Основы химии

Объем трилона Б,

V,мл

V_СР (трилон Б),

мл

Жесткость воды,

мэкв/л

1

2

3

4

100,00

100,00

100,00

100,00

Вычисляют общую, постоянную и временную жесткость воды по формуле:

Ж = V₁ · N₁ · K · 1000 / V_ВОДЫ [мэкв/л],

где N₁- нормальность трилона Б (0,05 н);

V₁ - средний объем трилона Б, пошедшего на титрование, мл;

К - поправочный коэффициент нормальности раствора трилона Б (К=1).

V_ВОДЫ - объем воды, мл

N₁ · K - истинная нормальность раствора трилона Б.

Справочный (теоретический) материал, необходимый для понимания задания и выполнения работ.

Примеси, растворенные в воде, оказывают существенное влияние на её свойства. Эти примеси весьма необходимы для жизни человека, животных и растений, но часто оказываются очень вредными для применения воды в технике. Так как эти примеси при высокой температуре образуют плотный осадок на стенках котлов (накипь), осаждаются на стенках труб в системах водяного охлаждения, что приводит к выходу этих систем из строя.

Жесткость водопроводной воде придают соли магния, кальция и железа. Различают жесткость временную, постоянную и общую (суммарную).

Временная жесткость обусловлена наличием в воде бикарбонатов кальция Ca(HCO₃)₂ и магния Mg(HCO₃)₂.

При гидролизе соли, образованной слабой двухосновной кислотой H₂CO₃, процесс реакции идет по следующей схеме:

CO₃^2? + HOH = HCO₃^? + OH^?

Диссоциация бикарбоната иона:

HCO₃^? = Н⁺ + CO₃^2?

настолько мала К_ДИСС.= 4,7? 10^?11, что произведение растворимости CaCO₃ не достигается и осадок не выпадает (ПР_CaCO3 = 5? 10^?9; ПР _MgCO3 = 1? 10^?5)

При кипячении значительно ускоряются два противоположных процесса:

а) Гидролиз иона HCO₃^?

HCO₃^?+ HOH = H₂CO₃ + OH^?;К_ГИДР.=3,3? 10^?8

СО₂ Н₂О



б) Диссоциация иона HCO₃^?

HCO₃^? - Н⁺ + CO₃^2?

Процесс диссоциации иона HCO₃^? делает возможным превышение величин произведения растворимости CaCO₃ и MgCO₃ и выпадает осадок.

Суммарный процесс выражается уравнением:

Ca(HCO₃)₂ - CaCO₃ + СО₂ + Н₂О

Равновесие этой реакции при кипячении сильно сдвигается вправо вследствие образования летучего (СО₂) и трудно растворимых продуктов.

Поскольку бикарбонатная жесткость устраняется кипячением, она называется временной.

Постоянная жесткость обуславливает наличие в воде сульфатов, хлоридов и других солей кальция и магния, которые не разлагаются при кипячении воды.

Сумма временной и постоянной жесткости составляет общую жесткость воды. Общую жесткость можно определить двумя способами:

а) по сумме катионов Ca²⁺ и Mg²⁺;

б) по сумме анионов HCO₃^?, SO₄^2?, Cl^? и др.

Общая жесткость воды оценивается суммой ммоль - эквивалентов ионов кальция и магния, содержащихся в 1 литре. Один ммоль - эквивалентов жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л ионов кальция или 12,16 мг/л ионов магния.

Жесткость природных вод колеблется в очень широких пределах - от 0,1 - 0,2 мэкв/л в водах рек и озер, расположенных в зонах тайги и тундры, до 80 - 100 мэкв/л в некоторых подземных водах и водах морей и океанов. Повышенная жесткость в водах природных источников обусловлена контактом воды с горными породами, содержащими карбонаты и сульфаты.

Применение жесткой воды недопустимо в некоторых отраслях промышленности, например в теплоэнергетике, так как в котлах и отопительных приборах образуется накипь, что ухудшает теплообмен. Поэтому жесткость является одним из показателей качества воды, который необходимо контролировать.

При необходимости использования источника с высокой жесткостью воды применяют специальные методы умягчения воды. Умягчение может быть осуществлено переводом солей жесткости в труднорастворимые или комплексные соединения, перегонкой воды, методом ионного обмена.

При умягчении воды методом осаждения соли жесткости переводят в следующие труднорастворимые соединения: карбонат кальция, гидроксид магния, трехзамещенные фосфаты. Способы обработки воды, в зависимости от осадителя, которые применяются дляумягчения воды, называют известкованием, содо-известкованием, фосфатированием.

Процессы, протекающие при известковании воды (обработка известью Са(ОН)₂) описываются уравнениями реакций:

,

,

,

.

Постоянная жесткость известью не удаляется - изменяется ее состав: магниевая жесткость переходит в эквивалентное количество кальциевой.

Обработка воды одновременно содой и известью (содо-известкование) может быть описана теми же уравнениями (кроме последнего) и в дополнение к ним следующими:



,

Комплексонометрическое титрование

В основе методов комплексонометрического титрования лежат реакции образования прочных внутрикомплексных соединений. Широкое применение комлексонометрия получила с введением в практику аналитической химии аминополикарбоновых кислот и их солей, называемых комплексонами. Наибольшее распространение получила динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), этилендиамминтетраацетат натрия, называемая, комплексоном III или трилоном Б. Комплексон III образует растворимые внутрикомплексные соединения с различными металлами строго определенного состава, а именно отношение катионов металла к лиганду равно 1:1.

В качестве индикаторов в комплексонометрии используют металлоиндикаторы.

Это органические красители, образующие с металлами окрашенные комплексы, менее прочные, чем комплексы катиона этого металла с комплексоном.

Рабочий раствор - 0,05 н Na₂C₁₀H₁₄N₂O₈·2H₂O.(комплексон III, трилон Б, динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты).

