Лабораторные работы по химии. Плакидкин А. А, Стась Н. Ф. 13 основных лабораторных работ по общей химии. Томск, 2006. 60 с. Лабораторный
 Скачать 1.22 Mb.
|
|
. Реакция нейтрализации Гидроксиды-основания подразделяются на растворимые и нерастворимые. Растворимые основания – это гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Они называются щелочами Самое распространенное среди щелочей вещество – гидроксид натрия (едкий натр. По масштабам производства и применения он занимает среди неорганических веществ третье место после серной кислоты и соды. В промышленности его получают электролизом раствора хлорида натрия, а в лабораторных условиях – взаимодействием натрия с водой. Эта реакция протекает бурно с разбрызгиванием получаемой щелочи, поэтому в учебных лабораториях этот опыт не проводят. 9 В результате реакций щелочей с кислотами среда раствора становится нейтральной. Независимо от состава реагирующих щелочей и кислот, все реакции нейтрализации выражаются одними тем же ионным уравнением H + + OH - = H 2 O Реакции нейтрализации фиксируются по изменению окраски индикаторов. Заполнить пробирку 10 каплями раствора NaOH и добавить одну каплю фенолфталеина. Затем прибавлять по каплям раствор соляной кислоты до изменения окраски раствора. Опыт повторить ещё раз, заменив фенолфталеин сначала на метилоранж. В отчете написать уравнение реакции в молекулярном и ионном виде, и заполнить таблицу окраски индикаторов в различных средах. Название Цвет индикатора в различных средах индикатора в кислой в нейтральной в щелочной Опыт 7. Получение и исследование малорастворимых оснований Все металлы, кроме щелочных и щелочноземельных, образуют малорастворимые основания. Они применяются как сорбенты, катализаторы, красители и как исходные вещества при получении солей, оксидов и других соединений. Из имеющихся в штативе реактивов получить следующие малорастворимые основания гидроксид меди, гидроксид никеля, гидроксид железа, гидроксид висмута. Написать уравнения реакций, указать цвет осадков. Пробирку с гидроксидом меди) подогреть на спиртовке или водяной бане до изменения цвета осадка (потемнения. Написать уравнение реакции разложения при нагревании. Из оставшихся трех пробирок осторожно слить воду и к оставшимся осадкам добавлять по каплям соляную кислоту до их полного исчезновения. Написать уравнения реакций между основаниями и соляной кислотой, указать цвет солей. Опыт 8. Получение и исследование амфотерных оснований Амфотерность – наиболее интересное свойство многих гидроксидов. Оно означает их способность проявлять свойства как оснований, таки кислот. Оно проявляется тем сильнее, чем меньше радиус металла и выше его степень окисления (валентность. Поэтому среди гидроксидов одновалентных металлов амфотерные отсутствуют, среди двухвалентных их только пять [Be(OH) 2 , Zn(OH) 2 , Ge(OH) 2 , Sn(OH) 2 и Pb(OH) 2 ], среди трехвалентных – большинство [Al(OH) 3 , Fe(OH) 3 , Сидра гидроксиды четырехвалентных металлов все являются амфотерными. Гидроксиды металлов в более высоких степенях окисления уже являются кислотами (H 2 CrO 4 , HMnO 4 , HVO 3 ). Получить в пробирке гидроксид цинка, добавляя к раствору его соли раствор разбавленного NaOH (осторожно, по каплям. Половину полученного осадка перенести в другую пробирку. На оставшийся впервой пробирке осадок подействовать хлороводородной (соляной) кислотой, на вторую – раствором NaOH. 10 В отчете описать опыт и наблюдения. Написать в молекулярном и ионном виде уравнения реакций а) получения гидроксида цинка б) его взаимодействия св) его взаимодействия с раствором NaOH. Провести и описать такой же опыт с гидроксидом алюминия, ответить нате же вопросы. Опыт 9. Получение и свойства кислота) Получение хлороводородной (соляной) кислоты из ее соли. Промышленный способ получения соляной кислоты – синтез из хлора и водорода. Эта реакция является классическим примером цепной реакции, на свету она может принимать взрывной характер, поэтому в учебных лабораториях ее не проводят. В отдельных случаях применяется старый способ получения хлороводо- родной кислоты – взаимодействием хлорида