методичка по Химии

Налейте в пробирку раствор ZnSO4, добавьте немного разбавленной щелочи, взболтайте и разлейте осадок в две пробирки, добавьте в одну пробирку разбавленную H2SO4, в другую – щелочь до растворения осадка.

Напишите уравнение реакции.

3.2. Разрушение гидроксидов тяжелого металла при нагревании Налейте в пробирку немного раствора хлорида меди, добавьте разбав-

ленной щелочи для образования светло-голубого осадка, нагрейте. Напишите уравнение реакции.

4. Свойства солей

4.1.Взаимодействие соли с другой солью с образованием нерастворимого соединения

К раствору BaCl2 в пробирке прилейте раствор сернокислого натрия Na2SO4, наблюдайте образование белого осадка и напишите уравнение реакции.

4.2.Взаимодействие соли с кислотой

К раствору азотнокислого бария Ba(NO3)2 прибавьте H2SO4, наблюдайте образование осадка, напишите уравнение реакции.

4.3. Взаимодействие соли со щелочью

4.3.1.В две пробирки, содержащие растворы хлорида магния MgCl2 и хлорида железа (III) FeCl3 прилейте раствор едкого натра NaOH.

Наблюдайте образование осадков, отметьте их цвет и напишите уравнения реакций.

4.3.2.В две пробирки налейте раствор сернокислой меди CuSO4. В одну пробирку добавьте разбавленной, а в другую концентрированной щелочи. Наблюдайте образование основной соли меди в первой пробирке и гидроксида меди во второй. Обратите внимание на цвет осадков.

Напишите уравнения реакций; графические формулы основных, средних, кислых солей.

4.4. Взаимодействие соли с металлом В пробирку с раствором медного купороса положите 2-3 кусочка гра-

нулированного цинка и нагрейте до обесцвечивания раствора. Наблюдайте выделение металлической меди. Напишите уравнение реакции.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие классы неорганических веществ существуют?

10

2. Какие вещества относятся к оксидам и каковы их химические свой-

ства?

3.Какие вещества называются основаниями и каковы их химические свойства?

4.Какие соединения называются кислотами, каковы их отличительные химические свойства?

5.Какие вещества называются солями и каковы их свойства?

6.Чем отличаются по составу основные, кислые, средние соли?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Хомченко Г.П. Пособие по химии для поступающих в вузы. - М.:

Новая волна, ОНИКС, 2000. – С. 150-158.

2.Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. - Л.: Химия, 1980 (81). - С. 34-41.

3.Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Интеграл – Пресс, 2003. – 728 с.

11

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТА МЕТАЛЛА ПО ВОДОРОДУ

Цель работы: изучить тему «Эквивалентная масса вещества, закон эквивалентов».

Рабочее задание: опытным путем определить эквивалентную массу предлагаемого металла по объему выделившегося водорода.

СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Эквивалентом элемента называют массу вещества, которая соединяется с 1 молем атомов водорода в химических реакциях или замещает его в химических реакциях.

Молярная масса эквивалента (Э) равна молярной массе данного элемента (М), деленной на абсолютное значение степени окисления [СО]

Э = [ COM ] .

Закон эквивалентов: «Вещества соединяются друг с другом и замещают друг друга в весовых количествах, пропорциональных их эквивалентам», то есть

m1 = Э1 ,

m2 Э2

где m1 – масса первого вещества, г или кг; m2 – масса второго вещества, г или кг;

Э1 – эквивалентная масса первого вещества, г/моль или кг/моль; Э2 – эквивалентная масса второго вещества, г/моль или кг/моль.

Из закона эквивалентов следует, что один эквивалент одного вещества соединяется с одним эквивалентом другого вещества, в общем случае «n» эквивалентов одного вещества соединяется с «n» эквивалентами другого вещества.

В тех случаях, когда в реакции участвуют газы, то необязательно выражать их эквиваленты при помощи весовых единиц. Так как объем газа при постоянных температуре и давлении прямо пропорционален его массе, то закон эквивалентов может быть выражен при помощи объема газа, а именно:

12

где V1 – объем первого газа;

V2 – объем второго газа;

Vэ1 – объем эквивалентной массы первого газа;

Vэ2 - объем эквивалентной массы второго газа..

Большая часть простых веществ взаимодействует либо с водородом, либо с кислородом, или с водородом и кислородом:

а) объем 1 моля водорода занимает объем – 22,4 л (н.у.). Молярная масса 1 моля водорода (М) равна 2 г/моль.

Молярная масса эквивалента водорода (Э) равна 1 г/моль и занимает объем в два раза меньше, т.е. 11,2 л.

Н.у. – нормальные условия: при нормальном атмосферном давлении

760 мм. рт. ст. (101,325 кПа,) и температуре 273 К (00С).

