Лабораторный практикум по прикладной химии, химической технологии и экологической безопасности. Учебное пособие

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

тральными молекулами, содержащими гидрофильные функциональные группы. Преимуществом таких веществ является то, что они не образуют обильные пены.

Основное количество ПАВ идет на производство СМС.

СМС – это композиции, в состав которых входят ПАВ и различные органические и неорганические добавки. Добавки могут усиливать действие ПАВ, препятствовать повторному оседанию загрязнителей, дезинфицировать и отбеливать, придавать аромат, повышать пенообра- зование и умягчать воду.

Пятна, образующиеся на покрытии, можно классифицировать по спо- собу удаления:

А. Пятна, удаляемые органическими растворителями. К ним относятся пятна жира, минеральных, животных и растительных масел, масляных красок, смол, олифы, сургуча, дегтя.

Б. Пятна, удаляемые водой и водными растворами кислот и щелочей. Это пятна от кофе, чая, сока.

В. Пятна, для выведения которых используется как органические, так и водные растворы. Это пятна крови, пятна от супа, соуса, молока.

Жировые пятна глубоко проникают в ткань, не имея резко выражен- ных границ, контуры имеют вид лучей. Свежее пятно всегда светлее тка- ни, на которой находится.

Некоторыепятнаимеютрезкоочерченныекрая, ихконтурыимеютбо- лее темный оттенок по сравнению с самим пятном.

При удалении пятна следует соблюдать следующую инструкцию:

1.Определить происхождение пятна.

2.Выбрать соответствующий пятновыводящий состав.

3.Проверить действие состава на ткань.

4.При чистке плотных тканей выводить пятно лучше с изнанки.

5.При использовании растворов кислот или щелочей пользоваться палочкой.

6.Чутьсмоченнымватнымтампономудалятьпятнооткраякцентру.

7.Под ткань положить вату или фильтровальную бумагу.

8.Чтобы избежать на ткани образования «ореола», перед выведени- ем пятна можно смочить ткань вокруг пятна водой.

9.Если после выведения пятна образовался «ореол», его удаляют по- вторной обработкой.

10.На влажное после выведения пятно поместить сухой крахмал или алебастр, после впитывания влаги встряхнуть.

51

Н. В. КУТЯШЕВА, Г. И. КУРОЧКИНА, М. К. ГРАЧЕВ

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ПРИКЛАДНОЙ ХИМИИ, ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

11.Послепримененияводныхрастворовкислот, солей, щелочейобра- ботанное место тщательно промыть водой, избыток влаги удалить сухой губкой, салфеткой.

12.Большинство пятновыводящих средств разрушают ацетатные тка- ни. В домашних условиях для выведения жирных пятен с ацетат- ных тканей можно применять только бензин и мыло.

Оборудование: ткани, загрязненные пятнами различной природы; вата; стеклянные палочки; термометр; стакан; электрическая плитка.

Реактивы: глицерин; 10%-ный раствор нашатырного спирта; 3%-ный раствор перекиси водорода; хлорид натрия (тв.); 10%-ный раствор щавеле- войилилимоннойкислоты; гидросульфитнатрия(тв.); крахмалилисырой картофель; раствориодидакалия1 : 5; растворгипосульфита1 : 10; дистил- лированная вода; мыло.

Ход работы

1. Удаление пятен от шоколада, кофе, какао и чая

Способ № 1. Применим для белых тканей или тканей с прочной окра- ской. 10%-ный нашатырный спирт разбавить водой 1 : 10. Пятно замочить полученным раствором, протереть с помощью ватки и промыть водой.

Способ № 2. Применим для белых тканей. Простирать загрязненную ткань в мыльной воде. Следы пятна протереть 3%-ным раствором перок- сида водорода и промыть водой.

Способ № 3. Применим для светлоокрашенных шерстяных, шелковых тканей. Протереть пятно ватой, смоченной в подогретом до 35 °С глице- рине. После протирки через 10–15 минут глицерин смыть теплой водой.