Индикаторы - эриохром черный Т, мурексид, хром темно-синий кислотный

Определение жесткости воды основано на способности комплексона III (трилона Б) образовывать с ионами кальция и магния бесцветные хорошо растворимые в воде внутрикомплексные соединения.

Титрование проводят в присутствии индикатора (кислотного хром темно-синего), который в щелочной среде (рН = 10) при наличии свободных ионов кальция и магния, окрашивает пробу в розовый цвет за счет образования слабых комплексов.

Необходимая щелочная среда пробы создается смесью, состоящей из хлористого аммония NH₄Cl и аммиака NH₃. Такая смесь создает устойчивую щелочную среду (рН = 10). При титровании трилоном Б ионы кальция и магния образуют с ним более прочные комплексы, чем с индикатором. Когда все имеющиеся ионы кальция и магния свяжутся с трилоном Б (нейтральная точка), индикатор изменяет окраску - становится сине-фиолетовым (перетитрованный раствор - синий).

Расчет общей жесткости воды по данным титрования основан на использовании закона эквивалентов: вещества реагируют в эквивалентных количествах. Применительно к жидким реагирующим системам закон эквивалентов удобен в следующей математической форме, где:

V₁N₁ = V₂N₂,

где V₁ и V₂ - объёмы растворов реагирующих веществ

N₁ и N₂ - нормальность этих растворов (молярная концентрация эквивалента, эквивалентная концентрация).



Вопросы к защите работы

Какая жесткость устраняется кипячением?

Какие способы устранения жесткости воды Вам известны?

(ответ мотивируйте, составив соответствующие уравнения химических реакций)

Учебная литература: /1/, с. 674-676; /2/, с.461-474; /3/, с.393.



Лабораторная работа № 17

Исследование свойств неорганических вяжущих веществ

Цель работы: Подтверждение опытным путем качественного состава строительных материалов: воздушной извести, строительного гипса, силикатного цемента.

Задание по работе: В опытах №1; №2 и №5 необходимо составить уравнения реакций. В опыте 3 определить сортность извести, а в опыте 4 отметить, за какой промежуток времени теряется пластичность каждого из образцов.

Методические указания по выполнению работы

Опыт № 1. Карбонизация извести.

Поместите в сухую пробирку кирпичик, приготовленный из известкового раствора. Пропускайте в пробирку диоксид углерода до появления влаги на стенках пробирки. Напишите уравнение реакции карбонизации с учетом теплового эффекта реакции.

Опыт № 2. Получение магнезиального цемента.

Смешайте в фарфоровой чашке 2,5 г гексагидрата хлорида магния (MgCl₂ * 6H₂O) и 1 г оксида магния и по каплям прибавляйте воду до образования густой тестообразной массы. Соберите эту массу шпателем и положите внутрь железного кольца, находящегося на стеклянной пластинке. Выньте цемент из кольца через час. Составьте уравнение реакции.

Опыт № 3. Количественное определение СаО и MgO в извести.

Негашеную известь тщательно разотрите в агатовой ступке. Отвесьте на технохимических весах 0,7-0,8 г порошкообразной извести. В коническую колбу, вместимостью 250-300 мл всыпьте навеску извести, прибавьте 50 мл дистиллированной воды и слегка нагрейте до 40-50^оС. Наполните бюретку до нулевой отметки 1н. раствором соляной кислоты.

В колбу с раствором извести добавьте 2 капли раствора фенолфталеина и оттитруйте 1н HCl до обесцвечивания. Запишите объём израсходованной соляной кислоты с точностью до + 0,1 мл в таблицу1.

Таблица1 Результаты титриметрического анализа извести.

Навеска извести, г m	Объём HCl, израсходованный на титрование, V мл. СHCl = 1,0 н.	Содержание СаО + MgO
		Массовая доля, %	Сорт извести

Вычислите массовую долю CaO + MgO по формуле:

% = V * C_HCl * 0,028 * 100

m

где 0,028 - миллиэквивалент (мэкв) СаО или массовое количество СаО, эквивалентное количеству HCl в 1 мл 1 н. раствора.

Сортность извести определяется техническими условиями на данный продукт (табл.2).

Таблица2 Известь негашеная комовая (технические условия).

Содержание	Сорт
	Маломагнезиальная	Магнезиальная	Доломитовая
	1	2	3	1	2	3	1	2	3
CaO + MgO, в % на сухое вещество, не менее	85	70	60	80	70	60	75	70	60

Опыт № 4. Ускорение и замедление схватывания строительного гипса.

На стеклянную пластинку насыпьте шпателем три одинаковые пробы строительного гипса и затворите их одинаковым количеством растворителя: первую пробу затворите водопроводной водой; вторую - 10% раствором сульфата аммония (NH₄)₂SO₄; третью - раствором гидроксида кальция Са(ОН)₂. Затворение проведите, по возможности, быстро и одновременно. Отметьте, за какой промежуток времени теряется пластичность каждого образца.Результаты запишите в таблицу № 3

Таблица 3

Номер образца	Для затворения взяты	Время схватывания, мин.	Вывод
I II III

В графе выводы напишите, что является ускорителем и что замедлителем схватывания по отношению к образцу, затворенному водой.

Опыт № 5. Получение водной вытяжки силикатного цемента и определение реакции раствора.

В пробирку насыпьте один шпатель силикатного цемента и налейте до половины дистиллированной воды. В течение 2-3 минут энергично встряхивайте содержимое пробирки, затем отфильтруйте предварительно осевший осадок.

К половине фильтрата (так называемой вытяжке цемента) прилейте 1-2 капли фенолфталеина. На что указывает появление малиновой окраски? Напишите уравнение реакции, которая указывала бы содержание в вытяжке щелочи. К другой половине вытяжки прибавьте раствор соды Na₂CO₃. Напишите уравнение реакции, которая объясняет появление мути.

Справочный (теоретический) материал, необходимый для понимания задания и выполнения работ.

