Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Metodichka_KhIMIYa

.pdf
Скачиваний:
29
Добавлен:
21.03.2015
Размер:
851.11 Кб
Скачать

Лабораторный практикум

2)два вещества, у одного из которых есть функциональная группа (например, формальдегид), а у другого – атомы водорода;

3)два вещества, у каждого из которых по две одинаковые функциональные группы (например, двухатомный спирт + двухосновная ароматическая кислота).

Основные представители полимеризационных полимеров Полиэтилен (- СН2 – СН2 -)n получают путем полимеризации этилена.

Полиэтилен представляет собой твердый белый роговидный продукт. Технические свойства полиэтилена зависят от молекулярной массы, разветвленности цепи и степени кристалличности. Полиэтилен применяют для изготовления гидроизоляционных материалов, труб, предметов санитарно-технического оборудования.

Поливинилхлорид (ПВХ) – не горюч, устойчив к действию химических реагентов, легко окрашивается, является продуктом полимеризации винилхлорида СН2 = СНС1. Ценным свойством поливинилхлорида является стойкость к действию кислот, щелочей, спирта, бензина, смазочных масел. Поэтому его широко применяют для производства труб (водоснабжение, канализация и др. трубопроводы), изготовления плинтусов, поручней, теплоизоляционных материалов.

Полистирол является одним из наиболее применяемых полимеров. Полистирол лишен запаха и вкуса, физиологически безвреден. Обладает высокими механическими свойствами (Rраст= 35–60 Па, Rсж= 80–110 МПа), водостоек, хорошо сопротивляется действию концентрированных кислот (кроме азотной), противостоит растворам щелочей. Поэтому полистирольные облицовочные плитки долговечны, их применяют для облицовки стен ванных, санузлов, кухонь, лабораторных помещений и т.п. К недостаткам относятся невысокая теплостойкость и хрупкость.

Полиметилметакрилат, называемый также органическим стеклом. Особенностью органического стекла является его исключительная прозрачность, бесцветность, способность пропускать ультрафиолетовые лучи, светостойкость и атмосферостойкость. Оргстекло пропускает 73,5% ультрафиолетовых лучей (обычное силикатное – лишь 0,6%, зеркальное силикатное – 3%, а кварцевое стекло – 100%). Поэтому его применяют для остекления окон больниц, витрин, теплиц, фонарей производственных помещений, декоративных ограждений и т.п.

Полиизобутилен (- СН2 – С(СН3)2 -)n представляет собой эластичный

49

Химия

каучукоподобный материал. Полиизобутилен легок и эластичен, способен выдержать относительное удлинение 1000–2000%, водостоек, на него не действуют кислоты, щелочи, обладает высокой морозостойкостью. Из него изготовляют липкие ленты, линолеумные клеи, гидроизоляционные материалы. Полиизобутилен хорошо совмещается с битумом, повышая его эластичность.

Основные представители поликонденсационных полимеров Фенолоальдегидные полимеры получают в результате реакции

поликонденсации фенолов (фенола, резорцина, крезола и др.) с альдегидами (формальдегидом, фурфуролом, лигнином и т.п.). Фенолоформальдегидный полимер первый получил широкое применение в технике. Свойства и характер получаемого продукта реакции поликонденсации фенола с альдегидами определяют химическое строение реагирующих молекул, их молярное соотношение и кислотность реакционной среды. Фенолоформальдегидные полимеры (ФФП) хорошо совмещаются с наполнителями – древесной стружкой, бумагой, тканью, стеклянным волокном, при этом получаются пластики более прочные и менее хрупкие, чем сами полимеры. Поэтому ФФП широко применяют в качестве связующего вещества при изготовлении древесностружечных плит, бумажнослоистых пластиков, стеклопластиков и разнообразных изделий из минеральной ваты. Эти же полимеры используют для получения клеев, бакелитного лака, водостойкой фанеры. Из твердых полимеров приготовляют пресс-порошки и фаолит, из которых производят трубы, листы, плитки и электротехнические изделия.

Карбамидные (мочевиноформальдегидные) или аминоформальдегидные полимеры бесцветны, хорошо окрашиваются. Они сравнительно дешевы, применяют их для изготовления теплоизоляционных материалов, слоистых и волокнистых пластиков и клеев.

