово-кислотные аккумуляторы. Никель-железные аккумуляторы долгое время использовались в европейской горной промышленности благодаря их способности выносить вибрацию, высокие температуры и другие стрессовые воздействия. Поэтому тема данной работы является актуальной. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Изучить литературу по свойствам никеля и его соединений.
2. Найти методики синтеза метагидроксида никеля (III).
3. Получить метагидроксид никеля (III) по выбранной методике.
4. Установить формулу полученного соединения йодометрическим титрованием.
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Распространённость в природе
В природе никель находится в самородном состоянии или в виде соединений (сульфидов, арсенидов, тиоарсенидов, антимонидов, арсенатов, силикатов, сульфатов, основных карбонатов) или же входит в состав различных минералов. Содержание его в земной коре 1,8•10-2 %.
Никель встречается иногда в металлических метеоритах, содержащих твердые растворы железо-никель с 2-7% Ni (камасит) или 30-75% Ni (таенит). Метеориты, кроме металлического никеля, содержат его соединения, например, Ni3S8- пентландит, Ni3C - когенит и Ni3P - шрейбераит.
В сернистых минералах никеля часто присутствуют такие элементы, как медь, железо, кобальт, платина, платиновые металлы, золото, селен и теллур.
Небольшая часть никеля присутствует в виде сульфидов. Никель проявляет халькофильные свойства. При повышенном содержании в магме серы возникают сульфиды никеля вместе с медью, кобальтом и железом. Никель обычно содержится в сульфидных и мышьяк-содержащих медно-никелевых рудах:
• никелин (красный никелевый колчедан, купферникель) NiAs,
• хлоантит (белый никелевый колчедан) NiAs2,
• гарниерит Ni6(Si4O11)(OH)6•H2O и другие силикаты,
• магнитный колчедан NiS,
• мышьяково-никелевый блеск (герсдорфит) NiAsS,
• пентландит Ni9S8.
Залежи минералов никеля находятся в Финляндии, Норвегии, Великобритании, СССР, ФРГ, Франции, Испании, Италии, Чехословакии, Румынии, Греции, Южно-Африканской Республике, США, Канаде, на Кубе, в Бразилии, Индонезии.
В малых количествах никель был обнаружен в спектре Солнца, нефтях, морской воде, в организмах животных, многочисленных земных и морских растениях и в некоторых насекомых[5].
1.2 Строение атомов, устойчивые степени окисления
Атомы никеля имеют внешнюю электронную конфигурацию 3d84s2. Наиболее устойчивой для никеля является степень окисления +2.[5]
Диаграмма Латимера:
pH=0
Из данной диаграммы видно, что Ni4+ в кислой среде неустойчив, является окислителем, Ni2+ довольно устойчив, проявляет восстановительные свойства.
pH=14
В щелочной среде Ni4+ и Ni3+ неустойчивы, сильные окислители, Ni2+ является восстановителем. [6]
1.3 Химические свойства никеля и его соединений
Никель характеризуется высокой коррозионной стойкостью -- устойчив на воздухе, в воде, в щелочах, в ряде кислот. Химическая стойкость обусловлена его склонностью к пассивированию -- образованию на его поверхности плотной оксидной пленки, обладающей защитным действием.
Никель активно растворяется в разбавленной азотной кислоте:
3Ni + 8HNO3 (30%) > 3Ni(NO3)2 + 2NO + 4H2O (E ? = -0,25)
и в горячей концентрированной серной:
Ni + 2H2SO4 > NiSO4 + SO2 + 2H2O
С соляной кислотой реакция протекает медленно:
Ni + 2HCl(разб.) > NiCl2 + H2^
С оксидом углерода CO никель легко образует летучий и очень ядовитый карбонил:
Ni(порошок)+ 4СО > [Ni(CO)4]
Никель горит только в виде порошка, образует оксид NiO
Ni + O2 > 2NiO
Важнейшие растворимые соли никеля -- ацетат, хлорид, нитрат и сульфат. Водные растворы солей окрашены обычно в зелёный цвет, а безводные соли -- жёлтые или коричнево-жёлтые. К нерастворимым солям относятся оксалат и фосфат (зелёные), три сульфида: NiS (черный), Ni3S2 (желтовато-бронзовый) и Ni3S4 (серебристо-белый). Никель также образует многочисленные координационные и комплексные соединения. Например, диметилглиоксимат никеля Ni(C4H6N2O2)2, дающий чёткую красную окраску в кислой среде, широко используется в качественном анализе для обнаружения никеля.
