Файл: Методические указания для проведения лабораторных занятий.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 155
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 |
-
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.
-
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:
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
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: Pb│Pb(NO3)2║CuSO4│Cu 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 анода (ЕК – 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 (Fe–Cu, Fe–Zn) 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.