- •Федеральное агентство по рыболовству
- •Содержание
- •Лабораторная работа №1 Изучение классов неорганических соединений Введение
- •Номенклатура оксидов
- •Получение оксидов
- •Химические свойства оксидов
- •Кислоты
- •Номенклатура кислот
- •Кислородсодержащие кислоты хлора
- •Получение кислот
- •Химические свойства кислот
- •Специфические свойства кислот
- •Основания (гидроксиды металлов)
- •Номенклатура оснований
- •Получение оснований
- •Химические свойства оснований
- •Номенклатура солей
- •Получение солей
- •Химические свойства солей
- •Степень окисления элементов.
- •Графические формулы оксидов, кислот, оснований, солей
- •Экспериментальная часть Приборы и материалы
- •Варианты экспериментальных задач
- •Оформление лабораторной работы
- •Пример оформления лабораторного опыта
- •Тестовые задания для самоконтроля Вариант № 1
- •Вариант № 2
- •Вариант № 3
- •Вариант № 4
- •Вариант № 5
- •Укажите формулы оксидов, не реагирующих со щелочами
- •Вариант № 6
- •Вариант № 7
- •Вариант № 8
- •Вариант № 9
- •Вариант № 10
- •Вариант № 11
- •Вариант № 12
- •Вариант № 13
- •Вариант № 14
- •Вариант № 15
- •Задачи для самостоятельной работы
- •Вариант 5
- •Вариант 6
- •Вариант 12
- •Вариант 13
- •Вариант 14
- •Вариант 15
- •Лабораторная работа № 2 Приготовление раствора кислоты заданной концентрации Введение
- •1. Цели и задачи
- •2. Теоретическая часть
- •Классификация растворов
- •Примеры расчета концентрации растворов
- •3. Экспериментальная часть
- •4. Задачи для самостоятельной работы
- •Плотность растворов некоторых неорганических кислот и щелочей в воде при 20ºС
- •Лабораторная работа № 3 Скорость химических реакций и химическое равновесие Введение
- •1. Цели и задачи
- •2. Теоретическая часть
- •3. Экспериментальная часть
- •3.1. Исследование зависимости скорости гомогенной реакции от концентрации
- •3.2. Исследование зависимости скорости гомогенной реакции от температуры
- •3.3. Исследование влияния изменения концентрации на смещение равновесия
- •3.4. Исследование влияния изменения температуры на смещение равновесия
- •4. Задачи для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа № 4 Ионно-обменные реакции Введение
- •1. Цели и задачи
- •1.1. Приобрести системные знания о теории электролитической диссоциации, изучить условия протекания реакций обмена в водных растворах электролитов.
- •2. Теоретическая часть
- •2.1. Электролитическая диссоциация. Диссоциация кислот, оснований, амфотерных гидроксидов и солей в водных растворах
- •2.2.Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты
- •2.3 Константа диссоциации
- •2.4. Реакции обмена в водных растворах электролитов. Ионные реакции и уравнения
- •2.5. Изменение энергии Гиббса и направленность химических процессов
- •Примеры решения задач
- •3. Экспериментальная часть
- •3.1. Получение малорастворимых оснований
- •3.2. Получение малорастворимых кислот
- •3.3. Реакции со слабыми электролитами
- •3.4. Получение малорастворимых солей
- •4. Задачи для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа № 5 Водородный показатель и гидролиз солей Введение
- •1. Цели и задачи
- •2. Теоретическая часть
- •2.1. Ионное произведение воды, рН - растворов
- •2.2. Гидролиз солей
- •Примеры решения задач
- •3. Экспериментальная часть
- •3.1. Определение реакции среды при помощи индикаторов
- •Определение рН при помощи универсального
- •Индикатора
- •3.3. Реакция среды растворов различных средних солей
- •3.4. Факторы, влияющие на степень гидролиза
- •4. Задачи для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа № 6 Окислительно-восстановительные реакции Введение
- •1. Цели и задачи
- •2. Теоретическая часть
- •2.1. Степень окисления.
