Задания для самостоятельной работы

ВВЕДЕНИЕ

В процессе изучения предмета «Химия (I часть)» студенты должны четко усвоить химическую природу и свойства веществ, которые входят в состав продовольственных и непродовольственных товаров и формируют их потребительские свойства.

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Химия (I часть)» проводится параллельно с чтением лекционного курса.

Данные методические указания подготовлены в соответствии с рабочей программой курса «Химия (I часть)» и предназначены для студентов направления подготовки 38.03.07. – «Товароведение» специализаций «Товароведение продовольственных (непродовольственных) товаров и коммерческая деятельность», профиля «Товароведение и экспертиза в таможенном деле».

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

Целью проведения лабораторных работ является практическое изучение студентами химических методов исследования различных веществ, составляющих основу исследования сырья и материалов, приобретение практических навыков, которые могут быть использованы ими при изучении специальных дисциплин.

В процессе изучения этого курса студенты должны: уяснить, какая химическая природа и свойства веществ влияют на формирование качества товаров, какую роль играют отдельные вещества, входящие в состав товаров, ознакомиться с основными химическими методами исследования сырья и материалов.

В результате выполнения лабораторного практикума студент должен знать основные химические методы качественного и количественного анализа неорганических и органических соединений, составляющих основу сырья и материалов; уметь объяснять сущность методов исследования, проводить лабораторные определения, верно выполнять соответствующие расчеты и делать выводы.

Для выполнения лабораторных работ по той или иной теме в химической лаборатории студент должен подготовить теоретический материал по рекомендованной литературе и конспекту лекционного курса, а также оформить должным образом лабораторный журнал по рекомендованной в методических указаниях форме.

Все опыты студентам необходимо выполнять индивидуально, тщательно и аккуратно.

Каждому студенту необходимо иметь рабочий журнал (тетрадь для выполнения лабораторных работ), который должен быть оформлен по следующей форме (для лабораторных работ № 2-6, № 9-16):

1. Дата выполнения лабораторной работы.

2. Название лабораторной работы и ее номер.

3. Цель работы.

4. Таблица (на две страницы).

 

На левой странице

Номер опыта

Название опыта

Выходные вещества, условия опыта

Наблюдения

На правой странице

Схемы реакций, которые протекают

Выводы

 

5. Общий вывод о выполнении работы.

Для лабораторных работ № 1, 7а, 7б, 8 рабочий журнал (тетрадь для выполнения лабораторных работ) должен быть оформлен по следующей форме:

1. Дата выполнения лабораторной работы.

2. Название лабораторной работы и ее номер.

3. Цель работы.

4. Методика выполнения работы.

5. Расчеты.

6. Общий вывод о выполнении работы.

Каждый студент должен заносить в свой лабораторный журнал те данные, которые были им получены в процессе выполнения лабораторной работы. Работа считается выполненной после отчета студента перед преподавателем о ее выполнении и наличии подписи этой работы преподавателем.

Во время выполнения лабораторных работ студенты должны соблюдать основные правила техники безопасности.

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

1. Студенты могут выполнять лабораторные работы только в присутствии преподавателя.

2. Ничего не пробовать на вкус, не принимать пищу в химических лабораториях.

3. Никаких веществ из аудитории кафедры естествознания и безопасности жизнедеятельности никому не давать и не позволять самовольно брать их домой.

4. Нюхать летучие вещества следует с осторожностью.

5. Не наклоняться над посудой, в которую что-нибудь наливают, чтобы избежать попадания брызг в глаза.

6. Не наклоняться над фарфоровой испарительной чашкой, в которой что-либо испаряется, во избежание ожога от возможных брызг.

7. Особенно важно беречь глаза, так как повреждения их даже малыми каплями вредных веществ может вызвать потерю зрения.

8. Пробирку с жидкостью, которая нагревается, держать отверстием в сторону от себя и от товарищей, так как жидкость вследствие перегрева иногда «выплескивается» из пробирки.