Вяжущие вещества можно разделить на две большие группы: неорганические вяжущие - различные цементы, известь, гипсовые вяжущие и др.; органические вяжущие - битум, дегти, клей и т.п.

В строительном производстве в большей степени применяют неорганические вяжущие вещества. Органические вяжущие вещества широко применяют в дорожном строительстве.

Неорганическими вяжущими строительными веществами называются минеральные порошкообразные материалы, способные при смешивании с водой образовывать пластическую массу, затвердевающую с течением времени в камневидное тело.

Все вяжущие строительные материалы получают из природных веществ путем их термической обработки при различных температурах. Однако по химическому составу, по свойствам и по области применения вяжущие вещества очень разнообразны.

Воздушные вяжущие вещества

Магнезиальный цемент - хлорид гидроксомагния (MgOHCl). Технический продукт получается замешиванием оксида магния с концентрированным раствором хлорида магния. Смесь, затвердевая, превращается в плотную, белую, легко полирующуюся массу.

Магнезиальный цемент в качестве вяжущего материала применяется при изготовлении мельничных жерновов, точильных камней, различных плит, смесь его с древесными опилками под названием ксилолит, используется для покрытия пола.

Строительный или полуводный гипсCaSO₄ * 0,5 H₂O - воздушное вяжущее вещество, быстро твердеющее на воздухе. Получают строительный гипс из природного двухводного гипса CaSO₄ * 2H₂O путем его нагревания до температуры 150 - 170^оС. При этом происходит частичная дегидратация природного гипса:

CaSO₄ * 2H₂O > CaSO₄ * 0,5H₂O + 1,5H₂O.



Полученный полуводный гипс, измельченный до порошкообразного состояния, при затворении водой образует пластическое, быстротвердеющее тесто.

Строительный гипс быстро схватывается (несколько минут), белого цвета, хорошо заполняет формы вследствие некоторого увеличения объёма во время твердения. К недостаткам следует отнести низкую водостойкость и плохую морозоустойчивость влажных гипсовых изделий. Для замедления схватывания полуводного гипса применяют раствор гашеной извести Ca(OH)₂ и органические клеи. Некоторые вещества еще более увеличивают скорость схватывания гипса, например сульфат аммония (NH₄)₂SO₄, а также ряд других сернокислых и хлористых солей.

Воздушная известь - простейшее вяжущее вещество, состоящее главным образом из оксида кальция СаО. Получают известь обжигом природных материалов, содержащих карбонат кальция: известняка, мела, известкового туфа и др. Обжиг ведут при температуре 800 - 1200^оС. При этом происходит термическое разложение карбоната кальция и получается негашеная известь:

Смесь известкового теста с песком называется известковым раствором; её применяют для строительных работ. Твердение извести происходит медленно, обусловливается, в основном, кристаллизацией гидроксида кальция. Находящийся на поверхности Са(ОН)₂ поглощает из воздуха углекислый газ, при этом происходит медленное образование карбоната кальция СаСО₃, называемое реакцией карбонизации:

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О.

Образующийся СаСО₃ нерастворим в воде и выделяется вместе с Са(ОН)₂ сначала в коллоидном, а затем в кристаллическом состоянии. За счет кристаллизации Са(ОН)₂ и СаСО₃ идет нарастание механической прочности известкового теста и превращение его в камневидное тело.

Гидравлические вяжущие вещества.

Портландцемент - медленно твердеющее гидравлическое вяжущее вещество, сохраняющее свою прочность, как на воздухе, так и в воде. Портландцемент - важнейший, современный вяжущий строительный материал, который применяют для изготовления бетона и железобетона. Получают портландцемент высокотемпературным (1500^оС) обжигом природных мерилей или готовят искусственную смесь из 75% известняка СаСО₃ и 25% глины, в состав которой входит каолин Al₂O₃ * 2SiO₂ * 2H₂O.

Клинкер портландцемента состоит из следующих минералов: 3CaO * SiO₂ - трехкальциевый силикат 37-60%, 2CaO * SiO₂ - двухкальциевый силикат 15-37%, 3CaO * Al₂O₃ - трехкальциевый алюминат 7-16%, 4CaO * Al₂O₃ * Fe₂O₃ - четырехкальциевый алюмоферрит 10-18%. Цементный клинкер размалывается в тонкий серый порошок, называемый цементом.



Вопросы к защите работы

Дайте определение неорганических вяжущих строительных веществ?

Какие из приведенных вяжущих веществ относятся к воздушным: известь, портландцемент, гипс?

Какое из приведенных вяжущих веществ сохраняет свою прочность в воде: гашеная известь, строительный гипс, цемент?

Какое из вяжущих веществ относится к быстротвердеющим: известь или полуводный гипс?

Какой из минералов служит сырьем для производства строительного гипса: Al₂O₃ * 2SiO₂ * 2H₂O; CaCO₃; CaSO₄; CaSO₄ * 2H₂O?

Дайте определение гидравлических вяжущих неорганических веществ.

Какие из минералов входят в состав клинкера портландцемента: 4CaO * Al₂O₃* Fe₂O₃; Al₂O₃ * 2SiO₂ * 2H₂O; 3CaO * SiO₂; 2CaO * SiO₂?

Учебная литература: /1/, с.640-645.



Лабораторная работа № 18

Идентификация и оценка некоторых свойств высокомолекулярных материалов

Цель работы: Опытным путем подтвердить химические и физические свойства высокомолекулярных соединений и пластмасс.

Задание по работе: Проведение идентификации неизвестного волокна и пластмассы.

Методические указания по выполнению работы

Методы идентификации и способы получения пластмасс и волокон

В опытах «обнаружение полихлорвинила и полистирола» проводится ознакомление с основными методами идентификации важнейших пластмасс и волокон. Результаты опытов оформляются в виде таблицы, приведенной ниже.