натрия c серной кислотой. Всухую пробирку поместить один микрошпатель хлорида натрия и 10 - 15 капель концентрированной серной кислоты. Наблюдать выделение бесцветного газа. Поднести к пробирке смоченную дистиллированной водой синюю лакмусовую бумагу и наблюдать изменение её окраски. Осторожно понюхать газ. В отчете описать опыт и наблюдения, написать уравнение реакции, указать запах газообразного хлороводорода, объяснить изменение окраски лакмуса. б) Взаимодействие соляной кислоты с металлами. В четыре пробирки налить по 10 капель разбавленной соляной кислоты. В первую опустить кусочек магния, во вторую – железа, в третью – цинка, в четвертую – меди. В отчете написать уравнения реакций. Объяснить, почему в четвертой пробирке реакция не идет. в) Взаимодействие азотной кислоты с оксидами. В три пробирки поместить по одному микрошпателю оксидов цинка, меди и хрома. В каждую пробирку внести по 10 капель Н. В отчете описать наблюдения и уравнения реакций. г) Взаимодействие серной кислоты с солями. В три пробирки поместить по 10 капель растворов хлорида бария, нитрата свинца) и карбоната натрия. В каждую пробирку добавить по 5 - 6 капель серной кислоты. Наблюдать образование осадков в первых, двух пробирках и выделение газа в третьей. Составить уравнения реакций в молекулярном и ионном виде. В общем выводе копыту сформулировать отношение кислот к металлам, оксидам, основаниями солям. Опыт 10. Получение и свойства солей а) Получение солей свинца и серебра К пяти каплям раствора Pb(NO 3 ) 2 прибавить капель раствора любого хлорида, например KCl. Наблюдать выпадение осадка PbCl 2 . Самостоятельно подобрать реактивы и получить сульфат свинца PbSO 4 и йодид свинца PbI 2 . Описать опыты, написать уравнения реакций в молекулярном и ионном виде. Подобрать необходимые реактивы и самостоятельно получить галогениды серебра хлорид, бромид и йодид. Обратить внимание на различную окраску солей (что используется в качественном анализе. Написать уравнения реакций. б) Взаимодействие солей со щелочами В трех пробирках провести реакции солей никеля (NiSO 4 ), железа (FeCl 3 ) и меди (CuSO 4 ) с гидроксидом натрия (NaOH) – все вещества использовать в растворенном виде. Описать, как протекают реакции, написать уравнения реакций в молекулярной и ионной форме. 11 в) Взаимодействие солей с солями. В трех пробирках смешать растворы следующих солей впервой и Na 2 CO 3 , во второй Pb(NO 3 ) 2 ив третьей и NaCl. Описать наблюдения, составить уравнения реакций впервой и второй пробирках. Объяснить, почему в третьей пробирке реакция не идет. г) Взаимодействие солей с кислотами. Соли взаимодействуют с кислотами в том случае, когда образующаяся новая кислота выпадает в осадок. Налить в пробирку 4 - 6 капель раствора силиката натрия и добавить пока- плям разбавленную соляную кислоту. Наблюдать образование гелеобразного осадка кремневой кислоты. В отчете описать опыт, составить уравнение реакции и описать внешние признаки геля кремневой кислоты. д) Окислительные свойства солей (опыт огонь – художник»).Нитраты щелочных металлов при нагревании выделяют кислород, поэтому используются как окислители в составе зажигательных смесей, пороха, ракетного горючего. Концентрированным раствором KNO 3 сделать рисунок на бумаге в виде спирали (линия должна быть непрерывной, без пересечений. Конец линии отметить карандашом. Подождать высыхания и исчезновения рисунка, после чего прикоснуться тлеющей спичкой к метке. Огонь продвигается по рисунку, проявляя его. Описать опыт и объяснить его. В общем выводе копыту кратко перечислить способы получения солей и их важнейшие химические свойства. Работа 2. УСТАНОВЛЕНИЕ ФОРМУЛЫ КРИСТАЛЛОГИДРАТА Введение Формула химического соединения показывает, из каких элементов состоит данное вещество и сколько атомов каждого элемента входит в состав его молекулы. Массовые соотношения элементов в молекулах можно представить как отношение произведений соответствующих атомных масс на число атомов каждого элемента в молекуле, те. можно записать m 1 : m 2 : m 3 = xA 1 : yA 2 : zA 3 , где m 1 , m 2 , m 3 – содержания элементов в данном