20120707_Golubev_PR

Лабораторна робота № 1

Методи очищення речовин. Основні класи неорганічних сполук

Мета роботи. Ознайомлення методами очищення речовин; з реакціями утворення оксидів металів і неметалів та основ, а також вивчення їх властивостей; вивчення реакцій утворення та властивостей кислот та солей.

Матеріали та реактиви:

Прилади та посуд: пінцет; штатив з муфтою та затискачем; азбестова сітка; плоскодонна колба; корок з газовідвідною трубкою; штатив з пробірками; пробіркотримач; газовий пальник; балон з СО2 або апарат Кіппа; порцелянова чашка; кристалізатор; скляна паличка, паперовий та вугільний фільтри, лійка, прилад для дистиляції.

Тверді речовини: мідні пластинки (дроти); (СuOH)2CO3 (порошок); CaCO3 (крейда); ZnO; CaO; BaO; натрій металічний; CH3COONa; MgO; магній (стрічка); І2; КІ.

Індикатори: розчини лакмусу; метилового рожевого; метилоранжу; фенолфталеїну (спиртовий).

Розчини: дистильована вода; HCl (конц. та 2н); H2SO4 (конц. та 2н); NaOH та КОН

(конц. та 2н); CuSO4 (0,5н); вапняна вода – розчин Са(ОН)2 (нас.); MnSO4 (0,5н); FeCl3 (0,5н); Pb(NO3)2 (0,5н); ZnCl2 (0,5н); Al2(SO4)3 (0,5н); Cr(NO3)3 або CrCl3 (0,5н); NaCl (0,5н); AgNO3 (0,1н); Na2SO4 (0,5н); BaCl2 (0,5н); KI (0,1н); Na2SiO3 (10%); CoCl2 (0,5н); NaCl (0,5н) з

механічними домішками; водогінна вода, розчин чорнил або фуксину.

Дослід 1. Методи очищення речовин а) фільтрування

В хімічну склянку налити 100 мл води, яка містить механічні домішки та розчинені солі (наприклад, NaCl), і розчин профільтрувати через целюлозний фільтр в другу склянку або колбу (див. рис. 10). Якщо розчин має кольорове забарвлення, наприклад, зумовлене наявністю чорнил або фуксину, необхідно повторити фільтрування через вугільний фільтр.

б) возгонка (роботу проводять у витяжній шафі).

Йод часто містить вологу і такі сполуки, як йод (І) хлорид ІCl, йод (І) бромід ІBr, йод (ІІІ) хлорид ІCl3 та інші. Для його очищення від цих домішок проводять возгонку в присутності кальцій оксиду та калій йодиду. Зважити на технічних терезах: 1 г кристалічного йоду; 0,1 г калій йодиду та 0,5 г кальцій оксиду. Перенести всі ці речовини у порцелянову чашку і перемішати скляною паличкою. Над чашкою закріпити в штативі конічну колбу, заповнену на 1/3 холодною водою. Чашку поставити на азбестову сітку і обережно підігріти. При цьому сублімований йод буде конденсуватися на поверхні холодної колби. Кристали йоду зібрати з колби скляною паличкою. Можна для возгонки використати кристалічний амоній хлорид.

в) перегонка (дистиляція)

Зібрати прилад для дистиляції води, як показано на рис.12. Провести дистиляцію водогінної води. Після дистиляції вода практично не має розчинених солей та не залишає осаду на посуді при висиханні.

Дослід 2. Утворення оксидів а) Тонку пластинку міді нагріти в полум’ї пальника. Спостерігати

утворення нальоту чорного кольору. Написати рівняння реакції.

21

б) В пробірку налити 0,5 мл розчину CuSO4 і додати декілька крапель розчину NaOH або KOH. Осад, що утворився, нагріти. Спостерігати зміну забарвлення осаду. Написати відповдні рівняння реакції.

в) Суху пробірку з газовідвідною трубкою закріпити в штативі горизонтально; кінець трубки занурити в колбу з вапняною водою. В пробірку внести невелику кількість солі (CuОН)2CO3 і нагріти в полум’ї пальника. Які оксиди утворюються? Як змінюється колір солі в пробірці? Чим викликане помутніння вапняної води? Написати рівняння реакцій. Пробірку з утвореним купрум оксидом зберегти для досліду 2(в).

