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

Вариант 14

1.К 0,01 моль/л водному раствору AsCl3 медленно прилили водный раствор с молярной концентрацией 0,001 моль/л Na2S. Образовался коллоидный раствор. Напишите формулу мицеллы золя. Укажите заряд гранулы.

2.Золь кремниевой кислоты был получен при взаимодействии рас-

творов K2SiO3 и HCl. Напишите формулу мицеллы золя и определите какой из электролитов был в избытке, если гранула в электрическом поле движется к катоду (–).

Вариант 15

1.Напишите схему строения мицеллы золя жидкого стекла Na2SiO3 в водном растворе. Какими ионами возможно осуществить явление коагуляции гидрозоля стекла?

2.Золь бромида серебра был получен путем смешивания равных

объѐмов 0,001 моль/л KBr и 0,004 моль/л AgNO3. Определите знак заряда частиц золя и напишите формулу мицеллы.

5.4. Экспериментальная часть

Опыт № 1. Получение коллоидного раствора гидроксида железа (III)

Реактивы: раствор хлорида железа (III) FeCl3 ( = 2 %), дистиллированная вода, раствор гидроксида натрия NaOH.

А. Метод конденсации В коническую колбу налить 30 мл дистиллированной воды, нагреть

до кипения. В кипящую воду медленно прибавить 18–20 капель раствора хлорида железа (III) до получения коллоидного раствора гидроксида железа (III) красно-коричневого цвета.

Написать уравнения гидролиза хлорида железа (III) в ионно-молеку- лярном и молекулярном виде. Почему не наблюдается осадка гидроксида железа (III). Написать химическую формулу мицеллы золя гидроксида железа (III), учитывая, что потенциалобразующие ионы дает хлор окись железа, образующаяся по уравнению

Fe(OH)3 HCl FeOCl 2H2O.

Указать составные части мицеллы. Гидрозоль оставить для выполнения опытов 2 и 3.

61

Б. Метод пептизации

К 10 каплям раствора хлорида железа (III) добавить 1–2 капли раствора гидроксида натрия. Дать осадку отстояться и отметить его цвет. Осторожно слить раствор с осадка. К осадку прилить 3–4 капли раствора хлорида железа (III). Содержимое пробирки нагреть до кипения. Сравнить цвет образующегося раствора с цветом коллоидного раствора гидрозоля гидроксида железа (III), полученного методом конденсации.

Опыт № 2. Изучение оптических свойств коллоидных растворов

Взять пробирки с раствором гидрозоля железа (III), полученным в опыте № 1 и раствором хлорида натрия, который является истинным. Вставить в держатель прибора для наблюдения эффекта Тиндаля. В каком из растворов виден след проходящего пучка света? О чем свидетельствует этот эффект?

Опыт № 3. Коагуляция золей электролитами

Реактивы: коллоидный раствор гидроксида железа (III), раствор фосфата натрия Na3PO4 , раствор хлорида натрия NaCl.

Коллоидный раствор гидрооксида железа (III), полученный в опыте № 1, поместить в две пробирки. В первую пробирку добавить 5–6 капель раствора фосфата натрия Na 3PO4 , а в другую – такое же количество хлорида натрия NaCl . В какой из пробирок наблюдается выпадение осадка? Дать определение процессу коагуляции. В каком случае коагуляция происходит? Объясните причину. Какие ионы могут вызвать коагуляцию?

Лабораторная работа № 6 ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МЕТАЛЛОВ

И ИХ СОЕДИНЕНИЙ

Цель работы: познакомиться с химическими свойствами металлов, применяемых в качестве конструкционных.

6.1. Теоретические сведения

Металлы и сплавы на их основе обладают высокой прочностью и пластичностью, имеют большую тепло- и электропроводность, могут работать в широком интервале температур. Это позволяет использовать их в качестве конструкционных материалов.

