01.Лечебное дело / Общая химия / Литература / МУРОМЦЕВА ПРАКТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Нефтегазовое дело, химия и экология»

Е.В. Муромцева

ПРАКТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Методическое пособие по выполнению лабораторных работ

Хабаровск Издательство ДВГУПС

2015

УДК 542(075.8)

ББК Г1я73

М 915

Рецензент – кандидат химических наук, доцент кафедры «Нефтегазовое дело, химия и экология» ДВГУПС

C.А. Малиновская

Муромцева, Е.В.

М 915 Практическая химия : метод. пособие по выполнению лабораторных работ / Е.В. Муромцева. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС,

2015. – 89 с. : ил.

Методическое пособие соответствует с ФГОС ВО по специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений».

Содержит лабораторные работы, основные понятия, термины, определения и расчетные формулы, а также контрольные вопросы и необходимую информацию для самостоятельной работы.

Предназначено для студентов 2-го курса очной формы обучения, изучающих дисциплину «Химия в строительстве».

УДК 542(075.8)

ББК Г1я73

ДВГУПС, 2015

2

ВВЕДЕНИЕ

Методическое пособие «Практическая химия» составлено на основании учебного плана ДВГУПС по специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений» по дисциплине «Химия в строительстве». Данная дисциплина входит в блок С2. «Математический и естественно-научный цикл», базовая часть Б.16. Дисциплина изучается в 4-м семестре.

Для данного курса требуется более углубленное изучение основных разделов химии.

Современное строительство невозможно представить без использования материалов химической промышленности: полимерных, конструкционных, вяжущих, отделочных и т.д. Различные вопросы строительства решаются с помощью знаний в области химии: ускорение или замедление процессов твердения вяжущих материалов, определение необходимого количества энергии для получения вяжущего вещества из сырья, возможность коррозии материалов и способы защиты и т.д. Знания о химических свойствах материалов позволяют правильно использовать их в строительном производстве, получая при этом максимальную выгоду и нанося минимальный вред окружающей среде.

Главная цель методического пособия состоит в том, чтобы основные разделы химии нашли отражение в соответствующих лабораторных работах; помочь в овладении следующих компетенций ПК = 17, 19, 21 и

ПСК = 1,5.

Данное методическое пособие состоит из лабораторных работ: комплексные соединения; гидролиз солей; основные химические показатели воды; адсорбция красителя метиленового голубого на активированном угле; коллоидные растворы и определение активности кальциевой извести; изучение свойств полимерных материалов.

Для работ по курсу «Химия в строительстве» даны краткие теоретические сведения. В конце каждой работы помещены задачи и упражнения, выполнение которых позволит студенту судить о качестве усвоения им изучаемого материала.

Одним из обязательных требований является индивидуальная работа каждого студента. Для допуска к работе необходимо представить в тетради или на формате А4 заготовку к лабораторной работе, где должно быть отражено:

цель работы;

краткие теоретические сведения;

название эксперимента;

начерчены схемы, таблицы, куда будут заноситься результаты работы.

После выполнения работы (эксперимента) необходимо записать наблюдения и сделать вывод.

3

Общие правила работы в химической лаборатории

1.Перед началом работы необходимо ознакомиться с темой, уяснить цель, если предстоит работа на оборудовании, ознакомиться с принципом действия.

2.В лаборатории запрещается пробовать реактивы на вкус, принимать пищу и напитки, курить, щелкать тумблерами, трогать приборы, не относящиеся к работе.

3.Не загромождать рабочее место посторонними предметами.

4.Реактивы, находящиеся в вытяжном шкафу, нельзя переносить на свое рабочее место.

5.Реактивы, рассыпанные или пролитые на пол или на стол, необходимо нейтрализовать и убрать.

6.Сухие реактивы берут чистым шпателем, реактивы, находящиеся на рабочем столе, предназначены для индивидуального пользования и их набирают пипеткой. Для каждого реактива своя пипетка.

7.Запрещается брать реактивы, не относящиеся к данной работе, и проводить с ними опыты. При невыполнении данного требования, студент отстраняется от занятия.

8.Пробирки при нагревании закрепляют либо в штативной лапке, либо в пробиркодержателе ближе к отверстию. Отверстие пробирки необходимо направлять от себя и окружающих, во избежание выброса веществ из пробирки.

