Файл: Методические указания к лабораторным работам для студентов всех направлений.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский горный университет

Кафедра общей и физической химии

ОБЩАЯ ХИМИЯ

Методические указания к лабораторным работам

для студентов всех направлений

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2022
ЛОБАЧЕВА О.Л. доцент кафедры общей и физической химии

Введение

Лабораторные работы по неорганической химии проводятся с целью закрепления теоретического материала, который излагается на лекциях и самостоятельно прорабатывается студентами по учебникам и учебным пособиям. В ходе лабораторного практикума студенту ставится задача освоить приемы и методы ведения химического эксперимента, приобрести навыки работы с аппаратурой и реактивами, научиться основным способам обработки экспериментальных данных и оценки погрешностей полученных результатов.

Методические указания в сжатой форме знакомят студентов с основными теоретическими положениями, относящимися к данной лабораторной работе или группе лабораторных работ со схожей тематикой, основным оборудованием и приемами работы на нем, правилами оформления лабораторных протоколов, обработкой результатов эксперимента.

Лабораторная работа № 1. Приготовление раствора и определение его концентрации

Цель работы: ознакомиться с методами приготовления растворов заданной концентрации и анализом раствора при помощи титрования.

Общие сведения

Раствором называется гомогенная (однородная) система, состоящая из двух или более компонентов, состав которой может непрерывно изменяться в определенных пределах.

Прием количественного анализа, при котором к раствору определяемого вещества по каплям приливают раствор реагента точно заданной концентрации, называют титрованием. Состояние системы, в котором аналитическая реакция прошла полностью в соответствии со стехиометрическим уравнением при отсутствии избытка реагента,

называют точкой эквивалентности, а объём добавленного реагента (титранта) в точке эквивалентности – эквивалентным объёмом. Задача титрования – определить эквивалентный объем титранта. Поскольку, по закону эквивалентов, количества эквивалентов (равные произведению нормальной концентрации на объём раствора) определяемого вещества и титранта в точке эквивалентности равны, то:

C_N(x)V_x = C_N(T)V_T,

где индекс x относится к пробе, а Т – к титранту. Таким образом, отобрав для титрования мерной пипеткой точный объем пробы V_x (данная проба называется аликвотой), зная нормальность титранта C_N(_T₎ и определив эквивалентный объем V_T, можно вычислить концентрацию пробы C_N(x).

До эквивалентной точки в ходе титрования в растворе присутствует избыток определяемого вещества, а после – избыток титранта. Поэтому в эквивалентной точке свойства раствора резко изменяются, в частности, изменяется окраска специально подобранных цветных индикаторов, что позволяет определить эквивалентный объем титранта.

В ходе настоящей лабораторной работы осуществляется нейтрализация известного объёма (аликвоты) раствора кислоты раствором щёлочи точно известной концентрации, т. е. кислотно-основное титрование. Контроль полноты протекания реакции осуществляют при помощи кислотно-основного индикатора – вещества, изменяющего свой цвет в зависимости от характера кислотности среды. Так, фенолфталеин в кислой и нейтральной среде бесцветен, а в щелочной среде (при избытке ОН^- - ионов) имеет розовую окраску.

В лаборатории: штатив с лапкой, мерная объемом 100 мл − 1 шт., колба коническая объемом 100 мл − 2 шт., пипетка мерная объемом 5 мл − 1 шт., бюретка объемом 25 мл − 1 шт., цилиндр мерный объемом 100 мл − 1 шт.

В вытяжном шкафу: кислота соляная − раствор концентрацией 10%, гидроксид натрия − раствор концентрацией 0,2 н., фенолфталеин.

Выполнение работы

1. Приготовление раствора

1. Рассчитать, какой объем исходного раствора соляной кислоты следует взять для приготовления 100 мл раствора заданной преподавателем концентрации.

2. Рассчитанный объем исходного раствора из бюретки отобрать в мерную колбу, довести уровень жидкости в колбе дистиллированной водой до метки по нижнему краю мениска и перемешать раствор путем переворачивания плотно закрытой колбы не менее 10 раз.

2. Определение концентрации приготовленного раствора с помощью титрования

1. В 2 конические колбы пипеткой Мора отобрать аликвотные объемы приготовленного раствора 5 мл, добавить немного дистиллированной воды (до толщины слоя жидкости 10 – 15 мм) и 2−3 капли индикатора – фенолфталеина.