Кремнийорганические полимеры представляют собой особую группу полимеров. Особенностью строения макромолекулы полимера является наличие кремнийкислородной (силоксановой) связи. В кремнийорганическом полимере молекулы построены из кремнеземистого скелета с органическими ответвлениями (радикалами). Поэтому такой полимер выгодно сочетает лучшие свойства силикатных материалов (высокую теплостойкость) и обычных синтетических полимеров (эластичность и др.). Низкомолекулярные кремнийорганические полимеры

50

Лабораторный практикум

в виде жидкостей (ГКЖ-10, ГКЖ-11, ГКЖ-94) используют в качестве водоотталкивающих фасадных красок; добавки в бетон с целью придания ему гидрофобных свойств. Высокомолекулярные полимеры линейной структуры являются синтетическими каучуками, которые применяют в виде герметизирующих и изоляционных паст, клеев. Полимеры сшитой структуры обладают жесткостью и теплостойкостью более 400°С.

Эпоксидные полимеры получили свое название в виду наличия в их молекуле эпоксидной группы. В большинстве случаев эти полимеры представляют собой жидкости различной вязкости. Эпоксидные смолы характеризуются высокой химической стойкостью, за исключением сильных окислителей и влажного хлора. Материалы на их основе (клеи, мастики, бетоны и др.) отличаются высокой прочностью и способностью склеивать изделия из бетона, металла, керамики, дерева, стекла и др.

Полиэфиры – это группа полимеров, получаемых в результате поликонденсации многоосновных кислот со спиртами. Доступность сырья и относительная дешевизна позволяют применять полиэфирные полимеры для изготовления стеклопластиков, светопрозрачных и цветных покрытий, санитарно-технических изделий, клеев, фасадных красок и лаков.

Полиуретановые каучуки синтезируют из диизоцианитов и полиэфиров, причем в зависимости от вида полиэфира получают мягкие эластичные и жесткие материалы, а из них прекрасные звуко- и теплоизоляционные пластмассы. Жесткий полиуретан может быть использован при температуре от -50°С до +110°С. Он обладает нулевой капиллярностью и объемным водопоглощением (0,2 %). Стойкость к действию грибков и микроорганизмов делает его не гниющим и не разлагающимся. Эластичный пенополиуретан служит для герметизации стыков панелей. Разработаны рецептуры заливочных композиций, которые могут вспениваться даже на холоде.

Порядок выполнения работы

Опыт 1. Получение полимера на основе акриловой кислоты.

В пробирку налейте 1–2 мл 30 %-го раствора акриловой кислоты и добавьте 1/2 микрошпателя надсернокислого аммония (NH4)2S2O8 (инициатор). После растворения инициатора, пробирку поместите в сушильный шкаф, нагретый до температуры t = 120–150 С. Через 10–12 минут наблюдайте образование полимера.

51

Химия

Исходным мономером для данной реакции является акриловая кислота, имеющая следующее строение: CH2 – CH – COOH. Так как в мономере содержится всего одна двойная углерод–углеродная связь, то получаемый полимер имеет линейное строение и является термопластом.

Укажите внешние признаки образования полимера. Напишите схему полимеризации. Докажите, что полученный полимер является термопластом.

Опыт 2. Деструкция поливинилхлорида при высокой температуре. Сильно нагрейте медную проволоку в пламени горелки, затем

прижмите ее к образцу поливинилхлорида и снова внесите в пламя. Наблюдайте зеленую окраску пламени.

При накаливании проволоки на ее поверхности образуется оксид меди CuO, который взаимодействует с выделяющимся из поливинилхлорида HCl с образованием CuCl2 и H2O. Зеленая окраска пламени обусловлена хлоридом меди (II). Кроме поливинилхлорида такая же реакция характерна и для других пластмасс, содержащих хлор.

Напишите уравнение деструкции поливинилхлорида. Как можно распознать другие полимеры, содержащие хлор?

Опыт 3. Получение полимера на основе дифурфурилиденацетона.

