Руководство к лабораторным занятиям и самостоятельной работе по дисциплине «Химия». Учебное пособие

ПЛАН ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА

1.Лабораторное занятие № 1. Техника безопасности и правила работы в химической лаборатории. Знакомство с химической посудой, оборудованием и реактивами.

2.Лабораторное занятие № 2. Лабораторная работа № 1. Получение и свойства оксидов, кислот, оснований и солей.

3.Лабораторное занятие № 3. Лабораторная работа № 2. Растворы. Приготовление растворов заданной концентрации.

4.Лабораторное занятие № 4. Лабораторная работа № 3. Электролитическая диссоциация в растворах электролитов. Кондуктометрия. Реакции ионного обмена.

5.Лабораторное занятие № 5. Лабораторная работа № 4. Получение комплексных соединений и изучение их свойств.

6.Лабораторное занятие № 6. Лабораторная работа № 5. Химическое равновесие. Влияние концентрации веществ, участвующих в реакции, температуры и кислотности среды на состояние химического равновесия.

7.Лабораторное занятие № 7. Лабораторная работа № 6. Реакции гидролиза солей. Потенциометрия.

8.Лабораторное занятие № 8. Лабораторная работа № 7. Окислительновосстановительные реакции.

11

ОБЩИЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ И ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: усвоить правила работы и техники безопасности в химической лаборатории; правильно использовать химическую посуду и оборудование; научиться выполнять простейшие операции во время химического эксперимента.

Каждому студенту, работающему в лаборатории, предоставляется место, которое он должен содержать в порядке и чистоте. При выполнении лабораторных работ необходимо строго соблюдать следующие правила:

1.Перед занятиями студенту необходимо заранее познакомиться с ходом проведения опытов по учебному пособию, отчетливо уяснить цели и задачи работы, обдумывая каждое действие. Приступать к выполнению опытов можно только после того, как студент сдаст предварительный отчет (название, краткое описание хода опыта, реакции) и пройдет собеседование.

2.Студент обязан работать в лаборатории в халате, защищая одежду и кожу от попадания и разъедания реактивами, длинные волосы должны быть убраны.

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

4.Студент должен знать основные свойства используемых и получаемых веществ, их действие на организм, правила работы с ними и на основе этого принять все меры для безопасного проведения работ.

5.Запрещается проводить опыты в грязной посуде, а также пользоваться для проведения опытов веществами из склянок без этикеток или с неразборчивой надписью.

6.Запрещается выливать избыток реактива из пробирки обратно в реактивную склянку.

7.Сухие соли набирают чистым шпателем или ложечкой.

8.Не следует путать пробки от разных склянок. Чтобы внутренняя сторона пробки оставалась чистой, пробку кладут на стол внешней поверхностью.

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

10.Все работы с ядовитыми и сильно-пахнущими веществами, с концентрированными растворами кислот, щелочей, а также упаривание их растворов следует проводить только в вытяжном шкафу.

11.После опытов остатки металлов не выбрасывают, а собирают в банку.

12.Дорогостоящие реактивы (например, остатки солей серебра) собирают

вспециально отведенную посуду.

13.Нельзя выливать в раковину остатки растворителей, горючих веществ, реакционные смеси, растворы кислот, щелочей и других вредных веществ. Они должны собираться в специальную посуду.

12

14.Пролитые на пол и стол химические вещества обезвреживают и убирают под руководством лаборанта (преподавателя) в соответствии с правилами.

15.Запрещается засорять раковины и сливы в шкафах песком, бумагой, битой посудой и другими твердыми отходами, что приводит к выходу канализации из строя. Все твердые отходы следует выбрасывать в урну.

