лабораторные работы по химии

На основании полученных результатов выразить графически зависимость реакции от температуры, отложив на оси абсцисс температуры, а на оси ординат

– время в секундах.

7. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПЛАНИРОВАНИЮ И ПРОВЕДЕНИЮ ЭКСПЕРИМЕНТА.

При проведении лабораторного опыта необходимо каждый раствор отмерять своим цилиндром. Каждый опыт проводить в новой пробирке. При попадании на лицо, в глаза, на руки химических реактивов следует смыть немедленно водой и хорошо промыть пораженный участок большим количеством воды.

8. СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА.

1.Цель работы, рабочее задание.

2.Химическая реакция, таблица, график.

3.Вывод о влиянии концентрации на скорость химической реакции.

4.Ответы на контрольные вопросы.

9. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1.Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии . Москва: Интеграл – пресс, 2001 – 2006,79-93 с.

2.Коровин Н. В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2004, 142-158 с.

3.Белозерова Т.И. Химия. Конспект лекций. в двух частях для. инженернотехнических ( нехимических) специальностей.- Северодвинск: Севмашвтуз., 2009г.,часть1.

4. Белозерова Т.И. Термохимические расчеты. Химическое равновесие. Правило Ле Шателье. Методические указания к практическим работам. Севмашвтуз, 2006, 14с.

10.РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ.

1.Соблюдайте осторожность при работе с термометром и с раствором щелочи. 2 В случае попадания щелочи на одежду следует смыть её водой, а затем нейтрализовать раствором уксусной кислоты с массовой долей 5%.

3.При попадании на лицо, глаза и на руки химических реактивов следует промыть пораженный участок большим количеством воды.

4.Не оставляйте на рабочих местах грязную посуду.

Лабораторная работа № 3.

14

Приготовление растворов различных концентраций.

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ: научиться готовить растворы с определенной концентрацией и определять плотность раствора.

2.РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ:

1.Приготовить раствор с заданной массовой долей.

2.Измерить плотность полученного раствора.

3.Ответить на контрольные вопросы.

3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 3.1. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ.

Растворы - гомогенные системы переменного состава, состоящие из двух или более компонентов.

3.1.1. Массовая доля растворенного вещества ( )

Массовая доля растворенного вещества – это отношение массы растворенного

вещества (А) к массе раствора, выраженное в процентах:

Масса раствора равна сумме масс растворенного вещества и растворителя

(воды).

Масса раствора (г), его объем (мл) и плотность (г/мл) связаны между собой

соотношением:

Пример 1: В 135 г воды растворено 15 г соли. Какова массовая доля соли в полученном растворе?

соли=15*100/135+15=10%

Пример 2: Сколько граммов соли и воды потребуется для приготовления 500г раствора с массовой долей 18%

ω= m A 100

mр− ра

m(A)= * mр-ра/100=18*500/100=90 г m(H2O)= mр-ра-m(A)=500-90=410 г

15

Пример 3: 1200 г раствора соли с массовой долей 20% упарили до массы 800 г. Какова концентрация получившегося раствора?

1) Упаривание приводит к потере воды, содержание же растворенного вещества остается неизменным. Определим массу соли в растворе:

m(A)= * mр-ра/100=20*1200/100=240 г

2) Определим массовую долю соли в новом растворе:

соли=240*100/800=30%

Пример 4: Приготовить 500 г раствора KJ с массовой долей KJ 19%. Сколько соли необходимо добавить, чтобы получить 20 % раствор?

1) Определяем массу KJ в исходном растворе: m(A)= * mр-ра/100=19*500/100=95 г

2)Обозначим массу прибавленного KJ за х, то масса раствора будет равна (500+х). Поставим эти величины в формулу (1):

20=95+х/500+х=240 х=6,25 г

3.1.2 Молярная концентрация.

Молярная концентрация – это отношение количества вещества v(A) к объему

Где m(A) – масса вещества (г), М(А) – молярная масса вещества (г/моль), V – объем раствора (л).

Пример 5. Определить молярную концентрацию раствора KOH, в 50 мл которого содержится 5,6 г вещества.

CKOH=m(KOH)/M(KOH)=5,6*1000/56*50=2 моль/л или 2 М KOH

4. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ.

При проведении лабораторной работы необходимо определить плотность приготовленного раствора.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1.В 110г водного раствора содержится 56г КОН. Какова массовая доля КОН в растворе?

