((
ВВЕДЕНИЕ
Химия – одна из фундаментальных наук естествознания, формирующих естественно-научное мировоззрение будущих специалистов. Наличие прочных химических знаний способствует воспитанию творческой личности, целостно воспринимающей мир, способной прогнозировать эффективность новых решений, организовывать их практическую реализацию, активно влиять на процессы, происходящие в социальной и профессиональной сферах.
Таким образом, курс «Общая химия» является базовым для последующего изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин.
Лабораторный практикум является одной из важных частей курса общей химии. Аналитические задания вместе с гальванотехническими экспериментами, электролизом, исследованием коррозии способствуют укреплению связи химии с различными инженерными специальностями.
СТРУКТУРА ОТЧЁТА
Лабораторная работа №1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ЭКВИВАЛЕНТА (ЭКВИВАЛЕНТНОЙ МАССЫ) МЕТАЛЛА ПО ОБЪЕМУ ВЫТЕСНЕННОГО ВОДОРОДА
Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с методикой определения и расчёта молярной массы эквивалента металлов.
О б о р у д о в а н и е и м а т е р и а л ы: штатив, две бюретки на 50 см3, пробирка с газоотводной трубкой, термометр, барометр, аналитические весы и разновесы; навеска металла около 0,01 г; 2,5 М раствор НС1.
Таблица 1.1
Контрольные вопросы
1. Что называется молярной массой эквивалента элемента? В каких единицах измеряется молярная масса эквивалента?
2. Дайте определение молярного объёма эквивалента газа. В каких единицах выражается эта величина?
3. Сформулируйте закон эквивалентов. Выразите его математически.
4. Следствием каких более общих законов является закон эквивалентов?
5. С какой целью объём выделившегося водорода приводится к нормальным условиям?
6. Какие факторы оказывают влияние на точность определения молярной массы эквивалента металла при взаимодействии его с кислотой?
7. В каких случаях реакция вытеснения водорода из кислот неприменима для определения молярной массы эквивалента металла?
Лабораторная работа №2
Контрольные вопросы
1. Что такое энергия ионизации и сродство к электрону, и как эти величины изменяются в периодах и группах периодической системы Д.И. Менделеева?
2. Чем объяснить наличие металлических свойств у одних элементов и неметаллических – других?
3. Какие элементы называются амфотерными, почему?
4. Почему происходит взаимодействие серы с цинком?
5. Как изменяются свойства оксидов одного и того же элемента с увеличением его степени окисления в оксидах?
6. У какого элемента, Са или Fe, металлические свойства выражены сильнее?
7. У какого элемента, Вr или I, неметаллические свойства выражены сильнее?
8. Приведите современную формулировку периодического закона.
Лабораторная работа №3
Таблица 3.1
Таблица 3.2
Контрольные вопросы
1. Что называется стандартной энтальпией образования соединения? Какие условия принято называть стандартными?
2. Какие химические реакции называются экзотермическими, эндотермическими?
3. Почему энтальпия нейтрализации сильной кислоты сильным основанием одинакова для различных кислот и оснований?
4. Чему равна энтропия идеального кристалла при абсолютном нуле? В каких единицах изменяется энтропия?
5. Какую информацию о веществе можно получить, используя значения энергии Гиббса?
6. Какими одновременно действующими факторами определяется направленность химического процесса?
7. Стандартные энтальпии образования ДН0298(кДж/моль) НН3 и РН3 равны соответственно – 46,2 и + 5,4. Какой следует сделать вывод из этих данных об относительной устойчивости молекул НН3 и РН3?
Лабораторная работа №4
Таблица 4.1
Соотношения массовых долей и плотностей раствора HCl (20єС)
Массовая доля HCl W, % | Плотность раствора HCl, с, г/см3 |
4,0 | 1,019 |
8,0 | 1,039 |
12,0 | 1,059 |
16,0 | 1,079 |
20,0 | 1,100 |
24,0 | 1,121 |
28,0 | 1,142 |
Если в таблице нет замеренных значений плотности, то массовую долю необходимо вычислить методом линейной интерполяции. Пусть замеренная плотность раствора HCl равна 1,089. По табл. 4.1 выбрать значения плотности меньше и больше замеренного и соответствующие им массовые доли.
Найти разность в значениях массовой доли и плотности:
20,0% ---------1,100 г/см3
16,0%--------- -1,079 г/см3
20,0-16,0=4%--------1,100-1,079=0,021 г/см3
Затем из большего значения плотности вычесть замеренное значение (1,089 г/см3): 1,100-1,089 = 0,011 г/см3.
Составить соотношение:
4%-----0,021 г/см3
Х%-----0,011 г/см3
.
Полученное значение (2,1%) отнять от 20%:
Wисх(HCl ) = 20,0-2,1=17,9%.