9. При нагревании растворов веществ в пробирках их следует заполнять не более чем на 1/3.

10. Твердые вещества нагревать только в сухих пробирках.

11. Нельзя нагревать пламенем или на электроплитке толстостенную стеклянную посуду (банки, стаканы), фарфорове ступки, цилиндры и другую измерительную посуду, а можно нагревать на электроплитке только ту посуду, которая имеет маркировку термостойкой.

12. Зажигать спиртовку только с помощью спички. Нельзя зажигать ее, поднося к другой горящей спиртовке, потому что пролитый спирт может вспыхнуть.

13. Тушить спиртовку только с помощью колпачка.

14. Не закрывать пробирку пальцем при взбалтывании жидкости, которая в ней находится. Взбалтывать следует, держа пробирку, стакан или колбу за верхнюю часть и слегка покачивая.

15. Наблюдая реакцию, держите пробирку в некотором отдалении от глаз.

16. Если химические реактивы, необходимые для проведения опыта, находятся в вытяжном шкафу, то и опыт нужно проводить под вытяжкой. При этом стекло вытяжного шкафа опускается таким образом, чтобы руки исследователя находились в шкафу, а лицо было защищено стеклом.

17. После мытья химической посуды ополаскивайте её дистиллированной водой.

18. Пользуясь тонкой химической посудой, нужно всегда помнить, что она очень хрупкая и может быть легко повреждена.

 

Термические ожоги могут быть получены при неосторожном обращении со спиртовками, электронагревательными приборами и т. п. при выполнении лабораторных работ. В случае термического ожога (от огня, пара, горячих предметов или электрической дуги) следует наложить мокрую антисептическую повязку из куска марли или бинта, смоченную раствором перманганата калия (w = 2-3 %), раствором питьевой соды (w = 2 % ), или раствором стрептоцида. Ни в коем случае нельзя смазывать место ожога вазелином или жирами. При серьезных ожогах (III и IV степень) до прихода врача рану покрывают лишь сухой стерильной повязкой.

Химические ожоги являются следствием неумелого обращения с концентрированными кислотами. Из концентрированных кислот наиболее сильные ожоги вызывает смесь нитратной (азотной) и хлоридной (соляной) кислот («царская водка»). Другие кислоты по вредности можно расположить в такой последовательности: нитратная (азотная), сульфатная (серная), фтороводородная (плавиковая), хлороводородная (соляная) и уксусная (этановая). При ожогах кислотами (азотной, серной, соляной, фосфорной) следует промыть место ожога большим количеством воды, а затем раствором питьевой соды (w = 3 %). Ожоги щелочами обмывают водой, затем нейтрализуют раствором уксусной или лимонной кислоты (w = 1-2 %). При ожоге фенолом обожженное место промывают водой с этиловым спиртом. В случае ожога бромом пораженное место смывают концентрированным раствором гипосульфита натрия или этиловым спиртом. При химическом ожоге глаз необходимо тщательно промыть глаза струей воды, а затем, в случае ожога щелочами, промыть раствором борной кислоты (w = 2 %), при ожоге кислотами – раствором питьевой соды (w = 3 %). Нельзя тереть глаза.

Порезы разбитым стеклянной посудой для остановки небольшой кровотечения могут быть обработаны раствором Н₂О₂ (w = 3 %).

1. СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ 1.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ. РАСТВОРЫ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ЭКВИВАЛЕНТА МЕТАЛЛА ПО ОБЪЕМУ ВОДОРОДА, КОТОРЫЙ ВЫДЕЛИЛСЯ

Цель работы: научиться на практике определять молярную массу эквивалента металла, используя при расчетах закон эквивалентов и газовые законы, научиться собирать простейшие химические установки.

