Вводное занятие. Введение в практикум по химии

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Министерство здравоохранения Республики Беларусь

Учреждение образования «Гомельский государственный медицинский университет»

Кафедра общей и биоорганической химии

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

для проведения занятия со студентами I курса лечебного факультета

по Общей химии

Тема № 1: Вводное занятие. Введение в практикум по химии.

Авторы: Зав. кафедрой, доцент, к.х.н. Лысенкова А.В., доцент, к.х.н. Филиппова В.А., ст. преподаватели Прищепова Л.В., Чернышева Л.В., Одинцова М.В., ассистенты Короткова К.И., Перминова Е.А.

Время: 3 часа

28.08.2010

1. Учебные и воспитательные цели

1) ознакомить с задачей практикума, его содержанием и организацией, а также с правилами работы в химической лаборатории и техникой безопасности;

2) сформировать навыки работы с мерной посудой;

3) обучить производить расчеты и готовить растворы заданной концентрации, используя индивидуальные вещества или более концентрированные растворы.

1.1 Мотивация для усвоения темы

Понятие химического эквивалента широко используется в химии для выполнения количественных расчетов. Оно является основой одного из законов химии - закона эквивалентов. Химические количества растворенных веществ используются для выражения концентрации растворов.

Врач широкого профиля должен обладать знаниями основ современной теории растворов, так как важнейшие биохимические процессы в тканях живых организмов протекают именно в них, а большинство лекарственных средств усваиваются только в растворенном состоянии. Кроме того, современная теория электролитов служит научной основой для изучения электролитного баланса организма человека в норме и патологии.

1.2 Требования к исходному уровню знаний

а) уметь составлять уравнения химических реакций;

б) иметь понятие о растворах и некоторых способах выражения состава растворов.

В результате проведения занятия студент должен:

1) знать:

· содержание, организацию, цели и задачи практикума по общей химии;

· правила работы в химической лаборатории и технику безопасности;

· понятие о химическом эквиваленте и молярной массе эквивалента;

· формулировку закона эквивалентов и его математическое выражение;

· формулы для вычисления молярных масс химических эквивалентов простых и сложных веществ;

· понятие о растворах и способы выражения состава растворов:

а) массовая доля вещества;

б) молярная концентрация;

в) молярная концентрация эквивалента;

г) моляльная концентрация;

д) титр;

е) мольная доля.

2) уметь:

· выполнять расчеты по уравнениям химических реакций на основе закона эквивалентов;

· определять фактор эквивалентности и молярную массу эквивалента;

· производить расчеты по нахождению концентрации растворенного вещества в определенном объеме или массе раствора или растворителя;

выполнять расчеты для приготовления растворов заданной концентрации.

2. Связь со смежными дисциплинами

Полученные знания и умения по способам выражении состава растворов (процентная концентрация, молярность, нормальность, титр) потребуются для изучения мед. биологии, мед. физики, фармакологии, биохимии и клинических дисциплин.

3. Контрольные вопросы по теме занятия

3.1 Понятие о химическом эквиваленте. Закон эквивалентов. Фактор эквивалентности

3.2 Общее понятие о растворах

3.3 Способы выражения состава растворов:

а) массовая доля вещества;

б) молярная концентрация;

в) молярная концентрация эквивалента;

г) моляльная концентрация;

д) титр;

е) мольная доля.

4. Практическая часть занятия

4.1 Лабораторная работа № 1. Приготовление растворов поваренной соли с заданной массовой долей из более концентрированного раствора

химический эквивалент раствор

Определить ареометром плотность исходного концентрированного раствора NaCl. По таблице «Плотности и концентрации водных растворов» найти массовую долю растворенного вещества в исходном растворе. Рассчитать объемы исходного раствора и воды, которые необходимы для приготовления раствора с заданной концентрацией. Отмерить мерным цилиндром рассчитанный объем исходного раствора NaCl и влить в колбу. Затем разбавить концентрированный раствор дистиллированной водой, доведя общий объем до метки. Измерить ареометром плотность полученного раствора. Определить точность выполнения опыта, рассчитав абсолютную и относительную ошибки эксперимента.

ФОРМА ОТЧЕТА:

1. Представить расчет объемов исходного раствора NaCl и воды, необходимые для приготовления раствора с заданной концентрацией.

2. Рассчитать абсолютную и относительную ошибки эксперимента по уравнениям:

Д = Х_экс. - Х_ист (1)

(2)

где Д - абсолютная ошибка

Д₀ - относительная ошибка

Х_экс. и Х_ист. - соответственно, экспериментальное и истинное значение определяемой величины.