62

В технике металлы можно классифицировать по различным признакам: по плотности – легкие ( 5 г/см3) и тяжелые ( 5 г/см3); по температуре

плавления – тугоплавкие (t 1500 °C) и легкоплавкие (t 1000 °С) и т.д. В промышленности металлы делят на черные и цветные (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Основные свойства металлов, применяемых в сплавах для транспортного строительства

Наибольшее практическое значение имеют сплавы железа с углеродом – стали (содержание углерода до 2,14 % С) и чугуны. Сталь является одним их основных конструкционным материалом. Из нее изготавливают: пролетные строения мостов, опорные конструкции контактной сети, рельсы и рельсовые крепления и т.д. К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14 % С. Практическое применение находят чугуны с содержанием углерода до 4–4,5 %. При большем количестве углерода механические свойства существенно ухудшаются. Чугун применяют для прокладки труб канализации, в основаниях столбов и стоек, в качестве радиаторов и элементов дизайна. Разнообразие форм и конструкций сделали чугун одним из самых востребованных материалов.

Алюминий отличается от других металлов малой плотностью, высокими пластическими и коррозионностойкими свойствами, высокими тепло- и электропроводимостью, а также отражательной способностью. Деформируемые алюминиевые сплавы в виде различных профилей и листов используется в строительстве. Термообрабатываемые сплавы, из которых наиболее известны дуралюмины (сплавы на основе Al – Cu – Mg) и авиаль (сплавы на основе Al – Mg – Si), чаще всего применяются в

63

аэрокосмической промышленности, где требуется высокая прочность при малой массе. Но алюминиевые сплавы широко применяются и практически во всех транспортных средствах – легковых автомобилях, автобусах, железнодорожных вагонах и даже морских и речных судах.

Отличительная особенность меди – ее малое электросопротивление, высокая теплопроводность, хорошая коррозионная стойкость во многих естественных средах (атмосфера, земля, морская и пресная вода). Последнее свойство объясняется как химической стойкостью самой меди, так и устойчивостью образующихся продуктов коррозии. В настоящее время медные сплавы используются в основном в кабельной промышленности, которая поставляет на строительные площадки различные марки кабельной продукции. Медь чаще всего применяется в виде сплавов, в первую очередь с цинком и оловом. В сплавах с цинком, называемых латунями, содержание цинка составляет от 2 до 40 %. Прочность латуней, как правило, повышается с увеличением содержания цинка. Весьма распространена патронная латунь с 30 % цинка. Сплавы меди с оловом, называемые бронзами. Содержание олова в бронзах – от 2 до 30 %. Используются также тройные сплавы меди с оловом и цинком. Другие широко применяемые сплавы меди – с никелем или с никелем и цинком. Такие сплавы типа нейзильбера (Ni от 5 до 35 % и Zn от 13 до 45 %, остальное – медь) отличаются высокой коррозионной стойкостью, а также прочностью. Многие коррозионностойкие медные сплавы, особенно с оловом и никелем, используются в таком оборудовании, как теплообменники, перегонные аппараты, испарители, конденсаторы и трубопроводы.

Цинк применяется главным образом для изготовления протекторов для нанесения защитных покрытий при металлизации стальных изделий и конструкций.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1.Напишите электронные формулы атомов легких и тяжелых конструкционных металлов. Какие валентности они могут проявлять?

2.Как данные металлы реагируют с кислотами и щелочами?

3.Укажите природные соединения конструкционных металлов и способы получения в чистом виде.

4.Необходимо доказать протекание при стандартных условиях реак-

ции: Аl + H2O Al(OH)3 + H2 .

5. Назвать области применения конструкционных материалов.

64

6.2. Экспериментальная часть

Опыт № 1. Окисление меди кислородом воздуха

Оборудование и реактивы: медная проволока, спиртовка.

Возьмите медную проволоку, внесите проволоку в пламя спиртовки и нагрейте. Отметьте, как изменится под действием пламени спиртовки цвет проволоки. Запишите наблюдения, как изменился цвет проволоки. Напишите реакцию взаимодействия меди с кислородом воздуха. Какой процесс протекает?

Оставьте проволоку для следующего опыта.