Это и будет массовая доля соляной кислоты, позволяющая рассчитать объем исходного раствора, необходимого для приготовления HCl заданной концентрации.
Далее рассчитать объем исходной кислоты и приготовить раствор. С помощью пипетки отмерить рассчитанный объем исходной кислоты HCl, перенести в мерную колбу и довести воду до заданного объема.
Опыт №2.Определение концентрации приготовленного раствора соляной кислоты методом кислотно-основного титрования
В три конические колбочки налить при помощи мерной пипетки по 1 см3
приготовленной соляной кислоты и добавить в каждую по 2–3 капли фенолфталеина. Поставить колбочку на лист белой бумаги. Постоянно перемешивая жидкость, приливать в нее из пипетки небольшими порциями раствор щелочи известной концентрации до появления слабо-розовой окраски раствора. В кислом растворе фенолфталеин бесцветен, а в слабощелочном растворе приобретает малиновую окраску. Появление окраски свидетельствует о полной нейтрализации кислоты щелочью.
Повторить титрование три раза и сделать расчет концентрации приготовленного раствора HCl (Соп). Определить относительную ошибку опыта, сравнивая Соп с заданной концентрацией Сm.
Результаты свести в табл. 4.2.
Таблица 4.2
Таблица 4.3
Таблица 4.4
Контрольные вопросы
1. Что называется концентрацией?
2. Что такое титр, в каких единицах он выражается?
3. Напишите формулу, связывающую титр с молярной концентрацией эквивалента?
4. Дайте определение молярной концентрации; в каких единицах она выражается?
5. Какие виды концентрации изменяют свои численные величины с изменением температуры, а какие – не изменяют?
6. Дайте определение молярной концентрации эквивалента. В каких единицах она выражается?
7. Что называется моляльностью? В каких единицах выражается моляльность раствора?
8. Приведите определение мольно-долевой концентрации. Какие значения она может принимать?
9. Какой объём соляной кислоты, содержащей 0,35 массовых долей НС1, необходимо взять для приготовления 2 дм3 раствора с молярной концентрацией, равной 0,2 моль/дм ?
Лабораторная работа №5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ ВЕЩЕСТВА КРИОСКОПИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с методом экспериментального определения и расчета молекулярной массы неэлектролитов.
О б о р у д о в а н и е и м а т е р и а л ы: водный раствор неэлектролита известного молекулярного состава с известной процентной концентрацией, прибор для криоскопических измерений
Таблица 5.1
Контрольные вопросы
1. Для каких растворов точно выполняются законы Рауля и Вант-Гоффа ?
2. Что такое эбуллиоскопическая и криоскопическая константы, в каких единицах они выражаются?
3. Какие свойства разбавленных растворов не зависят от природы растворенного вещества?
4. Сколько г глюкозы нужно растворить в 270 г воды для понижения температуры застывания на 1°?
5. При растворении 1,5 г фенола С6Н5ОН в 10 г этанола температура кипения повысилась на 0,185°. Определите эбуллиоскопическую константу спирта.
6. Осмотическое давление плазмы крови человека при температуре 37°С равно 7,7 атм. Какое количество сахарозы необходимо взять для приготовления 0,5 л раствора, изотоничного крови?
Лабораторная работа №6
Таблица 6.1.
Таблица 6.2
Таблица 6.3
Катализатор …… Температура опыта…….. Объем Н2О2..................
Время измерения по секундомеру | Время от начала реакции, мин | Уровень жидкости в бюретке, см3 | Объем выделившегося газа, см3 | Скорость реакции | lg(б∞–бф) | lgхф | Константа скорости ki | kср |
Из температурной зависимости константы скорости рассчитать энергию активации Еа по уравнению
.
Опыт № 4. Скорость реакции в гетерогенной системе
Налить в две пробирки по 5 см3 2,5 М соляной кислоты. Отвесить на технохимических весах две навески по 0,2 г мрамора в кусочках, одну навеску мрамора растереть в ступке в порошок. Затем одновременно в одну пробирку ссыпать порошок, а в другую – бросить кусочки мрамора. Заметить время, которое потребовалось для полного растворения мрамора. Для обоих случаев подсчитать относительную скорость реакции (н=1/т). Определить, в каком случае скорость реакции больше и во сколько раз? Результаты опыта свести в табл. 6.4
Таблица 6.4
Таблица 6.5
Контрольные вопросы
1. Дайте определение скорости химической реакции, в каких единицах выражается её величина?
2. Каков физический смысл константы скорости химической реакции?
3. Какова зависимость между скоростью химической реакции и температурой?
4. Какие реакции называются обратимыми и необратимыми?
5. Сформулируйте закон действия масс.
6. Что называется химическим равновесием?
