Химия элементов. Лабораторный практикум. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

___________________________________________________________________

ФГБОУ ВО «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

__________________________________________________________________________

С. И. НИФТАЛИЕВ, Ю. С. ПЕРЕГУДОВ, С. Е. ПЛОТНИКОВА, Е. М. ГОРБУНОВА

ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

ВОРОНЕЖ

2017

1

УДК 546(076.5)

ББК Г1я7

Х46

Научный редактор профессор С. И. НИФТАЛИЕВ

Р е ц е н з е н т ы:

кафедра химии Воронежского государственного педагогического университета;

д-р хим. наук В.Н. СЕМЕНОВ (Воронежский государственный университет)

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Воронежкого государственного университета инженерных технологий

Химия элементов. Лабораторный практикум [Текст] : учеб. Х46 пособие / С. И. Нифталиев, Ю. С. Перегудов, С. Е. Плотникова, Е. М. Горбунова; Воронеж. гос. ун-т инж. технол. – Воронеж :

ВГУИТ, 2017. – 52 с.

ISBN 978-00032-275-8

Учебное пособие разработано в соответствии с требованиями ФГОС ВО подготовки выпускников по направлению 19.03.02 – «Продукты питания из растительного сырья». Оно предназначено для закрепления теоретических знаний дисциплин цикла Б1.

ББК Г1я7

ISBN 978-00032-275-8

Ó Нифталиев С.И., Перегудов Ю.С., Плотникова С.Е., Горбунова Е.М., 2017

ÓФГБОУ ВО «Воронеж. гос. ун-т инж. технол.», 2017

Оригинал–макет данного издания является собственностью Воронежского государственного университета инженерных технологий, его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия университета запрещается.

2

ИНСТРУКЦИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Общие правила техники безопасности в лаборатории

1.Работать в лаборатории необходимо в халате, защищая одежду и кожу от попадания и разъедания реактивами.

2.Каждый должен работать на закрепленном за ним рабочем месте. Переход на другое место без разрешения преподавателя не допускается.

3.Рабочее место следует поддерживать в чистоте, не загромождать его посудой и побочными вещами.

4.Студентам запрещается работать в лаборатории без присутствия преподавателя или лаборанта, а также в неустановленное время без разрешения преподавателя.

5.К выполнению каждой лабораторной работы можно приступить только после получения инструктажа по технике безопасности и разрешения преподавателя.

6.Приступая к работе, необходимо: осознать методику работы, правила ее безопасного выполнения; проверить соответствие взятых веществ тем веществам, которые указаны в методике работы.

7.Опыт необходимо проводить в точном соответствии с его описанием в пособии, особенно придерживаться очередности добавления реактивов.

8.Для выполнения опыта пользоваться только чистой, су-

хой лабораторной посудой; для отмеривания каждого реактива нужно иметь мерную посуду(пипетки, бюретки, мензурку, мерный цилиндр или мерный стакан); не следует выливать избыток налитого в пробирку реактива обратно в емкость, чтобы не испортить реактив.

9. Если в ходе опыта требуется нагревание реакционной смеси, надо следовать предусмотренному в пособии способу нагрева: на водяной бане, на электроплитке или на газовой горелке и др. Сильно летучие горючие вещества опасно нагревать на открытом огне.

3

10.Пролитые на пол и стол химические вещества обез - вреживают и убирают под руководством лаборанта (преподавателя) в соответствии с правилами.

11.При работе в лаборатории следует соблюдать - сле дующие требования: выполнять работу нужно аккуратно, добросовестно, внимательно, экономно, быть наблюдательным, рационально и правильно использовать время, отведенное для работы.

ключить электрические приборы.

Правила техники безопасности в лаборатории при работе с реактивами

1.Если к работе не дано указаний относительно дозировки реактивов, то брать их для проведения опытов необходимо в возможно меньшем количестве (экономия материалов и времени, которое затрачивается на опыт).

2.Избыток реактива нельзя высыпать и выливать обратно в сосуд, из которого он был взят.

3.После расходования реактива банку или стакан необходимо сразу закрыть пробкой и поставить на место.

4.Сухие реактивы брать с помощью лопаток, пластмассовых или металлических шпателей. Шпатель должен быть всегда сухим и чистым. После расходования следует его тщательно обтереть.

5.Когда реактив отбирается пипеткой, ни в коем случае нельзя той же пипеткой, не вымыв ее, брать реактив из другой емкости.

6.При наливании реактивов нельзя наклоняться над -со судом, предотвращая попадания брызг на лицо или одежду.

7.Нельзя держать банку или стакан с реактивом, которую нужно открыть, держа в руках, ее надо поставить на лабораторный стол и только после этого открывать.

4

Правила техники безопасности в лаборатории при работе с кислотами и щелочами

1.Кислоты и щелочи в большинстве относятся к веществам повышенного класса опасности и способны вызвать химические ожоги и отравления. Поэтому необходимо внимательно следить за тем, чтобы реактивы не попадали на лицо, руки и одежду.

