Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия в строительстве. Лабораторные и практические работы по курсу химии. Ч.2. Учебное пособие
.pdf
Для коагуляции этого золя потребовалось 80 см3 0,2 н раствора
Na2CO3 (α = 85 %). Определите порог коагуляции золя под дей-
ствием электролита Na2CO3. Рассчитайте порог коагуляции золя
под действием иона-коагулятора раствора Fe2(SO4)3 и объем
0,003 н раствора Fe2(SO4)3, необходимый для коагуляции данного объема гидрозоля.
21. Гидрозоль получен путем сливания 300 см3 0,01 М рас-
твора CuSO4 и 30 см3 0,2 н раствора Na2S. Для коагуляции этого
золя потребовалось 25 см3 0,6 н раствора KCl (α = 75 %). Определите порог коагуляции золя под действием электролита KCl.
Рассчитайте порог коагуляции золя под действием ионакоагулятора раствора Al2(SO4)3 и объем 0,0006 н раствора
Al2(SO4) (α = 100 %), необходимый для коагуляции данного объема гидрозоля.
22. Коагуляция гидрозоля Mn3(PO4)2, стабилизированного
раствором Na3PO4, производилась в одном случае раствором
BaCl2, в другом – раствором K2SO4. Пороги коагуляции по ионам-
коагуляторам этих электролитов составили 0,003 моль/л
и 0,192 моль/л. Установите, какой порог коагуляции соответствует K2SO4. Рассчитайте, какой объем 1,5 н раствора K2SO4
(α = 70 %) необходимо взять для коагуляции 500 см3 золя.
23. Гидрозоль фторидa висмута (III) cтабилизирован рас-
твором NaF. Порог коагуляции золя по иону-коагулятору электролита Fe(NO3)3 равен 0,0001 моль/л (α = 100 %). Рассчитайте
порог коагуляции по иону-коагулятору раствора KCl и объем
2 н раствора КCl (α = 65 %), необходимый для коагуляции
200 см3 гидрозоля.
24. Для коагуляции 500 см3 гидрозоля добавили 80 см3 0,4 н
раствора Na2SO4 (α = 85 %). Для коагуляции 100 см3 этого же
золя добавили 3 см3 0,4 н раствора CaCl2 (α = 80 %). Определите
заряд коллоидной частицы и ион-коагулятор, для которого порог коагуляции имеет меньшую величину. Вывод подтвердите
расчетом порогов коагуляции по соответствующим ионам электролитов.
25. Порог коагуляции золя с положительно заряженными
частицами фосфата натрия составляет 0,0002 моль/л. Пользуясь
81
правилом «шестой степени», оцените порог коагуляции этого
золя следующими электролитами: а) K2SO4; б) CaCl2.
26. Коллоидный раствор фосфата цинка был получен путем
сливания 100 см3 0,01 моль/л раствора фосфата калия и 15 см3
1,2 моль/л нитрата цинка. К катоду или к аноду будут перемещаться коллоидные частицы полученного золя в электрическом
поле? Для коагуляции этого золя потребовалось 10 см3 0,06 н
раствора CaCl2 (α = 90 %). Определите порог коагуляции золя
под действием иона-коагулятора электролита CaCl2.
27. Порог коагуляции гидрозоля с положительно заряжен-
ными частицами хлорида калия составляет 8,2 ммоль/л. Пользуясь правилом «шестой степени», оцените порог коагуляции этого золя следующими электролитами: а) AlРО4; б) Na2SO4.
28. Порог коагуляции гидрозоля CuS под действием KCl
равен 6,4∙10–2 моль/л. С помощью правила «шестой степени»
рассчитайте пороги коагуляции, вызываемые электролитами
CaCl2 и FeCl3. Частицы гидрозоля заряжены отрицательно.
29. Рассчитайте порог коагуляции золя по иону-коагуля-
тору, если известно, что для коагуляции 500 см3 золя потребуется 65 см3 раствора хлорида кальция, концентрация которого
равна 1,2 н (α = 75 %). Коллоидные частицы гидрозоля заряжены отрицательно.
30. В три колбы поместили по 100 см3 гидрозоля сульфида
серебра. Для коагуляции золя в первую колбу добавлено 2 см3
1 н раствора KNO3, во вторую – 12 см3 0,1 н раствора Вa(NO3)2,
а в третью – 7 см3 0,001 н раствора Fe(NO3)3. Вычислите пороги
коагуляции электролитов в моль/л и определите знак заряда
коллоидной частицы.