- •2.2.Окислители и восстановители
- •2.3. Методика составления овр
- •3. Экспериментальная часть
- •3.1. Окислительные свойства галогенов
- •3.2. Окислительные и восстановительные свойства пероксида водорода н2о2
- •3.3. Окислительные свойства перманганат - иона MnO4-
- •3.4. Влияние среды на протекание окислительно-восстановительных процессов
- •3.5. Внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция
- •4. Задачи для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа № 7
- •Электрохимическая активность металлов и гальванический
- •Элемент
- •Введение
- •1. Цель и задачи
- •2. Теоретическая часть
- •2.1. Электродный потенциал. Химическая активность металлов
- •2.2. Устройство и работа гальванического элемента
- •3. Экспериментальная часть
- •3. 1. Качественное определение различной электрохимической активности металлов
- •3.2. Изготовление медно-цинкового гальванического элемента
- •3.3. Изготовление медно-никелевого гальванического элемента
- •4. Задачи для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа № 8 Электролиз водных растворов солей Введение
- •1. Цель и задачи
- •2. Теоретическая часть
- •2.1. Сущность электролиза. Электролиз расплава электролита
- •2.2. Законы Фарадея
- •2.3. Электролиз растворов электролитов
- •3. Экспериментальная часть
- •Лабораторная работа № 9 Коррозия металлов и методы защиты от коррозии Введение
- •1. Цели и задачи
- •2. Теоретическая часть
- •Химическая коррозия
- •Электрохимическая коррозия
- •Примеры решения эталонных задач
- •3. Экспериментальная часть
- •3.1. Образование микрогальванопар
- •3.2. Электрохимическая коррозия железа
- •3.3. Действие ионов, активирующих процесс коррозии
- •3.4. Ингибиторы раствора
- •4. Задачи для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа № 10 Химический контроль качества воды Введение
- •1. Цели и задачи
- •2. Краткий теоретический материал
- •3. Экспериментальная часть
- •3.1. Определение жесткости воды
- •3.2. Определение щелочности воды
- •3.3. Определение водородного показателя
- •4. Задачи для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа № 11 Полимеры Введение
- •1. Цели и задачи лабораторной работы
- •2.Теоретическая часть
- •2.1. История развития науки о полимерных материалов
- •2.2. Классификация полимерных соединений
- •2.3.Получение полимеров
- •2.4.Особенности строения полимеров
- •2.5. Свойства полимеров
- •2.5.1. Растворы полимеров
- •2.5.2 Набухание
- •2.6. Использование полимеров.
- •3. Экспериментальная часть
- •1.Определение примерной плотности полимеров1
- •2.Термопластичность полимеров
- •3. Горение
- •4.Отношение полимеров к растворам кислот и щелочей
- •5.Отношение полимеров к окислителям.
- •4. Задачи для самостоятельной работы
- •Литература
2. Теоретическая часть
Раствор – это гомогенная (однородная) система переменного состава, состоящая из двух или нескольких компонентов.
Раствор состоит из растворенного вещества и растворителя.
Растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем является вода). Если оба компонента до растворения находились в одинаковом состоянии (например, вода и спирт), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.
Растворы бывают в трех агрегатных состояниях: жидкие (раствор серной кислоты), газообразные (воздух), твердые (сплавы металлов) – физическая причина такого растворения – внедрение атомов одного металла в кристаллическую решетку другого и построение общей кристаллической решетки. Для этого атомы металлов должны быть близки по объему, как, например, атомы меди и золота.
Отличие раствора от других смесей в том, что молекулы веществ распределяются в нем равномерно и в любом микрообъеме такой смеси состав ее одинаков. Такая смесь называется однофазной. Отличие раствора от чистого вещества состоит в том, что индивидуальное вещество имеет определенные физические константы, например, температуры плавления, кипения, определенный химический состав, в то время как физические константы и состав растворов зависят от соотношения их компонентов. Так, плотность раствора соли в воде растет, а температура замерзания падает с увеличением содержания соли. Чистые вещества при изменении их фазового состояния не изменяют своего химического состава, а при возвращении в исходное фазовое состояние приобретают исходные характеристики. Компоненты же растворов могут разделиться при изменении фазового состояния системы. Так, испарение воды из солевого раствора (издавна применяемое при добычи соли) приводит, с одной стороны, к увеличению содержания (концентрации) соли в оставшемся растворе, а с другой стороны, сконденсировавшаяся вода представляет собой чистое вещество. Дальнейшее испарение воды приведет к выпадению твердой фазы – кристаллов соли.
Процесс образования раствора – растворение – заключается в разрушении взаимодействия между молекулами индивидуальных веществ и образовании новых межмолекулярных связей между компонентами раствора.
При растворении многие молекулы связываются с молекулами растворителя, образуя соединения – сольваты (от лат. растворять). Этот процесс называется сольватацией. Когда в качестве растворителя служит вода, соединения называются гидратами. Важными свойствами раствора являются: плотность (ρ), осмотическое давление, температура замерзания, температура кипения.
Классификация растворов
По степени разбавленности:
а) разбавленный – раствор с небольшим содержанием растворенного вещества по сравнению с содержанием растворителя;
б) концентрированный – раствор с большим содержанием растворенного вещества по сравнению с растворителем.
По степени насыщаемости:
а) насыщенный – раствор, в котором при данной температуре вещество больше не растворяется, т.е. раствор, находящийся в равновесии с избыточным количеством растворенного вещества;
б) ненасыщенный – раствор, в котором при данной температуре находится меньше растворенного вещества, чем в его насыщенном растворе;
в) пересыщенный – раствор, в котором при данной температуре в растворенном состоянии находится больше вещества, чем в его насыщенном растворе при тех же условиях.
Истинные растворы характеризуются гомогенностью, т.е. наличием частиц менее 1 нм (растворы низкомолекулярных веществ: спиртов, сахаров, кислот, щелочей, солей).