Это легко определяется из пропорции:

2 г/моль Н2 занимает объем 22,4 л

Когда одно из реагирующих веществ является газообразным, а второе твердым, то математически закон эквивалентов выражается следующей зависимостью

m = V 0 ,

Э VЭ0

где m – вес вещества, г или кг,

Э – эквивалентная масса этого вещества, г/моль или кг/моль; Vо – объем газа при нормальных (стандартных) условиях, л; V0э – объем эквивалентной массы газа, л.

Пример решения При растворении в кислоте 0,608 г металла было собрано над водой

623,7 мл насыщенного водяным паром водорода при давлении 766,6 мм и температуре 260С. Вычислите эквивалентную массу металла.

766,6 мм – давление водорода и водяного пара, т.е. 766,6 = Рн2 + Рн2о. Для расчета надо знать давление водорода.

Рн2 = 766,6 - Рн2о, находим по таблице 1 значение Рн2о:

при t = 26ОС, Рн2о = 25 мм. Отсюда, Рн2 = 766,6 мм – 25 мм = 751,6 мм.

Из уравнения газового состояния

13

где V - объем водорода при условии опыта;

P - давление водорода, мм рт. ст.;

T - температура в градусах Кельвина ( Т= 273 + t); P0 - давление при н.у., 760 мм рт. ст.;

T0 - абсолютная температура в градусах Кельвина.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

По объему вытесненного водорода можно определить эквивалентные массы активных металлов, способных вытеснять водород из разбавленных кислот: магния, алюминия, хрома, марганца и др. Прибор для определения эквивалента состоит из двух бюреток, А и Б (см. рис.), которые закрепляют в

лапках штатива. Бюретки соединяют между собой резиновой трубкой В. К бюретке А присоединяют пробирку. Чтобы подготовить прибор к работе, нужно вынуть пробку из пробирки, бюретку поднять и закрепить в таком положении, чтобы уровень воды в бюретке А оказался на нулевом делении.

Затем проверить герметичность прибора. Для этого нужно закрыть пробирку пробкой, опустить бюретку Б вниз на 10-15 см и наблюдать за уровнем воды в бюретке А в течение 3-5 минут. Если прибор герметичен, то уровень воды в бюретке А вначале несколько понизившись, остается затем без изменения. Если прибор не герметичен, следует плотнее вставить пробки в бюретке и пробирке. Убедившись в герметичности прибора, вернуть бюретку Б снова в такое положение, чтобы вода в обеих бюретках была на одном и том же уровне. Закончив проверку прибора, в пробирку налить с помощью воронки 3 – 4 мл разбавленной соляной кислоты (1:3) так, чтобы не смочить раствором углубления в верхней части пробирки.

14

Таблица 1

Давление водяного пара h (в мм рт. ст.) при температуре t (0С)

Рис. Прибор для определения эквивалента металла

15

Если кислота все-таки попала в это углубление, ее необходимо вытереть досуха фильтровальной бумагой.

Получите у преподавателя навеску металла и запишите ее массу в лабораторный журнал. Пробирку с кислотой наклоните и осторожно, следя за тем, чтобы кусочки металла не попали в кислоту, положите навеску металла в углубление стенки пробирки (см. пунктир на рис.). Закройте пробирку резиновой пробкой, слегка смоченной водой и снова проверьте герметичность прибора, как указано выше. Закрепите бюретки А и Б так, чтобы положение воды в них было точно на одном уровне. При этом уровень воды в бюретках должен быть около нулевого деления. Отметьте уровень воды в бюретке А и запишите в таблицу с точностью до 0,05 мл (по нижнему мениску (см. рис.)); V1 должен находиться на одном уровне с нижним мениском воды.

Наклоните пробирку так, чтобы металл упал в кислоту. Выделяющийся при взаимодействии металла с кислотой водород вытесняет воду из бюретки

А в бюретку Б. Наблюдайте за реакцией. Бюретку Б опускайте вниз так, чтобы уровень воды в обеих бюретках все время находился на одном уровне.

Когда весь металл растворится, и понижение уровня в бюретке А прекратится, дайте пробирке охладиться и принять комнатную температуру. Затем приведите положение воды в обеих бюретках точно к одному уровню,

Вычисления

1.Объем выделившегося водорода V н2 = V2 - V1.

2.Абсолютная температура Т = 273 + t.

3.Давление водорода Рн2 = Р атм. – h водяного пара.

4.Для приведения объема газа к нормальным условиям пользуются уравнением газового состояния

16

5.Эквивалентная масса металла определяется из формулы закона эквивалентов

где VЭ0 - объем эквивалентной массы водорода, л..

H 2

6. Узнайте у преподавателя, какой металл был взят для опыта, и подсчитайте процент ошибок

П = ( Ээксп. −Этеор. ) 100%. Этеор.

В теоретической части ответьте на контрольные вопросы, произведите расчеты, оформите и сдайте отчет преподавателю.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что называется эквивалентом и эквивалентной массой вещества?

