Химия сборник лабораторных работ

ФИО студента _____________________________________ группа __________

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ЯРОСЛАВА МУДРОГО

ХИМИЯ

Лабораторный практикум

Великий Новгород

2019

1

ФИО студента _____________________________________ группа __________

Химия: Лабораторный практикум / авт.-сост. И.В. Зыкова, В.А. Исаков; НовГУ им. Ярослава Мудрого. – Великий Новгород, 2019. – 83 с.

Изложены основные теоретические положения по основам химической кинетики, равновесных процессов в гомогенных и гетерогенных системах, в процессах комплексообразования, в электрохимических процессах, а также даны представления о поверхностных явлениях и дисперсных системах.

Лабораторный практикум предназначен для студентов специальностей 31.05.01 Лечебное дело и 31.05.03 стоматология.

2

3

ФИО студента _____________________________________ группа __________

ТЕХНИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

В лабораторных работах используются едкие, агрессивные и ядовитые вещества. Поэтому работа в химической лаборатории безопасна лишь при строгом соблюдении общих правил и требований техники безопасности.

При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать следующие общие правила:

1.Содержать рабочее место в чистоте и порядке.

2.Приступать к выполнению опыта лишь тогда, когда уяснены его цель и задачи, когда обдуманы отдельные этапы выполнения опыта.

3.Опыты должны выполняться аккуратно, без торопливости, с соблюдением всех требований, содержащихся в методических указаниях.

4.В лаборатории необходимо соблюдать тишину, запрещается есть, пить и заниматься посторонними делами.

5.После использования реактива его необходимо сразу ставить в штатив, чтобы не создавать беспорядка на рабочем месте.

6.После окончания работы обязательно вымыть руки.

Среди химических реагентов имеются ядовитые вещества, оказывающие

токсическое воздействие на организм человека в целом (мышьяк, сурьма, свинец, ртуть и их соединения, галогены, сероводород, оксид углерода (II), оксиды азота и др.), и агрессивные вещества, оказывающие локальные воздействия на кожу (кислоты и щелочи). При работе с ними необходимо соблюдать следующие правила по технике безопасности:

1.Все опыты с ядовитыми и сильно пахнущими веществами, а также нагревание и выпаривание растворов производить только в вытяжном шкафу.

2.Не наклоняться над сосудом с кипящей жидкостью. Нагреваемую пробирку или колбу держать отверстием в сторону, а не к себе или к соседу, так как может произойти выброс жидкости.

3.Определять запах вещества следует, не вдыхая пары полной грудью, а направляя их к себе лёгким движением руки.

4.Работы с кислотами и щелочами проводить так, чтобы реактивы не попадали на одежду, лицо, руки. Наливая раствор в пробирку, её надо держать на некотором расстоянии от себя.

5.При обращении с неизвестными веществами необходимо проявлять повышенную осторожность. Ни при каких обстоятельствах нельзя пробовать вещество на вкус!

6.Необходимо немедленно убрать все пролитое, разбитое и просыпанное на столах или на полу в лаборатории. Если кислота прольется на стол или на пол, её следует нейтрализовать щелочью или содой.

4

ФИО студента _____________________________________ группа __________

7.Набор ядовитых и едких жидкостей в пипетки производить не ртом, а при помощи резиновой груши.

8.При измельчении сухих щелочей следует надевать предохранительные очки. Брать твердую щелочь только пинцетом или щипцами.

9.Нельзя употреблять для опытов вещества из капельниц, колб и упаковок без этикеток и с неразборчивыми надписями.

10.В химической лаборатории имеется аптечка. Надо уметь оказывать первую помощь пострадавшим, когда это необходимо.

11.При приготовлении растворов серной кислоты нужно лить её в воду, а не наоборот, так как, вследствие сильного местного разогревания, возможно разбрызгивание концентрированной кислоты. При этом надо пользоваться тонкостенной склянкой или фарфоровой посудой.

12.Никаких веществ из лаборатории нельзя брать домой.

