Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Практикум
.pdf
При сжигании Р
слорода) и оксид фосфора (V) Р
образуется оксид фосфора (III) Р4O6 (при недостатке ки-
4
(при избытке кислорода).
4О10
К особенностям фосфорных кислот относится их способность к конденсации, например:
2Н
= Н2O + H4P2O
3РO4
пирофосфорная кислота).
7 (
К элементам VIА группы — халькогенам относятся кислород О, сера S,
селен Se, теллур Te, полоний Ро. Они имеют, электронную конфигурацию
ns2np4. Кислород и сера — типичные неметаллы, селен и теллур — полупроводники, а полоний — металл (радиоактивный).
Кислород (О2) при обычной температуре — газ без цвета и запаха, суще-
ствует в двух аллотропных модификациях: О
и О3 (озон), является сильным
2
окислителем. Он окисляет многие металлы, образуя оксиды (степень окисления
кислорода -2) или пероксиды (степень окисления кислорода -1).
Оксиды неметаллов d-элементов высокой степени окисления (например,
СrO3) имеют кислотный характер. Оксиды металлов с низкой степенью окисления образуют при растворении основания. Амфотерные оксиды образуют металлы с относительно невысокой степенью окисления (Al, Pb, Sn, Zn, Ga,
Cr(III), Be и др.). Нейтральные оксиды, например, СО, NO не реагируют с водой, кислотами и основаниями.
Пероксид водорода, Н
разлагается: 2Н
= O2 + 2Н2O.
2O2
— сильный окислитель, он неустойчив и легко
2O2
Сера, селен и теллур при нормальных условиях — твердые вещества. Рас-
твор сероводорода в воде является слабой кислотой. При окислении серы кис-
лородом образуется диоксид серы:
S + O2 = SO2.
SO2 — бесцветный газ с резким удушливым запахом. При взаимодейст-
вии SO2 с водой образуется слабая сернистая кислота H2SO3.
и ТеО
Селен и теллур при окислении на воздухе также образуют диоксиды SeO
Диоксиды серы, селена и теллура окисляются кислородом до соответ-
2
2
ствующих триоксидов: 2SO2+O2= 2SO3(процecc ускоряется в присутствии катализатора V2O
). Триоксид серы при взаимодействии с водой образует серную
5
кислоту: SO3+H2O = H2SO4.
К галогенам относятся фтор F, хлор Сl, бром Вr, йод I и астат At. Галогены имеют электронную конфигурацию ns2np
5
. При нормальных условиях фтор
и хлор — газы (бледно–жёлтый F2 и желто-зеленый С12), бром — коричневая
жидкость и йод — серо–коричневые кристаллы.
71
Галогены— сильные окислители. Фтор окисляет воду с выделением O2,
остальные галогены диспропорционируют в воде до Г
например:
Сl2 + Н2O ↔ Сl- + НСlO + H+.
Они окисляют многие металлы, F2 может окислить все металлы, кроме Аu
-
и НГО, где Г — галоген,
и Ag, которые во фторе пассивны. Фтор окисляет все неметаллы, кроме N
, и
2
большинство благородных газов.
Галогеноводородные кислоты реагируют со всеми активными металлами,
например:
Zn+2HCl=H2+Zn2++2Cl
-
Галогены образуют кислородосодержащие кислоты. С увеличением сте-
пени окисления возрастает устойчивость и сила кислот и уменьшается их окис-
лительная способность. Так, НСlO 4, НСlO 3, НВr04 и НВrO3 — сильные кислоты, а НСlO2, НСlO, НВrО, НIO, Н5IO6 — слабые кислоты. К сильным окислителям относятся НСlO, НСlO2.
3. Литературные источники
1. Коровин Н.В. Общая химия. Учебник для технических направлений и
спец. вузов. – М.: Высш. шк., 2008. – С.382-418.
2. Тихонов Г.П., Минаева И.А., Пономарев А.Я. Химия на водном транс-
порте. Учебное пособие. – М.:Альтаир- МГАВТ, 2012. – С.55-61.
4. Порядок проведения занятия
В начале занятия преподаватель кратко напоминает студентам о класси-
фикации и свойствах неметаллов. Затем по теме заслушиваются следующие са-
мостоятельно подготовленные сообщения студентов (рефераты):
1. Физико-химические свойства неметаллов.
2. Химия водорода.
Затем заслушивается ход решения задач из раздела №5.
В ходе обсуждения доложенных положений в форме взаимного диалога
между преподавателем и самими студентами в интерактивной форме рассмат-
риваются и обсуждаются следующие основные вопросы:
1. Химия неметаллов IV А-группы периодической системы Д.И. Менде-
леева.
2. Химия неметаллов V А-группы периодической системы Д.И. Менделе-
ева.
72
3. Химия неметаллов VI А-группы периодической системы Д.И. Менде-
леева.
