Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Неорганическая химия. Лабораторный практикум. Учебное пособие
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Н.И. ЛАРИЧКИНА, А.В. КАДИМОВА,
Д.В. ШУТИЛОВА
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2017
1
УДК 546(075.8)
Л 253
Рецензенты:
канд. хим. наук, доцент В.Ю. Александров,
канд. хим. наук, научный сотрудник Института катализа
им. Г.К. Борескова СО РАН В.Н. Панченко
Работа подготовлена на кафедре инженерных проблем экологии
для студентов всех форм обучения направлений 05.03.06 – Экология
и природопользование, 20.03.01 – Техносферная безопасность
Ларичкина Н.И.
Л 253 Неорганическая химия. Лабораторный практикум: учебное
пособие / Н.И. Ларичкина, А.В. Кадимова, Д.В. Шутилова. –
Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2017. – 56 с.
ISBN 978-5-7782-3401-7
Практикум содержит четыре лабораторных работы и охватывает
свойства основных групп химических элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева, типичных и переходных металлов, галогенов
(на примере хлора) и халькогенов (на примере серы). Для каждой работы указаны цели, отражены сущность метода определения химического элемента или его соединений в исследуемых объектах, приведено описание материалов и оборудования; показаны различные методики по обработке результатов исследований, оценки корректности
проведения измерений и влияния анализируемых соединений на
окружающую природную среду.
Предназначено для самостоятельной подготовки к лабораторным
работам и закреплению лекционного материала по дисциплине «Неорганическая химия».
Ориентировано на студентов экологических специальностей технических вузов, дальнейшая профессиональная деятельность которых
будет связана с системами защиты окружающей среды.
УДК 546(075.8)
ISBN 978-5-7782-3401-7 Ларичкина Н.И., Кадимова А.В.,
Шутилова Д.В., 2017
Новосибирский государственный
технический университет, 2017
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................................................................... 4
1. Установление точной концентрации раствора щелочи по раствору
соляной кислоты известной концентрации ...................................................... 6
1.1. Теоретическая часть ...................................................................................... 6
1.2. Практическая часть ...................................................................................... 14
Контрольные вопросы и задания .......................................................................... 17
2. Определение массовой концентрации общего железа
с сульфосалициловой кислотой ........................................................................ 18
2.1. Теоретическая часть .................................................................................... 18
2.2. Практическая часть ...................................................................................... 27
Контрольные вопросы и задания .......................................................................... 31
3. Определение содержания хлоридов в питьевой воде титрованием
азотнокислым серебром ..................................................................................... 33
3.1. Теоретическая часть .................................................................................... 33
3.2. Практическая часть ...................................................................................... 38
Контрольные вопросы и задания .......................................................................... 42
4. Определения содержания сульфатов в питьевой воде осаждением
хлоридом бария .................................................................................................. 44
4.1. Теоретическая часть .................................................................................... 44
4.2. Практическая часть ...................................................................................... 50
Контрольные вопросы и задания .......................................................................... 53
Библиографический список .................................................................................. 55
3
ВВЕДЕНИЕ
Практикум состоит из четырех разделов. Изложение материала
коррелирует с тематикой лекций и практическими занятиями, дополняя и более детально систематизируя информацию по основным классам химических элементов Периодической таблицы Д.И. Менделеева,
выделяя общие закономерности изменения химических свойств и индивидуальные особенности этих элементов и их соединений.
В первом разделе акцент сделан на закон эквивалентов и его следствие, которые широко применяются в количественных методах объемного анализа. Приведены формулы расчета концентраций растворенного вещества в растворе, показана связь расчетных концентраций
друг с другом, что необходимо знать студентам при выполнении практических заданий. Показано, как можно установить содержание растворенного вещества в растворе, который в дальнейшем можно использовать как титрованный.
В последующих трех разделах практические части выполнения лабораторных работ представляют собой методики выполнения измерений, регламентируемые нормативными документами (ГОСТы, ОСТы,
СанПиНы и др.). Это дает возможность с первого курса обучения в
вузе знакомиться студенту с широким кругом источников информации, формировать профессиональные навыки, что помогает студенту
постичь особенности их будущей профессиональной деятельности в
области охраны окружающей среды.