16.Обращение со спиртовкой. Перед использованием спиртовка должна быть заправлена этанолом (не более 2/3 объема спиртовки), диск должен плотно прикрывать отверстие резервуара спиртовки, фитиль в трубке должен входить не слишком плотно, но и не выпадать из трубки. Неиспользуемая спиртовка должна быть закрыта колпачком. Спиртовку зажигают только от горящей спички или лучинки. Нельзя зажигать ее от другой спиртовки или от зажигалки. Никогда не следует дуть на горящую спиртовку. Гасят ее, накрыв колпачком. Регулировка пламени производится выдвижением (увеличение пламени) или убиранием фитиля (уменьшение пламени). Нагревание жидкости в пробирке на спиртовке производят следующим образом: сначала прогревают пробирку с содержимым в течение 15–20 секунд, затем приступают непосредственно к нагреванию содержимого пробирки. При нагревании нельзя прикасаться дном пробирки к фитилю.

17.Пробирки при нагревании закрепляют либо в штативной лапке, либо в пробиркодержателе ближе к отверстию. Отверстие пробирки необходимо направлять от себя и окружающих, во избежание выброса веществ из пробирки.

18.Знакомясь с запахом вещества, нельзя наклоняться над сосудом с жидкостью и вдыхать полной грудью. Для этого нужно направить рукой струю воздуха от отверстия сосуда к себе и сделать носом легкий вдох.

19.Запрещается работать с легковоспламеняющимися жидкостями вблизи нагревательных приборов. Запрещается нагревать летучие легковоспламеняющиеся жидкости (эфиры, бензины, спирты, ацетон и т.д.) на открытом пламени. Для этого необходимо использовать водяную или масляную баню.

20.Осторожно обращайтесь с нагревательными приборами. Запрещается работать с неисправным оборудованием и приборами. Категорически запрещается использовать для подключения электроприборы с оголенными проводами или с поврежденной изоляцией.

21.При работе с мерными пипетками запрещается набирать ртом любые вещества. Для этого следует пользоваться резиновой грушей.

22.При выполнении работ бережно расходуйте реактивы, электричество и воду. Нельзя оставлять без надобности включенные электроприборы и горящие спиртовки. По окончании работ нужно немедленно отключить электроприборы

ипогасить спиртовки.

23.Студентам категорически запрещается без разрешения преподавателя проводить какие-либо опыты, не относящиеся к данной работе, или изменять порядок проведения опыта. Следует помнить, что каждый, даже кажущийся внешне простым опыт может оказаться при необдуманном выполнении опасным.

13

24.В лаборатории запрещается пробовать на вкус реактивы, а также принимать пищу, пить и курить.

25.Если работа не может быть закончена в течение одного занятия, то необходимо заранее обсудить с преподавателем, на каком этапе работа должна быть прервана и когда можно будет ее закончить.

26.По окончании работы следует привести в порядок свое рабочее место: помыть посуду, протереть поверхность рабочего лабораторного стола, закрыть водопроводные краны, выключить электрические приборы.

27.Перед уходом из лаборатории рекомендуется тщательно мыть руки с

мылом.

МЕРЫ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ ПРИ НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЯХ

В лаборатории могут возникнуть случаи, требующие неотложной медицинской помощи: порезы рук стеклом, ожоги горячими предметами, кислотами, щелочами. Для оказания первой помощи в лаборатории должна быть медицинская аптечка. В серьезных случаях необходимо пострадавшего сопроводить к врачу. Основные правила первой помощи сводятся к следующему:

1.При мелких порезах стеклом удалите осколки из раны, смойте кровь, продезинфицируйте раствором йода и перевяжите бинтом.

2.При ожоге рук или лица реактивом смойте реактив большим количеством воды, затем в случае ожога щелочью − 1%-ным раствором уксусной кислоты, в случае ожога кислотой − 3%-ным раствором гидрокарбоната натрия, а затем опять водой.

3.При ожоге горячей жидкостью или горячим предметом обожженное место промойте проточной холодной водой в течение 5–10 мин. Затем следует немедленно доставить в ближайшее лечебное учреждение.

4.При попадании химического вещества в глаза их необходимо обильно промыть в течение 10–15 мин. струей холодной воды так, чтобы она стекала от носа к виску. Веки пораженного глаза во время промывания должны быть осторожно развернуты. Контактные линзы перед промыванием следует снять. Затем

влюбом случае пострадавшего незамедлительно доставить в глазную клинику.