Коллоидные растворы характеризуются наличием частиц от 1 до 100 нм (растворы белков, полисахаридов).
Грубодисперсные системы характеризуются размерами частиц от 100 нм (суспензии твердых и жидких веществ).
Истинные растворы называют гомогенными, так как размеры частиц растворенного вещества близки к размерам молекул растворителя. Коллоидные растворы и грубодисперсные системы являются гетерогенными. Степень дисперсности растворенного вещества зависит от соответствия строения в структуре растворителя:"Подобное растворяется в подобном". При образовании дисперсных систем наблюдается взаимодействие дисперсных систем и молекул растворителя. Растворяемые вещества воздействуют на структуру растворителя. Часть его молекул переориентируется и образуется сольватная (гидратная) оболочка, что сопровождается выделением энергии, которая компенсирует энергию разрушаемых межмолекулярных связей. Тепловой эффект растворения обусловлен соотношением энергий молекулярных связей и сольватных оболочек. В случае большей прочности межмолекулярных связей происходит понижение температуры при растворении (эндоэффект). В случае меньшей их прочности происходит повышение температуры за счет избытка энергии при сольватации в процессе растворения (экзоэффект). Растворитель также влияет на растворенное вещество. Гидратные оболочки понижают прочность полярных связей и обуславливают явление электролитической диссоциации.
Таким образом, раствором называется гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, соотношения между которыми могут меняться, а также продуктов взаимодействия компонентов.
Раствор – это переход на следующий уровень иерархии химической организации вещества: от атомов, молекул, агрегатов молекул к смесям веществ.
Концентрация раствора – содержание растворенного вещества в определенной массе или объеме раствора или растворителя
Существуют следующие способы выражения концентрации растворов:
1. Массовая доля (ω) – это соотношение массы растворенного вещества к массе раствора:
Например, ω = 30% (в 100 г раствора содержится 30 г растворенного вещества и 70 г растворителя).
2. Молярная концентрация или молярность (См) – это число молей растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора:
Например, См = 2М или См = 2 моль/л (в 1 литре раствора содержится 2 растворенного вещества). 1М NaOH – одномолярный раствор гидроксида натрия, 1 л такого раствора содержит 40 г NaOH; 0,01М NaOH – сантимолярный раствор, 1 л такого раствора содержит 0,01 моль, т.е. 0,4 г NaOH и т.д. Чтобы приготовить, например, децимолярный раствор NaOH, надо взвесить 0,1 моль его, т.е. 4 г внести в литровую мерную колбу, на горлышке которой отмечен объем, точно равный 1 л, добавить воды до полного растворения вещества и затем раствор довести до метки (нижняя часть мениска должна касаться метки) и тщательно перемешать. Молярность раствора обозначается буквой М.
3. Моляльная концентрация (С) – это число молей растворенного вещества, приходящегося на 1 кг растворителя.
Например, С = 2 моль/кг (в 1000 г Н2О содержится 2 моль растворенного вещества).
4. Эквивалентная концентрация эквивалентов, или нормальность (Сн) – это число г-эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 литре раствора:
Например, Сн = 2Н или Сн = 2 г-экв/л (в 1 литре раствора содержится 2 г-эквивалента растворенного вещества). Раствор, в 1 литре которого содержится 1 эквивалент (экв) растворенного вещества, называется нормальным. Если в 1 литре раствора содержится 0,1 экв вещества, то он называется децинормальным; 0,01 экв – сантинормальным; 0,001 экв – миллинормальным. Нормальность обозначается буквой N. Нормальный раствор готовится аналогично молярному.
Эквивалент вещества – это такое его количество, которое соединяется с одним молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Например, в соединениях HCl, H2S – эквивалент Cl и S соответственно равен 1 моль и 0,5 моль.
Масса одного эквивалента называется эквивалентной массой. Так, в приведенных примерах эквивалентные массы Cl и S соответственно равны 35,5 г/моль и 32/2 = 16 г/моль.
Закон эквивалентов: элементы всегда соединяются между собой в весовых количествах, соответствующих их эквивалентам:
m1/m2 = Э1/Э2.
На основании закона эквивалентов можно вывести следующие формулы для вычисления эквивалентных масс сложных веществ:
Э (оксида) = М (оксида) / число атомов элемента валентность элемента;
Э (основания) = М (основания) / кислотность основания;
Э (кислоты) = М (кислоты) / основность кислоты;
Э (соли) = М (соли) / число атомов металла · валентность металла;
М – мольная масса соединения.
5. Мольная доля растворенного вещества (N2) – это отношение числа молей растворенного вещества (n2) к сумме числа молей растворителя (n1) и растворенного вещества:
6. Мольная доля растворителя (N1) – это отношение числа молей растворителя к сумме числа молей растворителя и растворенного вещества:
7. Титр раствора (Т) – это число граммов вещества, содержащегося в 1 мл раствора: