Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Элементарные химические операции при постановке химического эксперимента. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
И. В. Рыбальченко, Е. М. Баян, Е. С. Медведева
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ
ОПЕРАЦИИ ПРИ ПОСТАНОВКЕ
ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Учебное пособие
Ростов-на-Дону – Таганрог
Издательство Южного федерального университета
2019
2
УДК 542.2+542.8(075.8)
ББК 35.11я73
Р93
Печатается по решению кафедры общей и неорганической химии
химического факультета Южного федерального университета
(протокол № 2 от 12 марта 2019 г.)
Рецензенты:
доктор химических наук, профессор
Южного федерального университета В. В. Луков;
кандидат химических наук, доцент Донского государственного
технического университета Л. Е. Пустовая
Рыбальченко, И. В.
Р93 Элементарные химические операции при постановке химического
эксперимента : учебное пособие / И. В. Рыбальченко, Е. М. Баян,
Е. С. Медведева ; Южный федеральный университет. – Ростов-наДону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета,
2019.– 108 с.
ISBN 978-5-9275-3322-0
Учебное пособие предназначено для студентов химических факультетов
учреждений высшего образования, обучающихся по дисциплинам «Методика
постановки химического эксперимента», «Неорганическая химия», «Общая химия», Основы неорганического синтеза», «Органическая химия».
Учебное пособие содержит материалы для подготовки к занятиям, включая
теоретические вопросы и задания для самоконтроля. Пособие соответствует базовой части программы по указанным курсам (специальности 04.05.01 – «Фундаментальная и прикладная химия», направлениям подготовки 04.03.01 – «Химия»,
04.03.02 – «Химия, физика, механика материалов»), а также может быть использовано студентами, обучающимися по другим направлениям химических, биологических, химико-технологических и других естественнонаучных факультетов
учреждений высшего образования.
УДК 542.2+542.8(075.8)
ББК 35.11я73
ISBN 978-5-9275-3322-0
© Южный федеральный университет, 2019
© Рыбальченко И. В., Баян Е. М., Медведева Е. С., 2019
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
5
1. Весы и взвешивание
1.1. Весы: общие сведения
1.2. Классификация весов
1.3. Установка лабораторных весов и правила работы
1.4. Основные параметры весов
1.5. Погрешность взвешивания
1.6. Калибровка и поверка весов
1.7. Вопросы и задания для самоконтроля
6
6
6
9
13
14
15
19
2. Нагревание и охлаждение
22
2.1. Нагревательные приборы
22
2.2. Выпаривание и упаривание
29
2.3. Высушивание
30
2.4. Прокаливание
34
2.5. Охлаждение
35
2.6. Вопросы и задания для самоконтроля
36
3. Измельчение и смешивание
39
3.1. Ручное измельчение
40
3.2. Механическое измельчение
44
3.3. Физико-химические методы измельчения материалов
57
3.4. Смешивание
59
3.5. Вопросы и задания для самоконтроля
61
4. Техника приготовления растворов
65
4.1. Общие требования к растворам
65
4.2. Приготовление растворов точной концентрации
из навески вещества
66
4.3. Расчеты при приготовлении водных растворов
68
4
4.4. Приготовление растворов точной концентрации
с помощью стандарт-титров
72
4.5. Приготовление растворов путем разбавления
74
4.6. Водные растворы щелочей: приготовление растворов
приблизительной и точной концентрации
75
4.7. Водные растворы кислот: приготовление растворов
приблизительной и точной концентрации
77
4.8. Приготовление буферных растворов
79
4.9. Неводные растворы
82
4.10. Ареометрическое определение концентрации растворов
85
4.11. Определение концентрации растворов титрованием
(методом титриметрического анализа)
87
4.12. Вопросы и задания для самоконтроля
89
Приложения
93
Литература
106
5
ВВЕДЕНИЕ
Чтобы правильно выполнять лабораторные работы по химии в
процессе изучения различных видов этой дисциплины или при работе
в химической лаборатории, нужно понимать само задание, а также
знать технику и методы проведения химических операций.