5.При поражении электрическим током необходимо быстро освободить пострадавшего от действия тока путем отключения электроэнергии общим рубильником. Вынести пострадавшего на свежий воздух и при необходимости сделать ему искусственное дыхание и массаж сердца. Немедленно вызвать скорую помощь.

14

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ОКСИДОВ, КИСЛОТ, ОСНОВАНИЙ И СОЛЕЙ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: экспериментально изучить реакции получения оксидов, оснований, кислот и солей и исследовать свойства этих соединений.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ:

1.Современная номенклатура неорганических соединений.

2.Оксиды: классификация, получение, физические и химические свойства.

3.Кислоты: классификация, получение, физические и химические свойства.

4.Основания: классификация, получение, физические и химические свойства.

5.Соли: классификация, физические и химические свойства, 10 способов получения солей.

ЛАБОРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ПОСУДА:

1.Прибор для получения оксида углерода (IV).

2.Тигельные щипцы.

3.Фарфоровая чашка.

4.Фарфоровая ступка с пестиком.

5.Тигель.

6.Микрошпатель.

7.Металлическая ложка.

8.Покровные стекла.

9.Пробирки цилиндрические.

10.Фильтровальная бумага.

11.Пинцет.

12.Стаканы (500 и 100 мл).

13.Стеклянные палочки.

14.Промывалка с дистиллированной водой.

РЕАКТИВЫ:

1.Сера.

2.Фосфор (красный).

3.Натрий.

4.Магний (лента или стружка).

5.Медь (пластина или проволока).

6.Железо (опилки или стружка).

7.Цинк (гранулированный).

8.Оксид магния.

9.Оксид кальция.

10.Оксид бария.

11.Оксид меди (П).

12.Оксид цинка.

13.Оксид свинца (П).

15

14.Оксид фосфора (V).

15.Оксид кремния (IV).

16.Мел.

17.Оксид алюминия.

18.Карбонат кальция.

19.Ацетат натрия.

20.Гидроксокарбонат меди (II).

ИНДИКАТОРЫ:

1.Лакмусовая бумага.

2.Универсальная индикаторная бумага.

3.Нейтральные растворы лакмуса, фенолфталеина, метилового оранжевого.

РАСТВОРЫ:

1.Соляная кислота (2 М).

2.Серная кислота (2 М).

3.Азотная кислота (2 М).

4.Фосфорная кислота (2 М).

5.Гидроксид натрия (2 М и 40%-ный).

6.Гидроксид кальция (насыщ.).

7.Сульфат меди (П) (0,5 М).

8.Карбонат натрия (0,5 М).

9.Хлорид железа (Ш) (0,5 М).

10.Сульфат марганца (П) (0,5 М).

11.Нитрат или ацетат свинца (П) (0,5 М).

12.Хлорид или сульфат цинка (0,5 М).

13.Сульфат никеля (П) (0,5 М).

14.Сульфат кобальта (П) (0,5 М).

15.Сульфат алюминия (0,5 М).

16.Сульфат или нитрат хрома (Ш) (0,5 М).

ХОД РАБОТЫ

ОПЫТ 1. ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДОВ

1.Тонкую медную пластинку зажать тигельными щипцами (или пинцетом)

ивнести в пламя горелки. Нагреть до почернения. Составить уравнение реакции.

2.Зажечь кусочек магниевой ленты, держа ее тигельными щипцами. Образовавшийся белый порошок сохранить для следующего опыта. Написать уравнение реакции.

3.На металлической ложке внести в стакан горящий красный фосфор. Стакан неплотно закрыть стеклянной пластинкой. Записать наблюдения и составить уравнение реакции.

16

4.Получить в пробирке голубой осадок гидроксида меди (П) Сu(ОН)2 взаимодействием 1–2 мл раствора CuSO4 с 0,5–1 мл раствора щелочи. Осторожно нагреть полученный осадок. Как изменяется цвет осадка? Составить уравнения реакций.