2. Удаление пятен от кофе

Способ № 1. Добавить к поваренной соли немного глицерина, смыть пятно, затем отстирать оставшиеся следы.

Способ № 2. С белой ткани вывести пятно 10%-ным раствором перок- сида водорода.

3. Удаление ржавых пятен

Способ № 1. Смочить несколько раз пятно 10%-ным раствором щаве- левой или лимонной кислоты, слегка подсушить ткань и промыть загряз- ненное место водой.

Способ № 2. Подогреть до 60–70 °С раствор гидросульфита нат- рия (5–10 г на стакан воды) и опустить туда загрязненную ткань не- сколько раз до полного исчезновения пятна, после чего смыть следы сначала теплой, а затем холодной водой. Гидросульфит можно приме- нять только для белых тканей.

52

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

4. Удаление пятен иода

Способ№1. Смочитьпятнохолоднойводойинатеретькомочкомкрах- мала или кусочком сырого картофеля. Повторять операцию до исчезнове- ния пятна, а затем очищенное место промыть в воде с мылом.

Способ № 2. Протереть пятно раствором гипосульфита 1 : 10, а затем промыть в теплой воде.

5. Удаление пятен от марганцовокислого калия

Способ № 1. Протереть пятно раствором гипосульфита 1 : 10, промыть загрязненное место горячей водой. Способ применим только для белых тканей.

Способ № 2. Удалить пятно раствором щавелевой кислоты 1 : 10. Способ № 3. Промыть свежее пятно подогретым раствором KI 1 : 5.

Оформление результатов

Описатьметодикиочисткипятенразличнойприроды. Составитьурав- нения химических реакций и дать описания физико-химических процес- сов, лежащих в основе данных методов очистки.

Контрольные вопросы

1.Что собой представляют ПАВ и СМС?

2.На чем основано очищающее действие СМС, применяемых

в быту?

3.Каков механизм действия на загрязнители таких химических ве- ществ, как щавелевая кислота, гидросульфиты и гипосульфиты?

4.Объяснить, почему применение щавелевой кислоты и гидросуль- фитов допускается только при очистке неокрашенных тканей.

5.При выделении жира из молока образующуюся эмульсию разру- шают серной кислотой. Какой химический процесс при этом про- текает?

53

Н. В. КУТЯШЕВА, Г. И. КУРОЧКИНА, М. К. ГРАЧЕВ

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ПРИКЛАДНОЙ ХИМИИ, ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Работа № 12. Анализ удобрений

Цель работы: познакомиться со способами количественного опреде- ления действующего компонента в удобрениях.

Вопросы для самоподготовки

1.Классификация удобрений.

2.Производство калийных и азотных минеральных удобрений.

3.Производство фосфорных минеральных удобрений.

Теоретическое введение

Все удобрения подразделяют на две большие группы: органические и минеральные.

Органическими удобрениями называют вещества природного проис- хождения, содержащие как основной компонент производные углеводо- родов.

Минеральными удобрениями называются соли и другие неорга- нические природные или полученные промышленным путем веще- ства, содержащие в своем составе элементы, необходимые для пита- ния растений и улучшения плодородия почвы, используемые с целью получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.

Химические элементы, содержащиеся в составе удобрений, могут быть разделены на группы:

1.Органогены (углерод, водород, кислород, азот).

2.Зольные элементы (фосфор, калий, кальций, магний, сера).

3.Микроэлементы (бор, молибден, медь, цинк, кобальт).

4.Элементы, входящие в состав хлорофилла и различных ферментов (железо, марганец).

Минеральные удобрения классифицируются по ряду признаков:

1.По природе питательных элементов: азотные, фосфорные (фос- фатные), калиевые (калийные), магниевые (магнезиальные), бор- ные и т.д.

