Файл: Методические указания для проведения лабораторных занятий.docx

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.11.2023

Просмотров: 202

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.




Содержание

1.

Спецификация методических материалов по дисциплине «Химия металлов»


3

2.

Комплект методических материалов по дисциплине «Химия металлов»


3

2.1.

Задания и методические указания для проведения лабораторных занятий

3

2.1.

Задания и методические указания для проведения практических занятий


38

2.2.

Задания и методические указания для выполнения контрольных работ (для очной формы обучения, для заочной формы обучения)


48




  1. Спецификация методических материалов по дисциплине «Химия металлов»



Вид ММ

Раздел (тема) рабочей программы

Форма представле

ния ММ*

Место хранения ММ

Способ доступа обучающихся к ММ

Обязательные компоненты ММ (в соответствии с учебным планом):

1

ЗиМУ ЛЗ

Тема 1-9

Б

Папки согласно номенклатуре дел,

кафедра

Выдается на лабораторных занятиях

2

ЗиМУ КР

Тема 1-9 для ЗФО

Эл

Кафедра (кафедральный компьютер),

ЭИОС

ЭИОС

3

ЗиМУ ПЗ

Тема 1-9

Б

Папки согласно номенклатуре дел,

кафедра

Выдается на практических занятиях

Иные компоненты ММ:

1

Презентации лекций

Тема 1-2

Эл

Кафедра (кафедральный компьютер),

ЭИОС

ЭИОС, иные способы




















Примечание:

* Б – бумажная; ПИ – печатное издание; Эл – электронная.

  1. Комплект методических материалов по дисциплине (модулю) «безопасность жизнедеятельности»

2.1. Задания и методические указания для проведения лабораторных занятий

Лабораторная работа №1 «Электронная структура атомов металлов»

Цель лабораторной работы: получить навыки составления формул, выражающих электронную конфигурацию атомов и одноатомных ионов металлических элементов.

Задачи лабораторной работы: выполнить опыты, составить электронные формулы атомов и ионов элементов.

Оснащение занятия: раздаточный материал; реактивы, гранулы железа, и цинка, пробирки.

Продолжительность: __2_ академических часа.
Опыт 1. Электронная структура атомов и одноатомных ионов металлов

При окислении атомов металлов число электронов в электронной оболочке уменьшается и образуются ионы с положительным зарядом. Например:

Mg − 2ē = Mg2+

3s2 … 3s0

Выполнение опыта

В пробирку налейте 2 мл раствора нитрата свинца Pb(NO3)2 и бросьте туда гранулу цинка. В стаканчик налейте 10 мл раствора CuSO4 и поместите железный гвоздь.

Через несколько минут на поверхности цинка, опущенного в раствор соли свинца, образуется налет металлического свинца, а на поверхности железа, погруженного в раствор соли меди – красный налет металлической меди.

Требования к оформлению результатов опыта:

Напишите уравнения реакций взаимодействия нитрата свинца и металлами – железом, цинком и магнием. Заполните таблицу по образцу:

До реакции

После реакции

Химический символ атома или иона металла

Электронная конфигурация атома или иона

Химический символ атома или иона металла

Электронная конфигурация атома или иона

Fe

3d64s2







Zn










Cu2+










Pb2+










Приведите графические электронные схемы, отвечающие электронным конфигурациям атомов магния, железа, цинка и свинца.

Какими значениями квантовых чисел (n, l и ml) характеризуется атомные орбитали валентных электронов в атомах магния, железа, цинка и свинца? Найдите в периодической системе электронные аналоги свинца и запишите электронные конфигурации (сокращенные электронные формулы) атомов этих элементов.
Литература:

1. Харина, Г. В. Основные аспекты химии [Электронный ресурс] : учебное пособие / Г. В. Харина, М. В. Слинкина ; [рец.: Е. В. Русинова, Б. Н. Гузанов] ; Рос. гос. проф.-пед. ун-т. - Электрон. текстовые дан. (1 файл : 256323 Кб). - Екатеринбург: Издательство РГППУ, 2017. - 140 с. : ил., табл. - Библиогр.: с. 140 (13 назв.).

2. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия: учебник / Ахметов Н. С. — Санкт-Петербург : Лань, 2018. — 744 с. — Режим доступа: http://e.lanbook.com/book/107904.
Лабораторная работа №2 «Окислительно-восстановительные реакции»

Цель лабораторной работы: изучить механизм окислительно-восстановительных реакций в растворах электролитов».

Задачи лабораторной работы: провести опыты, записать уравнения реакций, сформулировать выводы, ответить на вопросы.

Оснащение занятия: раздаточный материал, реактивы, штативы с пробирками.

Продолжительность: __2_ академических часа.