Опыт № 1. Обнаружение полихлорвинила

Сильно нагрейте медную проволоку в пламени горелки, затем прижмите её к образцу полихлорвинила и снова внесите в пламя. Наблюдайте зеленую окраску пламени.при накаливании проволоки на её поверхности образуется окись меди, реагирующая с отщепляющимися от полихлорвинила хлористым водородом с образованием хлорной меди и воды. Зеленая окраска пламени обусловлена хлорной медью. Кроме полихлорвинила, такая же реакция характерна и для других пластмасс, содержащих хлор.

Опыт № 2 Обнаружение капрона

а) Внесите в пламя кусочек капрона. Обратите внимание на характер горения и запах.

б) Расплавьте капрон в пламени спички и попробуйте вытянуть из капрона тонкие нити спичкой или булавкой. Возможность получить из расплавленного капрона нити резко отличает его от других пластмасс.

в) Налейте в четыре пробирки отдельно по 5-6 капель H2SO4 (конц.); HCl (конц.) и H2SO4 (разб.); HCl (разб.), концентрированного раствора NaOH и поместите в пробирки кусочки капрона. Через некоторое время отметьте, в каких случаях происходит растворение капрона.

Опыт № 3 Обнаружение полиэтилена:

а) Внесите в пламя кусочек полиэтилена. Обратите внимание на характер плавления, затем горения, запах.

б) Проверьте действие концентрированных кислот на полиэтилен без нагревания и при нагревании; растворимость в толуоле.

Опыт № 4 Обнаружение полистирола

а) Растворите полистирол в бензоле (при нагревании)

б) Проверьте действие на полистирол концентрированных кислот (H₂SO₄; HCl; HNO₃).

Справочный (теоретический) материал, необходимый для понимания задания и выполнения работ.

Определение высокомолекулярных органических соединения

Высокомолекулярными называют вещества с молекулярной массой от десяти тысяч до миллиона и более углеродных единиц. Молекулы таких веществ, содержащие от нескольких сотен до сотен тысяч атомов, по сравнению с обычными молекулами обладают огромными размерами. Поэтому их называют макромолекулами.

Классификация

Различают природные высокомолекулярные соединения (белки, крахмал, целлюлозу, натуральный каучук) и синтетические, полученные химическим путём за счет объединения многих молекул обычного размера в одну макромолекулу.

Применение

Высокополимеры являются основой для получения таких важных в народном хозяйстве материалов, как пластические массы, синтетические каучуки, электроизоляционные смолы, синтетические материалы для постройки орудий лова, латексы, смолы, пленкообразующие вещества и т.д.

Исходное сырьё

Исходным сырьём для производства многих полимеров служат нефтяные газы и продукты переработки нефтяной и коксобензольной промышленности.

Полимеризация

Реакция полимеризации заключается в соединении многих молекул исходного вещества в одну макромолекулу.

Необходимым условием для реакции полимеризации является наличие двойной или тройной связи в молекулах мономеров.

Под действием тех или иных факторов (света, тепла, энергии веществ, специально введенных для этой цели, энергии радиоактивных частиц) одна связь разрывается, и молекула превращается в радикал, обладающий двумя свободными валентностями (бирадикал).

Своими свободными валентностями эти радикалы связываются между собой, образуя макромолекулы.

Поликонденсация

В процессах поликонденсации также имеет место объединение многих молекул в одну макромолекулу в результате химического взаимодействия между функциональными группами, которое сопровождается образованием низкомолекулярных веществ (воды, хлористого водорода, аммиака и т. п.).

Продукт конденсации опять соединится с формальдегидом, образуя фенолоспирт, но уже более сложного строения, который снова реагирует с фенолом и т.д.

Общие свойства

К важнейшим свойствам большинства пластмасс относятся: плотность, достаточная механическая прочность, химическая стойкость, низкая теплопроводность, высокие диэлектрические свойства, хороший внешний вид и др.

К недостаткам пластмасс можно отнести невысокую теплостойкость (не выше 120?С), большой коэффициент термического расширения, вязко-текучее состояние под нагрузками, старение под действием света и влаги, механических и термических воздействий. Эти недостатки часто устраняются рациональным выбором состава пластмасс, удалением вредных примесей, введением ингибиторов, стабилизаторов и дополнительной термообработкой.

Применение

Высокая механическая прочность и малая плотность обуславливает их применение как незаменимых конструкционных материалов. Некоторые пластмассы широко применяют в химическом машиностроении в качестве антикоррозионного материала (фторопласты, полиэтилен, полиизобутилен, полистирол, поливинилхлорид). Некоторые пластики (полиакрилат и кремнийорганические смолы) имеют высокую термостойкость, до 300?С и выше.

Полиэтилен, полистирол и политетрафторэтилен - наилучшие диэлектрики и поэтому используются как электроизоляционные материалы. Токопроводящие наполнители (графит, металлические порошки, сажа и др.) позволяют получить токопроводящие и теплопроводящие пластики.

Полиамиды, слоистые фенопласты (на основе тканей и древесного шпона) - хорошие антифрикционные материалы для изготовления подшипников, зубчатых передач. Прозрачные пластики (полиметилметакрилат, полистирол и др.) превосходят силикатные стекла.

Состав пластмасс

Пластмассы - это полимеры и композиции на их основе. К полимерам добавляются красители и стабилизаторы. К композиционным пластмассам добавляются также незначительные количества (до нескольких десятков процентов) иных компонентов: наполнителей, пластификаторов, иногда специальных отвердителей. Пористые пластмассы получают с помощью газообразователей (пенопласты).

Наполнители - это измельченные неорганические и органические материалы (песок, тальк, слюда и др.) и волокнистые материалы (очесы хлопка, обрезки тканей, бумаги).

Пластификаторы - маслообразные органические вещества с высокой температурой кипения (дибутилфталат - С₆Н₄(СООС₄Н₉)₂, низкомолекулярные полиэфирные смолы и др.) уменьшают жесткость и хрупкость полимера, увеличивают морозостойкость.