2.По числу питательных элементов: простые (однокомпонентные), содержащиетолькоодинпитательныйэлемент, икомплексные, со- держащие несколько питательных элементов.

3.По содержанию питательных элементов: концентрирован- ные (более 33% элемента) и высококонцентрированные (более 60% элемента).

54

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

4. По физическим свойствам: твердые, порошкообразные, жидкие, кристаллические, гранулированные, растворимыеинерастворимые.

Усвоение минеральных удобрений зависит от их растворимости и ха- рактера почв.

Состав минеральных удобрений характеризуется содержанием в них действующего вещества.

Масса минеральных удобрений, выраженная в условных единицах, рассчитывается по формуле:

▪для азотных удобрений: mу = 4,878mф × μ (по N);

▪для фосфорных удобрений: mу = 5,348mф × μ (по Р2О5);

▪для калийных удобрений: mу = 2,404mф × μ (по К2О),

где μ – массовая доля действующего элемента в данном удобрении; mу – масса удобрения в условных единицах;

mф – физическая масса удобрения.

Важнейшее значение для питания растений имеют азот, фосфор и ка- лий, отколичествакоторыхзависятрострастенияипроцессыметаболизма.

Определение содержания азота в аммонийных удобрениях состоит в количественном связывании иона аммония формалином с образовани- ем гексаметилентетрамина и установлением количества выделившейся при этом кислоты.

Анализ фосфатных удобрений проводят осаждением фосфат-анионов из раствора магнезиальной смесью в виде магний-аммоний фосфата.

Метод определения состава калийных удобрений основан на взаимо- действиикислоговиннокислогонатрияскалийнымудобрениемиобразо- вании труднорастворимой соли кислого виннокислого калия.

Оборудование: химические стаканы 250 мл, 100 мл (2 шт.); мерные колбы250 мл(3 шт.), 100 мл, 25 мл; бюретка; фарфороваячашка; сушиль- ныйшкаф; тигельныещипцы; коническаяворонка(2 шт.); фильтровальная бумага; весы; ступка с пестиком; градуированная пипетка 2 мл, 5 мл, 10 мл (3 шт.), мерный цилиндр 100 мл, 25 мл (3 шт.), 10 мл; стеклянная палочка; промывалка.

Реактивы: аммиачная селитра или сульфат аммония (тв.); рас- твор метилового красного; 0,1 Н раствор гидроксида натрия; 25%-ный раствор формалина; 50%-ный раствор нитрата аммония; суперфосфат; 25%-ный раствор аммиака; магнезиальная смесь; 10%-ный раствор соляной кислоты; калийное удобрение или хлорид калия; 0,33%-ный раствор гидротартрата натрия; 2,5%-ный раствор аммиака; раствор фенолфталеина; дистиллированная вода.

55

Н. В. КУТЯШЕВА, Г. И. КУРОЧКИНА, М. К. ГРАЧЕВ

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ПРИКЛАДНОЙ ХИМИИ, ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Ход работы

1. Анализ аммонийных удобрений

2 г аммиачной селитры или 5 г сульфата аммония поместить в ста- кан и растворить в 50 мл дистиллированной воды. Раствор отфильтровать в мерную колбу емкостью 250 мл, объем довести до метки дистиллиро- ванной водой и хорошо перемешать.

Кполученному раствору прибавить 2 капли метилового красного

ититровать 0,1 Н раствором щелочи до перехода розовой окраски

взолотисто-желтую.

Вдругую колбу поместить 10 мл 25%-ного раствора формалина, прибавить две капли метилового красного и 0,1 Н раствора

щелочи, не допуская ее избытка. Образовавшийся раствор влить в нейтрализованный раствор анализируемого удобрения и хорошо перемешать содержимое колбы.

К полученному раствору прибавить две капли фенолфталеина и титровать 0,1 Н раствором щелочи. Вначале розовая окраска переходит в бледно-желтую, а затем в слабо-розовую. Появление слабо-розовой окраски указывает на конец титрования.