Полученные результаты представить в виде таблицы 1.

Таблица 1 Расчет ошибок определения

? табл.	? эксп.	Д	Д0, %

4.2 Лабораторная работа № 2. Приготовление раствора соды из твердого вещества Na₂CО₃•10H₂O

Рассчитайте массу твердого вещества кристаллогидрата Na₂CО₃•10H₂O, необходимую для приготовления 100 мл раствора с заданной концентрации. Взвесьте рассчитанную массу вещества на технических весах. В мерную колбу на 100 мл вставьте воронку и перенесите в нее навеску вещества. Небольшим количеством дистиллированной воды смойте вещество в колбу. Постепенно добавляя воду, добейтесь полного растворения вещества. Затем добавьте воду, доведя уровень раствора до метки. Уровень бесцветной жидкости определяют по нижнему мениску. Плотно закройте колбу пробкой и перемешайте раствор. Вычислите титр и молярную концентрацию эквивалента полученного раствора, определите по таблице «Плотности и концентрации водных растворов» плотность полученного раствора Na₂CО₃ и рассчитайте массовую долю его в полученном растворе.

ФОРМА ОТЧЕТА:

1. Представить расчет массы кристаллогидрата Na₂СО₃·10Н₂О, необходимой для приготовления требуемого объема раствора натрия карбоната.

2. Представить расчет титра и молярной концентрации эквивалента полученного раствора натрия карбоната.

3. Представить найденное по таблице «Плотности и концентрации водных растворов» значение плотности полученного раствора натрия карбоната и расчет его массовой доли в растворе.

5. Ход занятия

ЭКВИВАЛЕНТОМ называется некая реальная или условная частица, которая может присоединять или высвобождать один ион водорода в кислотно-основных реакциях или один электрон в окислительно-восстановительных реакциях.

ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ

Вещества взаимодействуют друг с другом и образуются в результате химических реакций в количествах, пропорциональных их эквивалентам. Соответственно, массы (объемы) реагирующих веществ и продуктов их взаимодействия пропорциональны их эквивалентным массам (объемам).

Для реакции А + В - С + D:

ФАКТОР ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ f_экв.(Х) - число, показывающее, какая доля реальной частицы вещества Х эквивалентна одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции. Это - величина безразмерная, которую рассчитывают на основании стехиометрических коэффициентов конкретной реакции.

Фактор эквивалентности часто обозначают отношением 1/Z, где Z - суммарный заряд обменивающихся в молекуле ионов для обменных реакций или число электронов, принятых или отданных молекулой (атомом) вещества - для окислительно-восстановительных реакций.

Z - всегда целое положительное число, а фактор эквивалентности - меньше или равен 1.



Фактор эквивалентности одного и того же вещества может иметь разные значения в разных реакциях. Рассмотрим это на примере:

а) Na₂CO₃ + HCl = NaHCO₃ + NaCl

f_экв. (Na₂CO₃) = 1

б) Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂^

f_экв. (Na₂CO₃) = 1/2

в) 5Na₂SO₃ + 2KМnO₄ + 3H₂SO₄ = 5Na₂SO₄ + 2MnSO₄ + 3H₂O + K₂SO₄

MnO₄? + 8H⁺ + 5з > Mn²⁺ + 4H₂O

f_экв. (KМnO₄) = 1/5

г) 3Na₂SO₃ + 2KМnO₄ + H₂O = 3Na₂SO₄ + 2MnO₂ + 2KOH

MnO₄? + 2H₂O + 3з > MnO₂ + 4OH?

f_экв. (KМnO₄) = 1/3

д) Na₂SO₃ + 2KМnO₄ + 2KOH = Na₂SO₄ + 2K₂MnO₄ + H₂O

MnO₄? + з > MnO₄²?

f_экв. (KМnO₄) = 1

На основе закона эквивалентов можно вывести следующие формулы для вычисления эквивалентных масс сложных веществ:

М - молярная масса соединений.

М_э - молярная масса эквивалента

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ СОСТАВА РАСТВОРОВ

Содержание растворенного вещества в растворе может быть выражено либо безразмерными величинами - долями или процентами, либо величинами размерными - концентрациями.

В титриметрическом анализе для выражения состава раствора используют молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалента, титр.

МОЛЯРНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ равна количеству вещества (в молях), содержащегося в одном литре раствора.

Она обычно обозначается С(Х), иногда С_М и рассчитывается как отношение количества растворенного вещества Х к объему V раствора в литрах:

где m (Х) - масса растворенного вещества, г

М(Х) - молярная масса, г/моль

V - объем раствора, л.