Содержание пособия знакомит студента как с количественными,
так и качественными методами анализа; с химическими и с физикохимическими методами исследований. Во второй лабораторной работе,
учитывающей одну из отличительных особенностей переходных металлов, приведена методика определения содержания соединений железа комплексонометрическим методом. Обращается внимание на то,
что на состав комплекса, а значит, и на окраску, которую он придает
раствору, влияет пунктуальность выполнения исследований и кон-
4
троль параметров (температуры, концентрации реагентов и определяемых веществ, рН и т. д.).
При определении хлоридов в питьевой воде, где используется адсорбционный индикатор, с целью повышения точности результатов
исследований показан один из методических вариантов решения данной задачи. Он заключается в том, что сначала определение проводится на качественном уровне, а затем по примерному содержанию хлоридов подбирается тот объем раствора, при котором погрешность измерений будет минимальной.
В случае, если результаты исследований должны быть получены в
кратчайшие сроки, что актуально при проведении мониторинга водной
среды, приводится вариант полуколичественного определения сульфат-ионов в воде.
Отличительной особенностью настоящего пособия является сочетание классических форм изложения материала с приобретением
навыков у студентов давать оценку результатам проводимых исследований как на предмет корректности выполнения измерений, так и
оценки влияния исследуемых компонентов на окружающую природную среду. Это способствует лучшему усвоению теоретического материала и умению его применять в профессиональной деятельности будущих специалистов в области техносферной безопасности, экологии и
рационального природопользования.
5
–
1. УСТАНОВЛЕНИЕ ТОЧНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ
РАСТВОРА ЩЕЛОЧИ ПО РАСТВОРУ СОЛЯНОЙ
КИСЛОТЫ ИЗВЕСТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ
1.1. Теоретическая часть
1.1.1. Растворы. Способы выражения
концентрации растворов
Растворы – однородная (гомогенная) многокомпонентная система,
состоящая из растворителя, растворенных веществ и продуктов их взаимодействия [7].
Различают истинные и коллоидные растворы. К истинным растворам относятся растворы, в которых размер частиц растворенного ве-
щества составляет менее 1 нм (
частиц дисперсной фазы равен
нанометров до долей микрометров. Эта область превосходит размер
типичной малой молекулы, но меньше размера объекта, видимого в
обычном оптическом микроскопе.
В зависимости от агрегатного состояния веществ растворы бывают
жидкие (морская вода), газообразные (воздух) и твердые (многие сплавы металлов).
Наиболее распространены жидкие растворы. Они состоят из растворителя (жидкости) и растворенного вещества (газ, жидкость, твердое вещество). Жидкие растворы могут быть водные и неводные. Водные растворы – это растворы, в которых растворителем является вода.
Неводные растворы – это растворы, в которых растворителями являются другие жидкости (бензол, спирт и т. д.). На практике чаще всего
применяются водные растворы [1].
910
) м. В коллоидных системах размер
9–7
10 ...10
м, т. е. лежит в интервале от
6
Растворимость вещества выражают в граммах на литр (г/л). По рас-
М
М
творимости в воде вещества делятся на три группы:
– хорошо растворимые (Р),
– малорастворимые (М),
– практически нерастворимые (Н).
Хорошо растворимые вещества – это вещества, растворимость которых составляет более 10 г на 1 л воды. Например, в 1 л воды может
раствориться до 2000 г сахара.
Малорастворимые вещества – это вещества, растворимость которых составляет от 0,01 до 10 г на 1 л воды. Например, в 1 л воды растворяется не более 2 г гипса (
CaSO 2H O
42
).
Практически нерастворимые вещества – это вещества, растворимость которых составляет менее 0,01 г на 1 л воды. Например, хлорид
серебра (AgCl): в 1 л воды растворяется не более
1, 5 1 0
3
г.
Растворы, применяемые на практике, могут быть различной концентрации. Концентрацией называется отношение количества или массы вещества, содержащегося в системе (растворе), к объему или массе
этой системы [7].
Существует несколько способов выражения концентрации растворенного вещества. Это молярная концентрация (
центрация эквивалента (
(
), титр (Т) [1].