В стеклянную чашку положите один микрошпатель мономера. Добавьте к нему одну каплю 2 н. раствора серной кислоты (катализатор). Перемешайте мономер с катализатором и поместите стеклянную чашку в сушильный шкаф, нагретый до температуры t = 120–150 С. Через 10–12 минут наблюдайте образование полимера.

Исходным мономером для данной реакции является дифурфурилиденацетон (ДФА), имеющий следующее строение:

HC

CH

O

HC

CH

 

 

 

 

 

HC

 

 

 

CH

C – CH = CH – C – CH = CH – C

 

O

 

 

 

 

O

Полимеризация ДФА происходит за счет раскрытия двойных углеродуглеродных связей. Наличие нескольких двойных связей в исходном мономере позволяет получить густосетчатый полимер трехмерной структуры – реактопласт.

52

Лабораторный практикум

Укажите внешние признаки образования полимера? Предложите схему полимеризации. Докажите, что полимер является реактопластом?

Опыт 4. Распознавание капрона.

Внесите в пламя кусочек капрона. Обратите внимание на характер горения, запах. Сделайте соответствующие записи.

Расплавьте капрон, поднесите к нему пламя спички, и попробуйте вытянуть из капрона нити спичкой или булавкой. Возможность получить из расплавленного капрона нити отличает его от других пластмасс.

Налейте в 4 пробирки по 1–2 мл разбавленной и концентрированной серной кислоты, гидроксид натрия и соляную кислоту. Поместите в пробирки кусочки капрона. Через некоторое время отметьте, в каких случаях происходит растворение капрона.

К какому классу полимеров относится капрон? Какова устойчивость капрона по отношению к нагреванию и действию кислот и щелочей?

Вопросы и упражнения для самоконтроля к лабораторной работе № 9

1.Сравните механизмы реакций полимеризации и поликонденсации?

2.Какие полимеры могут быть использованы в машиностроении?

3.Напишите реакцию полимеризации этилена, пропилена и стирола.

4.Какие соединения способны участвовать в реакции поликонденсации? Ответ обоснуйте.

5.Чем отличаются термопластичные полимеры от термореактивных? Приведите примеры.

6.Что такое пластические массы?

7.Какова устойчивость капрона по отношению к нагреванию и действию кислот и щелочей?

8.Какие условия необходимо создать для проведения реакций полимеризации?

9.Как сказывается внутреннее строение полимеров на их физикомеханических свойствах?

10.Что такое степень полимеризации? Зависят ли свойства полимеров от числа мономерных звеньев?

11.Приведите примеры поликонденсационных полимерных материалов.

12.Какой мономер является основным в производстве органического стекла? В чем особенность его свойств?

53

Химия

Лабораторная работа № 10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ МЕТОДОМ ТИТРОВАНИЯ

Цель работы: приобрести навыки в определении концентрации растворов методом титрования.

Реактивы и материалы: набор индикаторов; 0,1 н. раствор соляной кислоты; раствор гидроксида натрия неизвестной концентрации.

Приборы и посуда: штатив; бюретка; химические стаканы; воронка, колба.

Содержание отчета

1.Определить нормальную концентрацию щелочи или кислоты.

2.Рассчитать содержание щелочи или кислоты в исследуемом растворе.

Краткие теоретические сведения

Концентрация раствора определяется различными методами. Когда не требуется большой точности, ее определяют по плотности. Если же значение концентрации необходимо определить с точностью до 0,01% или для нормальной концентрации до 0,01 г-экв/л, прибегают к весовому методу или методу титрования.

Метод титрования основан на измерении объемов растворов вступающих в реакцию веществ. В этом случае концентрация раствора должна быть выражена через нормальную концентрацию, так как между объемами реагирующих веществ наблюдается зависимость:

CЩ VЩ CК VК ,

где Vщ и Vк – объем раствора щелочи и кислоты, л; Сщ и Ск – нормальная концентрация щелочи и кислоты, моль-экв/л.

Таким образом, растворы различных веществ реагируют между собой в объемах, обратно пропорциональных их нормальным концентрациям.

Пример 1. На титрование 10 мл раствора щелочи израсходовано 12,4 мл 0,25 н. раствора кислоты. Определите нормальность щелочи.