NiSO4 + 2 C4H8O2N2 + 2NH3 > Ni(C4H7O2N2)2v + (NH4)2SO4
Водные растворы солей никеля(II) содержат ион гексаакваникеля(II) [Ni(H2O)6]2+.
Ni2+ + 6H2O - [Ni(H2O)6]2+
При добавлении к раствору, содержащему эти ионы, аммиачного раствора происходит осаждение гидроксида никеля (II), зелёного желатинообразного вещества.
[Ni(H2O)6]2+ + 2OH- > Ni(OH)2v + 6H2O
Этот осадок растворяется при добавлении избыточного количества аммиака вследствие образования ионов гексамминникеля(II) [Ni(NH3)6]2+(синий).
Ni(OH)2 + 4NH4OH(конц.)> [Ni(NH3)6](OH)2 + 6H2O
Никель образует комплексы с тетраэдрической и с плоской квадратной структурой. Например, комплекс тетрахлороникелат (II) [NiCl4]2- имеет тетраэдрическую структуру
NiCl2 +2NaCl > Na2[NiCl4] (при нагревании),
а комплекс тетрацианоникелат(II) [Ni(CN)4]2- имеет плоскую квадратную структуру.[2]
NiSO4 + 2KSCN(разб.) > Ni(CN)2v + K2SO4
Ni(CN)2 + 2KSCN(конц.) + H2O > K2[Ni(CN)4]•H2Ov(на холоду).
1.4 Метагидроксид никеля
1.4.1 Получение
1.Окисление гидроксида никеля(II) хлором в щелочной среде:
2Ni(OH)2 + Cl2 + 2KOH > 2NiO(OH)v+ 2KCl + 2H2O,
можно использовать Br2.
2.Электролиз суспензии гидроксида никеля(II):
2Ni(OH)2 > 2NiO(OH)v + H2^
3. Разложение при нагревании кристаллогидрата нитрата никеля(II):
4(Ni(NO3)2•6H2O) > 4NiO(OH) + 8 NO2 + O2 + 22H2O [4]
1.4.2 Физиеские и химические свойства
Метагидроксид никеля - серо-чёрный аморфный осадок или чёрные кристаллы, нерастворимые в воде. Образует кристаллы нескольких модификаций:
• б-NiO(OH) -- чёрные кристаллы плотностью 3,20 г/смі;
• в-NiO(OH) -- чёрные кристаллы плотностью 4,15-4,35 г/смі;
• г-NiO(OH) -- чёрные кристаллы плотностью 3,85 г/смі.
Не растворяется в воде, ПР = 10-37.
Энтальпия образования -385,2 кДж/моль. [1]
Метагидроксид никеля разлагается при нагревании:
4NiO(OH) > 4NiO + O2 + 2H2O
При стоянии над раствором «стареет»:
2NiO(OH) + H2O > Ni2O(OH)4v
Является сильным окислителем:
2NiO(OH) + 6HCl > 2NiCl2 + Cl2 + 4H2O
4NiO(OH) + 4H2SO4 > 4NiSO4 + O2 + 6H2O
2NiO(OH) + 2KI + 3H2SO4 > 2NiSO4 + I2 + K2SO4 + H2O [4]
1.5 Токсичность и биологическая активность никеля и его соединений
Никель -- основная причина аллергии (контактного дерматита) на металлы, контактирующие с кожей (украшения, часы, джинсовые заклепки). В 2008 году Американским обществом контактного дерматита никель был признан «Аллергеном года». В Евросоюзе ограничено содержание никеля в продукции, контактирующей с кожей человека.
Карбонил никеля [Ni(CO)4] -- очень ядовит. Предельно допустимая концентрация его паров в воздухе производственных помещений 0,003 мг/мі.
В XX веке было установлено, что поджелудочная железа очень богата никелем. При введении вслед за инсулином никеля продлевается действие инсулина и тем самым повышается гипогликемическая активность. Никель оказывает влияние на ферментативные процессы, окисление аскорбиновой кислоты, ускоряет переход сульфгидрильных групп в дисульфидные. Никель может угнетать действие адреналина и снижать артериальное давление. Избыточное поступление никеля в организм вызывает витилиго. Депонируется никель в поджелудочной и околощитовидной железах.
1.6 Область применения в науке, технике, в быту
Главной и основной областью применения никеля почти со времени зарождения никелевой промышленности являются металлические сплавы, в которых никель является либо легирующим элементом, либо основой никелевого сплава, легированного другими элементами.