2. Определение содержания фосфорной кислоты в суперфосфате

2,5 г суперфосфата растереть в ступке, прилить 25 мл дистиллиро- ванной воды и снова растереть. Смесь отфильтровать через плотный фильтр в мерную колбу на 250 мл и прибавить 5–6 мл 10%-ного раство- ра соляной кислоты. Сухой остаток в ступке растирать, приливая каж- дый раз (три раза) по 25 мл дистиллированной воды, и фильтровать в ту же колбу, после чего объем раствора довести дистиллированной водой до метки.

25 мл раствора поместить в химический стакан емкостью 200–250 мл, прибавить 12,5 мл 50%-ного раствора нитрата аммония и две капли фе- нолфталеина. Полученный раствор нейтрализовать аммиаком до слабо- розовой окраски.

Медленно при помешивании стеклянной палочкой прилить 15 мл ще- лочной магнезиальной смеси, через 5 минут добавить 12,5 мл 25%-ного раствора аммиака и перемешивать содержимое стакана 30 минут до пол- ного осаждения фосфорной кислоты.

Жидкость профильтровать, осадок на фильтре промывать 2,5%-ным раствором аммиака до тех пор, пока объем раствора не составит 100 мл.

Фильтр с осадком перенести в фарфоровую чашку, высушить в су- шильном шкафу до постоянной массы и взвесить на аналитических весах.

56

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

3. Определение содержания калия в калийных удобрениях

Растворитьприперемешивании10 гизмельченногокалийногоудобре- ния в 80 мл дистиллированной воды. Раствор отфильтровать в мерную колбуемкостью100 мл, довестиобъемдистиллированнойводойдометки

итщательно перемешать.

Вхимический стакан емкостью 100 мл отобрать пипеткой 2 мл по- лученного раствора, добавить 20 мл 0,33%-ного раствора гидротартра- та натрия и перемешивать стеклянной палочкой в течение 15–20 минут. Отфильтровать образовавшийся осадок гидротартрата калия.

Вмерную колбу на 25 мл отобрать 5 мл фильтрата, добавить 2 капли фенолфталеина и титровать 0,1 Н раствором щелочи до слабо-розовой окраски.

Оформление результатов

Описать методики проведения количественного анализа удобрений. Составить уравнения протекающих химических реакций. Провести соот- ветствующие расчеты.

Результат анализа азота вычисляется по формуле:

где Х – общее содержание азота в удобрении (%);

V – объем 0,1 Н раствора щелочи, затраченного на титрование (мл); T – поправка к титру;

m – навескаудобрения(г), отвечающаявзятомудляанализаобъемураствора; 0,0014 – масса азота, соответствующая 1 мл 0,1 Н раствора щелочи (г).

Так как применяемый метод учитывает только содержание аммиачно- го азота, то при анализе аммиачной селитры полученный результат необ- ходимо удвоить.

Содержание Р2О5 вычисляется по формуле:

y – процент влаги в удобрении.

57

Н. В. КУТЯШЕВА, Г. И. КУРОЧКИНА, М. К. ГРАЧЕВ

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ПРИКЛАДНОЙ ХИМИИ, ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Расчеты содержания калия проводят по формуле:

X = (V1 × T1– V2 × T2) × 4,4 × 0,1 × 0,047 × 100 (3), m

где Х – содержание калия в удобрениях (%);

V1 – объем раствора гидротартрата натрия, прилитого к 2 мл раствора удобрения, в пересчете на 0,1 Н раствор (мл); Т1 – поправка к титру гидротартрата натрия;

V2 – объем0,1 Нрастворащелочиизрасходованнойнатитрованиеизбытка гидротартрата натрия (мл); Т2 – поправка к титру используемой щелочи;

4,4 – коэффициент для пересчета результатов титрования на весь объем раствора;

m – навеска удобрения (г); 0,047 – 1 мг-экв К2О (г).