Решение. Используя приведенную выше зависимость, найдем концентрацию щелочи:

54

Лабораторный практикум

СЩ

СК VК

 

0,25 12,4

0,31

н.

VЩ

10

 

 

 

Ответ: 0,31 н.

Очень часто при титровании концентрацию раствора выражают титром.

Титром раствора Т (г/мл) называют количество растворенного вещества в граммах, содержащегося в 1 мл раствора:

ТСН Э ,

1000

где Сн – нормальная концентрация раствора, моль-экв/л; Э – эквивалентная масса растворенного вещества, г-экв.

Пример 2. На титрование 15 мл раствора кислоты серной кислоты израсходовано 13,2 мл 0,14 н. раствора щелочи. Определите массу кислоты в 1 л раствора и ее титр.

Решение. Найдем нормальность кислоты:

СК

СЩ VЩ

 

0,14 13,2

 

0,124 н.

 

 

VК

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зная, что эквивалентная масса H2SO4:

Э

 

М

98

 

49

г-экв, определим

 

 

 

 

 

 

z*

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание кислоты в растворе: mК СК

Э 0,124 49 6,08

г/л.

Рассчитаем титр раствора серной кислоты:

 

 

 

 

 

 

 

Т

СН Э

 

 

6,08

 

0,0061 г/мл.

 

 

1000

 

1000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: 6,08 г/л; 0,0061 г/мл.

Титрованием можно определить концентрацию раствора любой щелочи или кислоты. Во время определения концентрации протекает реакция нейтрализации. Для того чтобы зафиксировать момент нейтрализации, прибегают к помощи индикаторов. Наиболее часто пользуются индикаторами метиловым оранжевым и фенолфталеином.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с изменением цвета индикаторов. Для этого налейте в шесть чистых пробирок дистиллированную воду по одной трети объема. В три из них прилейте по 2 капли раствора метилового оранжевого. Затем в одну пробирку прилейте 2 капли раствора щелочи, во вторую 2 капли раствора кислоты. Взболтните содержимое пробирок и сравните цвета индикаторов в нейтральном, щелочном и кислом растворах.

55

Химия

2. В оставшиеся три пробирки прилейте по 2 капли раствора фенолфталеина, повторите опыт. Результаты наблюдений оформить в виде табл. 9.

 

 

 

 

 

Таблица 9

 

Результаты опыта

 

Индикатор

 

Цвет раствора в среде

 

 

 

 

 

 

 

Кислая

 

нейтральная

 

щелочная

Метиловый оранжевый

 

 

 

 

 

Фенолфталеин

 

 

 

 

 

3.Получите у преподавателя раствор кислоты с известной нормальной концентрацией и раствор щелочи, концентрацию которой нужно определить. Чистую бюретку ополосните полученным раствором кислоты

изакрепите вертикально в зажиме штатива.

4.Заполните бюретку раствором кислоты выше нулевого деления. Каучуковую трубку со стеклянным наконечником отогните вверх и, выпуская жидкость, заполните наконечник так, чтобы в нем не осталось пузырьков воздуха. Если необходимо, дополните запас кислоты в бюретке выше нуля и затем избыток жидкости из бюретки выпустите в подставленный стакан, пока нижний мениск не установится на нулевом делении бюретки. Глаз наблюдателя при отсчете должен быть на одном уровне с нижним краем мениска.

5.Наберите пипеткой 10 мл раствора щелочи и вылейте в коническую колбу емкостью 100 мл. Туда же введите 2 капли метилового оранжевого.

6.Колбу поставьте на лист белой бумаги под наконечник бюретки. Приступите к титрованию: раствор кислоты из бюретки спускайте небольшими порциями, примерно по 0,2 мл, в раствор щелочи, который непрерывно перемешивайте.

Область раствора, в которую попадает кислота, окрашивается в розовый цвет, переходящий при взбалтывании в желтый. Когда розовый цвет начнет медленно переходить в желтый, начните спускать раствор кислоты по одной капле и так продолжайте до тех пор, пока от одной капли раствор в колбе не примет розовую неисчезающую окраску. На этом титрование заканчивается.