Химическая технология.
Во многих химико-технологических процессах в качестве катализатора используется никель Ренея.
Медицина.
• Применяется при изготовлении брекет-систем (никелид титана).
• Протезирование.
Монетное дело.
Никель широко применяется при производстве монет во многих странах. В США монета достоинством в 5 центов носит разговорное название «никель».
Теплоизоляторы.
Чистый никель ввиду очень низкой теплопроводности иногда применяется для изготовления разного рода держателей нагретых предметов, сочетая хорошую теплоизоляцию с высокой прочностью и достаточной электропроводностью. В частности, из никеля делаются держатели и проводники для кварцевых горелок дуговых ртутных ламп. Также никель используется для производства обмотки струн музыкальных инструментов.
Производство аккумуляторов.
Производство железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов. Метагидроксид никеля используется в железо-никелевых аккумуляторах в качестве материала катода.
Железо-никелевый аккумулятор -- это вторичный химический источник тока, в котором железо -- анод, электролитом является водный раствор гидроксида натрия или калия (с добавками гидроксида лития), катод -- гидрат окиси никеля(III).
Активный материал содержится в никелированных стальных трубках или перфорированных карманах. Способность этих аккумуляторов выносить частые циклы разряд/заряд связана с низкой растворимостью реагентов в электролите. Формирование металлического железа в процессе зарядки длительно по причине низкой растворимости Fe3O4. Длительный процесс образования кристаллов железа сохраняет электроды, но также лимитирует скорость работы: данные аккумуляторы заряжаются медленно и разряжаются медленно.
Никель-железные аккумуляторы долгое время использовались в европейской горной промышленности благодаря их способности выносить вибрацию, высокие температуры и другие стрессовые воздействия. Повторно к ним возрос интерес в солнечных и ветрогенераторах, современном электротранспорте.
Железо-никелевые аккумуляторы не содержат кадмия и свинца, что делает их более безопасными для окружающей среды, чем никель-кадмиевые и свинцово-кислотные аккумуляторы.
Электрохимический процесс:
половина реакции на катоде:
2NiOOH + 2H2O + 2e- - 2Ni(OH)2 + 2OH-
и на аноде:
Fe + 2OH- - Fe(OH)2 + 2e-
(При разряде реакция протекает слева направо, при заряде справа налево).
1.7 Методика получения метагидроксида никеля (III)
NiCl2 + 2KOH > Ni(OH)2v + 2KCl
2Ni(OH)2 + Br2(р) + 2KOH > 2NiO(OH) + 2KBr + 2H2O
К 8,0 г NiCl2•6H2O в 150,0 мл воды при интенсивном перемешивании добавляют по каплям раствор, приготовленный из 30,0 мл воды, 5,5 г КОН и 1,2 мл Br2. Осадок промывают путём декантации водой (без CO2) до отрицательной реакции промывных вод на Cl-. Влажный продукт сушат 3 сут. над концентрированной H2SO4. Осаждение, декантацию и фильтрование следует проводить в атмосфере без СО2. Образуются чёрные кристаллы. Для определения содержания в препарате активного кислорода или Ni3+ (степень окисления никеля больше 2) 100 мг вещества заливают 100 мл воды и добавляют 1 г KI и 25 мл 1М H2SO4. Выделяющийся йод титруют Na2S2O3.
Структура NiO(OH) изучена плохо, так как он нестабилен на воздухе, рентгеноаморфен, Тразл=140+150* С [3].
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Приготовили деаэрированную воду для приготовления растворов. Для этого кипятили 1 л дистиллированной воды в конической плоскодонной колбе на 1 л в течение часа, после чего пропустили азот для предотвращения проникания углекислого газа в колбу.
8 г кристаллогидрата хлорида никеля (II) растворили в 150 мл приготовленной деаэрированной воды в стакане на 400 мл, затем растворили в 30 мл воды 5,5 г гидроксида калия и 1,2 мл брома в стакане на 100мл. Через капельную воронку при постоянном перемешивании по каплям прилили последний раствор к раствору кристаллогидрата хлорида никеля (II).
Полученный осадок черного цвета фильтровали, промывая деаэрированной водой до отрицательной реакции промывных вод на Cl-.
Полученные кристаллы высушивали в эксикаторе над щёлочью и концентрированной серной кислотой в течение трёх суток. Выход 1,88г (61%).