2.Не ходить по лаборатории с концентрированными кислотами и щелочами, а наливать их только в отведенном для этого месте.

3.Разливать концентрированную азотную, серную и соляную кислоты следует только при включенной вентиляции в вытяжном шкафу.

4.Запрещается набирать кислоты и щелочи в пипетку ртом. Для этого следует применять резиновую грушу и прочее оборудование для отбора проб.

5.Для приготовления растворов серной, азотной и других кислот необходимо их приливать к воде тонкой струей при -не прерывном перемешивании, а не наоборот. Приливать воду в кислоту запрещается!

6.Растворять твердые щелочи следует путем медленного добавления их небольшими кусочками к воде при непрерывном перемешивании. Кусочки щелочи нужно брать только щипцами.

7.При смешивании веществ, которое сопровождается выделением тепла, необходимо пользоваться термостойкой толстостенной стеклянной или фарфоровой посудой.

8.Разлитые кислоты или щелочи необходимо немедлен-

но засыпать песком, нейтрализовать и только после этого проводить уборку.

9. При попадании на кожу или одежду кислоты надо смыть ее большим количеством воды, а затем 3-5 % мас. раствором питьевой соды или разбавленным раствором аммиака.

10. При попадании на кожу или одежду щелочи после смывания большим количеством воды, следует провести обработку 2-3 % мас. раствором лимонной или уксусной кислоты.

11.Вещества, фильтры, бумагу, использованные при работе, нужно выбрасывать в специальное ведро, концентрированные

растворы кислот и щелочей сливать в специальную посуду.

5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.

СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ І ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

Цель работы: ознакомить студентов со свойствамиs и d – элементов I группы периодической системы Д.И. Менделеева.

Приборы, посуда и реактивы.

Все лабораторные опыты выполняются полумикрометодом, что предусматривает работу с малым количеством веществ. Разбавленные растворы кислот и щелочей с молярной концентрацией эквивалента 2 моль/дм3: серной, соляной и азотной кислот, гидроксидов натрия и аммония. Концентрированные растворы: гидроксида натрия, гидроксида аммония (25 % мас.), серной кислоты, азотной кислоты, соляной кислоты. Растворы солей с молярной концентрацией эквивалента 0,5 моль/дм3: сульфаты натрия и меди (II); тиосульфат натрия, йодид калия, гексацианоферрат (II) калия, сульфид натрия, роданит калия. Раствор глюкозы. Кристаллы: карбонат натрия, гидрокарбонат натрия.

Металлы: медь (стружка, проволока).

Вода дистиллированная. Раствор фенолфталеина. Электролизёр, преобразователь напряжения, спиртовка.

Ход работы

Опыт 1. Гидролиз карбонатов натрия.

Пробирку наполовину наполните дистиллированной водой и внесите несколько капель раствора фенолфталеина. Разделите содержимое пробирки на2 части. В первую пробирку внесите несколько кристалликов Na2CO3, во вторую пробирку такое же количество NaHCO3. Растворы перемешайте. Сравните окраску индикатора в растворах солей.

Запись данных опыта. Напишите ионные и молекулярные уравнения реакций. Объясните, почему оттенок окраски фенолфта-

6

леина в растворах данных солей различен? Укажите, какая среда в растворах солей? Напишите выражение для констант гидролиза 1 и 2 ступеней, рассчитайте значения для этих величин(см. табл. 3 приложения). Для иона гидрокарбоната запишите значение кон-

-

станты диссоциации. Какой процесс преобладает для иона НСО

3

диссоциация или гидролиз и почему?

Опыт 2. Электролитическое получение гидроксида натрия.

Заполните электролизёр раствором сульфата натрия. В оба отверстия электролизера добавьте по5 капель нейтрального раствора лакмуса и опустите графитовые электроды, предварительно очищенные наждачной бумагой и промытые дистиллированной водой. Подсоедините электролизёр к преобразователю напряжения. Пропустите электрический ток. Наблюдайте изменение цвета раствора электролита и выделение газа. Около какого электрода образуется гидроксид натрия?

Запись данных опыта. Опишите свои наблюдения. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде и общее уравнение электролиза. Сравните окраску лакмуса около катода и анода и дайте этому объяснение.

Опыт 3. Отношение меди к кислотам.

Опыты проводить под тягой! В три пробирки поместить по кусочку меди и прибавить по 5-6 капель разбавленных HCl, H2SO4,

Медь растворяется в разбавленной HNO3 c выделением NO, в концентрированной H2SO4 с выделением SO2, в концентрированной HNO3 с выделением NO2. Взаимодействие меди с соляной кислотой возможно в присутствии кислорода.

Запись данных опыта. Напишите уравнения реакций, используя метод электронно-ионных уравнений. Отметьте цвет выделяющихся газов. Присутствие какого иона окрашивает растворы в сине-голубой цвет?

7

Опыт 4. Получение и свойства гидроксида меди (I).

Внесите в пробирку 5-6 капель раствора CuSO4 и добавьте 10 капель раствора NaOH и 5-6 капель раствора глюкозы C6H12O6. Смесь хорошо перемешайте стеклянной палочкой и осторожно нагрейте. Наблюдайте образование желто-оранжевого осадка гидроксида меди (I), очень быстро переходящего в красный оксид

Cu2O.

