Лабораторний_практикум_з_дисципліни Хімія”_2014

Продовження таблиці 2

До амфотерних гідроксидів належать гідроксиди деяких металів головних підгруп (Be,Al), а також багатьох металів побічних підгруп періодичної системи елементів у проміжних ступенях окиснення: Zn(OH)2,Sn(OH)2,Pb(OH)2, Mn(OH)2, Fe(OH)2, Cr(OH)3, Al(OH)3, Bi(OH)3.

Під час взаємодії з кислотами амфотерні гідроксиди проявляють властивості основ, а під час взаємодії з основами – властивості кислот:

Zn(OH)2 2HCl ZnCl2 H2O;

Zn(OH)2 2NaOH Na2ZnO2 2H2O.

Назви амфотерних гідроксидів утворюються подібно до назв основ: Zn(OH)2─ гідроксид цинку.

Солі можна розглядати як продукти повного чи часткового заміщення атомів Гідрогену (водню) у кислотах на атоми металів або як продукти повного чи часткового заміщення гідроксидних груп в основах на кислотні залишки.

Розрізняють такі типи солей: нормальні, або середні, кислі та основні. Нормальні солі – це продукти повного заміщення атомів Гідрогену (вод-

ню) кислоти на атоми металу:

2NaOH H2SO4 Na2SO4 2H2O.

Кислі солі – це продукти неповного заміщення атомів гідрогену (водню) в

молекулі кислоти на атоми металу:

NaOH H2SO4 NaHSO4 H2O.

Основні солі – це продукти неповного заміщення гідроксильних груп у молекулі багатокислотної основи або амфотерного гідроксиду на кислотні залишки:

10

Fe(OH)3 H2SO4 FeOHSO4 2H2O.

Можна вважати, що молекула солі утворюється із залишків основи і залишків кислоти.

За міжнародними номенклатурними правилами назва солі складається з назви металу та латинської назви кислотного залишку. Наприклад, Na2SO4- натрій сульфат або сульфат натрію.

У назві кислих солей до латинської назви аніона додають числівник, що відповідає числу атомів Гідрогену (водню) в молекулі кислоти і префікс “гідроген” (“гідро”). Наприклад, Na2HPO4 − натрій гідрогенфосфат або гідрофосфат натрію,NaH2PO4 − натрій дигідрогенфосфат або дигідрофосфат натрію.

У назвах основних солей до назви катіона додають грецький числівник (ди, три...) , який вказує на число незаміщених груп OH і префікс “гідроксо”-: FeOHClгідроксоферум (ІІ) хлорид, Al(OH)2 NO3 - дигідроксоалюміній нітрат або нітрат дигідроксоалюмінію.

1.3 Порядок виконання роботи

Дослід 1 Змінення забарвлення індикаторів у розчинах кислот і лугів

Налити в три пробірки дистильовану воду і краплями добавити розчин лакмусу до появи помітного забарвлення. У першу пробірку добавити кілька крапель кислоти, в другу – лугу, третя пробірка є контрольною. Спостерігати змінення забарвлення індикатора лакмусу.

Такий самий дослід провести з індикаторами: метилоранжем та фенолфталеїном.

Заповнити наступну таблицю.

Дослід 2 Добування кислот і їхні властивості

1У пробірку насипати невелику кількість сухого ацетату натрію і змочити розбавленим розчином сірчаної кислоти. За запахом визначити речовину, яка утворилась. В отвір пробірки, не торкаючись до стінок, помістити лакмусовий папірець. Що в цей час спостерігається?

2Взаємодія кислот з металами. У три пробірки налити розчини сірчаної, соляної та оцтової кислот. У кожну пробірку опустити по кілька гранул цинку. Спостерігати виділення газу.

11

Дослід 3 Добування і властивості основ

1Взаємодія гідроксидів із солями. У три пробірки налити невеликі кількості розчинів сульфату міді (П), хлориду заліза (Ш) і сульфату заліза (П). До розчинів добавити такі самі об’єми 10%-го розчину гідроксиду натрію. Зазначити забарвлення новоутворених осадів.

2Реакція гідроксиду міді (П). Гідроксид міді (П) з попереднього досліду помістити в дві пробірки. В одну з них добавити розчин сірчаної кислоти й перемішати, а іншу пробірку нагрівати до появи чорного осаду.

1.4 Оформлення результатів роботи

Дослід 1 Скласти рівняння електролітичної дисоціації кислоти й лугу. Які іони зумовлюють зміну забарвлення індикатора?

Досліди 2,3 Скласти рівняння реакцій.

Питання для самоперевірки

1 Визначити характер оксидів: СaO,MgO, Al2O3, PbO2,SO2,SO3,

СО2, Pb2O5.