2.В 910г Н2О растворено 309г NaOH, плотность раствора ρ=1,3 г/мл. Найдите:

а) массовую долю NaOH б) молярную концентрацию

3.Сколько кг растворителя нужно добавить к 1л раствора с молярной концентрацией См=4 моль/л, чтобы получить раствор См=0,2 моль/л.

6. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЫТА.

16

ОПЫТ. Приготовление раствора заданной концентрации из навески твердого вещества и определение плотности раствора.

Работу следует выполнять в следующей последовательности:

1.Получить задание для приготовления раствора соли определенной концентрации (масса раствора m=100 г).

2.Рассчитать необходимое количество твердого вещества и воды.

3.Взвесить с точностью до 0,01 г навеску соли.

4.Отмерить с помощью цилиндра необходимое количество воды.

5.Навеску соли перенести в стакан и, постепенно прибавляя отмеренную воду, перемешивать содержимое до полного растворения.

6.Замерить объем (V) полученного раствора по цилиндру.

7.Рассчитать плотность раствора

ρтеор=m/V [г/см3]

8. Подобрать ареометр и замерить плотность приготовленного раствора. Если при приготовлении раствора соли произошло защитное разогревание или охлаждение раствора, следует выждать пока раствор вновь не обретет комнатную температуру, и только после этого производить измерения плотности.

Ареометр (денсиметр) – стеклянный поплавок, имеющий сверху шкалу, градуированную в единицах плотности. Действие ареометра основано на законе Архимеда. Для измерения плотности ареометр опускают в раствор и по нижнему краю мениска жидкости отчитывают показания.

1.Порядок проведения опыта.

2.Расчеты.

3.Ответы на контрольные вопросы.

17

4. Вывод

5.Решить предложенный вариант

9. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1.Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии . Москва: Интеграл – пресс, 2001 – 2006,95 -102 с.

2.Коровин Н. В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2004, 204 -212 с.

3.Белозерова Т.И. Химия. Конспект лекций. в двух частях для. инженернотехнических ( нехимических) специальностей.- Северодвинск: Севмашвтуз., 2009г.,часть1.

10.РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ.

1.Соблюдайте осторожность при работе с ареометром.

2Не оставляйте на рабочих местах грязную посуду.

Лабораторная работа № 4.

Электролиз растворов

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить электродные процессы при электролизе растворов.

2. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ:

18

1. Взвесить массу катода до электролиза.

2.Провести процесс электролиза.

3.Взвесить массу катода после электролиза.

4.Рассчитать выход по току.

5.Ответить на контрольные вопросы.

3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Окислительно-восстановительная реакция, протекающая в растворе или расплаве электролита у электродов при пропускании постоянного электрического тока, называется электролизом.

Электролиз осуществляется в электролизерах. Основным конструкционным элементом являются электроды, соединенные с полюсами источника постоянного тока.

Электрод, присоединенный к отрицательному полюсу источника тока, называется катодом, положительный электрод - анодом.

На катоде в процессе электролиза всегда происходит восстановление катионов из объема электролита. На аноде происходит отдача электронов, т.е. реакция окисления.

В растворах и расплавах различных электролитов имеются разноименные по знаку ионы, т.е. катионы и анионы, которые находятся в хаотическом движении. Но если в такой расплав электролита, например, расплав хлорида натрия NaCl, опустить электроды и пропустить постоянный электрический ток,

различных катионов металлов, то в этом случае последовательность восстановления определяется электродными потенциалами. В первую очередь восстанавливаются катионы металлов, обладающих большим значением электродного потенциала.

Более сложные процессы электролиза протекают в водных растворах

больше, чем -0,413В (от Ni2+ до Pt4+), при электролизе практически полностью восстанавливаются на катоде.

Меn+ +n*е→Меo

2.Катионы металлов, с малой величиной стандартного электродного

потенциала (от Li+ до А13+ включительно) не восстанавливаются на катоде, вместо них восстанавливаются молекулы воды:

2Н2О + 2е → Н2 + 2ОН-

3.Катионы металлов, стандартный ионный потенциал которых

меньше, чем у водорода, но больше, чем у алюминия (от Мn+ до Н2+), при электролизе на катоде восстанавливаются одновременно с молекулами воды.

Для определения порядка протекания окислительно-восстановительных процессов на электродах при электролизе водных растворов можно руководствоваться правилами таблицы 1.