9.Знакомясь с запахом вещества, нельзя наклоняться над сосудом с жидкостью и вдыхать полной грудью. Для этого нужно направить рукой струю воздуха от отверстия сосуда к себе и сделать носом легкий вдох.

10.Избегайте попадания реактивов на открытые участки кожи, в глаза, при попадании реактива их необходимо тщательно промыть.

11.По окончании занятия необходимо убрать свое рабочее место, а химическую посуду помыть.

12.О любом происшествии в лаборатории, даже самом незначительном, необходимо сообщить преподавателю или лаборанту.

4

Лабораторная работа № 1 КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Цель занятия: изучить строение, познакомиться со свойствами комплексных соединений и их практическим значением в строительстве.

1.1. Теоретические сведения

Комплексные соединения один из многочисленных и разнообразных по составу и строению класс химических соединений. Теоретической основой строения комплексных соединений является координационная теория, опубликованная в 1893 г. швейцарским химиком А. Вернером.

Mn2+и т.д., в данном примере Zn2+;

лиганды L (лат. «ligare» – связывать) –

ре это молекулы NH3;

координационное число КЧ – число связей, образуемых центральным атомом с лигандами. Чаще всего бывают соединения с КЧ = 4 или 6, реже 2, 8, бывают соединения где КЧ равно 10 и 12. Число связей, образуемых одним лигандом с комплексообразователем, характеризует дентатность лиганда, т.е. лиганды могут быть

моноили полидентантными.

заряд комплексного иона определяется алгебраической суммой

заряда комплексообразователя и зарядом всех лиганд: [Zn+2 NH03 4]2+.

Различают катионные комплексы – [Ag(NH3)2]+, [Cu(NH3)4]2+, [Al(H2O)6]3+; анионные комплексы – [Zn(OH)4]2–, [Co(NO2)6]3–, [Fe(CN)6]4–; нейтральные – [Co(NH3)3(NO2)3]0.

Внутренняя и внешняя сферы комплексного соединения сильно различаются по устойчивости. Частицы, находящиеся во внешней сфере, связаны с комплексным ионом силами электростатического взаимодействия и поэтому в водном растворе легко диссоциируют. Этот процесс называется первичной диссоциацией, и он протекает по типу сильных электролитов, т.е. полностью.

5

Например: K3[Fe(CN)6] = 3K+ + [Fe(CN)6]3– [Ni(NH3)6]Cl2 = [Ni(NH3)6]2+– + 2Cl–

Лиганды, находящиеся во внутренней сфере комплексного соединения, связаны с центральным атомом прочными ковалентными связями по донорно-акцепторному механизму, в водных растворах диссоциируют частично. Обратимый распад внутренней сферы комплексного соедине-

ния называется вторичной диссоциацией: [Fe(CN)6]3– Fe3+ + 6CN– [Ni(NH3)6]2+– Ni2+ + 6NH3.

Вторичная диссоциация характеризуется наличием равновесия между комплексным ионом, центральным ионом и лигандами.

Диссоциации комплексного иона, как и диссоциация слабого электролита, подчиняется закону действующих масс. Равновесие характеризуется константой равновесия, называемой в данном случае констан-

той нестойкости

Чем меньше значение константы нестойкости, тем устойчивее комплексный ион. Из приведенных примеров видно, первый ион более устойчив, чем второй.

Иногда для характеристики устойчивости комплексного иона предпочитают использовать обратную величину константе нестойкости. Эта величина называется константой устойчивости Куст:

KУСТ К1 .

Н

Усилить диссоциацию можно:

разбавлением и нагреванием раствора;

добавлением реагентов, дающих с одним из компонентов комплексного иона малорастворимые или еще менее диссоциирующие молекулы или ионы;

использование окислителей или восстаносителей.

Разрушить ион [Ni(NH3)6]2+ можно, добавив к раствору сульфид натрия:

[Ni(NH3)6]2+ + S2– = NiS + 6NH3.

Образуется осадок, у которого ПРNiS = 2,0 10–28. Ионы никеля прочнее связаны в сульфиде, чем в комплексном ионе. При добавлении гидроксида

6

натрия комплексный ион сохраняется, так как ПРNi(OH)2 = 8,7 10–19 и ионов Ni2+ оказывается недостаточно, чтобы превысить величину ПРNi(OH)2 .

