Рабочая тетрадь по химии. Рабочая тетрадь по химии для студентов, обучающихся по всем образовательным программам бакалавриата и специалитета

• Название: Рабочая тетрадь по химии для студентов, обучающихся по всем образовательным программам бакалавриата и специалитета
• Дата: 08.12.2021
• Размер: 1.37 Mb.
• Имя файла: Рабочая тетрадь по химии.docx
• Тип: Учебное пособие; #297189
• страница: 10 из 15

Работа 9. ХИМИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

Цель работы

• 
  Определить процессы схватывания и твердения воздушных и гидравлических вяжущих веществ.
  
• 
  Ознакомиться с процессами, протекающими при химической коррозии цементного камня.
  

Теоретические сведения

Назначение вяжущих веществ состоит в соединении в единое целое различных частей композиционных строительных материалов.

Вяжущие вещества могут быть органическими и неорганическими.

Минеральные вяжущие представляют собой порошкообразные вещества, которые после смешивания с водой образуют пластичную массу, постепенно затвердевающую и переходящую в камневидное состояние. В зависимости от условий твердения и водостойкости 155 продуктов твердения различают воздушные и гидравлические вяжущие.

Минеральные вещества получают путем измельчения исходных материалов с последующей термической обработкой при разных температурах.



Гипсовые вяжущие получают тепловой обработкой природного двуводного гипса:

(9.1)

Сырьем для производства извести являются известняки, мел, доломит, а также карбонатные отходы различных отраслей промышленности. Известковые (и известково-магнезиальные) карбонатные материалы обжигают до возможно полного удаления углекислого газа:

(9.2)

При этом получают негашеную известь . В обожженной извести наряду с и содержится , и , образовавшиеся в присутствии глинистых примесей в исходном сырье. При содержании глинистых примесей в обжигаемой породе менее 6% получается воздушная известь, а при большем их содержании – гидравлическая известь.

При обжиге до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины (3:1) получается портландцементный клинкер состава:

,

,

,

.

Твердение минеральных вяжущих веществ идет по гидратационному механизму, то есть в результате реакции между вяжущими веществами и водой.

Рабочее задание

Задание 1. Определение содержания карбонатов в сырьевой смеси

Рис. 8 Установка для улавливания и измерения объема CO₂

В одно колено реакционного сосуда (1) осторожно внесите заранее взве­шенную пробу сырьевой смеси, в другое колено налейте 8-10 мл раствора HCI с = 2 моль/л. Соедините реакционный сосуд с помощью пробок и трубки (4) с бюреткой (2) и проверьте прибор на герметичность. Для этого опустите уравни­тельный сосуд (3) таким образом, чтобы уровень жидкости в нем был ниже уровня жидкости в бюретке. Если в течение 1-2 минут уровень жидкости в бю­ретке не изменится, прибор герметичен. Установите уравнительный сосуд та­ким образом, чтобы жидкость в нем была на одном уровне с жидкостью в бю­ретке (5). Затем, наклонив реакционный сосуд, вылейте кислоту из одного ко­лена в другое, не нарушая герметичности установки. Наблюдайте выделение углекислого газа по реакции

(9.3)

При этом жидкость вытесняется в уравнительный сосуд из бюретки (2). После окончания реакции и остывания раствора уровень жидкости в бюретке не должен изменяться. Затем приведите к одному уровню жидкость в бюретке и измерительном сосуде. Отметьте уровень жидкости в бюретке (V₂) и объем вы­делившегося СО₂ (V2 – V1).

Результаты измерений запишите в таблицу 21.

Таблица 21

Экспериментальные данные

Масса пробы сырьевой смеси m1, кг	Объем выделившегося газа V(CO2) = V2 – V1, м3	Атмосферное давление P, Па	Давление насыщенного водяного пара h, Па	Давление CO2 (P-h), Па

Давление насыщенного водяного пара при температуре опыта взять из таблицы 22.

Таблица 22

Давление насыщенного водяного пара при разных условиях

t, °С	р, Па	t, °С	р, Па	t, °С	р, Па	t, °С	р, Па
15	1704,9	19	2197,0	23	2809,0	27	3565,0
16	1817,0	20	2337,8	24	2984,0	28	3780,0
17	1937,0	21	2486,0	25	3164,2	29	4000,0
18	2064,0	22	2644,0	26	3361,0	30	4245,2

Произведите математическую обработку полученных результатов эксперимента.

Рассчитайте массу выделившегося CO₂ применив для расчета уравнение Менделеева-Клапейрона:

, (9.4)

где – масса выделившегося CO₂, кг;

– молярная масса CO₂, г/моль;

R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль∙К).



Рассчитайте массовою долю СаСО₃ в образце сырьевой смеси с массой m₁:

, (9.5)



Результаты математической обработки занесите в таблицу 23.

Таблица 23

Результаты эксперимента

Масса CO2, кг	Масса СаСО3, кг	Массовая доля СаСО3, %

Задание 2. Гашение воздушной извести

Положите в сухую фарфоровую чашку 2 - 3 кусочка воздушной извести, осторожно смочите несколькими каплями воды и наблюдайте за происходя­щим. Почему выделяется пар? Отметьте знак теплового эффекта протекающей реакции. Как называется этот процесс? Какое техническое название имеет об­разовавшееся вещество?