Які з них будуть взаємодіяти між собою. Написати рівняння відповідних реакцій.

2 Скласти формули вищих оксидів Сульфуру (сірки), Алюмінію, Мангану (марганцю), Нітрогену (азоту), Силіцію (кремнію). Назвати ці оксиди.

3Як, виходячи із соляної кислоти, одержати: а) хлорид натрію, б) хлорид магнію, в) хлорид гідроксокальцію, г) хлорид дигідроксоалюмінію. Написати рівняння реакцій.

4Із якими з перелічених речовин взаємодіє NaOH: з оксидом кальцію, оксидом сірки (1У), сірчаною кислотою, оксидом алюмінію. Написати рівняння відповідних реакцій.

5Написати рівняння реакцій таких перетворень:Сa CaO Ca(OH)2

Ca(HSO4)2 CaSO4.

Лабораторна робота № 2

ВИЗНАЧЕННЯ МОЛЯРНОЇ МАСИ ТА ВЛАСТИВОСТЕЙ ВУГЛЕКИСЛОГО ГАЗУ

2.1Мета роботи – одержання вуглекислого газу, визначення його молярної маси та ознайомлення з фізико-хімічними властивостями.

2.2Загальні вказівки

Оксид карбону (IV) або вуглекислий газ СО2, як і багато інших сполук

12

Карбону, бере активну участь у природних процесах, які здійснюються в навколишньому середовищі. Він впливає на рН вод Світового океану, розчиняє у присутності води карбонатні породи, впливає на температуру Землі. Основна маса Карбону на поверхні Землі зосереджена саме у вуглекислому газі. Більша частина СО2 знаходиться не в газовій оболонці Землі, а розчинена у воді. В океані міститься в 50 разів більше СО2, ніж в атмосфері.

Вуглекислий газ є головною зв’язуючою ланкою між біосферою та навколишнім середовищем, в якому головними є процеси фотосинтезу та дихання:

6CO2 6H2O + енергія ↔ C6H12O6 6O2 .

У результаті фотосинтезу рослини поглинають вуглекислий газ, перетворюючи його на органічну речовину, й залучають до складної міграції:

-зелені рослини, поглинаючи СО2, утворюють органічну речовину;

-мікроорганізми, руйнують органічну речовину відмерлих рослин і тварин і звільняють вуглекислий газ, який знову потрапляє в атмосферу.

Для визначення молярної маси оксиду карбону (IV) або вуглекислого газу використовують реакцію взаємодії кальцій карбонату (мармуру) з соляною кислотою:

CaCO3 2HCl CaCl2 CO2 H2O.

Вуглекислий газ, що утворюється, збирають, визначають його молярну масу і вивчають хімічні властивості.

2.3 Порядок виконання роботи

Дослід 1 Одержання вуглекислого газу і визначення його молярної

маси

З цією метою в роботі використовується установка для добування газу (рис.2.1), яка складається з апарата Кіппа 1, склянок Тищенка, або Дрекселя 2, 3, плоскодонної колби 4 ємністю 300-350 см3. Вуглекислий газ, що утворюється під дією водного розчину (10%) НСl на мармур, очищується від залишків HCl у склянці 2 з водним насиченим розчином NaHCO3 та висушується в склянці 3 за допомогою концентрованої сірчаної кислоти Н2SO4.

Чисту та суху колбу щільно закрити гумовою пробкою. Відмітити рівень пробки в шийці колби парафіновим олівцем. На технохімічних вагах зважити колбу з пробкою з точністю до 0,01 г. Масу сухої колби m1 записати.

Зважену колбу заповнити вуглекислим газом, для чого скляну трубку приладу опустити на дно колби, відкрити кран апарата Кіппа та пропустити газ у колбу протягом 6-8 хвилин. Далі, не закриваючи кран, обережно вийняти скляну трубку і закрити колбу пробкою. Пробку потрібно опустити до певної відмітки.

13

Рисунок 2.1 – Установка для добування СО2

1 – апарат Кіппа; 2 і 3 – склянки Тищенка; 4 – плоскодонна колба

Для поступового заповнення колби газом та його достатнього очищення необхідно встановити таку швидкість проходження газу через промивні склянки, за якої є можливість рахувати бульбашки. Якщо газ буде поступати в колбу сильним струменем, це не тільки погіршить його очищення від домішок, але й викличе утворення явища турбулентності. В результаті цього колба заповниться не чистим вуглекислим газом, а його сумішшю з повітрям.

