Лабораторный практикум по химии. Учебное пособие

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ПО ХИМИИ

Учебное пособие

5-е издание, переработанное и дополненное

Под общей редакцией О. Б. Кукиной

Воронеж 2025

УДК 54(075.8)

ББК 24я7

Л125

Рецензенты:

кафедра информационных технологий, моделирования и управления Воронежского государственного университета инженерных технологий (зав. кафедрой д-р хим. наук, профессор А. В. Калач);

О. В. Слепцова, канд. хим. наук, доцент кафедры высокомолекулярных соединений и коллоидной химии Воронежского государственного университета

Авторский коллектив:

О. Б. Кукина, О. В. Артамонова, О. Б. Рудаков, Л. Г. Барсукова, Г. Г. Кривнева, О. Р. Сергуткина

Лабораторный практикум по химии: учебное пособие / [Электронный ресурс]/ О. Б. Кукина, О. В. Артамонова, О.Б. Рудаков [и др.]; под общ. ред. О. Б Кукиной. - 5-е изд. перераб. и доп. –

Л125 Электрон. текстовые и граф. данные (1,2 Мб). – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2025. – 1 электрон. oпт. диск (DVD-ROM): цв. - Систем. требования: ПК 500 и

выше; 256 Мб ОЗУ; Windows 10; SVGA с разрешением 1024 × 768; Adobe Acrobat; CD-ROM дисковод; мышь. - Загл. с экрана.

ISBN 978-5-7731-1223-5

Пособие содержит тринадцать лабораторных работ по курсу «Химия». В каждой работе имеются теоретические сведения, примеры решения типовых задач, рекомендации по выполнению и оформлению эксперимента, задания для закрепления материала.

Данное издание является пятым, дополнено новыми лабораторными работами, существенно переработанными заданиями для самостоятельной работы и типовыми задачами. Составлено в соответствии с государственным образовательным стандартом для подготовки бакалавров и специалистов всех направлений, изучающих курс «Химия».

Ил. 14. Табл. 30. Библиогр.: 11 назв.

УДК 54(075.8)

ББК 24я7

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

3

ВВЕДЕНИЕ

Выполнение лабораторных работ является обязательной частью учебного плана, т.к. химия как наука во многом основана на экспериментальных исследованиях. Кроме того, лабораторные работы подтверждают практическую значимость основных теоретических положений химии.

Задача пособия – научить студента самостоятельно выполнять экспериментальные работы, уметь находить в полученных данных подтверждение теоретическим закономерностям, развить у студента способность логического мышления, вооружить знаниями, необходимымидля ихпрактическойдеятельности.

Содержание пособия соответствует государственным образовательным стандартам подготовки обучающихся в бакалавриате и специалитете всех направлений, обучающихся в Воронежском государственном техническом университете и изучающих дисциплину «Химия». Пособие содержит основные разделы: «Атомно-молекулярное учение», «Периодическая система элементов Д.И. Менделеева и химическая связь», «Закономерности протекания химических реакций», «Свойства растворов и классов неорганических соединений», «Окисли- тельно-восстановительные и электрохимические процессы», «Дисперсные системы», «Элементы качественного и количественного химического анализа», «Свойства органическихвеществи высокомолекулярныхсоединений».

Учебное пособие содержит тринадцать работ. Перечень работ, выполняемых студентами (обычно это 8-9 работ в соответствии с рабочей программой), зависит от направления подготовки. Каждая работа рассчитана на выполнение в течение четырёх академических часов.

Все работы снабжены краткими теоретическими сведениями, необходимыми для грамотного выполнения и осмысления рабочего задания. В разделах «Подготовка к работе» приводятся решения типовых задач и перечень теоретических вопросов.

Отчёт осуществляется путём оформления рабочих заданий, выполнения заданий для самостоятельной работы и тестовых контрольных заданий.

Учебное пособие переработано и дополнено новыми лабораторными работами: «Качественный и количественный химический анализ» и «Важнейшие свойства органических веществ и высокомолекулярных соединений», «Электрохимические процессы», иначе представлены общие свойства растворов и рабочее задание к работе «Основные химические понятия и законы». Существенно переработаны типовые задачи и задания для самостоятельной работы с учётом тестирования.

Работы №№ 1-5 написаны О.В. Артамоновой, №№ 6-9 – О.Р. Сергуткиной,

№10 – Г.Г. Кривневой, № 11 – О.Б. Кукиной, № 12 – О.Б. Рудаковым,

№13– Л.Г. Барсуковой.

4

Техника безопасности и правила работы в химической лаборатории

До начала занятий необходимо внимательно ознакомиться с темой работы, используя учебник, конспектлекций иметодические указания.

Основным местом выполнения лабораторной работы является рабочий стол, на котором необходимо соблюдать чистоту и порядок. За каждым студентом в лаборатории закрепляется определенное рабочее место. Химические опыты выполняются в строгом соответствии с рабочим заданием, и все наблюдения записываются в специальную рабочую тетрадь. На рабочем месте недолжнобытьничего лишнего.

Следует пользоваться чистыми реактивами и посудой. Склянки с реактивами общего пользования должны находиться на определенном месте; их нельзя переносить на рабочие столы. Если реактив взят в избытке и полностью не израсходован, категорически воспрещается выливать его обратно в склянку. Все пролитое или рассыпанное на столе илина полуследует тотчас же убратьи нейтрализовать.