Дослід 3. Властивості основних оксидів а) Білий порошок оксиду СаО внести в пробірку з водою та додати кілька

крапель фенолфталеїну. Спостерігати часткове розчиннення порошку та зміну кольору індикатора. Написати рівняння реакції.

б) В пробірку внести порошок купрум (ІІ) оксиду, одержаний в досліді 1(б). Додати 0,5 мл розчину кислоти НСl або H2SO4. Пробірку обережно нагріти. Спостерігати колір утвореного розчину. Написати рівняння реакції.

Дослід 4. Властивості кислотних оксидів а) В пробірку налити дистильованої води, додати кілька крапель

індикатора метилового рожевого і пропустити через воду вуглекислий газ СО2. Як змінилося забарвлення індикатора? Написати рівняння реакції.

б) в пробірку внести 1-2 мл розчину Са(ОН)2 і пропустити через розчин вуглекислий газ СО2. Спостерігати утворення осаду та написати рівняння реакції.

Дослід 5. Властивості амфотерних оксидів

В дві пробірки внести невелику кількість цинк оксиду ZnO. В першу пробірку додати розчин кислоти НСl або H2SO4, в другу – концентрований розчин лугу до розчинення оксиду в пробірках. Написати рівняння реакцій та зробити висновок відносно хімічного характеру оксиду ZnO.

Дослід 6. Утворення основ а) Невелику кількість натрію внести в кристалізатор з водою. Після

закінчення реакції додати декілька крапель фенолфталеїну. Спостерігати забарвлення розчину та написати рівняння реакції. (дослід демонструє лаборант).

б) У порцеляновій чашці розчинити у воді невелику кількість ВаО та додати 2-3 краплі фенолфталеїну. Який колір має розчин? Написати рівняння реакції.

в) В пробірку внести 1 мл розчину FeCl3 і додати надлишок 2 н розчину NaOH. Написати рівняння реакції. Відмітити колір осаду.

Дослід 7. Властивості лугів і нерозчинних основ

а) В три пробірки налити по 0,5 мл розчину NаОН або КОН і в кожну пробірку додати 2-3 краплі одного з індикаторів – фенолфталеїну, лакмусу, метилового рожевого (метилоранжу). Спостерігати колір розчинів.

б) В пробірку внести 1 мл розчину Pb(NO3)2 і додати по краплях розчин лугу до утворення осаду. Визначити колір утвореного осаду. Пробірку з осадом Pb(OH)2 нагріти. Як змінюється колір осаду? Написати рівняння реакцій.

22

Дослід 8. Утворення та властивості амфотерних гідроксидів

а) До двох пробірок внести по 1 мл розчину солі Al2(SO4)3 і додати по краплях розчин NaOH до утворення осаду. До осаду в першу пробірку додати розчин кислоти, в другу – надлишок розчину лугу. Спостерігати розчинення осадів. Написати рівняння реакцій.

б) Повторити попередній дослід з розчином солі Cr(NO3)3 або CrCl3. Написати рівняння відповідних реакцій.

Дослід 9. Утворення кислот

а) В пробірку внести декілька кристалів натрій ацетату і додати 0,5 мл концентрованого розчину Н2SO4. Визначити за запахом, яка речовина утворилася. Написати рівняння реакції.

б) Яка кислота утворилася при пропусканні СО2 крізь воду в досл. 3(а)? Чому змінилося забарвлення індикатора?

Дослід 10. Властивості кислот

а) В трьох пробірках перевірити дію індикаторів – лакмусу, метилового рожевого, фенолфталеїну на розчини сульфатної (H2SO4) або хлоридної (НСl) кислот. Записати спостереження.

б) В чотирьох пробірках перевірити дію розчину НСl на металічні магній та мідь. Нагріти пробірки. В якому випадку спостерігається хімічна реакція? Написати рівняння реакції.