2.1 Расчет выхода метагидроксида никеля (III)
2NiCl2•6H2O + Br2 + 6KOH > 2NiO(OH)v+ 4KCl + 2KBr + 14H2O
Рассчитаем количество вещества кристаллогидрата хлорида никеля (II):
n(NiCl2•6H2O)=8г/238г/моль=0,034моль
n(NiCl2•6H2O)=n(NiO(OH))=0,034моль
mт(NiO(OH))=0,034моль•92г/моль=3,09г.
mп(NiO(OH))=1,88г.
Рассчитаем выход продукта:
?= mп/mт=1,88г/3,09г=0,61 или 61%
3.2 Идентификация
1) 2NiO(OH) + 3H2SO4(разб.) + 2KI > I2 + 2NiSO4 + K2SO4 + 4H2O
Приготовили три одинаковых раствора.0,1г метагидроксида никеля (III) залили 100мл воды и добавили 1г йодида калия и 25мл 1М серной кислоты. Оставили на час в тёмном месте.
2) I2 + 2Na2S2O3 > 2NaI + Na2S4O6
Выделяющийся йод титруют.
|
№ титрования |
V,мл |
М,г/моль |
|
|
1 |
7,3 |
183,9 |
|
|
2 |
7,4 |
181,8 |
|
|
3 |
7,35 |
182,6 |
Подсчитаем молярную массу NiO(OH) и выведем его структурную формулу:
1. m(Na2S2O3) = = 7,3 • 1,67 = 12,2г
n(Na2S2O3) = = = 0,0435моль
M(NiO(OH)) = = = 183,9г/моль
2. m(Na2S2O3) = = 7,4 • 1,67 = 12,4г
n(Na2S2O3) = = = 0,044моль
M(NiO(OH)) = = = 181,8г/моль
3. m(Na2S2O3) = = 7,35 • 1,67 = 12,3г
n(Na2S2O3) = = = 0,0438моль
M(NiO(OH)) = = = 182,6г/моль
Mсред.= = 182,76г/моль
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Проведен литературный поиск сведений о свойствах никеля и его соединений.
2. Составлен литературный обзор о свойствах никеля и его соединений.
3. На основании литературных данных была выбрана методика эксперимента.
4. Осуществлён синтез метагидроксида никеля (III). Получено 1,88г вещества. Выход составил 61%.
5. Проведена идентификация полученного соединения, методом йодометрического титрования выведена формула метагидроксида никеля (III):
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия / Н.С. Ахметов. 3-е изд. - М.: Высш. шк. 1998. Стр.661
2. Карапетьянц М.Х. Общая и неорганическая химия / М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин. - М.: Химия, 1992. Стр.564.
3. Ключников Н.Г. Руководство по неорганическому синтезу / И.Г. Горичев, Б.Е. Зайцев, Н.А. Киприянов - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1997. Стр.163
4. Лидин Р.А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. -- 3-е изд., испр. -- М.: Химия, 2000.
5. Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. -- М.: Мир, 1972. -- Т. 2. Стр.581-582.
6. Третьяков Ю. Д. (ред.) «Неорганическая химия» в 3 т. -- т. 1, стр. 225 -- М.: «Химия», 2001
7. Третьяков Ю. Д. (ред.) «Неорганическая химия» в 3 т. -- том 3, книга 2, стр. 40 -- М.:"Академия", 2007
8. https://ru.wikipedia.org
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
История происхождения никеля. Степень распространенности элемента в природе, содержание его в месторождениях руд. Получение, химические и физические свойства металла. Виды никелевых сплавов. Использование соединений и чистого никеля в современной технике.
реферат [44,0 K], добавлен 24.10.2011История открытия и технология получения никеля, места его нахождения в природе. Основные физические, химические и механические свойства никеля. Характеристика органических и неорганических соединений никеля, сферы его применения и биологическое действие.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 16.01.2012Химические и физические свойства никеля и методы его применения в промышленности и технике. Свойства тетракарбонила никеля, методы синтеза этого вещества в лаборатории. Технологические процессы, которые базируются на использовании карбонила никеля.
курсовая работа [57,1 K], добавлен 27.11.2010Краткая характеристика суперконденсаторов. Принцип действия ионисторов различного типа, суперконденсаторов на основе гидроксида никеля. Физико-химические свойства гидроокиси никеля, способы синтеза. Получение химическим способом в лабораторных условиях.
дипломная работа [864,4 K], добавлен 13.10.2015Общая характеристика, краткие сведения об истории открытия элементов и их распространённости в природе. Физико-химические свойства железа, кобальта и никеля. Свойства соединений железа в степенях окисления. Цис-, транс-изомерия соединений платины.