Таблица 1

Катодные процессы в водных растворах

Электрический ряд напряжений металлов

Характер реакций, протекающих на аноде, зависит от природы аниона и материала анода. Аноды подразделяются на нерастворимые и растворимые. Нерастворимые аноды изготавливаются из угля, графита, платины, иридия, при электролизе они служат лишь передатчиками электронов. Анионы бескислородных кислот (S2-, I-, Вг-, Сl-) при их достаточной концентрации окисляются довольно долго:

2 Сl--2е→С12

2Вг--2е→Вг2

Если же раствор содержит анионы кислородных кислот (например, SO42-,NO3-, СО22-, РО43-), то на аноде окисляются не эти ионы, а молекулы воды:

2Н2О-4е→О2 + 4Н+

Если растворимые аноды изготавливаются из меди, серебра, цинка, кадмия, никеля, железа (в определенных условиях нерастворимыми становятся и аноды из железа, никеля, свинца), при электролизе они окисляются сами.

Me - ne→ Me n+

Рассмотренные правила сведены в таблицу 2:

Таблица 2.

Анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке

J-, Br-, S2- , Сl- , ОН- , SO42- , NO3- , F-

Решение типовых задач

Задача 2. Написать уравнение реакции электролиза водного раствора AgNO3, если а) анод нерастворимый;

б) анод растворимый, серебряный.

Решение:

Расчет количества веществ, разложенных или образовавшихся в процессе электролиза, производится по закону Фарадея. Теоретически массы веществ, испытавших изменение при электролизе, определяются

21

m= M э Q F

Q= J τ

Q – количество прошедшего электричества m – масса вещества, г.

Mэ - химический эквивалент вещества, г. J – сила тока, А

τ - время электролиза, сек.

Пример: Сколько меди выделяется при пропускании через раствор ее соли тока силой 6А, в течение 1 часа, если выход по току составляет 98%?

m(Си)факт = m(Си)теор*0,98 = Mэ (Cu)*J*τ*0,98 /96500= 32*6*3600*0,98/96500 =7г..

Следовательно, на катоде выделится 7 грамм меди.

4. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Лабораторная установка для проведения процесса электролиза с растворимым медным анодом.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1.В каких случаях образуются вторичные продукты при электролизе?

2.В какой последовательности и выделяются на катоде металлы при электролизе раствора, содержащего ионы Ni2+, Cr2+,Fe3+?

3.Какой силы должен быть ток, чтобы при пропускании его через расплав MgSO4 выделить на катоде 6 г. магния за 10 часов? Написать уравнения электродных процессов.

4.Через последовательно соединенные электролитические ванны с платиновыми

электродами пропустили ток. В первой ванне раствор сульфата натрия, во второй-раствор нитрата серебра, а в третьей - раствор соляной кислоты. Какие продукты выделились на электродах во всех трех ваннах и сколько их получилось по массе, если в первой ванне выделится на катоде 1 мг. водорода?

5.Через водный раствор NaCl (электроды угольные) пропускали ток сначала при перемешивании раствора, а затем без перемешивания, отделив в последнем вторичные продукты. Написать уравнения электродных процессов для двух случаев.

6.ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЫТА.

. Электролиз водного раствора сульфата меди с медным анодом.

Опыт проводите в стакане, который закрывается эбонитовой крышкой, снабженной двумя клеммами для закрепления электродов (см. рис. 1).

1

22

Рис. 1. Электролизный стакан.

1.Раствор электролита

2.Анод

3.Катод

Тонкий медный электрод тщательно зачистите абразивным порошком, промойте проточной водой, высушите фильтрованной бумагой и взвесьте на технических весах с точность до 00,1 гр.

Закрепите с помощью зажимов оба медных электрода в крышке стакана. В стакан налейте ¾ его объема раствор состава:

CuSO4*5H2O-150 г/л. H2SO4-50г/л. С2H5OH-50г/л.

Опустите электроды в раствор. Электроды соедините с полюсами источника тока. Включите, отметив по секундной стрелке часов время и ток в цепи электролизера. Быстро при помощи реостата установите силу тока 0,5-1,5 А, поддерживайте её постоянной.

Составьте схему электролиза (см. рис. 2) и уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде. По истечении 20 минут (в случае резкого падения тока электролиз прекратить) освободите из зажимов катод, вымойте его в проточной воде, осторожно просушите фильтрованной бумагой и снова взвесьте на технических весах. Все количественные параметры электролиза внесите в таблицу 3.

А

Рис. 5. Схема процесса электролиза.

23