Опыт № 2. Действие разбавленных кислот на медь и алюминий

Оборудование и реактивы: медная, алюминиевая проволока, медная проволока (см. опыт № 1), разбавленная соляная кислота HCl (1:3), дистиллированная вода, стакан для промывания проволок.

В три пробирки налейте 3–4 см3 разбавленной HCl. Опустите в первую пробирку медную проволоку, окисленную кислородом воздуха, во вторую – медную проволоку, в третью – алюминиевую. Как изменяется интенсивность выделения водорода? Запишите наблюдение. Напишите уравнения реакций взаимодействия металлов с кислотой и сделайте вывод, об устойчивости металлов к действию кислот.

После окончания опыта все проволоки промойте в дистиллированной воде.

Опыт № 3. Действие раствора щелочи на металлы

Оборудование и реактивы: медная, алюминиевая проволока, стальная стружка

Втри пробирки налейте 3–4 см3 гидроксида натрия NaOH и опустите

впробирки промытые проволоки и стружку.

Отметьте, в какой пробирке происходит взаимодействие металла с гидрооксидом. Напишите уравнение реакции взаимодействия алюминия с гидроксидом. Почему медь и железо не взаимодействует с гидроксидом?

Опыт № 4. Получение и свойства гидроксида меди

Оборудование и реактивы: штатив с пробирками, спиртовка, растворы: гидро-

(1:3), сульфата меди CuSO4 с с(CuSO4) = 2 моль/дм3.

К 4–5 см3 раствора гидроксида натрия прилейте раствор сульфата меди до выпадения осадка. Отметьте цвет осадка. Что образуется? Напишите уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

65

Полученный осадок разделите на две пробирки и испытайте отношение его к разбавленным кислотам и избытку раствора щелочи. Отметьте цвет полученных растворов. Напишите уравнения реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

Получите гидроксид меди. Жидкость вместе с осадком нагрейте до кипения. Отметьте изменения цвета, вследствие образования оксида меди (II). Запишите реакцию разложения гидроксида меди Cu(OH)2.

Опыт № 5. Получение и свойства гидроксида алюминия

Оборудование и реактивы: штатив с пробирками, спиртовка, растворы: гидро-

(1:3), сульфата алюминия Аl(SO4)3 с с(Аl(SO4)3) = 2 моль/дм3, хлорида аммония

NH4Cl c c(NH4Cl) = 2 моль/дм3.

Краствору соли алюминия в пробирке прибавьте гидроксид натрия. Что наблюдается? Напишите уравнения реакций. Полученный осадок разделите на две пробирки.

В одну пробирку с осадком добавьте кислоту. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионо-молекулярной формах.

В другую пробирку с осадком прилейте щелочи. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионо-молекулярной формах. Раствор сохраните.

Кэтому раствору добавьте раствор хлорида аммония и нагрейте до кипения. Что наблюдается? Какой газ выделяется и почему? Проверьте реакцию лакмусовой бумажкой. Напишите уравнения реакции. Определите, какой газ выделяется.

Опыт 6. Влияние ионов хлора в воде на коррозию металлов

Оборудование и реактивы: штатив с пробирками, гранулы алюминия, растворы:

CuSO4 (c (CuSO4)) = 2 моль/дм3, CuCl2 (c (CuCl2)) = 2 моль/дм3.

А: В одну пробирку налейте раствор CuCl2, в другую – CuSO4. В каждую пробирку опустите гранулы алюминия. Запишите наблюдение.

Вытеснение меди в первой пробирке происходит очень медленно, а во второй – быстро.

Объясните наблюдаемое различие с учетом наличия на алюминии защитной пленки оксида Аl2О3. Отметьте действие иона Cl– на разрушение оксидной пленки.

В результате гидролиза солей меди образуется кислая среда. В кислой среде под воздействием ионов SO24 оксидная пленка на по-

верхности алюминия, образованная на воздухе, упрочняется, и реакция идет медленно. Под действием иона Cl– на поверхности алюминия обра-

66

зуется рыхлая пленка, которая не защищает металл от разрушения, в результате идет процесс растворения алюминия, с образованием гальванопары в кислой среде.