Дорогостоящие и токсичные реактивы (соли серебра, галогенорганические вещества и т.д.) после выполнения опыта надо вылить в специальную склянку для слива, находящуюся в вытяжном шкафу.

Работая в химической лаборатории, студенты должны выполнять требования по техникебезопасности.

Все опыты с вредными и пахучими веществами должны проводиться в вытяжном шкафу. При нагревании жидкости пробирку в держателе следует располагать отверстием от себя и людей, находящихся рядом. Наливая раствор, держать пробирку и склянку на некотором отдалении от себя во избежание попадания жидкостина одеждуиобувь.

Работа с концентрированными кислотами и щелочами требует максимального внимания и осторожности, особенно при нагревании. При небрежном выполнении опыта возможны химические ожоги кислотами и щелочами. В этом случае необходимо немедленно промыть обожженный участок большим количеством воды, а затем остатки кислоты нейтрализовать 2-процентным раствором соды; а щелочи – 2- процентным раствором борнойкислоты.

Категорически запрещается проводить опыты, не относящиеся к данной работе. По окончании работы необходимо тщательно убрать рабочее место, вымыть посуду.

5

Лабораторная работа №1 ОСНОВНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ

Цель работы

▪Усвоить основные положения атомно-молекулярного учения и основные законы химии.

▪Научиться проводить расчеты по химическим уравнениям.

Теоретические сведения

К основным химическим понятиям относятся: атом, молекула, химиче-

ский элемент, простое и сложное вещество, атомная и молекулярная масса, моль, молярная масса атомов и молекул, молярный объём, эквивалент, молярная масса эквивалента элемента и химического соединения, валентность.

Абсолютная масса атома (m0, [г, кг]) – масса атома, выраженная в единицах массы.

Относительная масса атома (Аr) – отношение абсолютной атомной массы к 1/12 массы атома углерода 12С (величина безразмерная).

Относительная молекулярная масса (Мr) – отношение массы молекулы вещества к 1/12 массы атома углерода 12С; равна сумме относительных атомных масс атомов, составляющих молекулу (величина безразмерная).

Моль – такое количество вещества, которое содержит столько же структурных единиц (атомов, молекул, ионов), сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода 12С.

1 моль любого вещества содержит 6,02 ·1023 структурных единиц. Это число называется постоянной Авогадро (NA):

NA = 6.02 ·10 23 моль‾ 1.

Молярная масса (М, г/моль) – масса одного моль вещества, выраженная в граммах и численно равная его относительной атомной или молекулярной массе. М определяется отношением массы вещества (m) к его количеству (ν):

Валентность – число связей, которые данный атом образует с другими атомами в химическом соединении. Некоторые элементы во всех своих соединениях проявляют постоянную валентность, другие – различную.

Некоторые элементы с постоянной валентностью (В):

6

Массовая доля вещества в смеси (ω) – отношение массы вещества к мас-

се всей смеси:

Массовой долей выхода продукта реакции η называется отношение массы фактически полученного продукта (m факт.) к массе вещества, которое должно получиться теоретически (mтеор.):

Важнейшие законы химии

▪Закон постоянства состава (Ж. Пруст, 1808 г.);

▪закон сохранения массы веществ (М.В. Ломоносов, 1748 г.;

А.Л. Лавуазье, 1789 г.);

▪закон Авогадро и его следствия (А. Авогадро, 1811 г.);

▪закон эквивалентов (И. Рихтер, 1800 г. и др.).

Закон постоянства состава. Каждое чистое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав, который не зависит от способа по-

лучения вещества. Поэтому каждое вещество имеет свою химическую формулу. По формуле вещества можно рассчитать массовую долю каждого химического элемента, который входит в состав вещества.

Массовая доля элемента Х в веществе – отношение относительной атом-

ной массы данного элемента, умноженной на число его атомов в молекуле (n), к относительной молекулярной массе вещества:

8

Молярный объем связан с объемом газа (V) и его количеством (ν) соотношением:

Второе следствие закона Авогадро. Относительная плотность одного газа по другому (D2(1)) равна отношению их молярных масс:

Закон эквивалентов. Массы реагирующих веществ пропорциональны молярным массам их эквивалентов:

Подготовка к работе

Изучите теоретические вопросы и пример решения типовой задачи:

▪сущность понятий: атом, молекула, химический элемент, простое и сложное вещество, атомные и молекулярные массы;

▪моль, молярная масса атомов и молекул, молярный объем;

▪валентность, составление формул сложных веществпо валентности;

▪закон сохранения массы веществ, закон постоянства состава, закон Авогадро и его следствия;

▪абсолютная и относительная плотность газов;

▪эквивалент, молярная масса эквивалента элемента и химического соединения, закон эквивалентов.

Типовая задача

Строительную известь (СаО) получают разложением известняка, в котором массовая доля CaCO3 составляет 90 %.

Рассчитайте:

1)какое количество CaO получится при разложении 200 кг известняка;

2)выход продукта реакции, если в результате данного процесса фактически выделилось 95 кг извести;

3)какой объем углекислого газа, измеренного при нормальных условиях, выделится при этом;

4)абсолютную массу молекулы СО2 (в граммах);

5)относительную плотность углекислого газа по воздуху;

6)молярные массы эквивалента СаО и углерода в оксиде СО2, а также массовую долю кислорода в каждом из этих соединений.

9