реферат [36,7 K], добавлен 21.09.2019Изучение и анализ производства никеля сернокислого (сульфат никеля, никелевый купорос), основанного на переработке маточного раствора медного отделения ОАО "Уралэлектромедь". Характеристика основного оборудования производства никеля сернокислого.
дипломная работа [846,0 K], добавлен 19.06.2011Общая сравнительная характеристика металлов. Кобальт и никель: получение, химические свойства. Сравнение оксидов и гидроксидов кобальта и никеля, хлориды, сульфид. Нахождение количества вещества сульфата кобальта, массы раствора по уравнению реакции.
курсовая работа [27,3 K], добавлен 14.11.2011Понятие аммиакатов, их использование в химическом анализе. Характеристика и свойства азота, строение молекулы. Степени окисления азота в соединениях. Форма молекулы аммиака. Проведение эксперимента по исследованию свойств аммиакатов, меди, никеля.
курсовая работа [237,1 K], добавлен 02.10.2013Влияния ионов титана, алюминия и углерода на микроструктуру, элементно-фазовый состав и физико-механические свойства поверхностного ионно-легированного слоя никеля. Изучение физико-химических процессов формирования ультрадисперсных интерметаллидов.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 03.12.2012Переходные металлы - элементы побочных подгрупп периодической системы химических элементов. Элементы VIIB и VIIIB группы: химические и физические свойства. Соединения марганца. Применение перманганата калия. Соединения кобальта и никеля и их свойства.
презентация [73,6 K], добавлен 02.05.2013Основная область применения гравиметрии и титриметрии. Определение сульфатов кинетическим турбидиметрическим и нефелометрическим методами. Фотометрические методы, основанные на образовании адсорбционных окрашенных соединений с гидроокисью магния.
курсовая работа [43,2 K], добавлен 17.12.2014Комплексы никеля - самые распространенные катализаторы олигомеризации олефинов. Линейные производные этилена. Распределение продуктов олигомеризации этилена. Группы никелевых катализаторов. Процесс полимеризации этилена с образованием линейного продукта.
статья [860,6 K], добавлен 03.03.2010Периодическая система химических элементов. Строение атомов и молекул. Основные положения координационной теории. Физические и химические свойства галогенов. Сравнение свойств водородных соединений. Обзор свойств соединений p-, s- и d-элементов.
лекция [558,4 K], добавлен 06.06.2014Электронное строение и степени окисления олова. Нахождение элемента в природе и способ получения. Химические и физические свойства металла и его соединений. Оловянные кислоты. Влияние олова на здоровье человека. Область применения металла и его сплавов.
курсовая работа [60,6 K], добавлен 24.05.2015Синтез разветвлённых высокомолекулярных соединений. Развитие методик реакций кросс-сочетания. Светоизлучающие диоды, их преимущества и недостатки. Синтез разветвлённых полифениленов по реакции гомополиконденсации, катализируемой комплексами никеля.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 10.04.2015Строение атома водорода в периодической системе. Степени окисления. Распространенность в природе. Водород, как простое вещество, молекулы которого состоят из двух атомов, связанных между собой ковалентной неполярной связью. Физико-химические свойства.
реферат [17,4 K], добавлен 03.01.2011Синтез малеимидов циклизацией малеамовых кислот и других линейных производных малеиновой кислоты. Применение металлсодержащих полимеров. Определение констант устойчивости и термодинамических параметров образования соединений меди, кобальта, никеля, хрома.
диссертация [2,3 M], добавлен 15.10.2011Химическое строение - последовательность соединения атомов в молекуле, порядок их взаимосвязи и взаимного влияния. Связь атомов, входящих в состав органических соединений; зависимость свойств веществ от вида атомов, их количества и порядка чередования.
презентация [71,8 K], добавлен 12.12.2010Распространение в природе сульфидных руд. Эндогенные, экзогенные и метаморфизованные золотые руды. Распространение пирита и пирротина. Применение, происхождение марказита. Переработка руды никеля. Свойства извлекаемых из сульфидных руд металлов.
реферат [1,7 M], добавлен 14.04.2014Методы получения ароматических аминов: первичные, вторичные, третичные. Физические и химические свойства ароматических аминов. Галогенирование анилина свободными галогенами. Гидрирование анилина в присутствии никеля. Отдельные представители аминов.
реферат [278,6 K], добавлен 05.10.2011