соединении (%); x, y, z – число атомов этих элементов в молекуле А, А, А – атомные массы элементов. Из этого уравнения следует x : y : z = m A m A m A 1 1 2 2 3 что позволяет находить отношения между числами атомов в молекуле. Пример Вещество содержит 32,43 % натрия, 22,55 % серы и 45,02 % кислорода. Соотношение чисел атомов в формуле данного соединения x : y : z = 82 , 2 : 705 , 0 : 41 , 1 16 02 , 45 : 32 55 , 22 : 23 Если самое меньшее число (0,705) принять за единицу, то данное отношение становится отношением целых чисел x : y : z = 2 : 1 : 4, 12 следовательно, формула соединения Na 2 SO 4 . Эта формула будет простейшей, поскольку полученное соотношение может быть выражено также и числами, кратными найденным. Для установления истинной формулы необходимо знать молекулярную массу соединения это позволяет найти истинное соотношение атомов в молекуле. Так, например, бензол содержит 92,3 % углерода и 7,7 % водорода. Найденная из этого состава простейшая формула СН. Нов действительности молекулярная масса бензола, определяемая по плотности его пара, равна не 13 (12+1), а 78. Следовательно, истинная формула бензола С 6 Н 6 Кристаллогидратами называются кристаллические вещества, включающие молекулы воды, например гипс НО, медный купорос CuSO 4 ·5H 2 O и т.д. Кристаллогидраты при нагревании теряют кристаллизационную воду, переходя в безводные соли. Пользуясь этим, можно определить содержание воды в кристаллогидрате, а затем, зная формулу безводной соли, рассчитать число молекул воды, присоединяющихся к одной молекуле безводной соли. Весы и взвешивание В данной работе производится взвешивание на техно-химических весах, которые находятся непосредственно на рабочем месте. Весы смонтированы на подставке, имеющей установочные винты, с помощью которых весы устанавливаются в строго вертикальном положении. Главной частью весов является колонка с коромыслом и чашками для взвешивания, регулировочные шайбы на обоих концах коромысла и арретир – устройство для перевода весов в нерабочее (арретированное) ив рабочее состояния. К весам придается коробочка с разновесами и пинцетом. При взвешивании необходимо соблюдать следующие правила. 1. Проверить, вертикально ли стоят весы неправильность положения устраняется с помощью установочных винтов. 2. Проверить, находятся ли весы в равновесии (по отклонению стрелки от середины шкалы приоткрытом арретире неправильность устраняется с помощью регулировочных шайб на концах коромысла. 3. На чашки весов нельзя ставить горячие или грязные предметы. 4. Класть навесы разновесы и взвешиваемые предметы, а также снимать их с чашек можно только при арретированных весах. 5. Взвешиваемый предмет надо класть на левую чашку весов. Химические реактивы взвешивают на часовом стекле, в бюксе или на бумаге. 6. Разновесы следует брать только пинцетом и ставить на правую чашку весов. Набор разновесов содержит гирьки 100 г, 50 г, 20 г, 20 г, 10 г, 5 г, 2 г, 2 г, 1 г и пластинки 500 мг, 200 мг, 200 мг, 100 мг, 50 мг, 20 мг, 20 мг, 10 мг, с помощью которых можно найти любую массу от 0,01 дог. В течение одной работы все взвешивания производятся на одних и тех же весах с одними и теми же разновесами. 7. При взвешивании разновес следует ставить на чашку весов, начиная с большего и постепенно переходя к меньшему. По окончании взвешивания записывают цену всех положенных навесы разновесов по пустым гнездам ящика, 13 а затем запись проверяют по разновесам на чашке весов. После этого суммируют массы и разновес убирают в ящик. 8. В конце работы весы должны оставаться чистыми ив полном порядке. Экспериментальная часть Цель работы Определить содержания воды в кристаллогидрате. Ход работы. 1. Во взвешенный тигель насыпать 0,5 - 1 г медного купороса. Тигель с кристаллогидратом взвесить навесах с точностью дог. Поместить тигель в нагретую песочную баню и выдержать 20 - 30 мин. 3. Перенести щипцами тигель в эксикатор и охладить. 4. Взвесить охлажденный тигель. 5. Повторить прокаливание тигля, снова охладить его в эксикаторе и взвесить. Если вес изменился не более чем наг, прокаливание прекратить. 