Запишите реакции в молекулярной и ионно-молекулярной формах: гидролиза солей меди по первой ступени; растворение оксидной пленки в растворе соляной кислоты; расписать работы гальванической пары в пробирке с раствором хлорида меди.

Б. В пробирку налить раствор разбавленной серной кислоты и опустить в нее кусочек железа. Что наблюдаете? Добавить в эту же пробирку 1–2 капли концентрированной соляной кислоты. Как изменилась интенсивность выделения водорода? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Лабораторная работа № 7 ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕHИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

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

7.1. Теоретические сведения

Горные породы являются сырьем для получения строительных материалов: неорганических вяжущих, стекол, керамики, а также являются компонентами для бетонов, строительных растворов и т.д.

Минералом называют однородное природное химическое соединение, обладающее общими свойствами, независимо от месторождения. Горные породы – это природные агрегаты, состоящие из нескольких минералов (глина, песок, известняк) (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Распространенность горных пород и минералов земной коры

67

Минералы образуются из расплавленной магмы, паров, газов (неорганогенные) и в результате отмирания растительных и животных организмом (органогенные). Самый распространенный минерал на Земле – полевой шпат. Полевой шпат химически устойчив, относится к классу алюмосиликатов и состоит: из ортоклаз – K2O·Al2O3·6SiO2, альбит –

Na2O·Al2O3·6SiO2, анортит – CaO·Al2O3·2SiO2.

Под действием окружающей среды (влага и углекислый газ) происходят процессы каолинизации, алюмосиликаты переходят в соединения типа каолинита (Al2O3·mSiO2·nH2O) – основной минерал глин и карбонизации минералов, процесс замещения кремневой кислоты в силикатах на угольную кислоту, с образованием карбонатов.

Карбонаты – соли угольной кислоты, различают: средние карбонаты (CaCO3 – кальцит, MgCO3 – магнезит, CaCO3·MgCO2 – доломит), кислые

(KHCO3, Ca(HCO3)2, основные ((CuOH2)CO3 – малахит).

Вводе растворимы карбонаты щелочных металлов, в результате гидролиза среда растворов щелочная (рН 12), карбонаты кальция, магния не растворимы. Кислые карбонаты, как правило, хорошо растворимы. При нагревании карбонаты щелочных металлов плавятся с образованием прозрачного щелочного расплава, а остальные карбонаты разлагаются с выделением углекислого газа, до достижения температуры плавления. Гидрокарбонаты при нагревании переходят в карбонаты.

При взаимодействии с кислотами все карбонаты выделяют углекислый газ.

Карбонат кальция CaCO3 – представлен двумя минералами кальцитом (известковый шпат) и арагонитом (отличается формой кристаллов, большей плотностью и твердостью, из него состоят раковины моллюсков скелеты животных).

Кальцит часто встречается в строительстве, он образуется при карбонизации извести, при коррозии бетона способен образовываться на его поверхности.

Карбонат магния MgCO3 – используют в производстве магнезиальных вяжущих, карбонаты щелочных металлов (натрия, калия) как добавки различного назначения.

Вприроде сульфаты образуются в результате разрушения пирита FeS2, образовавшиеся сернокислые газы, серная кислота взаимодействуют с большинством горных пород

CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + H2O + CO2.

Из всех сульфатов большое значение в строительстве имеет сульфат кальция. В природе находится в виде дигидрата (CaSO4·2H2O) плотные образования называют – гипсовым камнем, в безводном состоянии – ангидрита CaSO4. Ангидрит по сравнению с гипсом обладает более высокой плотностью и твердостью.

68

Гипс хорошо растворим в воде, растворимость 2г/л, при 20 °С, с увеличением температуры растворимость растет, достигает максимума и падает. Растворимость гипса увеличивается при добавлении электроли-

тов (NaCl, (NH4)2SO4 и др.)