13.Металлическая ртуть и ее пары – сильный яд. Поэтому ртуть, пролитая при поломке приборов и термометров, должна быть тщательно собрана. Собирают ртуть с помощью амальгамированных пластинок из меди или белой жести.

5

ФИО студента _____________________________________ группа __________

14.При порезах стеклом рану нужно продезинфицировать раствором перманганата калия или спиртом, обработать йодом и перевязать бинтом.

15.После оказания первой помощи пострадавшего направить к врачу.

16.В целях противопожарной безопасности химическая лаборатория снабжена огнетушителями, ящиками с песком, асбестовыми одеялами. Необходимо знать, где находятся противопожарные средства и порядок срочной эвакуации из лаборатории при пожаре.

17.Обо всех случаях отклонения от нормального хода лабораторного занятия, угрожающего нарушением настоящих правил, сообщать прежде всего преподавателю, дежурному лаборанту или заведующему лабораторией.

С техникой выполнения лабораторных работ и техникой безопасности ознакомлен

Подпись студента ________________

6

ФИО студента _____________________________________ группа __________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЙ РАСТВОРОВ

Для количественного выражения состава раствора используются безразмерные единицы (доли или проценты) и размерные величины – концентрации. В химической практике наиболее распространены следующие способы выражения состава раствора:

Массовая доля растворенного вещества – масса растворенного вещества,

содержащаяся в 100 массовых частях раствора – в−ва(Х) = в−ва(Х).

р−ра

Мольная доля растворенного вещества – отношение количества растворенного вещества к сумме количеств всех веществ, составляющих раствор

– в−ва(Х) = в−ва(Х).

∑ =1

Молярная концентрация – количество вещества в одном литре раствора –

Молярная концентрация эквивалента – количество эквивалентов вещества

Фактор эквивалентности 1/z – доля реальной частицы вещества, которая эквивалентна одному иону водорода в обменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Величина z фактора эквивалентности представляет собой целое число,

равное числу эквивалентов вещества, содержащихся в 1 моль этого вещества. Фактор эквивалентности определяется природой вещества и конкретной

химической реакцией.

Для обменных реакций:

Величина z фактора эквивалентности кислот определяется числом атомов водорода, которые могут быть замещены в молекуле кислоты на атомы металла:

z(НСl) = 1, следовательно, фактор эквивалентности – 1; z(Н2SO4) = 2, следовательно, фактор эквивалентности – 1/2; z(Н3РО4) = 3, следовательно, фактор эквивалентности – 1/3; z(Н4[Fe(CN)6]) = 4, следовательно, фактор эквивалентности – 1/4.

В случае многоосновных кислот фактор эквивалентности зависит от конкретной реакции, например, в реакции H2SO4 + 2KOH → K2SO4 + 2H2O в молекуле серной кислоты замещается два атома водорода, следовательно, z = 2, а фактор эквивалентности 1/2.

Величина z фактора эквивалентности оснований определяется числом гидроксидных групп, которые могут быть замещены на кислотный остаток:

z(КОН) = 1, следовательно, фактор эквивалентности – 1; z(Cu(OH)2) = 2, следовательно, фактор эквивалентности – 1/2; z(La(OH)3) = 3, следовательно, фактор эквивалентности – 1/3.

7

ФИО студента _____________________________________ группа __________

Фактор эквивалентности многокислотных оснований может изменяться в зависимости от количества замещенных групп (также, как и у кислот).

Величина z фактора эквивалентности солей определяются по катиону z = q·n, где q – заряд катиона, n – число катионов в формуле соли:

z(KNO3) = q(K+)·n(K+) = 1·1 = 1, фактор эквивалентности – 1; z(Na3PO4) = q(Na+)·n(Na) = 1·3 = 3, фактор эквивалентности – 1/3; z(Cr2(SO4)3) = q(Cr3+)·n(Cr3+) = 3·2 = 6, фактор эквивалентности – 1/6.

Значение факторов эквивалентности для солей зависит также и от конкретной реакции, аналогично зависимости его для кислот и оснований.

Для окислительно-восстановительных реакций значение фактора эквивалентности определяют, используя схему электронного баланса.