в) В пробірку внести невелику кількість MgO. Додати пробірку 0,5 мл розбавленого розчину H2SO4 або НСl. Обережно нагріти пробірку. Написати рівняння реакції.

г) Перевірити дію H2SO4 або НСl на осад Mn(OH)2. Для цього необхідно отримати осад в пробірці за реакцією обміну між розчинами MnSO4 і NaOH. Написати рівняння реакцій.

д) В пробірку внести невелику кількість порошку CaCO3 і додати по краплях розчин H2SO4 або НСl. Що спостерігається? Написати рівняння реакції.

Дослід 11. Утворення і властивості середніх солей

а) В трьох пробірках дослідити взаємодію розчинів: NaCl та AgNO3; Na2SO4 та BaCl2; Pb(NO3)2 та КІ. Записати спостереження. Написати рівняння реакцій.

б) До 1-2 мл розчину Na2SiO3 додати по краплях концентровану хлоридну кислоту. Струсити пробірку. Що утворюється? Написати рівняння реакції.

Дослід 12. Утворення кислих солей та їх властивості

В пробірку налити 2 мл насиченого розчину Ca(OH)2. Пропустити СО2 в пробірку з розчином кальцій гідроксиду. Спостерігати утворення осаду середньої солі. Продовжити пропускати СО2 до розчинення осаду внаслідок утворення кислої солі. Написати рівняння реакцій.

Дослід 13. Утворення основних солей та їх властивості

23

а) До 1 мл розчину CoCl2 додати по краплях розчин NaOH до утворення осаду синього кольору. Написати рівняння реакції утворення основної солі.

б) Осад, що був отриманий в попередньому досліді, розділити на дві пробірки. До першої пробірки додати розчин лугу до зміни кольору осаду, до другої пробірки додати розчин H2SO4 до розчинення осаду. Відмітити колір утворених осаду і розчину. Написати рівняння реакцій перетворення основної солі в середню та в гідроксид.

Тема 2 Атомно-молекулярне вчення

Теоретичні питання: Основні поняття і закони хімії. Закон збереження маси. Закон сталості складу. Закон кратних відношень. Закон еквівалентів. Закон об′ємих відношень. Закон Авогадро та його наслідки. Основні газові закони. Молярна маса, моль, молярний об′єм. Визначення молярних мас. Рівняння Клапейрона-Менделєєва. Визначення атомних мас елементів: за методом Канніццаро, за правилом Дюлонга і Пті. Знаходження хімічних формул за їх кількісним складом.

Еквівалент та еквівалентна маса. Еквівалентний об′єм. Еквівалент та еквівалентна маса: простої речовини, елемента в сполуці, складної речовини (оксиду, основи, кислоти та солі). Еквівалент та еквалентна маса речовини у хімічних реакціях. Еквівалент та еквівалентна маса окисника та відновника.

Література: [1] с.7-20; [2] с.4-14.

Основні хімічні поняття та закони хімії Контрольні запитання

1.Дайте визначення понять: а) елемент, атом, молекула; б) проста і складна речовина; в) відносні атомна та молекулярна маси; в) абсолютні маси атома і молекули.

2.З яким законом пов’язане створення атомно-молекулярного вчення? Сформулюйте закон збереження маси речовини, закон сталості складу, закон кратних відношень, закон Авогадро та наслідки, що випливають з нього.

3.Що таке молярний об’єм газу і чому він дорівнює за нормальних умов?

4.Що таке хімічний еквівалент та молярна маса еквіваленту речовини? Сталими чи змінними є ці характеристики для конкретної речовини?

5.Яка залежність існує між атомною масою елемента, молярною масою еквівалента та валентністю?

6.В яких випадках еквівалентна маса елемента дорівнює його атомній масі? Чи є значення еквівалентної маси хімічного елемента сталою величиною?

7.Як визначити молярну масу еквівалента складної речовини (оксиду, основи, кислоти, солі)? Наведіть приклади.

8.Чому дорівнює молярна м аса еквівалента іона (катіона, аніона)? Наведіть приклади.

9.Як визначити молярну масу еквівалента речовини, що бере участь в окисно-відновній реакції?