5.Поместить в пробирку немного гидроксокарбоната меди (П)

(СuОН)2СО3, закрыть пробирку пробкой с газоотводной трубкой, которую нужно опустить в пробирку с известковой водой. Нагреть пробирку с солью в пламени горелки. Отметить и объяснить изменение цвета соли и изменения в пробирке с известковой водой. Написать уравнения реакций.

6.Зажать в щипцы небольшой кусочек мела и прокалить его в течение 5-7

мин. в верхней части пламени горелки. На какие вещества разлагается СаСО3 при нагревании? Написать уравнение реакции. Затем, добавив в фарфоровую чашку с водой несколько капель фенолфталеина, опустить прокаленный кусочек. Записать наблюдения и составить уравнения реакций.

ОПЫТ 2. СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ ОКСИДОВ

1.Белый порошок оксида магния MgO, полученный в оп. 1.2, поместить в чашку с водой, размешать и испытать раствором фенолфталеина. Отметить малую растворимость в холодной воде оксида магния и изменение окраски индикатора. Составить уравнение реакции.

2.Вместо оксида магния можно взять порошок оксида кальция СаО или оксида бария ВаО.

3.Поместить в пробирку немного порошка оксида меди (П) СuО. Добавить 1-2 мл разбавленной соляной или серной кислоты. Осторожно нагреть пробирку. Отметить цвет полученного раствора. Написать уравнение реакции.

ОПЫТ 3. СВОЙСТВА КИСЛОТНЫХ ОКСИДОВ

1.В пробирку поместить с помощью стеклянной палочки немного оксида

фосфора (V) Р2О5 и добавить несколько капель воды. Наблюдать растворение, встряхивая пробирку. Испытать полученный раствор лакмусом. Отметить реакцию среды и написать уравнение реакции.

2.Пропустить оксид углерода (IV) СО2, полученный взаимодействием мрамора с 10 % раствором соляной кислоты, в раствор гидроксида кальция Са(ОН)2. Записать наблюдения и составить уравнения реакций.

ОПЫТ 4. СВОЙСТВА АМФОТЕРНЫХ ОКСИДОВ

В две пробирки поместить по 1 микрошпателю оксида цинка (II) ZnO. В первую пробирку добавить 1,0–1,5 мл соляной кислоты, в другую столько же концентрированного раствора щелочи. Встряхивать содержимое пробирок до растворения осадков в обеих пробирках. Написать уравнения реакций и сделать вывод о характере взятого оксида.

ОПЫТ 5. ПОЛУЧЕНИЕ ОСНОВАНИЙ

1.Пинцетом взять из банки кусочек натрия (размером не более спичечной головки), протереть его фильтровальной бумагой для удаления керосина и бросить в большую фарфоровую чашку с водой. После окончания реакции добавить в чашку несколько капель фенолфталеина. Записать наблюдения и уравнение реакции.

17

2.В фарфоровую чашку поместить 1 микрошпатель оксида кальция СаО или оксида бария ВаО и прилить 1,5–2,0 мл воды. Размешать содержимое стеклянной палочкой и добавить 2–3 капли фенолфталеина. Отметить цвет индикатора и написать уравнение реакции.

3.В пробирку с несколькими каплями раствора Na2CO3 добавлять по каплям раствор гидроксида кальция Са(ОН)2 до образования осадка. Отметить его цвет. Что представляет собой раствор над осадком? Составить уравнение реакции.

4.В пробирку с раствором сульфата меди (П) CuSO4 добавить избыток раствора гидроксида натрия. Проделать аналогичные опыты с растворами солей железа (Ш) и марганца (П). Составить уравнения реакций. Отметить цвет осадков.

ОПЫТ 6. СВОЙСТВА ЩЕЛОЧЕЙ

1.В трех пробирках испытать действие индикаторов – фенолфталеина, лакмуса, метилового оранжевого, на раствор щелочи. Записать наблюдения.