Величина z фактора эквивалентности для вещества в этом случае равна числу принятых или отданных электронов молекулой вещества, например, для реакции: К2Cr2O7 + 14HCl → 2CrCl3 + 3Cl2 + 2KCl + 7H2O

1/z(Cl-) = 1, следовательно, 1/z(HCl) = 1.

Молярная масса эквивалента вещества – величина, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества – 1/(Х) = 1 (Х).

Связь молярной концентрации эквивалента с молярной концентрацией:

В химической практике возникает необходимость в приготовлении растворов различной концентрации. Способов приготовления растворов много, но каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками. Основными из них являются:

1.Приготовление раствора из фиксанала. Фиксанал – это герметично запаянная стеклянная ампула с точно взятой навеской сухого вещества или точным объемом кислоты. В этом случае достигается самая высокая точность концентрации приготовления, но из-за высокой стоимости фиксаналов растворы на их основе готовят для проведения особо точных анализов.

2.Приготовление раствора растворением твердого вещества в воде заключается в расчете массы твердого вещества, которую необходимо

8

ФИО студента _____________________________________ группа __________

растворить в определенном объеме воды. Если растворяемое вещество представляет собой кристаллогидрат, то вначале рассчитывают массу безводной соли, а затем пересчитывают ее на массу кристаллогидрата.

3. Для приготовления раствора путем разбавления концентрированного раствора рассчитывают необходимый для разбавления объем концентрированного раствора, затем измеряют рассчитанный объем, переносят

вмерную колбу, доводят уровень жидкости до метки дистиллированной водой и перемешивают.

Для определения состава раствора наиболее часто используют метод денсиметрии и титриметрический метод анализа.

Метод денсиметрии заключается в измерении плотности раствора ареометром.

Ареометр представляет собой поплавок с дробью или ртутью и узким отростком – трубкой, в которой находится шкала с делениями. Он погружается

вразличных жидкостях на различную глубину. При этом он вытесняет объемы этих жидкостей одной и той же массы, равной массе ареометра, следовательно, обратно пропорциональные их плотности. То деление шкалы, до которого ареометр погружается в жидкость, показывает плотность этой жидкости.

По измеренному значению плотности в справочнике находим соответствующее значение концентрации раствора.

Титриметрический метод анализа является наиболее точным и простым методом определения концентрации растворов. Этот метод количественного химического анализа, основан на измерении объема раствора с известной концентрацией, затраченного на реакцию с раствором вещества неизвестной концентрации, которую нужно измерить. В зависимости от типа реакции, протекающей при титровании, различают кислотно-основное, окислительновосстановительное, осадительное и комплексонометрическое титрование.

Для определения концентрации щелочей применяется кислотно-основное титрование раствором кислоты. При этом протекает реакция нейтрализации NaOH + HCl = NaCl + H2O, к которой можно применить закон эквивалентов:

V(NaOH)·Cн(NaOH) = V(HCl)·Cн(HCl).

Таким образом, для определения эквивалентной концентрации щелочи необходимо знать концентрацию кислоты и объемы растворов кислоты и щелочи, вступивших в реакцию.

9

ФИО студента _____________________________________ группа __________

Опыт №1. Приготовление раствора с заданной массовой долей вещества в растворе из навески соли

Получив у преподавателя задание на выполнение опыта, варианты заданий представлены в таблице 1.1, рассчитайте, сколько соли и воды потребуется для приготовления 50 см3 раствора с заданной массовой долей растворенного вещества.

Расчет массы соли и воды, необходимые для приготовления 50 см3 раствора в соответствии с вариантом №___:

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

Необходимое количество соли перенесите в мерную колбу на 50 см3. Небольшими порциями вливайте воду в колбу при постоянном перемешивании. После растворения соли доведите раствор до метки.

Полученный раствор перелейте в мерный цилиндр объемом 50 см3 и ареометром измерьте его плотность.

ρпракт. = _______ г/см3

Рассчитайте абсолютную и относительную погрешность эксперимента:

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

относительная погрешность = ∆⁄ теорет. 100%

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

10