7. Какие факторы влияют на смещение химического равновесия?
Лабораторная работа №7
ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ СРЕДЫ. ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ
Ц ел ь р а б о т ы: изучить условия протекания процесса гидролиза солей и влияние факторов, обусловливающих смещение ионного равновесия при гидролизе.
О б о р у д о в а н и е и м а т е р и а л ы: иономер И-130, штатив с пробирками, растворы солей, кислот, щелочей, индикаторы, кристаллы солей, спиртовая горелка, пипетка, универсальная индикаторная бумага.
Контрольные вопросы
1. Какие соли подвергаются гидролизу?
2. К чему сводится суть реакций гидролиза?
3. Какие факторы влияют на степень гидролиза солей?
4. Чем объяснить растворение металлов в растворах некоторых солей?
5. Как можно усилить или подавить гидролиз?
6. Почему при разбавлении раствора гидролизующейся соли происходит увеличение степени гидролиза её?
7. Почему при приготовлении раствора хлорида цинка его подкисляют соляной кислотой?
8. Может ли существовать водный раствор ацетата железа?
Лабораторная работа №8
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ
Контрольные вопросы
1. Что такое произведение растворимости?
2. Каково условие выпадения осадка малорастворимого вещества из раствора?
3. Какие факторы влияют на растворимость осадка?
4. Вычислите произведение растворимости СаСО3, если концентрация насыщенного раствора СаСО3 при температуре 18°С равна 1,3·10-4 моль/дм3.
5. ПР(ВаSO4) = 1,1 ·10-10. Какой объем воды необходим для растворения при температуре 25°С 1 г ВаSO4?
6. Не произведя вычислений, расположите вещества в порядке увеличения их растворимости, используя значения ПР:
AgCl, AgBr, AgI. [ПР(AgCl) =1,78·10-10; ПР(AgBr) =5,3·10-13;
ПР(AgI) =8,3·10-17
7. В 500 см3 воды при температуре 18°С растворяется 0,0166 г Ag2CrO4. Чему равно произведение растворимости этой соли?
8. В каком из указанных случаев раствор электролита МХ ненасыщен и почему:
а) [М2+]·[Х2-]<ПР; б) [М2+]·[Х2-]=ПР; в) [М2+]·[Х2-]>ПР?
Лабораторная работа № 9
Контрольные вопросы
1. Каково строение комплексного соединения?
2. В чем заключается особенность диссоциации комплексных соединений?
3. Что такое константа нестойкости комплексного иона ?
4. Напишите формулы следующих комплексных соединений: гексанитрокобальтат (III) натрия; гексамминникель (III) хлорид; пентакарбонилжелезо (0).
5. Составьте формулу комплексного соединения из ионов K+, Cu+, Cl- , координационное число которого равно 2. Определите молекулярную массу комплексного иона.
6. В каком из указанных соединений есть Pt2+:
1) Cr [PtCl6];
2) K2 [PtCl4];
3) [PtCl(NH3)5]Cl3?
Лабораторная работа № 10
Методика выполнения
Контрольные вопросы
1. Какие вещества могут быть:
а) только окислителями;
б) только восстановителями;
в) одновременно и окислителями и восстановителями? От чего это зависит?
2. Чем объяснить двойственность свойств пероксида водорода в окислительно-восстановительных реакциях?
3. Какие известны типы окислительно-восстановительных реакций?
4. Чем отличаются реакции межмолекулярного от реакций внутримолекулярного окисления-восстановления?
5. Привести 3 пары веществ, которые могут реагировать между собой по типу реакций окисления-восстановления с участием атомов одного и того же элемента в разных степенях окисления?
6.Какие из перечисленных веществ могут подвергаться диспропорционированию: КС1; NaNO2; CuSO4; I2; SO2; K2CrO4?
7. В какой среде КМnO4 является более сильным окислителем?
8. Почему изменением рН раствора можно добиться протекания окислительно-восстановительной реакции в обратном направлении?
9. Какой фундаментальный закон природы лежит в основе составления уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронно- ионного баланса?
Лабораторная работа № 11
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ
Ц е л ь р а б о т ы: познакомиться с устройством и принципом действия гальванического элемента, научиться определять ЭДС гальванических элементов.
О б о р у д о в а н и е и м а т е р и а л ы: растворы сульфата цинка, сульфата железа (II), хлорида олова (II), ацетата свинца, сульфата меди, нитрата серебра, серной кислоты; пластинки металлов: Zn, Fe, Sn, Pb, Cu; химические стаканы (150 см3); штатив с пробирками; электролитический ключ.
Контрольные вопросы
1. Как изменяются восстановительные свойства металлов в зависимости от величины стандартных электродных потенциалов?
2. Объясните устройство, принцип работы и назначение водородного электрода.