Красители - минеральные пигменты (окись цинка и др.) или органические красители.

Стабилизаторы(от 0,1 до 3 %) - термостабилизаторы (амины, фенолы) и светостабилизаторы (сажа и др.) препятствуют термоокислительной и фотохимической деструкции.



Вопросы к защите лабораторной работы

Какие функциональные группы в полимерах повышают:

а) теплостойкость,

б) адгезию,

в) прочность при растяжении,

г)водопоглощение.

Привести конкретные примеры.

Приведите примеры синтетических волокон, получаемых методом полимеризации и поликонденсации.

Какими общими свойствами обладают высокомолекулярные вещества?

Учебная литература: /1/, с. 646-651; /2/, с. 642;/3/, с. 450-466;

№ опыта	Химическая формула волокна полимера и название	Метод получения (поликонденсации, полимеризация)	Цвет, характер волокна, пластмассы ( гибкий, шелковистый, блестящий, твердый и т.д.)	Характер горения (запах, цвет пламени, способность к воспламенению, затуханию, характер продуктов сгорания и т.д.)	Вид растворителя (минеральная кислота: H2SO4 НCl;HNO3; органические растворители) и условия растворения (концентра ция, температура)	Температура плавления (или начало размягчения)	Плотность кг/м3

45

Размещено на http://www.allbest.ru/

10

Лабораторная работа № 19

Изучение свойств азота и его соединений

Цель работы: Освоить строение атома азота и изучить основные свойства азота и его соединений; освоить приемы проведения опытов полумикрометодом.

Задание по работе. Написать уравнения, проведенных реакций в молекулярной и ионно-молекулярной форме. В уравнения окислительно-восстановительных реакций коэффициенты подобрать методом электронно-ионного баланса. Написать:

Схему равновесия в водном растворе аммиака;

Молекулярное и ионное уравнения реакций, в которых сульфат алюминия взаимодействует с водным раствором аммиака.

Методические указания по выполнению работы

Опыт 1. Равновесие в водном растворе аммиака.

В две пробирки внести по 4 капли раствора аммиака (NH₃•H₂O). В 1-ю пробирку добавить 1 каплю фенолфталеина. Отметить окраску раствора. На присутствие, каких ионов она указывает? Добавить в раствор несколько кристалликов хлорида аммония (NH₄С1), и тщательно перемешать раствор. Как изменилась интенсивность окраски раствора? Почему?

К раствору аммиака во 2-й пробирке добавить 5 капель нитрата алюминия (Al(NO₃)₃ + 3NH₃•H₂O > Al(OH)₃v+ 3(NH₄)NO₃). Отметить исчезновение запаха аммиака.

Опыт 2. Восстановительные свойства аммиака.

В три пробирки внести раздельно по 4 капли растворов: в 1-ю -бромной воды(Br₂+H₂O), во 2-ю - перманганата калия (KMnO₄), в 3-ю - дихромата калия K₂Cr₂O₇. В каждую из пробирок добавить по 4 капли 25% раствора аммиака. В каждом случае растворы слегка подогреть до изменения окраски.

Написать соответствующие уравнения реакций, учитывая, что в каждом случае аммиак в основном окисляется до молекулярного азота N₂, перманганат калия KmnO₄ восстанавливается до MnO₂, а дихромат калия K₂Cr₂O₇ - до оксида хрома (III) Cr₂O₃. Во всех случаях отметить изменение окраски растворов.

Опыт 3. Соли азотистой кислоты.

Восстановительные и окислительные свойства нитритов.

В три пробирки внести по 3 капли: в 1-ю - йодида калия (КI), во 2-ю - перманганата калия (KmnO₄), в 3-ю -дихромата калия (K₂Cr₂O₇). В 1- ю и 2-ю пробирки добавить по 2 капли 2 н раствора серной кислоты, в 3-ю пробирку - 1 каплю концентрированной серной кислоты. В каждую пробирку добавить несколько кристалликов нитрита натрия (NaNO₂) и тщательно перемешать.

Отметить изменение окраски раствора в каждом случае.

В какое соединение переходит при этом нитрит натрия? Указать, в каком случае он является окислителем, в каком восстановителем? Почему нитриты могут обладать окислительно-восстановительной двойственностью? Любой из указанных выше опытов можно использовать в качестве реакции для открытия иона NO₂^? в присутствии нитрат иона NO₃- (в отсутствие других восстановителей и окислителей).

Опыт 4. Качественная реакция на NH₄⁺- ион.

В пробирку внести 4 капли раствора хлорида аммония (NH₄Cl) и добавить столько же капель 2 н раствора едкого натра (NaOH) или едкого кали (KOH). Слегка нагреть пробирку и над её отверстием подержать, предварительно смоченную дистиллированной водой универсальную индикаторную бумажку. По запаху и по изменению цвета индикаторной бумажки убедиться в выделении аммиака и образовании OH- - иона. В какую сторону сдвигается равновесие:

NH₃ + H₂O-NH₃•H₂O - NH₄⁺+OH^?.

Написать в молекулярной и ионной форме уравнение реакции хлорида аммония со щелочью. Эта реакция является качественной реакцией для обнаружения иона аммония.



Вопросы к защите работы

1. В каком направлении смещается равновесие в водном растворе аммиака при добавлении к нему хлорида аммония? Нитрата алюминия? Как при этом изменится концентрация компонентов данной равновесной системы: ОН^? - иона, NH₄⁺- иона, NH₃? В каком направлении сместится равновесие данной системы при добавлении хлороводородной кислоты (НСl)? Почему?

Учебная литература /3/, с. 385 -415; /6/, с. 148-152.



Лабораторная работа №20

Изучение свойств серы и ее соединений

Цель работы - изучить строение атома серы и основные свойства серы и её соединений; освоить приемы проведения опытов полумикрометодом.