Константа нестойкости связана с изменением энергии Гиббса процесса диссоциации комплекса уравнением:

GoT = –RTlnKH.

Значительную часть природных минералов, в том числе полиметаллических руд и силикатов, составляют комплексные соединения. Химические методы извлечения металлов из руд, в частности меди, серебра, алюминия, железа, вольфрама и других, связаны с образованием легкоплавких, легкорастворимых или летучих комплексов: Na3[AlF6] – криолит, KNa3[AlSiO4]4 – нефелин.

1.2. Примеры решения задач

Задача 1. Определите заряд комплексного иона и степень окисления комплексообразователя в соединении [Al(H2O)5Cl]Br2.

Решение. Исходим из того, что молекула комплексного соединения электронейтральна. Данное соединение состоит из внутренней сферы [[Al(H2O)5Cl] и внешней 2Br– c общим зарядом 2–, следовательно, заряд внутренней сферы 2+ ([Al(H2O)5Cl]2+). Он определяется алгебраической суммой заряда комплексообразователя и зарядом всех лиганд

[Al*(H2O0)5Cl–]2+. Составляем уравнение: х + 5 0 + (–1) = 2, х = 3.

Ответ: +3, 2+.

Задача 2. Составьте комплексное соединение для NiCl2 5NH3, если кч = 6.

Решение. Комплексообразователем являются ионы Ni2 , молекулы аммиака находятся во внутренней сфере, так как электронейтральны, ионы хлора могут находиться как во внутренней, так и во внешней сфере. По условию кч = 6, следовательно, 5 молекул аммиака и один ион хлора, во внутренней сфере и один во внешней. Заряд комплексного иона 1+, формула комплексного соединения [Ni(NH3)5Cl]Cl.

Задача 3. Назовите комплексные соединения: [Co(NH3)3(H2O)Cl2]Cl, [Fe(CO)5], KFe[Fe(CN)6].

Решение. В соответствии с правилами ИЮПАК вначале приводят название аниона, а потом в родительном падеже катиона. В названии комплексной частицы сначала называют лиганды, затем комплесообразователь. Лиганды перечисляют в алфавитном порядке, вначале называют

7

ионные лиганды, потом молекулы. К латинскому названию анионного лиганда добавляют окончание -о (хлоро, бромо, сульфато и т.д.). Нейтральные лиганды имеют те же названия что и молекулы, но есть исключения: Н2О – аква, СО – карбонил, NH3 – амин.

Число одинаковых лигандов в комплексе обозначают греческими числительными: 2 – ди, 3 – три, 4 – тетра, 5 – пента, 6 – гекса, 7 – гепта, 8 – окта и т.д. Последним называют комплексообразователь. Если он в составе катиона или молекулы, то дается русское название в родительном падеже для первого случая и в именительном – для второго. Название комплексного аниона заканчивают суффиксом -ат, который добавляется к латинскому названию элемента (купрат, хромат, феррат и т.д.) и после названия в скобках римской цифрой указывают степень окисления.

K4[Fe(CN)6] – гексацианоферрат (II) калия;

[Co(NH3)3(H2O)Cl2]Cl – хлорид дихлороакватриамминкобальта (III), [Fe(CO)5] – пентакарбонилжелезо (0), KFe[Fe(CN)6] – гексацианоферрат (III) железа (II) калия.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1.Какие соединения называются комплексными?

2.Что такое комплесообразователь, лиганды?

3.Что называется константой нестойкости комплексного иона?

Напишите выражение констант нестойкости для следующих комплекс-

ных ионов: [Zn(NH3)4]2+, [Al(H2O)6]3+; [Zn(OH)4]2–, [Co(NO2)6]3–.

4. Какой комплексный ион прочнее:

[Co(NН3)6]2+ или [Co(NН3)6]3+;

[Fe(CN)6]3– или [Fe(CN)6]4–; [Cd(NН3)4]2+ или [Сd(CN)4]2–. Почему?

5.Растворы солей меди со щелочами образуют осадок Cu(OH)2, а с сероводородом – CuS.Чем можно объяснить, что раствор [Cu(NН3)4]SO4 образует осадок с сероводородом и не дает осадка со щелочью?

6.Что такое донорно-акцепторная связь? Определите, что является донором, акцептором в комплексных ионах: [ВF4]–, [Al(OH)4]–, [Zn(NH3)4]2+. Схематично изобразите механизм образования связи.