6. По результатам последнего взвешивания заполнить таблицу результатов Масса тигля, г Масса тигля с кристаллогидратом, г Масса кристаллогидрата, г Масса тигля с веществом после прокаливания, г Масса безводной соли, г Масса воды, г 7. Вычислить количество (моль) воды, приходящееся на один моль CuSO 4 , и записать формулу медного купороса, определенную опытным путем. 8. Определить ошибку опыта, исходя из того, что идеальная формула медного купороса CuSO 4 ·5H 2 O. Работа 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ И АТОМНОЙ МАССЫ МЕТАЛЛА Введение Закон эквивалентов гласит массы взаимодействующих без остатка веществ относятся так, каких эквивалентные массы ) B ( M ) B ( M ) B ( m ) B ( m 2 Эж 1 Эж 2 Эквивалентом называется реальная или условная частица, которая соединяется с одним атомом или ионом водорода, либо замещает его. Реальные частицы это атомы или молекулы, а условные – их части, например, 1 / 2 атома кислорода молекулы Н 3 РО 4 и т.п. (в действительности таких частиц не бывает. Масса такой частицы (эквивалента, выраженная в атомных единицах массы, называется эквивалентной массой, а масса одного моль (6,02 10 23 ) эквивалентов называется молярной массой эквивалента Из определения следует, что эквивалентная масса – относительная величина, при этом сравнение идет с водородом, эквивалент которого – его атома эквивалентная масса равна единице. Примеры Хлор соединяется с водородом атом с атомом, образуя хлороводород (НС, следовательно, эквивалентом хлора является его атом. Кислород с водородом образует два соединения НО (пероксид водорода) и НО (вода. В первом соединении эквивалентом кислорода является его атом и эквивалентная 14 масса равна шестнадцати. Во втором соединении эквивалентом кислорода является атома и эквивалентная масса равна восьми. Серная кислота содержит два атома водорода. В реакции замещения одного из них эквивалентом кислоты является ее молекула с эквивалентной массой 98, а в реакции замещения двух атомов водорода – 1 / 2 молекулы (условная частица) с эквивалентной массой 49. Эквивалентные массы химических элементов и соединений используются при выражении концентрации растворов (молярная концентрация эквивалентов, при оценке жесткости воды, в расчетах по электролизу и т.д. Через эквивалентную массу элемента может быть определена его атомная масса, так как они связаны между собой соотношением М A Z ЭК ' = τ или Z A M ЭК = τ , где Z – валентность элемента. При этом эквивалентная масса определяется экспериментально, а атомная масса рассчитывается приблизительно по закону Дюлонга и Пти, который гласит атомная теплоемкость произведение удельной теплоемкости Си атомной массы) простых твердых веществ примерно одинакова и составляет в среднем 26 Дж/моль, те С А ⋅ = τ 26 Разделив приблизительную атомную массу на эквивалентную массу, получают валентность элемента, которую округляют до ближайшего целого числа. После этого умножением эквивалентной массы на валентность получают более точное значение атомной массы Пример. При взаимодействии 59,5 мг металла с кислотой выделилось 21,9 мл водорода (при 17 Си мм рт. ст. Удельная теплоемкость металла 0,39 Дж/г. Вычислить атомную массу металла и определить, какой это металл. Решение 1) Переводим экспериментальные данные в систему СИ V = 21,9 мл = 21,9·10 -6 м Р = 750 мм рт. ст. = 8 , 99991 760 101325 Па R = 8,31 К моль Дж ⋅ 2) По уравнению Клапейрона-Менделеева находим массу водорода 00182 , 0 290 31 , 8 2 10 9 , 21 8 , 99991 RT ) H ( M V P ) H ( m 6 2 2 = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = − г. 3) По закону эквивалентов определяем эквивалентную массу металла 69 , 32 00182 , 0 1 0595 , 0 ) ( ) ( ) ( ) ( 2 = ⋅ = ⋅ = H m H M Me m Me M ЭK ЭK г/моль. 4) По закону Дюлонга и Пти находим приблизительную атомную массу металла г/моль. 5) Определяем валентность Ζ = ≈ 66 67 32 69 2 04 , , , , округляем до числа 2. 