7.Определите по делениям бюретки с точностью до 0,05 мл объем раствора кислоты, израсходованной на нейтрализацию щелочи. Результаты

56

 

 

Лабораторный практикум

 

 

 

 

опыта и вычислений оформить в виде табл. 10.

 

 

 

 

 

Таблица 10

 

Результаты опыта

 

 

 

 

Наблюдения

 

Номер

 

 

 

 

опыта

 

1.

Объем раствора щелочи, Vщ (мл)

 

 

 

2.

Объем раствора кислоты, пошедшей на титрование, Vк (мл)

 

 

3.

Нормальность кислоты, Ск (моль-экв/л)

 

 

 

4.

Нормальность раствора щелочи, Сщ (моль-экв/л)

 

 

 

5.

Титр раствора щелочи, Т (г/мл)

 

 

 

Вопросы и упражнения для самоконтроля к лабораторной работе № 10

1.Что называют титром раствора? Каковы его единицы измерения?

2.Для нейтрализации 20 мл HNO3 израсходовано 23,6 мл 0,12 н. раствора щелочи. Вычислите нормальность HNO3 и ее титр.

3.Для нейтрализации некоторого объема серной кислоты израсходовано 24,2 мл 0,1 н. раствора щелочи. Вычислите, сколько граммов H2SO4 было в растворе.

4.Какую реакцию будет иметь раствор, полученный смешиванием 100 мл 0,1 н. раствора HCl с 50 мл 0,5 н. раствора KOH? Сколько граммов хлорида калия образуется при этом?

5.С какой целью проводится титрование растворов?

6.Какой объем 0,5 н. раствора NaOH потребуется для проведения реакции нейтрализации с 400 мл 0,15 н. раствором H2SO4? (120 мл)

7.Какая реакция лежит в основе титрования? Приведите примеры.

8.Какой объем 0,05 н. раствора азотной кислоты потребуется для проведения реакции нейтрализации с 30 мл 0,1 М раствора гидроксида аммония? (60 мл)

9.В каком интервале рН изменяется окраска метилового оранжевого?

10.Какой объем 0,04 н. раствора гидроксида натрия потребуется для проведения реакции нейтрализации со 100 г 4 м раствора азотной

кислоты, плотность которого составляет = 1,14 г/мл.

11. Рассчитайте молярную, эквивалентную и моляльную концентрации, массовую и мольную долю 3 М раствора фосфорной кислоты, плотность которого составляет = 1,150 г/мл.

57

Химия

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица 1 Давление насыщенного водяного пара в равновесии с водой

Температура, С

Давление пара

Температура, С

Давление пара

 

(h), мм.рт.ст.

 

(h), мм.рт.ст.

10

9,21

23

21,09

15

12,79

24

22,38

16

13,63

25

23,76

17

14,53

26

25,21

18

15,48

27

26,74

19

16,48

28

28,35

20

17,54

29

30,04

21

18,65

30

31,82

22

19,83

31

33,79

 

 

 

 

Таблица 2

Константы диссоциации электролитов

 

Электролит

Формула

 

Степень диссоциации, %

 

 

 

1 н.

0,1 н.

 

1. Кислоты

 

 

Азотная

HNO3

 

82

92

Соляная

HCl

 

78

92

Серная

H2SO4

 

51

58

Сернистая

H2SO3

 

-

34

Угольная

H2CO3

 

-

0,17

Фосфорная

H3PO4

 

-

27

Уксусная

CH3COOH

 

0,4

1,3

 

2. Основания

 

 

Гидроксид калия

KOH

 

77

91

Гидроксид натрия

NaOH

 

78

91

Гидроксид аммония

NH4OH

 

0,4

1,3

Гидроксид кальция

Ca(OH)2

 

-

78

 

3. Соли

 

 

Хлорид натрия

NaCl

 

67

84

Нитрат калия

KNO3

 

64

83

Ацетат натрия

CH3COONa

 

53

79

Сульфат натрия

Na2SO4

 

45

69

Хлорид аммония

NH4Cl

 

74

65

Гидрокарбонат натрия

NaHCO3

 

52

-

58

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]