Силикаты – один из наиболее распространенных в природе класс минералов, образованных диоксидом кремния (кремнеземом) и оксидами других металлов, выделяют более 500 видов, среди которых важнейшие породообразующие: полевые шпаты, пироксены, слюды и др. Природные силикаты и сам кремнезем играют важную роль в качестве сырья и конечных продуктов в промышленных процессах.

Алюмосиликаты – плагиоклазы, калиевый полевой шпат используют

вкачестве сырья в керамической, стекольной и цементной промышленности. Биотиты, представители группы слюд, исполюзуют как электро- и теплоизоляционные материалы в строительстве и приборостроении. Пироксены являются составной частью доменных шлаков цветной металлургии. Такие горные породы как граниты, базальты являются хорошим строительным материалом

Ввиду сложности состава силикатов их формулы принято записывать

ввиде составляющих оксидов.

Почти все силикаты химически инертны (не устойчивы к действию плавиковой кислоты), обладают высокими температурами плавления, высокой твердостью и прочностью

В воде растворимы только силикаты щелочных металлов, остальные малорастворимы. Разложение силиката кислотами происходит тем легче, чем более активный металл входит в состав силиката. Плавиковая кислота разлагает все силикаты:

CaSO3 + 6HF = SiF4 + CaF2 + 3H2O.

Силикаты общей формулы R2O·nSiO2, где R2O – оксиды натрия, калия, называются растворимым стеклом. Его получают сплавлением кварцевого песка с содой:

Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2,

или обработкой аморфного кремнезема концентрированными растворами щелочей:

2NaOH + SiO2 = Na2SiO3 + H2O.

Технический продукт – прозрачный затвердевший расплав.

Большое значение имеет растворимое натриевое стекло, водный раствор которого называют жидким стеклом. Оно твердеет на воздухе, так как в результате гидролиза образуются высокодисперсные гели кремневых кислот, обладающие вяжущими свойствами.

69

Процесс образования обычного стекла можно представить уравнением:

Na2CO3 + 6SiO2 + CaCO3 = Na2O·CaO·SiO2 + 2CO2.

Алюмосиликаты – это силикаты, в которых часть атомов кремния в тетраэдрах SiO4 замещена на атомы алюминия, так как алюминий трехвалентен, а кремний четырех, то в структуре появляются катионы металлов: калия, натрия, магния, кальция.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие породы используются для получения вяжущих веществ?

2.Как образовались карбонаты? Запишите их химический состав. Для чего их используют в строительстве?

3.Что такое каолинизация? Какие породы образуют глину?

4.Что такое карбонизация? Какие породы образуются и где применяются?

5.Какие породы относятся к силикатам? Каков их химический состав

игде применяются?

6.Какие породы относятся к карбонатам? Каков их химический состав и где применяются?

7.Что является сырьем для получения гипсовых вяжущих?

7.2. Экспериментальная часть

Опыт 1. Получение кремневой кислоты

(Опыт выполнять под тягой!)

Реактивы: концентрированный раствор соляной кислоты, 10%-ный раствор силиката натрия, раствор фенолфталеина.

Приборы и оборудование: керамическая ступка, аппарат Киппа.

А. В пробирку налить 3 см3 концентрированного раствора соляной кислоты и 3 см3 раствора силиката натрия (растворимого стекла), перемешать стеклянной палочкой. Получается коллоидный раствор – золь кремневой кислоты. Содержимое пробирки нагреть, наблюдение записать. При этом происходит коагуляция золя и выделяется студенистый осадок геля кремневой кислоты.

Б. В две пробирки наливают по 3 мл 10%-ного раствора силиката натрия и в одну пробирку добавляют раствор хлорида аммония NH4Cl, а через раствор в другой пробирке пропускают диоксид углерода СО2 из аппарата Кипа. Образуется студенистый осадок.

Запишите химические уравнения реакций, протекающих в данном опыте, сделайте вывод о свойствах кремниевой кислоты. В выводе объясните, какая дисперсная система называется золем, какая гелем, при

70