82
3. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Лабораторная работа № 1.
Определение карбонатной жесткости воды
Цель работы: определить карбонатную жесткость воды.
Приборы и реактивы: конические колбы объемом 250 мл,
бюретки, воронки, «промывалки», 0,1 н раствор HС1, пробы исследуемой воды, идикатор – метиловый оранжевый.
Общие положения
Определение карбонатной жесткости воды основано на ис-
пользовании кислотно-основного титрования, сущность которого заключается в титровании исследуемой пробы воды, содержащей гидрокарбонат-ионы, раствором соляной кислоты
HCl [4]. В процессе титрования протекают реакции:
Са(НСО3)2 + 2HCl = СаCl2 + 2Н2О + 2СО2. (Л1.1)
Mg(НСО3)2 + 2HCl = MgCl2 + 2Н2О + 2СО2. (Л1.2)
Или в сокращенном ионном виде:
НСО
–
+ Н+ = Н2О + СО2. (Л1.3)
3
Об окончании реакции взаимодействия гидрокарбонатов
кальция Са(НСО3)2 и магния Mg(НСО3)2 с HCl можно судить по
изменению окраски индикатора метилового оранжевого в слабокислой среде с желтой на оранжевую.
Объем раствора соляной кислоты, пошедший на титрование
пробы исследуемой воды, позволяет в соответствии с законом
эквивалентов определить карбонатную жесткость воды.
Экспериментальная часть
При оформлении отчета по лабораторной работе используйте образец, представленный в приложении.
1. Получите у преподавателя пробу исследуемой воды.
2. Заполните бюретку, находящуюся на титровальном сто-
лике, исследуемой водой, для этого налейте воды выше нулевой
83
риски, удалите воздух из носика бюретки и установите уровень
воды на нулевую отметку по нижнему мениску.
3. В две конические колбы для титрования объемом 250 мл
из бюретки налейте по 50 см3 исследуемой воды.
4. В колбы с пробами исследуемой воды добавьте
2–3 капли индикатора метилоранжа. Содержимое колб переме-
шайте круговыми движениями.
5. Подготовьте бюретку на рабочем столе к титрованию:
заполните ее 0,1 н раствором HCl выше нулевого уровня; удалите пузырьки воздуха из силиконового носика бюретки; установите уровень раствора в бюретке на делении «0».
6. Титруйте первую пробу исследуемой воды по каплям до
появления оранжевой окраски от одной внесенной капли раствора HCl. Зафиксируйте объем затраченного на титрование
раствора кислоты V1(HCl), см3.
7. Титруйте вторую пробу исследуемой воды, следуя указаниям в пунктах 5 и 6. Зафиксируйте объем затраченного на
титрование раствора кислоты V2(HCl), см3.
В отчете:
1. Запишите уравнения реакций (Л1.1)–(Л1.3), протекающих при титровании исследуемой воды раствором соляной кислоты.
2. Заполните табл. Л1, для этого выполните следующие
действия:
а) внесите объемы исследуемой воды и затраченного на тит-
рование раствора кислоты V1(HCl) и V2(HCl);
б) рассчитайте среднее значение объема раствора соляной ки-
слоты V(HCl) и запишите его значение в табл. Л1;
в) вычислите молярную концентрацию эквивалентов солей
карбонатной жесткости, используя закон эквивалентов:
n
(HCl) = n
экв
Подставив вместо n
ции и объема НСl, а вместо n
центрации cэк(НСО
с
(НСl) · V(HCl) = с
экв
–
) и объема Н2О, получим формулу:
3
(НСО
экв
(HCl) произведение концентра-
экв
экв
(НСО
экв
–
). (Л1.4)
3
–
(НСО
) произведение кон-
3
–
) · V(Н2О), (Л1.5)
3
84
1. Объемы рабочего раствора НС1, cм3
с
экв
(НС1),
моль-экв/л
с
экв
(НСО
3
–
),
моль-экв/л
V1(HCl) = …
V2(HCl) = …
V(HCl) = …
0,1
2. Объемы исследуемой воды, cм3
Жк,
ммоль-экв/л
Жо,
ммоль-экв/л
V1(H2О) = 50
V2(H2О) = 50
V(H2О) = 50
где с
(HCl) – молярная концентрация эквивалентов рас-
экв
твора HCl, моль-экв/л;
V(HCl) – средний объем HCl, израсходованный на титрование, см3;
с
(HCО
экв
–
) – молярная концентрация эквивалентов
3
гидрокарбонат-ионов, моль-экв/л;
V(H2О) – объем H2О, взятый на титрование, см3.