Контрольные вопросы

1.В чем заключается сущность методов анализа фосфатных, аммо- нийных и калийных удобрений?

2.В районах, где расположены фабрики по производству фосфатных удобрений, стекла в домах часто мутнеют. Объясните это явление.

3.К какому типу питательных элементов относятся азот, фосфор и калий? В чем заключается биологическая роль фосфатных, ам- монийных и калийных удобрений?

4.Охарактеризуйте анализируемые вами удобрения, используя клас- сификацию по различным признакам.

5.Запишите уравнения реакций, лежащие в основе получения фос- форных, азотных и калийных удобрений. Почему двойной супер- фосфат имеет такое название?

Библиографический список

1.Ключников Н.Г. Практические занятия по химической технологии. М.: Про-

свещение, 1972. 296 с.

2.Нифантьев Э.Е., Парамонова Н.Г. Основы прикладной химии. М.: Владос, 2002. 67 с.

3.Соколов Р.С. Практические работы по химической технологии. М.: Владос, 2004. 271 с.

4.Соколов Р.С. Химическая технология: в 2 т. М.: Владос, 2000.

5.Юдин А.М. Химия в нашем доме. М.: Химия, 1990. 271 с.

58

Приложение

Приготовление некоторых растворов

Приготовление титрованного раствора трилона Б. Для получения раствора концентрацией 0,05 моль/л навеску вещества 18,61 г растворяют

в1000 мл дистиллированной воды и фильтруют. Точный титр раствора уста-

навливают по фиксаналу сульфата магния MgSO4·7H2O.

Приготовление буферного аммиачного раствора. Смешивают 100 мл

25%-ного раствора аммиака со 100 мл 20%-ного раствором хлорида аммония и разбавляют дистиллированной водой до 1000 мл.

Приготовление титрованного раствора перманганата калия. Для полу-

чения раствора концентрацией 0,002 моль/л навеску вещества 0,316 г раство- ряют в 1000 мл дистиллированной воды.

Приготовление титрованного раствора щавелевой кислоты. Для полу-

чения раствора концентрацией 0,005 моль/л навеску вещества 0,315 г раство- ряют в 500 мл дистиллированной воды.

Приготовление титрованного раствора гидроксида натрия. Для получе-

ния раствора концентрацией 0,01 моль/л навеску вещества 0,2 г растворяют

в500 мл дистиллированной воды.

Приготовление титрованного раствора гидроксида натрия. Для по-

лученияраствораконцентрацией0,1 моль/лнавескувещества0,8 грастворяют в 200 мл дистиллированной воды.

Приготовление титрованного раствора гидроксида натрия.

Для получения раствора концентрацией 1 моль/л навеску вещества 20 г растворяют в 500 мл дистиллированной воды.

Приготовление титрованного раствора тиосульфата натрия. Для по-

лучения раствора концентрацией 0,01 моль/л навеску вещества 0,79 г раство- ряют в 500 мл дистиллированной воды.

Приготовление раствора умягчителя (NaOH + Na2CO3). Для получения раствора навеску гидроксида натрия 15 г и карбоната натрия 21 г растворяют в 1000 мл дистиллированной воды.

Приготовление магнезиальной смеси. Для получения раствора навеску хлорида магния 11,9 г растворяют в 500 мл дистиллированной воды. После полного растворения добавляют некоторый объем концентрированного рас- твора аммиака до образования мути. После чего добавляют несколько капель раствора хлорида аммония до исчезновения мути.

Приготовление титрованного раствора сульфата меди (II). Для по-

лучения раствора концентрацией 1 моль/л навеску вещества 124,8425 г растворяют в 500 мл дистиллированной воды.

Приготовление спиртового раствора фенолфталеина. Для получения раствора концентрацией 0,1% навеску вещества 0,5 г растворяют в 40 мл эти-

лового спирта и 10 мл дистиллированной воды.

59