2. Бюретку на 25 мл наполнить раствором едкого натра известной концентрации (значение этой концентрации уточнить у преподавателя). Кончик бюретки также должен быть заполнен раствором (не воздухом!), а уровень жидкости доведен точно до нулевого деления. Затем медленно, по каплям, добавлять раствор щелочи из бюретки к аликвоте кислоты, непрерывно перемешивая раствор в конической колбе.

3. Эквивалентную точку определить по переходу окраски фенолфталеина от бесцветной к малиновой, сохраняющейся при перемешивании в течение 30 с.

4. Титрование повторить не менее 2 раз, измеренные эквивалентные объемы щелочи усреднить.

Содержание протокола лабораторной работы

1. Заданная преподавателем концентрация соляной кислоты

.

2. Расчет объема соляной кислоты, необходимого для приготовления 100 мл раствора кислоты заданной концентрации.

3. Объем аликвоты соляной кислоты, взятый для титрования, V_a = ……., мл.

4. Концентрация раствора щелочи C_NaOH = …….., экв/л.

5. Объем щелочи, пошедший на титрование пробы соляной кислоты:

V_NaOH_,₁ = …………., мл;

V_NaOH_,₂ = …………., мл;

V_NaOH_,_ср = …………, мл.

Обработка результатов эксперимента

Рассчитать концентрацию соляной кислоты по результатам титрования

и определить отклонение полученной величины от заданного значения концентрации соляной кислоты

Содержание отчета по лабораторной работе

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Ход эксперимента.

4. Результаты эксперимента согласно протоколу лабораторной работы.

5. Обработка результатов эксперимента.

6. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Что такое раствор?

2. Какие существуют способы выражения концентрации раствора?

3. Что называется растворенным веществом?

4. Какой компонент раствора принимается за растворитель?

5. По какому уравнению осуществляется перерасчет от нормальной концентрации к молярной?

6. Что называется титрованием?

7. Какое состояние химической системы называется «точка эквивалентности»?

8. Что является задачей титрования?

9. Как экспериментально определить точку эквивалентности при титровании кислоты щелочью?

10. По какому уравнению рассчитывается концентрация анализируемого вещества при титровании?

Лабораторная работа № 2. Исследование РЕакций в растворах электролитов

Цель работы: ознакомиться с практическими выводами теории электролитической диссоциации, с реакциями в растворах электролитов и научиться составлять их уравнения.

Общие сведения

Электролитом называют вещество, молекулы которого способны в растворе распадаться на ионы под действием полярных молекул растворителя. Сам процесс распада на ионы называется электролитической диссоциацией.

Количественно способность электролита распадаться (диссоциировать) на ионы характеризуют степенью диссоциации:

 = n/n₀,

где n – число молей электролита, подвергшегося диссоциации; n₀ – исходное число молей электролита.

Процесс диссоциации обратимый, он приводит к равновесию между недиссоциированными молекулами и ионами и, следовательно, должен подчиняться закону действующих масс. Пусть вещество АВ при растворении в воде диссоциирует по уравнению:

АВ

А⁺ + В⁻

При постоянной температуре отношение произведения концентраций образовавшихся ионов к концентрации непродиссоциировавших молекул электролита постоянно и называется константой диссоциации (обозначается K_d):

,

где А⁺, В^, АВ – концентрации ионов и непродиссоциировавших молекул электролита в растворе, моль/л.

Сильными электролитами называются те вещества, которые в разбавленных растворах диссоциируют практически полностью (K_d  ). К слабым электролитам относят вещества, которые диссоциируют лишь в небольшой степени.

К сильным электролитам относятся:

а) почти все соли,

б) некоторые кислоты (наиболее распространённые – H₂SO₄, HNO₃, HClO₄, HMnO₄, HClO₃, HCl, HBr, HI; данные кислоты называют сильными кислотами),

в) основания, образуемые щелочными металлами (Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочноземельными металлами (Ca, Sr, Ba), а также гидроксид таллия (I) TlOH (данные основания называются сильными основаниями).

Остальные электролиты, включая воду H₂O, являются слабыми электролитами.

При написании уравнений химических реакций в растворах нужно учитывать, что некоторые соединения в растворе практически полностью диссоциированы, и в этом случае реакция может протекать фактически не между молекулами, а между ионами. Такой вид записи уравнений, в котором диссоциированные вещества записывают в форме отдельных ионов, называется