Если объем V раствора измеряют в миллилитрах, то формула для расчета молярной концентрации имеет вид:

МОЛЯРНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ ЭКВИВАЛЕНТА (или нормальность) равна количеству вещества эквивалента (в молях), содержащегося в одном литре раствора.

Она обозначается С(f_экв.(Х)), иногда С_н рассчитывается как отношение количества эквивалента растворенного вещества Х к объему раствора в литрах:

или, выразив в знаменателе молярную массу эквивалента через молярную массу вещества и фактор эквивалентности его в реакции по уравнению, получим:

В титриметрическом анализе широко используется разновидность массовой концентрации - титр.

ТИТР равен массе вещества (в граммах), содержащейся в 1 мл раствора. Титр обозначается Т(Х) и рассчитывается, как отношение массы вещества Х к объему V его раствора в миллилитрах:

откуда m(Х) = Т(Х) V или m(Х) = 1000·Т(Х)•V, где V - объем, л.

Можно установить связь между молярной концентрацией и титром:

В тех случаях, когда речь идет об отношении массы (или объема, или количества вещества) компонента к, соответственно, массе (или объему, или количеству вещества) всей системы, термин "концентрация" не употребляют, а говорят о "доле" - массовой, объемной или молярной. И выражают эту долю либо дробью, либо в процентах, принимая систему за 1 или за 100%.

Для обозначения доли компонента приняты следующие греческие буквы: массовая доля - ? (омега), объемная доля - ? (фи), молярная доля - ? (хи).

где m (Х) и m - массы компонента и всей системы

V(Х) и V - объемы компонента и всей системы

?(Х) и ? ? - количества вещества компонента и всей системы.

МОЛЯЛЬНОСТЬ РАСТВОРА - равна количеству вещества (в молях) растворенного в 1 кг растворителя. Она обозначается:

где m(Y) - масса растворителя, кг.

6. Вопросы для самоконтроля знаний

1. Общие понятия о растворах.

2. Способы выражения состава растворов:

а) массовая доля вещества;

б) молярная концентрация;

в) молярная концентрация эквивалента;

г) моляльная концентрация;

д) титр;

е) мольная доля

3. Понятие о химическом эквиваленте. Закон эквивалентов. Фактор эквивалентности.

Расчетные задачи:

1. В оксиде металла ?(О) = 28,57%. В его же соединении с фтором ? (F) = 48,72%. Определите молярную массу эквивалента фтора.

Ответ: 19 г/моль

2. Какой объем соляной кислоты с массовой долей HCl 38% (? = 1,19 г/мл) нужно взять для приготовления 1 л 2 н раствора? Определить титр раствора.

Ответ: 161,5 мл;

7,3·10?² г/мл

3. Какой объем раствора серной кислоты с массовой долей H₂SO₄ 30% (? = 1219 кг/м³) можно приготовить из 12 кг раствора серной кислоты с массовой долей H₂SO₄ 60% (2 способа решения)?

Ответ: 19,7 л

4. Водный раствор содержит 577 г H₂SO₄ в 1 л. Плотность раствора 1335 кг/м³. Вычислите массовую долю (%)H₂SO₄ в растворе, а так же молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалента, моляльность и молярные доли H₂SO₄ и H₂O.

Ответ: 43,22%, 11,76 моль/л;

5,88 моль/л; 7,57 моль/кг;

0,123; 0,877

5. Вычислите молярную массу эквивалента двухосновной кислоты, в 12,5 н. растворе которой массовая доля этой кислоты 37%, а ? = 1664 кг/м³. Какая это кислота? Чему равны молярная концентрация, моляльность и титр раствора этой кислоты?

Ответ: 49,2 г/моль; 6,25 моль/л;

5,94 моль/кг; 0,6156 г/мл

Литература

ОСНОВНАЯ:

1. Конспект лекций.

2. Ершов, Ю.А. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для мед. спец. вузов /Ю.А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и др.; под ред. Ю.А. Ершова. - М.: Высш. шк., 2005. - с.42-49.

3. Барковский, Е.В. Введение в химию биогенных элементов и химический анализ: учеб. пособие для мед. вузов / Е.В. Барковский; под ред. Е.В. Барковского. - Мн., 1997.- с.85-93.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:

1. Ершов, Ю.А. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов/ Ю.А. Ершов, В.А. Попков; под ред. Ю.А. Ершова. - М.: Высшая школа, 1993 г. - с. 5-17.

2. Суворов, А.В., Общая химия: Учебное пособие для вузов / А.В.Суворов, А.Б. Никольский - СПб: Химия, 1994. - с. 129-131.

Размещено на Allbest.ru

...