Подставьте необходимые значения полученных в экс-
периментальной части величин в формулу (Л1.5) и проведите соответствующий расчет cэк(НСО
–
);
3
г) вычислите карбонатную жесткость исследуемой воды Жк:
Жк = c
экв
(НСО
–
)∙103, ммоль-эк/л; (Л1.6)
3
д) определите общую жесткость исследуемой воды Жо, учи-
тывая, что в пресных водах карбонатная жесткость составляет около 80 % от общей жесткости воды.
Таблица Л1
Определение карбонатной жесткости воды
3. В выводе укажите полученное значение карбонатной
жесткости воды и группу исследуемой воды (мягкая, средней
жесткости, жесткая или очень жесткая).
Контрольные вопросы и задания
1. Понятие природной воды.
2. Факторы, влияющие на химический состав природной
воды.
3. Какие катионы обусловливают жесткость воды?
85
4. Какие специфические свойства воды определяет жест-
кость?
5. Основные источники поступления в водоемы катионов
жесткости.
6. Количественная характеристика жесткости воды. Едини-
цы измерения жесткости воды.
7. Классификация воды по значению жесткости.
8. Виды жесткости.
9. Какие ионы обусловливают карбонатную жесткость
воды?
10. Нормативные значения жесткости для водопроводной
воды централизованного и нецентрализованного водоснабжения.
11. Методы устранения карбонатной жесткости воды.
12. Метод экспериментального определения карбонатной
жесткости воды и его сущность.
13. Какой закон лежит в основе обработки результатов экс-
периментального определения карбонатной жесткости воды?
14. Расчетные формулы карбонатной жесткости воды.
15. Определите массу гидрокарбоната магния, находящего-
ся в 250 л воды с жесткостью 3,8 ммоль-экв/л.
16. Вычислите карбонатную жесткость воды, если в ней со-
держится 126 мг/л гидрокарбонат-ионов НСО
–
.
3
86
Лабораторная работа № 2.
Получение и свойства коллоидных растворов
Цель работы: получить коллоидные растворы методами
диспергирования и конденсации, исследовать их оптические
свойства и изучить строение коллоидных частиц.
Приборы и реактивы: пробирки, мерные пробирки объемом 10 мл и 15 мл, коническая колба объемом 100 мл, фарфоровые ступки, конические колбы объемом 100 мл, стеклянные лопаточки, электрическая плитка, источник света, капельницы
с растворами: FeCI3 насыщенный, K4[Fe(CN)6] насыщенный,
20 % (NH4)2CO3, 1 % CuSO4, 2 % спиртовой раствор канифоли.
Общие положения
Коллоидные растворы с водной ДСР принято называть гидрозолями, и они относятся к высокодисперсным системам
с жидкой дисперсионной средой и твердой дисперсной фазой.
Частицы ДФ в таких системах характеризуются слабым взаимодействием с дисперсионной средой, поэтому называются лиофобными. Важнейшей отличительной особенностью коллоидного состояния вещества является большая площадь поверхности
раздела фаз [9].
Для получения гидрофобных золей используют методы
диспергирования и конденсации, что и для получения других
видов ДС (см. п. 2.3 настоящего пособия). Однако чаще применяют метод химической конденсации: образование гетерогенной
системы из гомогенной в результате химической реакции. Обязательным условием такой реакции является образование труднорастворимого вещества и избыток одного из ее реагентов
(стабилизатор). При этом условии плохо растворимое вещество
не выпадает в осадок, а переходит в коллоидно-дисперсное состояние ‒ образует золь.
Любой лиофобный золь состоит из двух частей: мицелл
и интермицеллярной жидкости (ДСР).
Мицеллы – это отдельные коллоидные частицы, которые
в совокупности составляют ДФ гидрофобного золя. Мицеллы
87
состоят из двух частей – внутренней нейтральной (микрокристаллы труднорастворимого в воде продукта реакции) и внешней ионной, образованной двумя слоями из ионов стабилизатора
(адсорбционным и диффузным).
В качестве примера рассмотрим образование и строение
мицеллы гидрозоля фосфата кальция Ag2S, используя конкретную химическую реакцию, в ходе которой образуется коллоидный раствор:
2АgNО3 + Na2S (изб.) → Ag2S↓ + 2NaNО3.