Задание по работе. Написать уравнения, проведенных реакций в молекулярной и ионно-молекулярной форме. В уравнения окислительно-восстановительных реакций коэффициенты подобрать методом электронно-ионного баланса. Написать уравнение, реакции взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой. Указать окислитель и восстановитель.

Методические указания по выполнению работы

Опыт 1. Получение малорастворимых сульфидов

В две пробирки внести раздельно по 3 капли растворов сульфата марганца (II) MnSO₄ и нитрата свинца (II) Pb(NO₃)₂. В каждый раствор добавить по 2 капли раствора сульфида аммония (NH₄)₂S. Наблюдать выпадение осадков сульфида марганца и сульфида свинца. К полученным осадкам прибавить по 3 капли 2 н раствора азотной кислоты HNO₃.

В две другие пробирки с растворами сульфата марганца и нитрата свинца добавить по 4 капли сероводородной воды. В каком случае образование осадка не наблюдалось? Почему?

Написать в молекулярном и ионном виде уравнения, реакций получения сульфидов марганца и свинца. Указать их цвет. Написать уравнение реакции растворения MnS в растворе азотной кислоты. Пользуясь правилом произведения растворимости (ПР(MnS) = 2,5•10^?10; ПР(PbS) = 1•10^?27), объяснить:

а) различные результаты действия H₂S и (NH₄)₂S на соль марганца; б) образование осадка PbS в обоих случаях. Реакция, образования черного осадка PbS, может служить для обнаружения сульфид иона S^2-.

Опыт 2. Окислительные и восстановительные свойства серы (IV)

Восстановительные свойства SO₃²-иона

В пробирку, содержащую 3 капли раствора перманганата калия (KmnO₄) и 1 каплю 2 н. раствора хлороводородной кислоты HCl, прибавить несколько кристалликов сульфита натрия Na₂SO₃. Отметьте обесцвечивание раствора в связи с переходом иона MnO₄^? в ион Mn²⁺. Данная реакция может служить реакцией для открытия SO₃^2? в отсутствие других восстановителей. В какое соединение перешёл при этом сульфит натрия? Учитывая, что сульфит бария BaSO₃ растворим в азотной кислоте HNO₃, а сульфат бария BaSO₄ нерастворим, убедиться в переходе иона SO₃^2? в ион SO₄^2?, для чего в полученный раствор добавить 1-2 капли азотной кислоты и столько же капель раствора хлорида бария(BaCl₂). Какое соединение выпало в осадок? Отметить наблюдаемые явления и написать уравнения всех протекающих реакций.

Опыт 3. Различная растворимость сульфита и сульфата бария в кислоте.

В двух пробирках получить обменной реакцией сульфат(BaCl₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄ + 2NaCl) и сульфит бария (BaCl₂+ Na₂SO₃ = BaSO₃ + 2NaCl).Для чего в две пробирки внести по 2 капли раствора хлорида бария, затем в пробирку №1 добавить 2 капли сульфата натрия, а в пробирку №2 несколько кристалликов сульфита натрия. Наблюдать, образование осадков в обеих пробирках. Сравнить растворимость сульфита и сульфата бария в кислоте, добавив в обе пробирки по 2 капли 2 н раствора азотной кислоты. Что наблюдается?

Опыт 4.Тиосульфат натрия и его свойства.

а) Неустойчивость тиосульфата в кислой среде.

Внести в пробирку 5 капель тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃)и 1 каплю 2 н раствора серной кислоты (H₂SO₄).Отметить выпадение серы. По запаху определить, какой газ выделился.

б) Восстановительные свойства тиосульфата натрия.

В 1-.ю пробирку внести 5 капель бромной воды(Br₂+H₂O). Во вторую 5 капель йодной воды (I₂+H₂O). В обе пробирки добавлять по каплям тиосульфат натрия до обесцвечивания растворов.

Написать уравнения протекающих реакций, учитывая, что бром окисляет тиосульфат до сульфата натрия, при этом в реакции участвует вода. (Выделяющаяся сера является продуктом побочной реакции). Йод окисляет тиосульфат натрия до тетратионата натрия Na₂S₄O₆. В какую степень окисления переходят при этом бром и йод?



Вопросы к защите работы

1. Какой сульфид растворился? Возможно ли его образование в кислой среде?

2. Почему не растворился в азотной кислоте сульфат бария?

3. Окислителем или восстановителем является тиосульфат натрия?

Учебная литература /3/, с. 472- 487;/6/, 139-144.



Лабораторная работа №21

Изучение свойств фосфора и его соединений

Цель работы - изучить строение атома фосфора и основные свойства фосфора и его соединений; освоить приемы проведения опытов полумикрометодом.

Заданиепо работе. Написать уравнения, проведенных реакций в молекулярной и ионно-молекулярной форме. Написать уравнение первой ступени гидролиза ортофосфата натрия в ионной и молекулярной форме.

В уравнения окислительно-восстановительных реакций коэффициенты подобрать методом электронно-ионного баланса.

Методические указания по выполнению работы

Опыт 1. Ортофосфаты некоторых металлов.

а) Получение гидрофосфата кальция.

Внести в пробирку по 4 капли растворов хлорида кальция (CaCl₂) и гидрофосфата натрия Na₂HPO₄.Отметить цвет выпавшего осадка. Написать уравнение реакции в молекулярной и ионной форме.

б) Осаждение фосфатов железа и алюминия в присутствии ацетата натрия.

Возьмите две пробирки. В первую внесите 3 капли раствора хлорида железа(III) (FeCl₃), во вторую пробирку - 3 капли раствора нитрата алюминия (Al(NO₃)₃), добавить в каждую пробирку по 2 капли раствора ацетата натрия(CH₃COONa) и по каплям раствор гидрофосфата натрия (Na₂HPO₄) до выпадения осадков. Отметить цвета выпавших осадков. В данном опыте в растворах алюминия и железа (III), буферированных ацетатом натрия, получаются средние фосфаты этих металлов, нерастворимые в уксусной кислоте:

Me²⁺+ HPO₄^2?+ CH₃COO^?> MePO₄ + CH₃COOH



Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

Опыт 2. Гидролиз некоторых соединений фосфора.