Опыт 1. Влияние характера среды на окислительные свойства перманганата калия.

Выполнение опыта

В три пробирки налейте по 2-3 мл раствора перманганата калия. Затем в первую пробирку добавьте несколько капель разбавленной серной кислоты, во вторую – воду, в третью – раствор гидроксида натрия.

После этого в каждую из пробирок внесите кристаллический сульфит натрия и перемешайте растворы. Наблюдайте за изменением окраски растворов.

Требования к оформлению результатов опыта:

Составьте три уравнения химических реакций взаимодействия перманганата калия с сульфитом натрия в кислой, нейтральной и щелочной средах, учитывая, что сульфит-ион SO32– во всех трех случаях окисляется до сульфат-иона SO42–. Перманганат-ион MnO4 в кислой среде восстанавливается до иона Mn2+ (в водном растворе бесцветный), в нейтральной среде – до MnO2 (осадок коричневого цвета), а в щелочной – до манганат-иона MnO42– (в растворах имеет зеленый цвет).

Методом электронного баланса подберите коэффициенты в каждом из этих уравнений. Укажите процессы окисления и восстановления, окислитель и восстановитель.

В выводе ответьте на вопрос, в какой среде перманганат калия проявляет более сильные окислительные свойства. Дайте ответ на основании сравнения значений стандартных электродных потенциалов иона MnO4 в разных средах.
Опыт 2. Термическое разложение дихромата аммония.

Выполнение опыта

В фарфоровую чашку поместите горкой кристаллический дихромат аммония. Зажженной спичкой прикоснитесь к его поверхности. Что наблюдается в ходе реакции?

Требования к оформлению результатов опыта:

Опишите ход реакции. Напишите схему реакции, учитывая, что продуктами разложения является оксид хрома (III), свободный азот и вода. Уравняйте реакцию методом электронного баланса. Каков тип этой реакции? Какое природное явление в уменьшенном масштабе она напоминает
Опыт 3. Окислительные свойства соединений железа (III).

Выполнение опыта

Налейте в пробирку 1 мл раствора FeCl3 и добавьте 0,5 мл раствора иодида калия. В какой цвет окрашивается раствор? Добавьте к полученному раствору несколько капель крахмала. Отметьте изменение окраски раствора

Требования к оформлению результатов опыта:

Напишите уравнение реакции. Объясните, почему раствор окрашивается.
Литература:

1. Харина, Г. В. Основные аспекты химии [Электронный ресурс] : учебное пособие / Г. В. Харина, М. В. Слинкина ; [рец.: Е. В. Русинова, Б. Н. Гузанов] ; Рос. гос. проф.-пед. ун-т. - Электрон. текстовые дан. (1 файл : 256323 Кб). - Екатеринбург: Издательство РГППУ, 2017. - 140 с. : ил., табл. - Библиогр.: с. 140 (13 назв.).

2. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия: учебник / Ахметов Н. С. — Санкт-Петербург : Лань, 2018. — 744 с. — Режим доступа: http://e.lanbook.com/book/107904.
Лабораторная работа №3 «Химические источники тока»

Цель лабораторной работы: изучение электрохимических процессов, протекающих при работе гальванического элемента растворах электролитов.

Задачи лабораторной работы: выполинть опыты, разобрать работу гальванического элемента, рассчитать ЭДС, сформулировать выводы.

Оснащение занятия: раздаточный материал; образцы металлов; штативы с пробирками; гальванометр.

Продолжительность: __2_ академических часа.

Опыт 1. Исследование электрохимической активности металлов

Выполнение опыта

В шесть пробирок налейте по 1 мл растворов солей магния, цинка, железа (II), олова (II), свинца (II), меди (II). Опустите в пробирки по кусочку магния, исключая первую пробирку. Отметьте изменения, наблюдаемые в пробирках. Повторите опыт ещё пять раз, опуская цинк, железо, олово, свинец и медь во все пробирки, кроме тех, в которых содержится раствор соли того же самого металла.

Требования к оформлению результатов опыта:

Напишите уравнения наблюдаемых реакций. Опытные данные занесите в таблицу, поставив знак "+" под ионами металлов в тех случаях, когда эти металлы вытеснялись из их солей, и знак "0", когда вытеснения не происходило.

Способность металлов восстанавливать друг друга из растворов их солей

Металл

Ионы металла в растворе

Mg2+

Zn2+

Fe2+

Sn2+

Pb2+

Cu2+

Mg



















Zn



















Fe



















Sn



















Pb



















Cu




















В выводе охарактеризуйте восстановительную способность изученных металлов и расположить их в ряд по уменьшению этого свойства. Соответствует ли расположение металлов в этом ряду их расположению в ряду электрохимической активности металлов?