С
%
), массовая процентная концентрация
С
э
), молярная кон-
С
м
Молярная концентрация – это число молей растворенного вещества
n(X) в 1 л раствора (V). Размерность – [моль/л]. Рассчитывается по
формуле
()
nX m
С
м
V
где m – масса растворенного вещества, г;
,
()
XV
()
X – молярная масса рас-
творенного вещества, г/моль.
Моль – это количество вещества, содержащее столько структурных
элементов (молекул, атомов, ионов и др.) этого вещества, сколько ато-
12
мов содержится в 12 г нуклида углерода –12 (
С
) [7].
Количество частиц в 1-м моле любого вещества одно и то же и
равно
6,02 10
23
(число или постоянная Авогадро,
7
). Постоянная
N
A
Авогадро имеет размерность
М
М
f
М
f
М
f
М
[моль ]
. Масса одного моля (М(Х)) ве-
1
щества называется его молярной массой.
Если объем измеряется в миллилитрах (мл), тогда расчет молярной
концентрации растворенного вещества будет проводиться по формуле
( ) 1000
nX m
С
м
V
()
XV
.
Молярная концентрация эквивалента (эквивалентная концентрация) – число эквивалентных масс
(())n Х
растворенного вещества в
э
1 л раствора. Размерность [моль-экв/л]. Рассчитывается по формуле
nX
()
э
С
э
V
m
()
X
экв
.
V
Если объем измеряется в миллилитрах, тогда расчет моль-эквивалентной концентрации растворенного вещества будет проводиться по
формуле
nX
()
э
С
э
V
m
1000
()
X
экв
,
V
где
объем раствора, л; m – масса растворенного вещества, г;
молярная масса эквивалента растворенного вещества, г/моль-экв;
– число моль-эквивалентов растворенного вещества; V –
()nX
э
()
Xf
экв
экв
–
–
фактор эквивалентности растворенного вещества.
Молярная масса эквивалента – это масса одного моля эквивалента
вещества. Она равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества (
Например:
MHSO
э24
()
Х f
= 98 г/моль ∙ 1/2 экв = 49 г/моль-экв.
экв
).
Эквивалент – это некая реальная или условная частица, которая
может присоединять или высвобождать один ион водорода (
) в
Н
кислотно-основных реакциях или один электрон в окислительновосстановительных реакциях. Единицей количества вещества эквивалента является моль.
Фактор эквивалентности – число, показывающее, какая доля реальной частицы вещества X эквивалентна одному иону
8
в данной кис-
Н
лотно-основной реакции или одному электрону в окислительновосстановительной реакции. Фактор эквивалентности – безразмерная
величина
. Его рассчитывают из формул кислоты, основания,
1f
экв
соли, кристаллогидрата или по стехиометрии указанной реакции.
– Для кислоты
f
экв
кислотность основания
1
;
– основания
f
экв
основность кислоты
1
;
– соли
f
экв
число атомов металла валентность металла
1
.
Например:
для кислот:
– для соляной кислоты
(HCl) 1,
f
экв
основность кислоты 1
11
так как диссоциация соляной кислоты проходит в одну ступень:
HCl H Cl ;
– для серной кислоты
(H SO ) ,
f
экв 2 4
основность кислоты 2
11
так как диссоциация серной кислоты проходит в две ступени:
HSO H НSO,
24 4
НSO H SO ,
44
9
2
суммарное уравнение диссоциации серной кислоты:
НSO 2H SO ;
24 4
2
– для фосфорной кислоты
(H PO ) ,
f
экв 3 4
основность кислоты 3
11
так как диссоциация фосфорной кислоты проходит в три ступени:
HPO H HРO ,
34 24
HРO. H НРO ,
24 4
23
НРO H РO ,
44
2
суммарное уравнение диссоциации фосфорной кислоты:
HPO 3H РO .
34 4
+3
Если многоосновная кислота в конкретной реакции проявляет себя
как одноосновная кислота или двухосновная, то фактор эквивалентности её будет меняться. Например:
H PO NaOH NaH PO H O
(H PO ) 1,
f
экв 3 4
34 24 2
11
основность кислоты 1
H PO 2NaOH Na HPO 2H O
f
экв 3 4
f
34 2
(H PO ) ,
24
11
основность кислоты 2
H PO 3NaOH Na PO 3H O
экв 3 4
34 34 2
(H PO ) ;
11
основность кислоты 3
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]