Учебное пособие «Элементарные химические операции при
постановке химического эксперимента» является продолжением ранее
изданного учебного пособия «Техника лабораторных работ и основы
химического эксперимента», предназначенного для студентов химических факультетов. Основная цель данных пособий – сформировать
представления о технике выполнения различных операций при постановке химического эксперимента, а также помочь студентам в получении практических навыков проведения химических экспериментов
различной сложности.
Данное пособие состоит из следующих разделов: «Весы и
взвешивание», «Нагревание и охлаждение», «Измельчение и смешивание», «Техника приготовления растворов» и «Приложений». Каждый раздел содержит вопросы и задания для самоконтроля.
Авторы надеются, что предлагаемое учебное пособие поможет
студентам научиться использовать такие методы и приемы работы,
которые позволят прийти к цели в кратчайшие сроки и по возможности наиболее простым, экономичным способом, а также с наименьшими затратами труда и с минимальными потерями.
6
1. ВЕСЫ И ВЗВЕШИВАНИЕ
1.1. Весы: общие сведения
Весы являются прибором для взвешивания, т. е. определения
массы тел через силу тяжести, воздействующую на это тело.
Из курса школьной физики известно, что «вес» и «масса» – раз-
ные понятия, но их значения прямо пропорциональны для стандартных условий. Вес тела можно определить путем сравнения с весом
эталонной массы (специальными гирями известной массы). Существуют гири разной массы от мг до кг, в зависимости от типов весов.
В современных лабораториях обычно используют не механические гиревые, а электронные весы, в принципе действия которых лежит воздействие веса тела на специальный датчик, преобразующий
вес в электрический сигнал и изображение на табло в виде массы.
Весы являются одним из самых важных приборов в химической
лаборатории, так как большинство анализов сопровождается определением массы.
Так как существует много разновидностей весов для различных
нужд (аптекарские, приборы весовые для косвенных измерений, прочие весы специального назначения), рассмотреть их не представляется
возможным. Поэтому в данном пособии остановимся на лабораторных
весах, предназначенных для статического измерения массы в лабораториях различных предприятий и организаций.
1.2. Классификация весов
Существует много различных классификаций весов в зависимости от классифицирующего принципа [1]. Рассмотрим основные при-
знаки классификации весов:
- принцип действия,
- назначение весов,
- место и способ установки,
- диапазон взвешивания,
- точность взвешивания,
- вид отсчета показаний результатов взвешивания,
7
- вид указательного устройства,
- способ снятия показаний и прочие характеристики.
Весы используются в различных отраслях промышленности, быту и сферах услуг и развлечения. Поэтому областей применения существует множество. По эксплуатационному назначению можно выделить весы лабораторные, медицинские, бытовые, для взвешивания
скота, для взвешивания молока, для взвешивания мусора, багажные,
почтовые, товарные, торговые, элеваторные, автомобильные, вагонные, вагонеточные, крановые и пр.
Так как описанию всех весов на должном уровне можно посвятить отдельную книгу, то в данном пособии ограничимся лишь весами
лабораторными.
По принципу действия выделяют рычажные, пружинные, тензометрические, гидростатические и гидравлические весы.
В химических лабораториях чаще всего используют рычажные
весы, механизм которых состоит из различных рычагов, соединенных
с помощью призм, подушек, колец, серег и тяг.
Также принято классифицировать весы на стационарные,
настольные и передвижные. В химических лабораториях используют
настольные весы, установленные на специальных столах по определенным требованиям.
В зависимости от предельно получаемой нагрузки лабораторные
весы делятся на:
- технохимические с диапазоном взвешивания от 1 до 2 кг;
- ручные или аптечные для нагрузки от 1 до 100 г;
- аналитические, как правило, выдерживают нагрузку до 200 г;
- микроаналитические предназначены для взвешивания до 20 г;
- ультрамикроаналитические способны выдерживать нагрузку
до 1 г.
По классу точности лабораторные весы делят на 4 класса:
- специальный (применяемое обозначение – I),
- высокий (применяемое обозначение – II),
- средний (применяемое обозначение – III),
- обычный (применяемое обозначение – IIII).