Після наповнення колби газом необхідно закрити її пробкою і зважити з точністю до 0,01г, а далі протягом 5 хвилин пропустити газ ще раз, наповнити колбу і знову зважити. Якщо результати двох зважувань колби з газом будуть однаковими, або відрізнятимуться не більше ніж на ± 0,01 г, то наповнення і зважування потрібно припинити. Якщо різниця в масі перевищує 0,01 г, то колбу потрібно заповнити втретє і знову зважити. Такі дії потрібно повторювати доти, доки різниця між двома послідовними масами буде не більшою, ніж 0,01 г. Остаточну масу колби з вуглекислим газом m2 потрібно записати. Також потрібно записати температуру в приміщенні та атмосферний тиск за барометром.

Далі потрібно виміряти об’єм вуглекислого газу в колбі за даних умов. Для цього в колбу потрібно налити воду до мітки, нанесеної парафіновим олівцем, перелити її в мірний циліндр і виміряти об’єм води. Об’єм води дорівнює об’єму вуглекислого газу. Записати об’єм вуглекислого газу V.

Дослід 2 Вивчення кислотних властивостей вуглекислого газу

Налити в пробірку декілька мілілітрів дистильованої води і додати 1-2 краплі лакмусу. До отриманого розчину додавати вуглекислий газ з апарата Кіппа доти, доки не зміниться забарвлення розчину.

Налити у пробірку декілька мілілітрів вапняної води. Пропустити через розчин вуглекислий газ з апарата Кіппа. Звернути увагу на зміни в розчині: випадає осад кальцій карбонату, який за подальшого пропускання вуглекислого газу розчиняється внаслідок утворення кальцій гідрокарбонату. Отриманий прозорий розчин розділити на дві порції. До однієї з них додати вапняну воду, а другу – нагріти. Відмітити, що при цьому відбувається.

14

Дослід 3 Вивчення окисних властивостей вуглекислого газу

Заповнити вуглекислим газом колбу ємністю 300-400 см3. Взяти стрічку магнію, запалити її і швидко опустити в колбу. Спостерігати за утворенням білого порошку магній оксиду та чорних крупинок вуглецю. Коли весь магній окисниться, налити в колбу трохи 1н розчину соляної кислоти до повного розчинення магній оксиду. Відфільтрувати рідину крізь фільтр та розглянути на фільтрі крупинки вугілля.

Дослід 4 Розчинність вуглекислого газу у воді

Заповнити вуглекислим газом колбу ємністю 1000 см3. Закрити колбу пробкою, занурити її в холодну воду і вже у воді зняти пробку. Для прискорення розчинення вуглекислого газу в воді, колбу під водою необхідно покачувати круговими рухами (при цьому шийку колби залишати під водою). Відмітити, що відбувається. Після отримання розчину шийку склянки під водою закрити пробкою або рукою та вилучити з води. Невелику порцію розчину вуглекислого газу налити в пробірку і додати до нього розчин лакмусу. Відзначити, як змінився колір лакмусу.

Дослід 5 Вивчення корозійних властивостей вуглекислого газу

Помістити у дві склянки по одній ложці подрібненої крейди. В одну склянку налити розчин вуглекислого газу, а в другу – дистильовану воду. Розмішати крейду в обох склянках скляною паличкою, залишити на 2-3 хвилини та профільтрувати рідини з обох склянок. Фільтрати зібрати в пробірки. Рідини в пробірках нагріти до кипіння. Відзначити, що відбувається у фільтратах.

2.4 Оформлення результатів роботи

Дослід 1 Записати в журнал результати експерименту:

1)масу колби з повітрям m1, г ;

2)масу колби з СО2 m2, г ;

-І зважування ;

-ІІ зважування ;

3)об’єм СО2 в колбі V , см3;

4)атмосферний тиск ρ ;

4) температуру в приміщенні Т .

Під час визначення маси вуглекислого газу в об’ємі колби необхідно враховувати, що об’єм газу в колбі дорівнює об’єму витісненого ним повітря, тому маса СО2 в об’ємі колби дорівнює різниці між масою колби з СО2 (m2 ) та масою пустої колби (mК ), яка у свою чергу дорівнює різниці між масою колби з повітрям (m1) і масою повітря в об’ємі колби: mK m1 mпов. Звідси отримуємо:

15

Масу повітря визначити за рівнянням Менделєєва–Клапейрона

де Mпов - середня молярна маса повітря, г/моль; Т – абсолютна температура в приміщенні, К; V – об’єм повітря, см3;

R – універсальна газова стала; р – атмосферний тиск.

Розрахувати молярну масу вуглекислого газу за рівнянням МенделєєваКлапейрона:

pV mCO2RT .

MCO2

Розрахувати відносну похибку досліду в процентах:

Досліди 2-5 Записати рівняння реакцій.

Лабораторна робота № 3

ВИЗНАЧЕННЯ МОЛЯРНОЇ МАСИ ЕКВІВАЛЕНТА СКЛАДНОЇ РЕЧОВИНИ

3.1Мета роботи ― визначення молярної маси еквівалента карбонату

кальцію.