2.Налить в стакан немного раствора щелочи, прибавив к раствору 2-3 капли фенолфталеина. Добавлять по каплям раствор кислоты (помешивая стеклянной палочкой) до исчезновения окраски индикатора. Составить уравнение реакции нейтрализации.

3.Поместить в пробирку 6-8 капель раствора соли свинца (П) Pb(NO3)2 или РЬ(СН3СОО)2. Прибавлять по каплям раствор щелочи до образования осадка. (После прибавления каждой капли щелочи пробирку встряхивать.) Отметить цвет осадка и написать уравнение реакции.

4.Поместить в тигель 1 микрошпатель оксида кремния (IV) SiO2 и прилить 3–4 мл концентрированного раствора NaOH. Нагреть тигель до полного растворения SiO2. Составить уравнение реакции.

ОПЫТ 7. СВОЙСТВА НЕРАСТВОРИМЫХ ОСНОВАНИЙ

1.Получить осадок гидроксида никеля (П) Ni(OH)2, прибавляя к 2–3 каплям раствора соли никеля (II) избыток раствора щелочи. Испытать действие кислоты на полученный осадок. Что наблюдается? Составить уравнение реакции.

2.Получить осадок гидроксида свинца (П), как это указано в оп. 6.3. Нагреть его в пламени горелки. Как изменяется цвет осадка? Записать наблюдения и составить уравнение реакции.

ОПЫТ 8. ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛОТ

1.В стакан с небольшим объемом воды внести на железной ложке горящую серу. Стакан неплотно прикрыть стеклянной пластинкой. Когда сера сго-

рит, растворить образовавшийся газ SO2 в воде встряхиванием стакана. Раствор испытать индикатором (метиловым оранжевым). Записать наблюдения и уравнения реакций.

2.Положить в пробирку немного кристаллов ацетата натрия CH3COONa и прибавить несколько капель H2SO4. Определить по запаху, какое вещество образовалось. Написать уравнение реакции.

18

ОПЫТ 9. СВОЙСТВА КИСЛОТ

1.В трех пробирках испытать действие индикаторов – лакмуса, метилового оранжевого, фенолфталеина, на разбавленный раствор любой кислоты. Записать наблюдения.

2.В четырех пробирках испытать действие разбавленного раствора серной или соляной кислоты на магний, железо, цинк и медь. При необходимости нагреть содержимое пробирок. В каких случаях наблюдается химическая реакция? Написать уравнения реакций. Отметить положение указанных металлов в электрохимическом ряду напряжений (см. ряд напряжений металлов).

3.Поместить в две пробирки раздельно по 1 микрошпателю оксида магния MgO и оксида цинка ZnO. Добавить в каждую по 1,0–1,5 мл соляной или разбавленной серной кислоты. Осторожно нагреть пробирки. Составить уравнения реакций.

4.Испытать действие соляной или разбавленной серной кислоты на осадки

гидроксидов меди (П) Сu(ОН)2 и марганца (П) Мп(ОН)2, предварительно получив их в двух пробирках по реакции обмена между растворами солей меди (П), марганца (П) и NaOH. Записать наблюдения и составить уравнения реакций.

5.Поместить в пробирку кусочек карбоната кальция СаСО3. Приливать по каплям соляной или разбавленной азотной кислоты. Что наблюдается? Написать уравнение реакции.

ОПЫТ 10. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА АМФОТЕРНЫХ ГИДРОКСИДОВ

1.В две пробирки внести по 1 мл раствора любой соли цинка. Добавлять

по каплям раствор NaOH до образования осадка Zn(OH)2 (пробирку встряхивать для перемешивания). К полученному осадку в первую пробирку прибавить раствор кислоты, в другую – избыток раствора щелочи. Происходит ли растворение осадка в обеих пробирках? Записать наблюдения и составить уравнения реакций.

2.Повторить оп. 10.1, взяв в качестве реактива растворы солей алюминия и хрома (Ш). Написать уравнения реакций. Сделать вывод о характере гидроксидов цинка Zn(OH)2, алюминия А1(ОН)3 и хрома (Ш) – Сг(ОН)3.