трудно-
растворимое
вещество
1. Труднорастворимое вещество, которое получилось в результате реакции, образует электронейтральный агрегат мицеллы: [mAg2S]. Коэффициент m указывает на число молекул труднорастворимого вещества в агрегате.
2. Написав уравнение диссоциации вещества, взятого в избытке – стабилизатора
Na2S → 2Na+ + S2‒,
ПРИ ПОИ
определяют природу ПОИ, которые адсорбируются непосредственно на агрегате согласно правилу Пáнета – Фáянса. В данном
случае на поверхности агрегатов адсорбируются n ионов S2–,
которые будут придавать частице отрицательный заряд. Суммарный заряд поверхности равен ‒2n. ПОИ прочно связаны
с поверхностью агрегата и образуют первый слой ДЭС.
3. Агрегат с ПОИ образует ядро мицеллы: [mAg2S]·nS2‒.
4. Другие ионы стабилизатора выступают в качестве ПРИ,
в данном примере ионы Na+. Слой противоионов имеет сложное
строение и состоит из двух частей: плотного адсорбционного
слоя хNa+ и подвижного диффузного слоя (2n–х)Na+.
5. Ядро вместе с ПРИ адсорбционного слоя составляет гранулу мицеллы. Гранула имеет заряд, по знаку совпадающий со
знаком заряда ПОИ, по величине равный разности зарядов ПОИ
и противоионов адсорбционного слоя: ‒(2n–x). В формуле кол-
88
лоидную частицу заключают в фигурные скобки:
{[mAg2S]·nS2‒·хNa+}
‒(2n–x).
6. Заряд гранулы нейтрализуется противоионами диффуз-
ного слоя, число которых обозначают (2n–x)Na+.
7. Гранула вместе с диффузным слоем составляет мицеллу
золя, которая заряда не имеет. Мицелла является нейтральной
структурной единицей коллоидного раствора.
Таким образом, схема строения мицеллы золя Ag2S, полу-
ченного в избытке Na2S, имеет вид:
{[mAg2S] nS2–·xNa+}
АГРЕГАТ ПОИ ПРОТИВОИОНЫ
АДСОРБЦИОННЫЙ ДИФФУЗНЫЙ СЛОЙ
СЛОЙ
ГРАНУЛА
–(2n–x)
МИЦЕЛЛА
(2n–x)Na+
Как следует из схемы строения мицеллы золя Ag2S, на поверхности кристалла Ag2S образовался ДЭС. ПОИ адсорбционного слоя nS2– составляют внутреннюю обкладку ДЭС, а все
ПРИ – его внешнюю обкладку. Ионы внешней обкладки, в свою
очередь, делятся на плотный адсорбционный слой ПРИ xNa+
и подвижный диффузный слой (2n–x)Na+.
При введении в коллоидный раствор электродов, соединенных с источником постоянного электрического тока, будет происходить направленное движение коллоидных частиц (гранул)
к электроду, имеющему заряд, противоположный заряду коллоидной частицы. В данном случае гранула гидрозоля Ag2S будет
перемещаться к положительному электроду – аноду.
89
Экспериментальная часть
При оформлении отчета по лабораторной работе используйте образец, представленный в приложении.
ОП ЫТ 1. ПОЛУЧЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
МЕТОДАМИ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ
1.1. Получение золя берлинской лазури методом меха-
нического диспергирования
1. Отмерьте мерной пробиркой 1 мл насыщенного раствора
желтой кровяной соли K4[Fe(CN)6], перенесите его в фарфоровую ступку и добавьте 5–6 капель насыщенного раствора FeCl3
до получения пасты черно-синего цвета. Разотрите пасту в ступке в течение 3–5 минут.
2. Налейте в мерную пробирку 15 мл дистиллированной
воды, перенесите в нее стеклянной лопаточкой немного полученной пасты Fe4[(Fe(CN)6)]3 и тщательно размешайте.
3. С помощью источника света исследуйте его оптические
свойства (наблюдайте конус Тиндаля).
В отчете:
1. Напишите уравнение реакции образования берлинской
лазури.
2. Составьте схему строения мицеллы гидрозоля, полученного в избытке FeCl3.
3. Сделайте вывод о размерах частиц полученного гидро-
золя берлинской лазури.
1.2. Получение золя Fe(OH)3 методом пептизации
1. Отмерьте мерной пробиркой 1 мл насыщенного раствора
FeCI3, перелейте его в коническую колбу объемом 100 мл
и добавьте 25 мл дистиллированной воды. Содержимое колбы
перемешайте.
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]