10.Який закон є основою багатьох стехіометричних розрахунків? В чому сутність закону еквівалентів? Наведіть формулювання закону.

24

11. Для газоподібних речовин користуються поняттям еквівалентного об’єму. Що це поняття означає? Як можна визначити еквівалентний об’єм газу? Чому він дорівнює для водню, кисню за нормальних умов?

12.Які експериментальні методи можуть застосовуватися для визначення молярних мас еквівалентів елементів?

Лабораторна робота № 2

Визначення еквівалентної маси металу методом витискання

Мета роботи. Вивчення методу визначення еквівалентної маси металу за об’ємом витисненого металом водню із сполук.

Матеріали та реактиви:

Прилади та посуд: штатив з муфтою та затискачем; аналітичні терези з різновагами; плоскодонна колба на 100 мл; корок з газовідвідною трубкою; мірний циліндр на 150-200 мл; скляна пластина; кристалізатор; барометр; термометр.

Тверді речовини: порошок одного з активних металів: Mg, Zn, Al (х.ч.). Розчини: водогінна вода; HCl (2н).

В колбу (3) місткістю 100 мл налити 10 мл розведеної хлоридної кислоти і закріпити її в штативі (рис. 14). В мірний циліндр (2) налити води, закрити скляною пластинкою так, щоб не було бульбашок повітря, опустити його отвором у кристалізатор (1) із водою. Зняти під водою скляну пластинку. Циліндр закріпити вертикально в затискачі штатива. В горло колби покласти наважку металу, взяту на аналітичних терезах

Рис. 14 (~ 40 – 70 мг) і щільно закрити корком з газовідвідною трубкою (1). Кінець

трубки піднести під отвір циліндра. Перевести колбу у вертикальне положення, щоб метал впав у кислоту. Після початку реакції водень разом з повітрям, який містився у колбі, почне надходити у циліндр, витискаючи з нього воду. Коли реакція закінчиться, визначити об’єм виділеного водню. Зняти показники барометра і термометра.

Розрахувати еквівалентну масу металу за законом еквівалентів двома шляхами: 1. Через масу виділеного водню:

Застосовуючи рівняння стану ідеального газу Менделєєва-Клапейрона

металу. ( EH2 = 1 г/моль).

2.Через об’єм виділеного водню, приведений до нормальних умов:

Застосовуючи рівняння об’єднаного газового закону

25

PH2 VH2 = P0V0

T T0

привести об’єм виділеного водню до нормальних умов (V0). Тиск водню в циліндрі (PH2 ) визначити із співвідношення: Pбар = PH2 + РH2O + 0,0098× h ,

де Pбар – барометричний тиск, кПа;

PH2O – тиск насиченого водяної пари в кПа при температурі досліду

(див. табл. 1);

h – висота стовпчика води в циліндрі від поверхні води в кристалізаторі, мм. Температура повітря в приміщенні дорівнює: Т = 273 + t0С.

Якщо є необхідність розрахувати тиск в мм рт.ст. або в атм., то треба пам’ятати, що 101,325 кПа = 1 атм = 760 мм рт.ст., та використовуючи пропорцію, перевести тиск у відповідні одиниці.

За приведеним до н.у. об’ємом виділеного водню (V0), використовуючи закон еквівалентів, знайти еквівалентну масу металу:

Визначити абсолютну похибку досліду, для чого розрахувати теоретичний еквівалентну масу металу із співвідношення його атомної маси і валентності: Е = А/В.

Абсолютна похибка досліду дорівнює:

абс = /Е теор - Е експ./

Відносна похибка досліду, %, дорівнює:

відн. = ± / Eтеор. - Eексп./ 100.

Етеор.

Визначення молекулярних і атомних мас речовин Контрольні запитання

1.Які фізичні параметри використовують для характеристики стану газу?

2.Який газ називається ідеальним та чим відрізняється реальний газ від ідеального?

3.Що таке універсальна газова стала та який її фізичний зміст? Наведіть її чисельні значення в різних розмірностях.