Добавьте в чашку 5-6 мл воды, размешайте все стеклянной палочкой, дайте осадку отстояться. Полученный известковый раствор отфильтруйте. В пробирку с фильтратом добавьте 2-3 капли фенолфталеина и отметьте его ок­раску. О чем она свидетельствует? Затем через раствор окрашенного фильтрата пропустите углекислый газ. Наблюдайте за помутнением раствора с последую­щим растворением осадка. Как при этом изменяется окраска раствора?









Напишите уравнения реакций наблюдаемых вами процессов и объясните суть происходящего. Укажите значение данных процессов в химии вяжущих веществ.







Задание 3. Схватывание и твердение строительного гипса

Навеску строительного гипса (около 2 г) поместите в фарфоровую чашку. Налейте туда столько воды, чтобы получилась тестообразная масса. Приготов­ленную однородную смесь перенесите в формочку, предварительно смазанную вазелином. Через 30 минут удалите затвердевшую массу из формы. Укажите механизм твердения гипса. Напишите уравнение реакции гидратации.











Задание 4. Разложение портландцемента соляной кислотой

Приготовленную лаборантом навеску портландцемента (около 1г) помес­тите в фарфоровую чашку, смочите минимальным количеством воды, быстро и тщательно размешайте стеклянной палочкой. Отмерьте цилиндром 15 мл кон­центрированной соляной кислоты и медленно прилейте кислоту к содержимому в чашке до полного исчезновения темного цвета цемента. Вылейте в чашку 100 мл горячей воды и отфильтруйте содержимое в колбу. Фильтрат используйте для дальнейших исследований.

Напишите реакции разложения клинкерных минералов цемента соляной кислотой. Какие растворимые соединения присутствуют в получившемся фильтрате и какое соединение осталось неразложившимся на дне чашки?









Задание 5. Качественные реакции обнаружения ионов ; ; ;

Возьмите четыре пробирки и внесите в каждую по 2 мл фильтрата, полу­ченного в опыте 4.

Обнаружение ионов Fe²⁺.

В одну из пробирок добавьте красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆]. На­блюдайте синее окрашивание. Напишите уравнение реакции обнаружения Fe²⁺.



Обнаружение ионов Fe³⁺.

Во вторую пробирку добавьте роданид калия KCNS. Наблюдайте крова­во-красное окрашивание. Напишите уравнение реакции обнаружения Fe ⁺.



Обнаружение ионов Са²⁺.

В третью пробирку добавьте оксалат аммония (NH4)2C204, предваритель­но нейтрализовав раствор гидроксидом аммония. Наблюдайте появление белого осадка. Напишите уравнение реакции.



Обнаружение ионов А1³⁺.

В четвертой пробирке фильтрат нейтрализуйте раствором щелочи, затем добавьте 0,2 мл аскорбиновой кислоты или трилона «Б» и 1 мл алюминона. Появ­ление красной окраски свидетельствует о наличии в растворе ионов AI³⁺.

По катионам металлов, обнаруженным при выполнении опыта, запишите формулы оксидов, входящих в состав клинкера портландцемента. На основании выполненного эксперимента представьте основные оксиды, входящие в состав клинкера.













Задание 6. Коррозия цементного камня в агрессивных средах

Под коррозией цементного камня понимают его разрушение в результате взаимодействия с различными реагентами.

Вариант рабочего задания выбрать по последней цифре зачетной книжки.

Таблица 24

Влияние состава среды на коррозию цементного камня

№ варианта	Среда	pH водяной вытяжки	Вид коррозии
1	H2O
2	HCl
3	CH3COOH
4	H2CO3
5	H2SO4
6	NH4NO3
7	MgCl2

В стаканчик налейте 50 мл раствора реагента, отвечающего варианту ра­бочего задания. Туда же внесите взвешенные на технических весах 2 г молотого цементного камня. Тщательно перемешайте суспензию стеклянной палочкой и оставьте стоять 40 минут, периодически перемешивая.

В рабочей тетради запишите минеральный состав цементного камня и ре­акции гидратации минералов клинкера портландцемента .

Раствор над осадком представляет собой водную вытяжку цементного камня. Через 40 минут измерьте pH раствора, не отделяя его от твердой фазы (за 2...3 минуты до измерения pH прекратите перемешивание). Изменился ли pH вытяжки по сравнению с pH исходного реагента (все реагенты, указанные в таблице 24, имеют pH < 7, pH воды 7).











Выводы

1. 
   Укажите сущность процессов, лежащих в основе твердения воздушных и гидравлических вяжущих веществ.
   
2. 
   Назовите основные виды коррозии цементного камня.
   

Домашнее задание

Задание 1. Как можно осуществить превращения:

?
Напишите уравнения реакций.









Задание 2. Приведите химическую реакцию, лежащую в основе процесса твердения строительного гипса.











Задание 3. Зная минеральный состав цементного камня, напишите возможные химические реакции между составляющими цементного камня и кислотами соляной и угольной.









Задание 4. С какой составляющей цементного камня могут взаимодействовать MgCl₂ и NH₄NO₃? Напишите уравнения реакций.









Задание 5. 10 г технического мела прокалили при температуре 1200 ˚C до постоянной массы. При этом выделилось 2120 см³ CO₂, измеренного при нормальных условиях. Вычислите массовую долу (%) CaCO₃ в меле (ответ 94,6 %).