3. Что называется поляризацией гальванического элемента?
4. Какие гальванические элементы называют концентрационными? Объясните принцип работы концентрационного элемента.
5. Работа гальванического элемента основана на протекании следующей реакции: Zn+NiCl2=ZnCl2+Ni. Напишите схему гальванического элемента; приведите уравнения катодного и анодного процессов.
6. Схема гальванического элемента имеет следующий вид: Sn/SnCl2//HCl/H2(Ag). Напишите уравнения катодного и анодного процессов.
Лабораторная работа № 12
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И ЗАЩИТА ОТ НЕЁ
Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с видами электрохимической коррозии и методами уменьшения скорости коррозии.
О б о р у д о в а н и е и м а т е р и а л ы: растворы 0,01 М и 1 М серной кислоты, 0,4 М уксусной кислоты, сульфата меди, железосинеродистого калия; штатив с пробирками, U-образные трубки, металлы: Zn, Sn, Cu,Fe, Al.
Контрольные вопросы
1. Назовите типы коррозии металлов.
2. В каких условиях протекает электрохимическая коррозия?
3. Как влияют примеси металлов на скорость атмосферной коррозии железа?
4. Изменяется ли скорость коррозии металлов, находящихся в воде, если прилить раствор кислоты?
5. На поверхности железной пластинки имеется капля воды. Почему после её высыхания пятно ржавчины находится в центре капли?
6. Перечислите наиболее распространённые методы борьбы с коррозией?
7. Каков механизм протекторной защиты металлов от коррозии?
8. Какие вещества называют ингибиторами коррозии?
Лабораторная работа № 13
Контрольные вопросы
1. Что называется электролизом?
2. В чём различие процесса электролиза с растворимым и нерастворимым анодом?
3. Какой металл будет выделяться последним при электролизе раствора, содержащего К2SO4, СгС13, Fе2(SO4)3, Hg2(NO3)2, РЬ(NО3)2, если напряжение является достаточным?
4. Какой из металлов не будет выделятся из водных растворов: NiCl, CuCl2, CdCl2, CaCl2, СoCl2?
5. Какой из металлов в первую очередь будет выделяться из раствора его соли, если напряжение является достаточным для выделения этих металлов:
Fe, Си, Ag, Ni, Mn?
6. Приведите пример, когда при электролизе расплава электролита на аноде выделяется водород.
7. Какие законы количественно описывают процессы, протекающие при электролизе?
Лабораторная работа №14
Методика выполнения
Контрольные вопросы
1. Что понимают под термином «жёсткость воды»?
2. Какие соли обусловливают временную и постоянную жёсткости воды?
3. В каких единицах измеряется жёсткость?
4. Указать методы умягчения и обессоливания воды.
5. Какими методами можно определить временную и постоянную жёсткости; какие реакции лежат в основе этих методов?
6. К 1 м3 воды прибавили 132,5 г карбоната натрия. На сколько ммоль/дм3 понизилась её жёсткость?
7. Опишите химизм обессоливания и объясните наблюдаемую при этом динамику изменения электропроводности водных растворов
Лабораторная работа №15
Методика выполнения
Контрольные вопросы
1. Чем обусловлены значительные различия в свойствах предельных и непредельных углеводородов?
2. Почему альдегиды окисляются значительно легче, чем кетоны?
3. По какому признаку и на какие классы делятся органические соединения?
4. Какие функциональные группы и сколько должны содержать органические вещества, чтобы их можно было использовать для получения полимеров?
5. Назовите отличительные признаки реакций полимеризации и поликонденсации.
Содержание
Введение 3
Общие правила работы в лаборатории 3
Лабораторная работа №1. Определение молярной массы эквивалента (эквивалентной массы) металла по объему вытесненного водорода 5
Лабораторная работа №2. Зависимость свойств элементов от их положения в периодической системе Д.И. Менделеева 8
Лабораторная работа №3. Определение тепловых эффектов химических процессов 10
Лабораторная работа №4. Приготовление растворов 14
Лабораторная работа №5. Определение молекулярной массы вещества криоскопическим методом 17
Лабораторная работа №6. Скорость химических реакций и химическое равновесие 20
Лабораторная работа №7. Водородный показатель среды. Гидролиз солей 25
Лабораторная работа №8. Электролитическая диссоциация. Произведение растворимости 27
Лабораторная работа №9. Получение и изучение свойств комплексных соединений 29
Лабораторная работа №10. Окислительно-восстановительные реакции 31
Лабораторная работа №11. Гальванический элемент 34
Лабораторная работа №12. Коррозия металлов и защита от
Нее 37
Лабораторная работа №13. Электролиз растворов электролитов 40
Лабораторная работа №14. Способы водоподготовки 42
Лабораторная работа №15. Органические вещества и полимеры 44