26

4.Що таке парціальний тиск газу? Сформулюйте закон парціальних тисків. Як залежить парціальний тиск газів від їх об’ємної та мольної частки в певній суміші?

5.В чому відмінність між абсолютною (ρ) та відносною (D) густиною газів?

6.Чим відрізняються відносна молекулярна та молярна маси?

7.Перелічіть методи визначення відносних молекулярних мас газоподібних речовин, вказавши, в яких випадках застосовується кожний метод.

8.Виведіть формулу Клапейрона-Менделєєва, виходячи з математичного виразу об’єднаного газового закону газового ст. ану.

9.Які методи існують для визначення відносних атомних мас елементів? В чому сутність методу визначення атомних мас за Канніццаро? Чому за цим методом бажано визначити молярні маси та масовий склад як можна більшої кількості сполук даного елемента?

10.В чому сутність методу визначення відносних атомних мас за Дюлонгом і Пті? Чи для всіх елементів можна визначити атомні маси за цим методом? Чому для точного визначення відносних атомних мас за їх атомній теплоємкості необхідно також експериментальне визначення молярних мас їх еквівалентів?

11.Що таке хімічна формула? Яка інформація про речовину в ній закладена? Які є типи хімічних формул?

12.В чому відмінність між найпростішою та дійсною формулами? Які дані треба мати для знаходження дійсної формули речовини?

13.Що таке графічна (структурна) формула? Складіть графічні формули будь-якого оксиду, основи, кислоти, солі.

Лабораторна робота № 3

Визначення молекулярної маси вуглекислого газу

Мета роботи. Вивчення методу визначення молекулярної маси речовини в газоподібному стані.

Матеріали та реактиви:

Прилади та посуд: технохімічні терези з різновагами; плоскодонна колба з корком на 300-500 мл; восковий олівець; мірний циліндр на 1000 мл; балон з СО2 або апарат Кіппа; барометр; термометр.

Одержати у лаборанта суху колбу, щільно закрити її корком і спеціальним олівцем зробити позначку про глибину входу корка в горло колби. Зважити колбу з корком на технохімічних терезах з точністю до 0,01 г і результат зважування записати в журнал. Потім впродовж 0,5-1 хвилини заповнювати колбу вуглекислим газом, швидко закрити її корком так, щоб корок зайняв позначене олівцем положення. Зважити колбу з газом. Заповнити колбу вуглекислим газом повторно та зважити її. Різниця між першим і другим зважуванням не повинна перевищувати 0,01 г. Визначити об’єм колби V, для чого заповнити її водою кімнатної температури до позначки на горлі колби і виміряти об’єм води мірним циліндром. Записати показники барометра і термометра.

Запис експериментальних даних і розрахунки маса колби з корком і повітрям, m1, г;

27

Тема 3 Основні закономірності перебігу хімічних реакцій

Теоретичні питання: Поглинання та виділення енергії при хімічних перетвореннях. Внутрішня енергія. Робота. Закон збереження енергії. Тепловий ефект ізобарного та ізохорного процесів. Ентальпія. Термохімічні рівняння. Закон Гесса та наслідки з нього. Стандартні ентальпії утворення речовин. Ентальпії хімічних реакцій. Ентропія як міра невпорядкованості системи. Зміна ентропії у хімічних процесах. Енергія Гіббса як критерій самоплинного перебігу процесу та термодинамічної стійкості хімічних сполук.

Хімічна кінетика. Гомогенні та гетерогенні реакції. Швидкість хімічної реакції. Фактори, які впливають на швидкість хімічних реакцій. Закон дії мас. Порядок та молекулярність хімічних реакцій. Вплив температури на швидкість хімічних реакцій. Правило Вант-Гоффа та рівняння Арреніуса. Енергія активації.

Каталіз. Каталізатори. Механізм каталізу. Енергія активації каталітичних реакцій. Гомогенний та гетерогенний каталіз. Інгібітори.

Необоротні та оборотні хімічні реакції. Хімічна рівновага. Константа хімічної рівноваги. Зміщення хімічної рівноваги. Принцип Ле-Шательє.