Опыт 2. Изготовление и работа гальванического элемента

Выполнение опыта

Соберите гальванический элемент, который описывается схемой:

PbPb(NO3)2CuSO4Cu

Для этого один стаканчик заполните 1М раствором сульфата меди, а другой – 0,01М раствором нитрата свинца. Соедините их между собой с помощью электролитического мостика (U – образная трубка, заполненная насыщенным раствором хлорида калия).

В растворы указанных солей опустите соответственно медную и свинцовую пластинки, соединив их с потенциометром. Запишите показания потенциометра.

Требования к оформлению результатов опыта:

1) Составьте схему гальванического элемента и укажите концентрацию ионов металлов в растворах электролитов:

Ме10 │Ме1n+ ║ Ме2n+ │ Ме20

СМе 1n+ = … моль/л СМе 2n+ = … моль/л

2) Используя уравнение Нернста, рассчитайте значения электродных потенциалов и определите, какой из металлов является анодом, какой – катодом (анод – это металл с большей восстановительной активностью, т.е. с меньшим значением электродного потенциала, катод – металл с меньшей восстановительной активностью, т.е. с бóльшим значением электродного потенциала).

3) Укажите направление движения электронов во внешней цепи: от анода к катоду.

4) Составьте электронные уравнения процессов, протекающих на электродах. С позиции теории окислительно-восстановительных реакций, определите, характер процессов (какой из них является процессом окисления, какой – процессом восстановления). При написании уравнений электродных процессов следует учитывать, что более активный металл является восстановителем, а ион менее активного металла – окислителем.

5) Составьте суммарное ионное уравнение окислительно-восстановительной реакции, лежащей в основе работы гальванического элемента.

6) Рассчитайте величину ЭДС гальванического элемента как разность потенциалов катода и анодаК – ЕА). Сравните полученное значение с показаниями потенциометра.

В выводе объясните причину возникновения ЭДС в гальваническом элементе.
Литература:

1. Харина, Г. В. Основные аспекты химии [Электронный ресурс] : учебное пособие / Г. В. Харина, М. В. Слинкина ; [рец.: Е. В. Русинова, Б. Н. Гузанов] ; Рос. гос. проф.-пед. ун-т. - Электрон. текстовые дан. (1 файл : 256323 Кб). - Екатеринбург: Издательство РГППУ, 2017. - 140 с. : ил., табл. - Библиогр.: с. 140 (13 назв.).

2. Гончаров, Е.Г. Краткий курс теоретической неорганической химии [Электронный ресурс] : учеб. пособие / Е.Г. Гончаров, В.Ю. Кондрашин, А.М. Ховив, Ю.П. Афиногенов. — Электрон. дан. — Санкт-Петербург : Лань, 2017. — 464 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/93591. — Загл. с экрана.


Лабораторная работа №4 «Коррозия металлов и способы защиты от коррозии»

Цель лабораторной работы: моделирование процессов электрохимической коррозии и изучение методов защиты металлов от коррозии.

Задачи лабораторной работы: выполнить опыты, разобрать механизм работы коррозионных гальванопар, сформулировать выводы.

Оснащение занятия: раздаточный материал; штативы с пробирками, реактивы, образцы металлов.

Продолжительность: __2_ академических часа.

Опыт 1. Качественная реакция на ионы Fe2+

Выполнение опыта

При коррозии железа будет происходить его окисление и образование соединений железа (II). Качественной реакцией на ионы Fe2+ является реакция взаимодействия солей железа (II) с гексацианоферратом (III) калия (красной кровяной солью) K3[Fe(CN)6]. Данная реакция позволит обнаружить ионы Fe2+, что и будет являться экспериментальным подтверждением коррозионного разрушения железа.

В пробирку внесите небольшое количество кристаллического сульфата железа (II) и растворите его в воде. К полученному раствору FeSO4добавьте несколько капель раствора гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6]. При этом образуется темно-синий осадок комплексного соединения железа (II), который называется турнбулевой синью:

3 FeSO4 + 2 K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2 + 3 K2SO4

Требования к оформлению результатов опыта:

Напишите молекулярное, ионное и сокращенное ионное уравнения данной реакции. Докажите, что ионы [Fe(CN)6]3– обусловливают качественное определение ионов Fe2+ в растворе.

В выводе дайте обоснование возможности использования этой качественной реакции для определения коррозионного разрушения железа.
Опыт 2. Электрохимическая коррозия железа с водородной деполяризацией

Выполнение опыта

В опыте используют две пластинки: одну из луженого, другую – из оцинкованного железа. Нарушьте целостность покрытия каждой пластинки путем нанесения глубокой царапины гвоздем. Затем нанесите на царапину каждой пластинки сначала по капле раствора разбавленной
серной кислоты, затем – по капле раствора красной кровяной соли. Отметьте, на какой из пластин царапина окрасилась в синий цвет.