ОПЫТ 11. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА СРЕДНИХ СОЛЕЙ

1.В одну пробирку с раствором сульфата меди (П) положить немного металлического железа, а в другою пробирку с раствором соли свинца (П)

Pb(NO3)2 или РЬ(СН3СОО)2 – две гранулы цинка. Пробирки оставить стоять в течение 2-3 мин. Что появляется на поверхности металлов? Написать уравнения реакций и объяснить возможность их протекания, пользуясь рядом напряжения металлов.

2.В трех пробирках испытать действие растворов: хлорида натрия NaCl на

нитрат серебра AgNO3, сульфата натрия Na2SO4 на хлорид бария ВаС12, хлорида кальция СаС12 на карбонат натрия Na2CO3. Записать наблюдения и составить уравнения реакций.

19

ОПЫТ 12. ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛЫХ СОЛЕЙ И ИХ СВОЙСТВА

1.Налить в пробирку раствор гидроксида кальция Са(ОН)2. Пропустить диоксид углерода СО2, полностью погрузив конец отводной трубки в пробирку

сраствором гидроксида кальция. Наблюдать вначале образование осадка сред-

ней соли СаСО3, а затем его растворение вследствие образования кислой соли Са(НСО3)2. Составить уравнение реакции образования средней соли и уравнение реакции взаимодействия средней соли с избытком угольной кислоты. Полученный раствор сохранить.

2.К полученному в предыдущем опыте раствору гидрокарбоната кальция прилить немного раствора гидроксида кальция. Записать наблюдения. Составить уравнение реакции превращения кислой соли в среднюю.

3.Внести в пробирку несколько капель насыщенного раствора гидроксида кальция. Прибавлять по каплям разбавленный раствор фосфорной кислоты

Н3РО4. Отметить цвет образовавшегося осадка средней соли. Прилить к осадку избыток фосфорной кислоты, перемешивая стеклянной палочкой содержимое пробирки. Почему осадок растворяется при прибавлении избытка кислоты? Составить уравнения реакций образования средней соли и превращения ее в кислую соль (дигидрофосфат кальция) – Са(Н2РО4)2.

ОПЫТ 13. ПОЛУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ СОЛЕЙ И ИХ СВОЙСТВА

1.К раствору сульфата кобальта (П) CoSO4 приливать по каплям раствор гидроксида натрия до образования синего осадка. Составить уравнение реакции образования основной соли (CoOH)2SO4. Осадок сохранить.

2.Осадок, полученный в опыте 13.1, разделить на две порции и поместить в пробирки. К одной порции добавить раствор щелочи до изменения цвета осадка, к другой — раствор серной кислоты до его растворения. Отметить цвет полученного осадка и образовавшегося раствора. Составить уравнения реакций превращения основной соли в основание Со(ОН)2 и основной соли в среднюю

CoSO4.

Оформить лабораторную работу в тетради и сделать вывод по работе.

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ для защиты лабораторной работы № 1

1.Какие из перечисленных веществ реагируют с гидроксидом калия:

Mg(OH)2, A1(OH)3, ZnO, Ba(OH)2, Fe(OH)3? Написать уравнения соответству-

ющих реакций.

2.Какие из указанных соединений будут попарно взаимодействовать: Р2О5, NaOH, ZnO, AgNO3, Na2CO3, KC1, Cr(OH)3, H2SO4? Составить уравнения реак-

ций.

3.Назвать и написать графические формулы следующих веществ: СгС13,

Ва(НСО3)2, MgSO4, A1OHC12, Fe(NO3)2, CrOHSO4, Ca3(PO4)2, Fe(HS)2, (ZnOH)2SO3, A1(H2PO4)3, [Fe(OH)2]2CO3, Cr2(HPO4)3, CaSiO3, FeOHNO3.

4.Составить уравнения реакций получения всеми возможными способами следующих солей: сульфат меди(II), нитрат натрия, карбонат кальция.

20