2.В чем сущность закона эквивалентов?

3.Чему равен объем эквивалентной массы водорода и кислорода? Подтвердите расчетами.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Глинка Н.Л. Общая химия. - М.: Интеграл-Пресс,2003. - С. 25-26.

2.Коровин Н.В. Курс общей химии. – М.: Высшая школа, 2001.- С. 1415.

3.Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. – М.: Высшая школа, 1980. - С. 9 -11.

17

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ КИСЛОТ ЗАДАННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ПОЛУЧЕННЫХ РАСТВОРОВ МЕТОДОМ ТИТРОВАНИЯ

Цель работы: изучить приемы приготовления растворов и основные методы определения их концентрации. Способы выражения концентрации растворов: молярная, нормальная, процентная, моляльная, титр раствора.

Рабочее задание: приготовить раствор соляной кислоты из концентрированной кислоты и определить концентрацию полученного раствора методом титрования.

СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Метод титрования сводится к измерению объемов растворов реагирующих веществ, концентрация одного из которых известна.

Растворы точно известной концентрации называются титрованными. Концентрацию титрованных растворов выражают через титр или через

нормальность, молярную концентрацию эквивалентов (N).

Под титром понимают число граммов вещества, растворенного в 1 мл раствора.

Нормальностью называется число эквивалентов растворенного вещества, содержащееся в 1 л раствора.

Согласно закону эквивалентов, все вещества реагируют между собой в количествах, пропорциональных их эквивалентам, а также в равно эквивалентных количествах. Поэтому растворы различных веществ одинаковой нормальности реагируют между собой в равных объемах, а растворы разной нормальности реагируют в объемах, обратно пропорциональных их нормальностям:

где V1, V2 – объем растворов (л); N1, N2 – нормальности растворов (моль-э/л или н).

При титровании нужно точнее установить момент наступления эквивалентности или, как говорят, фиксировать эквивалентную точку титрования. Для этого приходится прибавлять к титруемому раствору подходящий инди-

18

акций, например, NaOH + HCl = NaCl + H2O – реакция нейтрализации, получило название метода нейтрализации.

В методе нейтрализации применяют чаще всего индикаторы фенолфталеин и метилоранж. При титровании кислоты щелочью удобнее применять фенолфталеин, при титровании же щелочи кислотой – метилоранж.

Для точного измерения объемов в количественном анализе применяются бюретки, пипетки и мерные колбы.

Бюретки служат для титрования и представляют собой цилиндрические трубки с суженным концом, к которому при помощи резиновой трубки присоединяется оттянутая стеклянная трубочка. На свободную часть резиновой трубки надевается металлический зажим, позволяющий при надавливании на него двумя пальцами выпускать жидкость из бюретки. Иногда вместо зажима в резиновую трубку вставляют маленький стеклянный шарик. Если слегка сжать резинку в том месте, где помещается шарик, то между ним и шариком образуются узкие канальцы, через которые и вытекает жидкость из бюретки.

Для титрования растворами веществ, которые действуют на резину, пользуются специальными бюретками со стеклянными кранами.

Бюретка разделена на миллилитры (50 и 25) и десятые доли их, причем нулевое деление помещается вверху бюретки.

Поверхность жидкости в бюретке представляется широкой вогнутой полоской (мениск). При отсчетах смотрят, какого деления касается нижний край мениска (край нижнего мениска должен находиться на уровне глаз).

Пипетки служат обычно для точного отмеривания каких-либо определенных объемов исследуемого раствора (или раствора реактива) и представляют собой длинные узкие трубки с расширением в середине. В верхней, узкой части пипетки имеется кольцевая черта, до которой пипетку наполняют жидкостью. Пипетки делаются обычно емкостью 100; 50; 20; 10 и 5 мл. Раствор в пипетку всасывают резиновой грушей, глубоко погрузив нижний конец ее в жидкость. Всасывают в пипетку раствор так, чтобы уровень жидкости в ней поднялся приблизительно на 2 см выше черты. Затем быстро закрывают верхнее отверстие пипетки указательным пальцем, чуть-чуть приоткрывая его, дают жидкости очень медленно стекать, пока нижний край мениска не коснется черты деления. Пипетку переносят в заранее приготовленный сосуд и, держа ее вертикально, дают жидкости вытечь. По окончании истечения прикасаются кончиком пипетки к стенке сосуда и ждут несколько секунд. После этого вынимают пипетку из сосуда, не обращая внимания на оставшуюся в ней каплю. Выдавливать эту каплю ни в коем случае не следует.

Перед наполнением пипетки и бюретки исследуемым раствором их тщательно моют и ополаскивают исследуемым раствором.

Мерные колбы применяют для разбавления исследуемого раствора до определенного объема, часть которого отбирается для титрования при помощи пипетки. Мерные колбы представляют собой колбы с длинной узкой

19