Требования к оформлению результатов опыта:

При рассмотрении механизма электрохимической коррозии металлов с водородной деполяризацией следует использовать следующий алгоритм:


е


1) Составьте схему коррозионной гальванопары Ме1среда Ме2.

2) Учитывая характер среды, укажите окислитель (Н+ или О2).

3) Определите, какой из металлов будет выполнять функцию анода, какой – катода. Для этого нужно сравнить значения стандартных электродных потенциалов. Анодом всегда является более активный металл, т.е. металл с меньшим значением стандартного электродного потенциала. Анод является восстановителем (анод в гальваническом элементе – отрицательно заряженный электрод, катод – положительно заряженный электрод). Металл с большим значением стандартного электродного потенциала будет катодом.

4) Укажите направление движения электронов в схеме коррозионной гальванопары: от более активного металла к менее активному металлу, т.е. от металла (или участка металла) с меньшим значением стандартного электродного потенциала к металлу (или участку металла) с большим значением стандартного электродного потенциала.

5) Запишите электронные уравнения процессов, протекающих на электродах, учитывая, что на аноде происходит процесс окисления, а на катоде – восстановления окислителя (Н+ или О2).

6) Составьте суммарное ионное, а затем молекулярное уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей в коррозионной гальванопаре при электрохимической коррозии.

В выводе объясните причину коррозионного разрушения луженого железа. Определите, каким покрытием (анодным или катодным) по отношению к железу являются олово и цинк? Какое покрытие (анодное или катодное), способно защищать железо от коррозионного разрушения при нарушении целостности покрытия?
Опыт 3. Электрохимическая коррозия железа с кислородной деполяризацией

Выполнение опыта

В две пробирки налейте по 2 – 3мл раствора поваренной соли и в каждую из них добавьте по 2 – 3 капли
красной кровяной соли. В первую пробирку поместите железную скрепку, обмотанную медной проволокой, во вторую – железную скрепку с зажатой в нее цинковой гранулой. Отметьте, в какой из пробирок раствор окрашивается в синий цвет.

Требования к оформлению результатов опыта:

Разберите механизм электрохимической коррозии, происходящей при контакте двух металлов (FeCu, FeZn) в нейтральной среде в соответствии с алгоритмом, приведенным в опыте 2.
Литература:

1. Харина, Г. В. Основные аспекты химии [Электронный ресурс] : учебное пособие / Г. В. Харина, М. В. Слинкина ; [рец.: Е. В. Русинова, Б. Н. Гузанов] ; Рос. гос. проф.-пед. ун-т. - Электрон. текстовые дан. (1 файл : 256323 Кб). - Екатеринбург: Издательство РГППУ, 2017. - 140 с. : ил., табл. - Библиогр.: с. 140 (13 назв.).

2. Харина, Г. В. Химические свойства конструкционных металлов и сплавов [Электронный ресурс] : учебное пособие / Г. В. Харина, С. В. Анахов ; [рец.: Е. В. Русинова, А. С. Борухович] ; Рос. гос. проф.-пед. ун-т. - Электрон. текстовые дан. (1 файл : 28000 Кб). - Екатеринбург: Издательство РГППУ, 2019. - 168 с. : ил., табл. - Библиогр.: с. 167 (15 назв.).

3. Пустов, Ю.А. Коррозионностойкие и жаростойкие материалы. Методы коррозионных исследований и испытаний. Курс лекций [Электронный ресурс] : учеб. пособие / Ю.А. Пустов, А.Г. Ракоч. — Электрон. дан. — Москва : МИСИС, 2013. — 128 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/47452. — Загл. с экрана.

4. Лазуткина О. Р. Химическое сопротивление и защита от коррозии : учебное пособие. - Екатеринбург : Уральский федеральный университет, 2014. - 140 с. - Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/68511.
Лабораторная работа №5 «Электролитическое получение и рафинирование металлов»

Цель лабораторной работы: исследование электрофизических процессов, протекающих при электролизе водных растворов солей.

Задачи лабораторной работы: провести опыты, разобрать механизм электролиза раствора соли, сформулировать выводы.

Оснащение занятия: раздаточный материал, реактивы, электролизер, графитовые электроды.

Продолжительность: __2_ академических часа.

Опыт 1. Электролиз хлорида никеля (II) с инертными электродами

Выполнение опыта

Электролизер заполните раствором хлорида никеля. Опустите в раствор графитовые электроды и подключите их к источнику постоянного тока.