Оборудование и реактивы:

- штатив;

- бюретка, 50,0-100,0 см³;

- двухколонная пробирка или изогнутая пробирка;

- открытая трубка;

- стеклянная воронка;

- резиновая трубка;

- пробки с просверленными отверстиями;

- 2н раствора серной кислоты;

- навеска металла.

 

Методика определения:

Соберите прибор, как показано на рис.1, и проверьте его на герметичность.

 

 1 – бюретка на 50-100 см³;

 2 – двухколонная пробирка или изогнутая пробирка;

 3 – открытая трубка;

 4 – резиновая трубка;

 5 – пробки с просверленными отверстиями

 

Рис.1 – Схема лабораторной установки для определения молярной массы эквивалента металла.

 

Для этого сравнительную трубку (3) опустите на 10-15 см. Если система герметична, то уровень жидкости в мерной бюретке сначала немного уменьшится, а затем останется неизменным. Если система не герметична, при подъеме или опускании трубки поднимается (или опускается) уровень жидкости в бюретке (1). В этом случае необходимо более тщательно закрыть резиновые пробки, предварительно смочив их водой.

Убедившись в том, что прибор герметичен, в изогнутую пробирку (2) налейте 2-3 см³ 2н раствора серной кислоты.

Кислоту наливайте таким образом, чтобы не намочить ту часть изогнутой пробирки, где будет находиться навеска металла. Переверните пробирку и положите в нее металл с известной массой, следя за тем, чтобы он не упал в кислоту.
Затем осторожно пристройте пробирку к прибору, как показано на рис.1. Тщательно уплотните пробки и проверьте снова герметичность установки как описано выше.
Сделайте замер начального уровня жидкости в мерной бюретке по нижнему менискому h₁.

Термометром определите температуру в лаборатории (в ⁰С), барометром- атмосферное давление (в мм рт. ст.)

Собранный прибор на штативе слегка наклоните в сторону и легким постукиванием пальца по изогнутой пробирке (2) сбросьте металл в раствор кислоты. Необходимо при этом следить, чтобы прибор не утратил герметичность. Как только металл попадет в кислоту, начнется реакция с выделением водорода. Под давлением водорода уровень жидкости в мерной бюретке начнет опускаться, а в сравнительной трубке подниматься. После окончания химической реакции и охлаждения пробирки до комнатной температуры давление снова сравняется с атмосферным (вода в бюретке и в сравнительной трубке снова будет на одном уровне).

После этого сделайте замер нового уровня жидкости в бюретке h₂. Разница уровней жидкости в измерительной бюретке после опыта и до начала опыта (Δh = h₂- h₁) и будет равняться объему водорода V (Н₂), кторый выделяется при реакции. Из таблицы 1.1 найдите парциальное давление паров воды Н в зависимости от температуры t ⁰С.

 

Таблица 1.1 – парциальное давление паров воды Н в зависимости от температуры

T 0C	H, мм рт. ст.	T 0C	H, мм рт. ст.	T 0C	H, мм рт. ст.
14	11,9	20	17,5	26	25,2
15	12,8	21	18,6	27	26,7
16	13,6	22	19,8	28	27,3
17	14,5	23	21,1	-	-
18	15,5	24	22,4	-	-
19	16,5	25	23,8	100	760

 

Все полученные данные внесите в таблицу 1.2.

 

Таблица 1.2 – Результаты лабораторной работы

h1, cм3	h2, cм3	Δh, cм3	t, 0С	Pатм, мм рт.ст.	Н, мм рт. ст.	mМе, г

Расчеты молярной массы эквивалента металла

Согласно закону эквивалентов, объем водорода, который выделяется при реакции, зависит от эквивалентной массы металла:

 

                                                                                   (1.1)

 

где m(Mе)         – навеска металла (г);

 – молярная масса эквивалента металла (г/моль);

V₀ (н₂)     – объем водорода, измеренный при нормальных условиях, (см³);

 – объем одного эквивалента водорода при нормальных условиях, 

                  который равен 11200 см³.