Запись данных опыта. Напишите уравнение реакции получения Cu2O, учитывая, что при этом образуется глюконовая кислота C6H12O7. Укажите какое вещество является окислителем и какое восстановителем? Запишите полуреакции окисления и восстановления.

Опыт 5. Окислительные свойства оксида меди (II).

Медную проволоку скрутите в спираль из3-4 витков, прокалите и опустите в этиловый спирт, налитый в фарфоровую чашку. Проделайте эти действия несколько раз. Что наблюдается? Изменяется ли внешний вид медной проволоки? Изменяется ли запах спирта? Этиловый спирт в данном случае может окисляться до уксусного альдегида СН3СНО.

Запись данных опыта. Опишите свои наблюдения. Напишите уравнения реакций, используя метод полуреакций.

Опыт 6. Получение и свойства гидроксида меди (II).

А. Амфотерные свойства гидроксида меди (II).

Внесите в две пробирки 3–4 капли раствора сульфата меди (II) и столько же раствора щелочи. Отметьте цвет выпавшего осадка гидроксида меди (II). В первую пробирку с Cu(OH) добавьте 5-6 капель раствора серной кислоты, а во вторую пробирку - раствор щёлочи до растворения осадка. Отметьте цвет образовавшегося соединения. Затем в эту же пробирку добавьте дистиллированную воду, наблюдая при этом выделениеCu(OH)2. Это свидетельствует о неустойчивости и слабых кислотных свойствах

Cu(OH)2.

8

Б. Разложение гидроксида меди (II).

Внесите в пробирку 3–4 капли раствора сульфата меди (II) и столько же раствора щелочи. Наблюдайте образование осадка

В. Взаимодействие с раствором аммиака.

Внесите в пробирку раствор сульфата меди (II) и столько же раствора щелочи. В пробирку с осадком гидроксида меди(II) по каплям добавьте концентрированный раствор гидроксида аммония до растворения осадка. В результате данной реакции образуется комплексное соединение. Какой ион обусловливает его цвет? Какой гидроксид Cu(OH)2 или [Cu(NH3)4](OH)2 проявляет более основные свойства?

Запись данных опыта. Напишите уравнения наблюдаемых реакций в молекулярном и ионном видах. Назовите образующиеся комплексные соединения. Сделайте вывод о свойствах Cu(OH)2.

Опыт 7. Взаимодействие оксида меди (II) с кислотами.

В пробирку с полученным в опыте 6.Б оксидом меди (II) прибавьте разбавленной соляной или серной кислоты, нагрейте пробирку на пламени спиртовки. Что происходит? Изменяется ли окраска раствора? Чем это можно объяснить?

Запись данных опыта. Напишите уравнения реакций в молекулярном и ионном видах.

Опыт 8. Окислительные свойства иона Cu2+.

В пробирку внесите раствор сульфата меди (II) и добавьте 2- 3 капли йодида калия. Происходит изменение окраски раствора вследствие образования йода и выпадение осадкаCu2I2. Выделившийся йод восстановите, внеся в пробирку4-5 капель тиосульфата натрия. При этом образуется тетратионат натрия Na2S4O6 и исчезает коричневое окрашивание, характерное для водного раствора йода. На дне пробирки останется белый осадок Cu2I2.

9

Запись данных опыта. Напишите уравнения реакций. Для окислительно-восстановительных реакций используйте метод электронно-ионного баланса (метод полуреакций).

Опыт 9. Получение комплексного соединения меди (I).

В пробирку с осадкомCu2I2, полученным в опыте8, прибавьте несколько капель раствора тиосульфата натрия до полного растворения осадка из-за образования комплексного соединения меди (I), хорошо растворимого в воде.

Запись данных опыта. Составьте уравнение реакции. Назовите полученное комплексное соединение, напишите уравнение его диссоциации, выражение для константы диссоциации.

Опыт 10. Получение малорастворимых солей меди (II).

В три пробирки внесите по3–4 капли раствора сульфата меди (II). В первую пробирку прилейте такой же объем гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6], во вторую – тиоцианата (роданида) калия или аммония, в третью – сульфида натрия. Отметьте окраску образующихся осадков. Ионы меди (II) образуют с раствором желтой кровяной соли осадок Cu2[Fe(CN)6].

Запись данных опыта. Составьте уравнения реакций в молекулярной и ионной форме. Какая из трех солей обладает наименьшей растворимостью (см. табл. 2 приложения)? Напишите для нее выражение для произведения растворимости.

Опыт 11. Гидролиз солей меди (II).

А. Гидролиз сульфата меди (II).

На универсальную или лакмусовую индикаторную бумагу нанесите по капле раствора сульфата меди(II). Определите характер среды в растворе соли.

Б. Совместный гидролиз солей меди (II).

К раствору сульфата меди (II) прилейте по каплям такое же количество раствора карбоната натрия до образования зеленого

10