4. Химия неметаллов VII А-группы периодической системы Д.И. Менде-
леева.
По результатам доложенных рефератов, разбора решения задач из раздела
№5 и хода обсуждения вопросов, вынесенных на занятие, преподаватель при-
нимает решение о зачете данной работы отдельно каждым студентом.
5. Задание на самостоятельную работу
4.1 Изучить по предложенным литературным источникам тему “Химиче-
ские свойства неметаллов”.
4.2 Решить 2-е задачи, предложенные преподавателем, из раздела №5
настоящей работы.
6. Задачи для самостоятельного решения
1) Рассчитайте количество соли, полученной при взаимодействии 16г ок-
сида меди (II) с азотной кислотой.
2) Из солей угольной кислоты наиболее широко применяют соду в виде
кристаллической, кальцинированной и пищевой. Найдите строку с формулами
этих солей:
а) CaCO3, K2CO3, Na2CO3;
б) Na2CO
в) Na2CO
г) Na2CO
CaCo3, K2CO
3,
NaHCO3, K2CO
3,
∙ 10H
3
O, Na2CO
2
3;
3;
3,
NaHCO
3.
3) Вычислите массу нитрата натрия, разложившегося при нагревании,
зная, что при это выделилось 0,1 моль кислорода. Уравнение реакции:
2NaNO3 = 2NaNO2+O
2
а) 0,15 моль; б) 0,1 моль; в)17 г.; г) 34 г.
4) При сжигании 10 г карборунда образовалось 5,6 л (н.у.) оксида углерода (IV) и 17 г оксида кремния (IV). Рассчитайте молекулярную формулу карборунда.
73
5) Определите массы алюминия и раствора гидроксида натрия с массовой
долей NaOH 10% ( =1,1 г/см
3
), которые могут вступить в реакцию, чтобы обра-
зовалось 2 моль водорода?
6) Хлористый водород, полученный при действии избытка серной кисло-
ты на 58,5 г. поваренной соли, растворили в 146 г. воды. Какова массовая доля
(%) соляной кислоты в полученном растворе?
7) Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить
превращения:
а) KClO3→ KCl→ Cl2→ NaClO,
б) MnO2→ Cl2→ C2H2Cl2→ C2H2Cl4,
в) KMnO4→Cl2→ HCl→ AgCl,
г) Cl2→ HCl→Cl2→ NaCl→NaOH
8) Для сжигания 136г. смеси водорода и оксида углерода (II) было израсходовано 179,2л. Кислорода (н.у.). Определите состав смеси (в объемных процентах).
9) 1л. Раствора серной кислоты с массовой долей H2SO4 40 % ( =1,3
3
г/см
) упарили до 1000г. Какой объем газа (н.у.) выделится при растворении в
этой кислоте меди? Определите массовую долю серной кислоты в растворе по-
сле упаривания.
10) Осуществите превращение веществ, укажите условия прохождения
реакции:
а) H
S→SO2→NaHSO3→Na
2
б) H
S→S→FeS→FeCl
2
в) FeS
→SO2→SO3→H
2
;
2
2SO4
;
2SO3
→CuSO
→Cu.
4
11) При нагревании 25,6г. соли образуется 14,4г. воды и 8,96л. (н.у.) хи-
мически малоактивного газа, плотность которого по водороду равна 14. Опре-
делите формулу взятой соли.
74
12) Найдите массовую долю (%) азотной кислоты, если при растворении
меди в 100г. раствора кислоты выделилось 11,2л. (н.у.) бурого газа.
13) Осуществите превращения веществ, укажите условия прохождения
реакции:
а) N2NH3→NO→NO2→HNO3→Cu(NO3)2→NO2;
б) (NH4)2CO
в) NH
Cl→NH
4
г) Pb(NO3)
→NH3→NH4Cl→NH
3
NO
→NH3→NO→NO2→HNO
4
3
→NO2→HNO3→NH
2
NO
4
3
→NO;
→NH
3
;
3
.
3
14) При окислении фосфора раствором азотной кислоты с массовой долей
HNO3 60 % ( =1,37 г/см
которой потребовалось 25см
NaOH 25 % ( =1,28 г/см
3
) получена ортофосфорная кислота, на нейтрализацию
3
раствора гидроксида натрия с массовой долей
3
). При этом образовался дигидрофосфат натрия. Рас-
считайте объем раствора азотной кислоты, израсходованный на окисление
фосфора.
15) Напишите уравнение реакций, с помощью которых можно осуще-
ствить превращения:
а) P4→Ca3P2→PH3→P4H10→HPO3→H3PO4,
б) P4→PCl3→H3PO4→K3PO4→Ca3(PO4)2.