15 6) Рассчитываем точную атомную массу А = М эк (Ме)·Z=32,69·2 = 65,38 г/моль По периодической системе определяем металл это цинк (Zn). Экспериментальная часть Целью работы является установление эквивалентной и атомной массы неизвестного металла и его определение по периодической системе. Сущность метода. Эквивалентную массу металла определяют по водороду, который выделяется при взаимодействии металла с серной кислотой. Теплоемкость металла сообщает преподаватель. Взвешивание металла производят на аналитических весах. Аналитические весы отличаются от техно-химических большей точностью и чувствительностью. В работе используются весы торсионного типа, которые позволяют взять навеску металла до десятых долей миллиграмма, тес точностью 0,0001 г. Аналитические весы установлены на отдельном столе. Порядок взвешивания на торсионных весах описывается в прилагаемой к ним инструкции. Описание установки.Реакцию металла с кислотой проводят на специальной установке, изображенной на рис. 1. Рис. 1. Схема установки для определения эквивалентной массы металла 1 - штатив, 2 - пробирка, 3 - зажим, 4 - колба Вюрца, 5 - мерная бюретка, 6 - уравнительная воронка Установка собрана на химическом штативе (1). Она состоит из стеклянного реакционного сосуда, в котором находится кислота, мерной бюретки (5) для сбора выделяющего водорода и уравнительной воронки (6). Реакционным сосудом) является стандартная колба Вюрца объемом мл с присоединенной пробиркой (2). Они соединены полихлорвиниловой или резиновой трубкой, которую можно пережимать съемным зажимом (3). 1 5 6 2 4 Ход работы. 1. Получив от преподавателя неизвестный металл, взвесить его на аналитических весах (0,02 - 0,03 г) и узнать у преподавателя его теплом- кость массу и теплоемкость записать в табл. 1. 2. Снять пробирку (2), поднять и закрепить уравнительную воронку (6) на штативе в таком положении, при котором уровень столбика воды в мерной бюретке) находится вблизи крайнего верхнего деления. При необходимости долить в воронку воду. После этого перекрыть резиновую трубку зажимом (3), положить в пробирку (2) металл и вставить пробирку в резиновую трубку. 4. Проверить прибор на герметичность. Для этого опустить уравнительную воронку (6) вниз примерно до 1 / 3 – 1 / 2 высоты штатива, наблюдая за уровнем воды в мерной бюретке (5). Если уровень воды не изменяется, то прибор герметичен, и на нем можно продолжить работу. Если уровень воды все время понижается, то прибор не герметичен. В этом случае принять меры к устранению неисправности или заменить установку. 5. Возвратить воронку (6) в исходное (верхнее) положение и записать уровень воды в мерной бюретке (5). Открыв зажим, сбросить металл в кислоту. Наблюдать протекание реакции и выделение водорода по понижению уровня воды в мерной бюретке (5). Передвигать уравнительную воронку (6) вниз синхронно с понижением уровня воды в бюретке (5). 6. После окончания реакции выдержать около 10 мин для охлаждения водорода до температуры в помещении лаборатории (реакция идет с выделением тепла. После этого уровень воды в бюретке (5) и воронке (6) установить одинаковыми записать его. 7. Записать в табл. 1 показания термометра и барометра и остальные показатели опыта. Таблица 1. Результаты эксперимента № п/п Название величины Обозначение Ед. измер. Числ вел. 1 Масса металла M (Ме) г 2 Удельная теплоемкость металла С Дж/г 3 Начальный уровень воды в бюретке мл 4 Уровень воды после реакции мл 5 Объем водорода V (H 2 О) мл 6 Температура в лаборатории T 0 C 7 Температура по абсолютной шкале T K 8 Давление по барометру P мм рт. ст. 9 Давление водяного пара мм рт. ст. 10 Давление водорода мм рт. ст. 11 Давление водорода Па 8. По примеру, приведенному во введении, вычислить эквивалентную массу металла, его валентность и атомную массу. При вычислении массы водорода иметь ввиду, что в реакции выделяется влажный водород и поэтому его давление равно общему давлению по барометру за вычетом давления водяного пара табл. 2): P H P P H O ( ) ( 2 Таблица 2. Давление водяного пара при различных температурах T, 0 C О, кПа О, мм рт. ст. T, 0 C P (H 2 О), кПа О, мм рт. ст, 0 C P (H 2 О), кПа О, мм рт. ст 1,226 9,2 15 1,706 12,8 20 2,333 17,5 11 1,306 9,8 16 1,813 13,6 21 2,479 18,0 12 1,399 10,5 17 1,933 14,5 22 2,639 19,8 13 1,493 11,2 18 2,066 15,5 23 2,813 21,1 14 1,599 12,0 19 2,199 16,5 24 2,986 22,4 17 |