Література: [1] с.104-114, [2] с.126-139; [1] с.114-128, [2] с.140-156.

Контрольні запитання Енергетика хімічних та фазових перетворень

1.Поясніть, чому хімічні реакції відбуваються, як правило, з поглинанням або вилділенням теплоти?

2.Що називають тепловими ефектами хімічних реакцій? В яких випадках рівняння хімічних реакцій називають термохімічними?

3.Чим відрізняються термохімічна та термодинамічна системи знаків для теплових ефектів реакцій?

4.Які умови в термохімії та термодинаміці прийнято за стандартні? Який стан речовини вважається стандартним? Чим викликана необхідність введення стандартних умов та стандартного стану?

5.Що називається теплотою: а) утворення; б) розкладу; в) згоряння речовин? В яких одиницях її виражають?

6.Дайте формулювання закону Лавуазьє-Лапласа.

7.Що називають внутрішньою енергією системи? Чому в термодинамічних розрахунках використовують не абсолютні значення внутрішньої енергії (U), а її зміну ( U) при переході системи з одного стану в інший?

8.За яких умов зміна внутрішньої енергії дорівнює теплоті, що одержала система з довкілля?

9.Що називають ізобарним процесом? На що витрачається теплота, що одержана системою в умовах сталого тиску?

10.Що таке ентальпія? Яким рівнянням визначається ентальпія та її зміна?

За яких умов зміна ентальпії ( Н) дорівнює теплоті, одержаній системою

з довкілля? Чи залежить зміна ентальпії від температури?

11.Який закон є основним законом термохімії? Дайте формулювання закону Гесса. Наведіть наслідки з цього закону.

29

12.Згідно з принципом Бертло-Томсона хімічні реакції самовільно відбуваються в бік виділення теплоти, тобто, в бік зменшення ентальпії. Чи є це правило загальним, або обмеженим?

13.Охарактеризуйте зміну ентальпії при фізичних перетвореннях: випаровуванні, плавленні, сублімації, поліморфних перетвореннях.

14.Що таке ентропія? Як змінюється ентропія при перетворенні твердої речовини на рідину, рідини на газ, газу на тверду речовину, при розчиненні твердої речовини у воді та газу у воді?

15.Чому дорівнює ентропія ідеального кристалу при абсолютному нулі?

16.Якими одночасно діючими факторами визначається напрямленість хімічного процесу?

17.Яку т тенденцію системи виражає: а) ентальпійний фактор; б) ентропійний фактор? Яка функція стану системи дає кількісну характеристику одночасного впливу цих факторів? Яким рівнянням це виражається?

18.Що таке енергія Гіббса? Який існує зв’язок цієї величини ( G) з ентальпією та ентропією? Яким чином зміна ізобарно-ізотермічного потенціалу вказує на термодинамічну можливість або нем можливість

самовільного протікання процесу? Яке значення G визначає рівнважний стан системи?

Хімічна кінетика та хімічна рівновага

1.Що вивчає хімічна кінетика? Яка її практична мета?

2.Дайте визначення та наведіть приклади гомогенних та гетерогенних реакцій.

3.Які основні фактори впливають на швидкість гомогенних та гетерогенних реакцій?

4.Сформулюйте закон дії мас. Що таке константа швидкості реакції та який

їїфізичний зміст? Від чого залежить константа швидкості реакції та чи може змінюватись її значення протягом реакції?

5.Якою формулою виражається правило Вант-Гоффа, що визначає залежність швидкості хімічної реакції від температури?

6.Що називають температурним коефіцієнтом швидкості реакції? Які значення він набуває?

7.Які реакції називають: а) оборотними, необоротними; б) прямими, зворотними? Наведіть відповідні приклади та поясніть, чи може та за яких умов необоротна реакція стати оборотною.

8.Що називають енергією акт овації та активованим комплексом?

9.Які реакції називають каталітичними? Що таке каталізатори та інгібітори?

10.Який каталіз називають гомогенним, гетерогенним? Чому каталізатор не впливає на тепловий ефект реакції? Яку роль відіграють адсорбціонні процеси в гетерогенному каталізі?

30