16) При сжигании 0,896л. (н.у.) смеси углерода (II) и оксида углерода (IV)
в избытке кислорода было израсходовано 0,112л. (н.у.) кислорода. Полученная
газовая смесь пропущена через раствор, содержащий 2,96г. гашеной извести.
Определите объемный состав газовой смеси.
17) Осуществите следующие превращения, укажите условия прохожде-
ния реакции:
а) C→CO2→NaHCO3→Na
б) C4H
в) CaCO
г) C→CO2→H
→CO
10
→CaO→CaC2→C
3
→Ca (HCO3)
2
→Na
2CO3
2CO3
→CaCo
2CO3
→CaCO
2
→CH
2H2
→NaHCO
3,
→CaO,
3
C,
3
.
3
75
18) Смесь углерода и кремния массой 40г. растворили в избытке концентрированного раствора гидроксида натрия; при этом выделилось 26,88л. (н.у.)
газа. Найти массовую долю углерода в смеси.
19) Определить массовую долю (%) пероксида водорода H2O2 в растворе,
если при разложении его 500г. выделилось 5,6л. Кислорода (н.у.).
20) Смесь угля и серы массой 10г сожгли в избытке кислорода, сера окис-
лилась до SO2, уголь до CO
. Полученная смесь газов была поглощена 1л 1,2М
2
раствора NaOH. На нейтрализацию оставшейся щелочи было израсходовано
9,8г. H2SO4. Рассчитайте массовые доли (%) компонентов в исходной смеси.
21) На умягчение 150л. воды израсходовано Ca(OH)2 массой 5,57г. и
Na2CO3 массой 26,6г. Рассчитайте общую жесткость Жо исходной воды. Составьте уравнения процессов умягчения.
22) Сколько литров 1,5М раствора гидразина N2H4 необходимо израсхо-
довать для восстановления кислорода, растворенного в 50 м
содержащей 3,2 мг/см
3
O2?
3
питательной воды,
7. Примеры решения задач
1) Рассчитайте, какой объем водорода можно получить путем пароводя-
ной конверсии из 1,6кг метана (условия считать нормальными).
CH4 (r)+H2O (r)→CO2 (r)+3H3 (r)
Решение:
Молярная масса метана CH4 составляет 16г/моль. Следовательно в 1,6 кг
CH4 содержится 100 молей (1600:16=100)
Согласно уравнению химической реакции, из 1 моль CH4 образуется 3
моль H
. Составив пропорцию, определим, что из заданного количества метана
2
получится 300 моль водорода.
Согласно следствию из закона Авогадро при н.у. 1 моль любого идеаль-
ного газа (в том числе и 1 моль H2) занимает объем 22,4л, а соответственно объем 300 моль:
V
= 22,4∙300 = 6720 л
H2
76
2) Рассчитайте массовую долю (%) пероксида водорода H2O2 в растворе,
если при действии перманганата калия KMnO4 на 500г раствора H2O2 выделился кислород объемом 16,8л (н.у.) Реакция протекает в сернокислой среде
5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
Решение:
Поскольку при нормальных условиях 1 моль кислорода занимает объем
22,4л., то, согласно условиям задачи, в заданной химической реакции выделилось 0,75 моль кислорода (16,8:22,4=0,75)
Согласно стехиометрическим коэффициентам уравнения химической ре-
акции, из 5 моль пероксида водорода образуется 5 моль кислорода. Поэтому
можно считать, что 0,75 моль O2 образуется из 0,75 моль H2O
H2O2 равна 34г/моль. Масса 0,75 моль H2O2 составит: m
H2O
. Молярная масса
2
= 34∙0,75-25,5г.
2
Массовую долю (%) H2O2 в 500 г. Раствора можно рассчитывать из соот-
ношения: w
H2O
= (m
2
H2O
2
/m
)∙100% = (25,5∙100)/500 = 5,1%
р-ра
3) Определите общую Жо, карбонатную Ж
кость воды, если на титрование ее 100 мл потребовалось 8 см
трилона Б и 5 см
3
0,1 Мэ раствора соляной кислоты.
и некарбонатную Жнк жест-
к
3
0,1 Мэ раствора
Решение:
Общую жесткость Ж
определить методом титрования. Для определения Ж
воды и карбонатную жесткость Жк воды можно
о
производится комплек-
о
сонометрическое титрование пробы анализируемой воды раствором двухзаме-
щенной натриевой соли этиледиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б) в щелочной среде (pH=8) в присутствии индикатора хромового темно–синего. Фик-
сируется переход окраски из розовой в голубую. Карбонатная жесткость Ж
к
определяется кислотно-основным титрованием воды раствором соляной кисло-
ты в присутствии индикатора метилового оранжевого, фиксируется переход
желтой окраски в оранжевую. Расчет жесткости ведется по закону эквивалентов:
Ж= (VT∙M
∙100)/V
э (Т)
ммоль экв./л,
B,
где VB — объем анализируемой пробы воды, см3;
VT — объем титрующего раствора, см3;
77
M
— молярная концентрация эквивалентов титрующего раствора,
э (Т)
моль экв./л.