7.Составить уравнения химических реакций:

Cr2(SO4)3 + NaOH (изб.)

Cd(NO3)2 + Na2SO3 (изб.) [Ag(NH3)2]NO3 + Na2S

8. Практическое значение комплексных соединений.

8

1.3. Индивидуальные задания

Решите задачи, согласно своему варианту.

Вариант 1

1.Напишите уравнения диссоциации комплексных соединений:

[Ag(NH3)2]Cl, [Cu(NH3)4](OH)2. Укажите внутреннюю и внешнюю сферы, комплексообразователь и лиганды.

2.Составьте названия комплексных анионов: [Ni(H2O)(CN)5]3–; [Pt(NH3)Cl3]–; [AuCl3(OH)]–.

Вариант 2

1.Укажите внутреннюю и внешнюю сферы, комплексообразователь и

лиганды в следующих комплексных соединениях: Na3[Fe(CN)6]; [Zn(NH3)4](NO3)2; Sr2[Cu(OH)6]. Напишите уравнения диссоциации цианокомплекса.

2.Составьте названия комплексных анионов и катионов: [Co(NH3)6]2+; [Fe(H2O)F5]3– [Cr(H2O)6]2+.

Вариант 3

1. Укажите внутреннюю и внешнюю сферы, комплексообразователь (центральный атом) и лиганды в следующих комплексных соединениях:

[Cr(CO)6]; Na3[Co(NO2)6]; H2O; Ca[Cr(NH3)2(NCS)4]2. Напишите уравнения диссоциации для корбонил комплеса

Вариант 4

1.Укажите внутреннюю и внешнюю сферы, комплексообразователь (центральный атом) и лиганды в следующих комплексных соединениях:

[Cu(NH3)4]SO4; [Cr(H2O)6]Сl3; K[Ag(CN)2]. Напишите уравнения диссоциа-

ции для циано-комплекса.

2.Составьте названия комплексных анионов: [As(Cl)F3]–; [Ir(NO)Br5]2–; [CoF6]3–.

Вариант 5

1.Определите степень окисления комплексообразователя в ком-

плексных соединениях: Na3[FeF6]; [Cr(C6H6)2]; [Ni(NH3)6]Cl2. Напишите уравнения диссоциации для амино-комплекса.

2.Составьте названия комплексных анионов: [Pd(Cl)2(N3)2]2–; [Co(H2O)4(CO3)2]2–; [Mn(H2O)6]2–.

9

[Ag(NH3)2]Cl. Определите степень окисления комплексообразователя

Вариант 7

1.Определите степень окисления комплексообразователя в ком-

плексных соединениях: Cs[ICl4]; H[AuCl4]; [Fe(C5H5)2]. Напишите уравнения диссоциации для кислоты.

2.Составьте формулы комплексов: катион гексафтороиода(VII), катион тетраамминпалладия(II).

Вариант 8

1.Определите степень окисления комплексообразователя в ком-

плексных соединениях: Na3[Ag(SO3S)2]; [Ti(H2O)6]Cl3; Na3[Fe(CN)6]. Напи-

шите уравнения диссоциации аквакомплекса.

2.Составьте формулы комплексов: гексафторостибат(V)-ион, тетра- гидридоборат(III)-ион.

Вариант 9

1.Определите степень окисления комплексообразователя в ком-

плексных соединениях: Na[Sb(OH)6]; K2[HgI4]; [Cr(H2O)6]Cl3 Напишите уравнения диссоциации для аква комплеса.

2.Составьте формулы комплексов: аквапентахлороферрат(III)-ион, гексафторорутенат(V)-ион

Вариант 10

1.Определите степень окисления комплексообразователя в ком-

плексных соединениях: K[I(I)2]; K3[Cr(OH)6]; Li[AlH4]. Напишите уравнения диссоциации для гидроксо-комплекса.

2.Составьте формулы комплексов: пентакарбонилжелезо, гекса(аммин)осмий.

Вариант 11

1.Определите степень окисления комплексообразователя в ком-

плексных соединениях: K2[TaF7]; Rb2[SnCl6]; [Cr(ОН)2(NCS)2]2SO4.

2.Рассмотрите возможность электролитической диссоциации в водном растворе комплексных соединений: а) гидроксид диамминсеребра(I); б) тетрахлороплатинат(II) калия.

10