Гидролиз ортофосфатов натрия.

В три пробирки внести по 1 капле раствора нейтрального лакмуса. Первую пробирку оставить как контрольную, во 2-ю добавить несколько кристалликов ортофосфата натрия (Na₃PO₄), в 3-ю - столько же дигидрофосфата натрия (NaH₂PO₄₎. Затем в каждую пробирку добавить по 5 капель дистиллированной воды. Содержимое пробирок тщательно перемешать до полного растворения солей. Отметить изменение цвета лакмуса по сравнению с его окраской в контрольной пробирке.

Кислотность раствора дигидрофосфата натрия (NaH₂PO₄) обусловлена тем, что из 2-х реакций:

1. H₂PO₄- = H⁺ + HPO₄^2-

2. H₂PO₄- + H₂O = H₃PO₄ + OH-.

Первая - диссоциация H₂PO₄- - иона протекает более интенсивно, чем гидролиз этого иона, так как сопровождается образованием более слабого электролита HPO₄^2- по сравнению с H₃PO₄ (К(HPO₄ ^2-) = 4,5 ·10-¹²; К₁ (H₃PO₄) = 7,9·10-³).



Вопросы к защите работы

1. На увеличение концентрации, каких ионов указывает изменение цвета лакмуса при растворении ортофосфата натрия и дигидрофосфата натрия?

Учебная литература /3/, с. 449;/6/,с. 155-157.



Лабораторная работа №22

Изучение свойств галогенов и их соединений

Цель работы. Освоить строение атомов фтора, хлора, брома и йода и изучить их основные свойства и химические свойства соединений, в состав которых входят галогены.; получить навыки проведения опытов полумикрометодом.

Задание по работе. Написать уравнения, проведенных реакций в молекулярной и ионно-молекулярной форме. В уравнения окислительно-восстановительных реакций коэффициенты подобрать методом электронно-ионного баланса.

Методические указания по выполнению работы

Опыт 1. Окислительные свойства галогенов и их сравнительная активность

а) Сравнение окислительных свойств галогенов.

В одну пробирку внести 3 капли раствора бромида калия (KBr), и в две другие - по 3 капли раствора йодида калия (KI) . Во все три пробирки добавить по 2 капли органического растворителя (бензол) . В пробирки с растворами йодида и бромида калия внести по 3 капли хлорной воды (Cl₂+H₂O), в последнюю пробирку с раствором йодида калия - 3 капли бромной воды (Br₂+ H₂O). Содержимое пробирок перемешать и по окраске полученного слоя органического растворителя установить, какой галоген выделяется в свободном виде в каждой из пробирок.

Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной форме. В каждом случае указать окислитель и восстановитель. Расположить галогены в ряд по убыванию их окислительной активности. Объяснить последовательность расположения.



б) Окисление сульфата железа (II)

В две пробирки раздельно внести по 4 капли бромной и йодной воды. Добавить в каждую пробирку несколько кристалликов сульфата железа (II) [соли Мора (NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O].

Что наблюдалось? Написать уравнение протекающей реакции. В каком случае реакция окисления Fe²⁺не протекала? Выписав из справочной таблицы значения стандартных электродных потенциалов систем: Cl₂/2Cl^?, Br₂/2Br^?, I₂/2I^??Fe³⁺/Fe²⁺ вычислите Э.Д.С. и укажите, в каком случае реакция окисления FeSO₄ невозможна. Подтверждалось ли это опытом?

Опыт 2. Сравнение восстановительных свойств галогенов.

Восстановление хлорида железа (III)

Внести в три пробирки раздельно по 3 капли раствора хлорида железа (III) и по 1 капле 2 н раствора серной кислоты, перемешать. Затем добавить в пробирку №1 3 капли раствора йодида калия, №2 -3 капли раствора бромида калия, №3 -3 капли раствора хлорида калия. Растворы тщательно перемешать.

Что наблюдали? В каком случае произошло восстановление FeCl₃ и соответственно окисление галогена? Согласуются ли результаты опыта с относительными значениями стандартных электродных потенциалов соответствующих окислительно-восстановительных систем (опыт 1б)? Как изменяется восстановительная способность галогенидов (отрицательных ионов галогенов)? Расположите их в ряд по возрастающей восстановительной активности.



Вопросы к защите работы

1. В каком случае произошло восстановление FeCl₃ и соответственно окисление галогена?

2. Согласуются ли результаты опыта с относительными значениями стандартных электродных потенциалов соответствующих окислительно-восстановительных систем (опыт 1б)?

3. Как изменяется восстановительная способность галогенидов (отрицательных ионов галогенов)? Расположите их в ряд по возрастающей восстановительной активности.

Учебная литература /3/, с. 492-510; /6/, с. 132-135.



Лабораторная работа № 23.

Изучение свойств углерода и его соединений

Цель работы - изучить строение атома углерода и основные свойства углерода и его соединений; освоить приемы проведения опытов полумикрометодом.

Задание по работе. Написать уравнения, проведенных реакций в молекулярной и ионно-молекулярной форме. В уравнения окислительно-восстановительных реакций коэффициенты подобрать методом электронно-ионного баланса.

Методические указания по выполнению работы

Опыт№1. Получение карбонатов щелочноземельных металлов и их растворение в уксусной кислоте.

В три пробирки внести по 3 капли растворов хлорида кальция СаСl₂, хлорида стронция SrСl₂и хлорида бария ВаСl₂. Затем добавить в каждую пробирку по 3 капли раствора карбоната натрия Na₂СО₃. Добавлять по каплям раствор уксусной кислоты до полного растворения осадков. Отметить цвет осадков, очередность растворения осадков СaСО₃, ВaСО₃ и SrСО₃в уксусной кислоте и выделение газа. Написать уравнения реакций получения и растворения осадков.