После подстановки заданных значений, получаем:
Ж
= 8∙0,1∙1000/100= 8 ммоль экв./л
о
Ж
= 5∙0,1∙1000/100= 5 ммоль экв./л
к
Жнк= Ж
о –
Ж
= 8 – 5 = 3 ммоль экв./л
к
4) Найдите массовую долю (%) азотной кислоты, если при растворении
меди в 100г. Раствора кислоты выделилось 11,2л бурого газа (н.у.).
Решение:
Напишем уравнение реакции:
Cu+4HNO3 = Cu(NO3)2+2NO2+2H2O
Cu – 2ē → Cu
2H++NO
+ –
2H
3
2ē + 2H+ + 2NO
2+
-
+1ē → NO2+H2O
-
+ 2ē = Cu
3
2+
+ NO2 + H2O
Бурый газ – это газ NO2.
Согласно уравнению реакции, для образования 2 молей NO
или 2∙22,4л)
2 (
необходимо затратить 4 моля HNO3 (или 4∙63г), а для образования 11,2л NO2
требуется x:
2∙22,4 л – 4∙63 г
1,2 л – x
Отсюда x = 11,2∙4∙63/2∙22,4 = 63 г HNO
3
Находим массовую долю HNO3:
W (%) = m
HNO
3
/m
∙100% = 63/100∙100% = 63% HNO
р-ра
3
5) Осуществите превращения веществ, укажите условия прохождения ре-
акций: N2 → NH3 → NO → NO2 → HNO3 → Cu(NO3)2 → NO2.
Решение:
N2 + 3H2 = 2HN3 (Р≈30 МПа и Т≈450 С)
Катализатор — губчатое железо с активирующими добавками (Al2O3, K2O
и др.)
Каталитическое окисление NH
газы NH3 и O2пропускают через платино-
3 (
радиевую сетку) кислородом воздуха протекает по схеме:
78
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
Окисление NO в NO
происходит мгновенно при комнатной температуре
2
и атмосферном давлении: 2NO + O2 = 2NO2.
При растворении NO2 в воде образуются две кислоты:
2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2.
Далее:
8HNO3 + 3Cu = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Cu – 2ē → Cu2+
4H+ + NO
3Cu – 6ē + 8H+ + 2NO
-
+ 3ē → NO + 2H2O
3
-
+ 6ē = 3Cu
3
2+
+ 2NO + 4H2O
При прокаливании соли Cu(NO3)2 образуется оксид меди (V) и диоксид
азота (IV), т.е.:
2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2
2O2– – 4ē → O2
–
NO
2O
+1ē → NO2
3
2–
– 4ē + 4NO
Цепь превращений:
N2 → NH3 → NO → NO2 → HNO3 → Cu(NO3)2 → NO2 завершена.
–
+ 4ē = O2 + 4NO
3
2
79
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 9
Классификация, состав и общие свойства высокомолекулярных
соединений
1. Перечень вопросов, рассматриваемых на практических занятиях:
1. Высокомолекулярные соединения (полимеры).
2. Методы получения полимеров: реакции полимеризации и поликонден-
сации.
2.Теоретическая часть
2.1 Высокомолекулярные соединения (полимеры)
Высокомолекулярными соединениями (полимерами) называют соедине-
ния, молекулы которых состоят из сотен, тысяч, десятков тысяч и даже сотен
тысяч атомов. Гигантские молекулы, из которых состоят высокомолекулярные
вещества, называются макромолекулами.
Макромолекулы обычно построены путем многократного повторения тех
или иных структурных единиц, называемых элементарными звеньями или про-
сто звеньями.
Мономер — низкомолекулярные соединения с функциональными груп-
пами, способными вступать в реакции с образованием соединений с более вы-
сокими значениями молекулярной массы. Взаимодействием молекул мономера
между собой можно получить олигомер и полимер. Олигомер — соединение,
промежуточное по молекулярной массе между мономером и полимером. Поли-
меры, в отличие от олигомеров, способны переходить в высокоэластическое со-
стояние, являющееся специфическим свойством полимеров.
Число элементарных звеньев цепи макромолекулы называют степенью
полимеризации (Р). Произведение молекулярной массы звена Мзв на степень
полимеризации равно молекулярной массе макромолекулы Мм:Мм = Мзв·Р
2.2 Синтез высокомолекулярных соединений
По способу получения полимеры делятся на полимеры, полученные при
помощи реакций полимеризации и поликонденсации.
Реакция соединения большого числа молекул — мономеров в одну макромолекулу — полимер того же элементного состава, что и мономеры, называется реакцией полимеризации.
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]