 

                                          (1.2)

 

Навеска металла известна. Для того, чтобы определить объем водорода, выделяющегося при взаимодействии этого металла с кислотой при нормальных условиях V₀ (Н₂), воспользуемся известным газовым законом:

 

                                                              (1.3)

где Р(н₂); V(н₂); Т – соответственно давление, объем и температура (по шкале

                                 Кельвина) водорода в реальных условиях;

Р₀ (н₂); V₀ (н₂); Т₀ – соответственно давление, объем и температура (по шкале

                                 Кельвина) водорода в нормальных условиях;

 

Из формулы (1.3) найдем объем водорода при нормальных условиях:

 

                                                                            (1.4)

 

Замерять непосредственное давление водорода Р (Н₂) не представляется возможным. Так как газ был собран над водой, то в бюретке находится смесь водорода и паров воды. Суммарное давление этой смеси состоит из парциальных давлений компонентов и уравновешивается атмосферным давлением, который мы и измерили.

 

                                                                                                  (1.5)

где Н – парциальное давление водяного пара в мм рт. ст., которое зависит от

температуры (табл. 1.1)

 

                                                                                         (1.6)

 

Подставив значения Р(н₂), V(н₂), Т₀, Т и Р₀(н₂) в формулу (1.4), получим:

 

                                                                          (1.7)

И окончательно:

 

                                                                    (1.8)

Определите положение металла в периодической системе Д. И. Менделеева.

Поскольку ,

где z – это валентность металла 1, або 2, або 3, то

 

Определение ошибки эксперимента:

 

                                  (1.9)

Задания для самостоятельной работы

Изучить теоретический материал по теме, оформить лабораторный журнал, подготовиться к ответу на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение понятию «химический эквивалент».

2. Почему атомная масса элемента – величина, в среднем, постоянная, а молярная масса эквивалента – переменная?

3. Сформулируйте закон эквивалентов.

4. Какой объем при нормальных условиях занимает один моль эквивалента водорода? Кислорода?

5. При восстановлении водородом 10,17 г оксида двухвалентного металла образовалось 2,25 г воды, молярная масса эквивалента которой 9,00 г/моль. Вычислите молярную массу эквивалента оксида и молярную массу эквивалента металла. Чему равна атомная масса металла?

6. Оксид трехвалентного металла содержит 31,58 % кислорода. Вычислите молярную массу эквивалента оксида и атомную массу этого элемента.

7. Вычислите молярную массу эквивалента Н₃РО₄ в реакциях образования:

а) гидрофосфата; б) дигидрофосфата; в) ортофосфата.

8. 2,48 г оксида одновалентного металла содержит 1,84 г металла. Вычислите молярную массу эквивалента металла и его оксида.

9. При взаимодействии 3,24 г трьохвалентногого металла с кислотой выделилось 4,03 л водорода, измеренного при нормальных условиях. Вычислите молярную массу эквивалента и атомную массу металла.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Цель работы: изучение свойств растворов электролитов, электропроводности, химической активности сильных и слабых электролитов, определение факторов, влияющих на степень диссоциации электролита, приобретение навыков выполнения экспериментальных исследований.

Оборудование и реактивы:

- прибор для определения электропроводности;

- штатив с пробирками;

- раствор сахара;

- раствор спирта;

- раствор хлорида натрия;

- 2 н раствор соляной кислоты;

- 2н раствор гидроксида натрия;

- соляная кислота (конц.);

- бензол;

- уксусная кислота (конц.);

- 25 % раствор аммиака;

- 2н раствор уксусной кислоты;

- 2 н раствор гидроксида аммония;

- индикатор – метиловый оранжевый;

- индикатор – спиртовой раствор фенолфталеина;

- хлорид кальция;

- кусочек цинка;

- ацетат натрия;

- 0,005 М раствор нитрата свинца;

- 0,05 М раствор йодида калия;

- 0,05 М раствор хлорида калия;

- дистиллированная вода.