8
В зависимости от указательного устройства весы подразделят на
цифровые электронные, шкальные, гирные, шкально-гирные, циферблатные. В современных химических лабораториях используются, как
правило, электронные весы (рис. 1).
В зависимости от способа работы весы подразделяют на весы автоматического или неавтоматического действия. Весы неавтоматического действия требуют вмешательства оператора во время процесса
взвешивания для принятия решения о приемлемости результата взвешивания.
Весы неавтоматического действия могут быть:
- градуированными (возможно прямое определение результата
взвешивания) или неградуированными (нет числовой шкалы в единицах массы, поэтому прямое считывание результата взвешивания невозможно);
- с установлением показаний: автоматическим, полуавтоматиче-
ским или неавтоматическим.
Рис. 1. Электронные весы
9
Весы, в которых состояние равновесия наступает без вмешатель-
ства оператора называются весами с автоматическим установлением
показаний.
Весы с диапазоном автоматического установления показаний,
границы которого изменяет оператор, являются весами с полуавтоматическим установлением показаний.
Весы, уравновешивание которых проводит оператор, являются
весами с неавтоматическим установлением показаний.
Весы, в состав которых входят электронные устройства, назы-
вают электронными.
По ГОСТ 53228-2008 также Весы классифицируют в зависимо-
сти от значения поверочного деления, характеризующего их абсолютную погрешность; от числа поверочных делений, характеризующего
их относительную погрешность.
1.3. Установка лабораторных весов и правила работы
Надо заметить, что на работу весов сильно влияют внешние факторы воздействия, время и правильность эксплуатации, а также другие
параметры. Большое влияние на точность измерений оказывают температура, влажность, вибрация, давление, электромагнитные поля,
статическое электричество и пр. Также весы чувствительны к наклону.
Сформулируем несколько условий, которые необходимо соблюдать для достоверного взвешивания:
1. Весы должны быть правильно установлены: устойчиво и ров-
но (положение в горизонтали проверяется по уровню).
2. Не рекомендуется переносить весы с одного места на другое.
Нужно бережно относиться к весам, оберегать от ударов и толчков.
3. В весовой комнате должны поддерживаться постоянные тем-
пература и влажность. Температура весовой (помещение для взвешивания) не должна превышать +20 °С. Посторонние воздействия на весы должны быть устранены.
4. Весы в период покоя должны быть помещены в специальный
чехол для предотвращения загрязнения пылью и другими загрязнителями.
10
5. Необходимо неукоснительно соблюдать правила работы с ве-
сами.
Установка лабораторных весов
Весы рекомендуется устанавливать в отдельном помещении
с одним входом. Как правило, под весовую отводят комнату без
окон для того, чтобы исключить сквозняки и сильные воздушные
потоки. При наличии окон они должны быть герметично закрывающимися. Весовая должна быть максимально удалена от источников
вибрации.
В весовой необходимо поддерживать постоянную температуру
около +20 °С и влажность воздуха в пределах 30-80% (оптимально,
45-60 %).
Стационарно аналитические весы устанавливаются на горизонтальных поверхностях: на столе или полке, прикрепленной к стене
кронштейном. Наилучшим вариантом для точных аналитических весов является установка на ровном выполненном из немагнитных материалов фундаменте, который гасит вибрацию и обладает антистатическими свойствами. Важно, чтобы весы располагались строго горизонтально. Платформа весов должна быть закрыта от пыли и потоков
воздуха.
Весы должны находиться вдали от источников любых излучений, компьютера, кондиционера, вентилятора, нагревательных и мощных осветительных приборов, прямых солнечных лучей.
При выборе места и условий размещения весов необходимо разумно сочетать необходимость дополнительных мер (фундамента, защиты от вибрации и пр.) с требуемой точностью взвешивания.
Например, технические весы могут быть размещены на лабораторном
столе вдали от окон, входа, источников тепла и излучения. Следует
учитывать, что во многих современных моделях весов устранена регулировка весов на отклонение от горизонтали.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]