Опыт №2. Восстановление перманганата калия щавелевой кислотой.

Внести в пробирку по 5 капель раствора щавелевой кислоты Н₂С₂О₄ и 2н. раствора хлороводородной (соляной) кислоты. Подогреть раствор до 70-80⁰С, пометив пробирку на 2 минуты в водяную баню. Вынуть пробирку и добавлять по каплям раствор перманганата калия КмnО₄, перемешивая содержимое пробирки после добавления каждой капли. Наблюдать обесцвечивание раствора перманганата калия, обусловленное восстановлением его до катионов марганца (II). Отметить выделение оксида углерода (IV) до которого окисляется щавелевая кислота. Написать уравнение реакции, подобрать коэффициенты ионно-электронным методом.

Вопросы к защите работы

1. Как влияет величина произведения растворимости на скорость образования и растворения малорастворимых карбонатов (осадков)?

2. Определите степень окисления углерода в щавелевой кислоте.

Учебная литература /3/, с.336-352; /6/, с.104,166 - 167.

Справочный (теоретический) материал, необходимый для понимания задания и выполнения работ

Элементы - неметаллы могут проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства, в зависимости от химического превращения, в котором они принимают участие. Самым электроотрицательным элементов является фтор, атомы которого не способны отдавать электроны. Поэтому фтор проявляет только окислительные свойства. Атомы других неметаллов могу проявлять и восстановительные свойства, но в меньшей степени, чем металлы.

Химические свойства неметаллов.

1. При взаимодействии с водородом, большинство неметаллов проявляет окислительные свойства.

3Н₂ +N₂=2NН₃,

Н₂ + Вr₂ = 2НВr

2. При взаимодействии с кислородом, все неметаллы (кроме фтора), являются восстановителями.

S + О₂ = SО₂,

4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅.

3. Фтор при взаимодействии с кислородом является окислителем

2F₂ +О₂ = 2ОF₂

4. Взаимодействие с металлами.

2Са +О₂ = 2СаО,

Fе + S = FеS,

2Na + Cl₂ = 2NaCl,

6Li + N₂ = 2Li₃N.



Лабораторная работа №24.

Определение свойств органических соединений

Цель работы - ознакомление с основными свойствами некоторых органических соединений.

Задание по работе - определить качество органического растворителя. Определить рН в растворе уксусной кислоты. Написать уравнение диссоциации уксусной кислоты.

Методические указания по выполнению работы.

Опыт №1. Определение растворимости органических соединений в воде.

Анализ позволяет определить присутствие в органических растворителях примесей, нерастворимых в воде. Способ проверки на наличие примесей зависит от вида растворителя и типа примесей в нем присутствующих. Обычно нерастворимыми в воде примесями являются парафины, олефины, высокомолекулярные углеводороды или кетоны.

В цилиндр №1 вместимостью 250 мл поместить 25 мл органического растворителя (груз) и разбавить дистиллированной водой в соотношении 1:10 цилиндр закрыть пробкой и содержимое хорошо встряхнуть. Выдержать около 5 минут до прекращения образования пузырьков воздуха внутри жидкости. В цилиндр №2 налить 250 мл чистой дистиллированной воды. Оба цилиндра установить на черную матовую поверхность и через слой жидкости определить степень помутнения растворителя (груза) по сравнению с чистой водой. Если через 30 минут после разбавления растворителя водой, в цилиндре наблюдаются следы помутнения данный растворитель (груз) не прошел тест.

Опыт №2. Определение кислотности (рН) органических соединений.

В три пробирки поместите по 3 капли уксусной кислоты СН₃СООН и воды Н₂О. В пробирку №1 добавьте 1 каплю нейтрального лакмуса, интервал перехода рН которого находится в пределах 5-8, в пробирку №2 - метилового оранжевого с интервалом перехода рН 3,1-4,4, в пробирку №3 - 1%-ного спиртового раствора фенолфталеина с интервалом перехода рН 8,2-10,0.

Отметьте, в каких пробирках происходит изменение цвета индикатора, и определите приблизительное значение рН в растворе уксусной кислоты по универсальной индикаторной бумаге.

Справочный (теоретический) материал для выполнения работы, необходимый для понимания задания и выполнения работ:

Растворимость в воде и кислотность (рН) органических соединений.

Для лучшего понимания природы опасностей, возникающих при транспортировке химических веществ, а также для того, чтобы уметь определять основные свойства того или иного груза, необходимо знать состав и структуру вещества. Зная строение молекулы вещества и расположение атомов в ней, можно предопределить свойства вещества и опасности, которые могут возникнуть при его обработке на борту судна, технологические условия транспортировки и т.д. Все химические грузы можно условно разделить на следующие группы:

- растительные и животные масла и жиры;

- простейшие углеводороды;

- нефтепродукты;

- сложные органические соединения;

- неорганические химические грузы.

Неорганические химические грузы.

Среди огромного количества неорганических химических грузов, перевозка которых осуществляется судами, следует выделить две большие группы грузов: кислоты и щелочи (хорошо растворимые в воде основания).

Кислоты - это сложные вещества, в состав которых входят кислотные остатки и один или несколько атомов водорода, способных замещаться на атомы металлов. Число атомов водорода в молекуле кислоты, способных замещаться на металл, называется основностью кислоты. Например: НСN - одноосновная, Н₂SO₄ - двухосновная,

Н₃PO₄ - трехосновная, Н₄P₂O₇ - четырехосновная кислота. Кислоты весьма разнообразны как по агрегатному состоянию (газообразные, жидкие и твердые вещества), так и по физико-химическим свойствам. Большинство неорганических кислот хорошо растворимо в воде. Одним из важнейших химических свойств кислот является их способность образовывать соли при взаимодействии с основаниями и основными оксидами. Металлы, стоящие в ряду активностей металлов левее водорода вытесняют его из кислот, этим обусловлена высокая коррозионная способность кислот.

...