3.2Загальні вказівки

Під час виконання даної роботи необхідно знати, що хімічним еквівалентом (Е) називається реальна або умовна частинка речовини, яка може заміщувати, приєднувати, вивільняти або будь-яким іншим чином бути еквівалентною

одному іону водню H у кислотно-основних, або одному електрону в окисновідновних реакціях.

Так, наприклад, у сполуках HCl,H2S,NH3 формули еквівалентів Хлору,

Для визначення складу еквівалента хімічної сполуки необхідно виходити з конкретної реакції, в якій бере участь дана речовина. Наприклад, сульфатна кислота з гідроксидом натрію може взаємодіяти з утворенням кислої або середньої солі:

H2SO4 NaOH NaHSO4 H2O;

H2SO4 2NaOH Na2SO4 2H2O.

У першому випадку еквівалент сульфатної кислоти EH2SO4 має склад, H2SO4. Оскільки в реакцію вступає така кількість кислоти, яка відповідає од-

ному атому Гідрогену. Отже EH2SO4 = H2SO4. У другому випадку в реакції з гідроксидом натрію бере участь така кількість кислоти, яка відповідає двом ато-

1

мам Гідрогену. У такому разі EH2SO4 = 2H2SO4.

Масу 1 моль еквівалентів називають молярною масою еквівалента ( МЕ, г/моль.).

Молярні маси еквівалентів окремого елемента А і складних речовин можна розрахувати за формулами:

Моксиду

МЕ(оксиду) Кількість атомів елемента Валентність елемента;

Для розрахунку молярного об’єму еквівалента газу необхідно знати кількість молів еквівалентів в одному молі газу:

Слід також звернути увагу на формулювання закону еквівалентів: хімічні елементи сполучаються один з одним, а речовини взаємодіють і утворюються в еквівалентних кількостях.

17

Так, для реакції А В С D закон еквівалентів має вигляд

νE(A) νE(B) νE(C) νE(D).

Тобто, закон еквівалентів може бути сформульований наступним чином:

маси речовин, що взаємодіють або утворюються, є пропорційними молярних мас їхніх еквівалентів.

Для газів замість мас у законі еквівалентів можна використовувати відповідні об’єми:

3.3 Порядок виконання роботи

Для визначення молярної маси еквівалента карбонату кальцію використовується реакція взаємодії його з соляною кислотою:

CaCO3 2HCl CaCl2 CO2 H2O.

Вуглекислий газ, що утворюється при цьому, збирають і вимірюють його

об’єм.

З цією метою в роботі використовується прилад для визначення об’єму газу (рис. 3.1).

Помістити наважку мармуру в колбу Вюрца 1, закрити ії пробкою з краплинною лійкою 2 і перевірити на герметичність. Для цього відкрити кран краплинної лійки і підняти хімічну лійку 3 з водою на деяку висоту. Закрити кран краплинної лійки, укріпити хімічну лійку 3 в штативі і слідкувати за рівнем рідини. Якщо рівень води в бюретці буде безперервно знижуватись, то прилад є негерметичним. Необхідно усунути причини, що викликають негерметичність. Якщо прилад є герметичним, то в перший момент під час опускання лійки рівень води в бюретці 4 трохи знизиться, а далі залишиться постійним. Після цього треба ще раз відкрити кран краплинної лійки і, пересуваючи хімічну лійку вгору, установити рівень води в бюретці на нульовій позначці або трохи нижче, а далі закрити кран краплинної лійки й опустити хімічну лійку.

18

Рисунок 3.1 - Прилад для визначення молярної маси еквівалента

1– колба Вюрца; 2 – краплинна лійка; 3 – хімічна лійка; 4 – бюретка

Відмірявши циліндром 10 мл розведеної соляної кислоти, помістити її в краплинну лійку, а далі вилити в колбу Вюрца, до якої поміщений мармур. Кран краплинної лійки перекрити в той момент, коли в ній ще знаходиться декілька крапель кислоти з метою перешкоджання проникнення зовнішньої атмосфери в колбу Вюрца. Під тиском газу, що утворився в результаті хімічної реакції, рідина з бюретки переміщується в лійку. Після закінчення реакції й охолодження колби до кімнатної температури привести рідину в бюретці і лійці до одного рівня, тобто створити в бюретці тиск, що дорівнює атмосферному. Для цього лійку потрібно опустити вниз, записати новий рівень рідини в бюретці і показання термометра та барометра під час досліду.

3.4 Оформлення результатів роботи

Записати в журнал результати досліду:

1)масу мармуру mCaCO3 , г;

2)об’єм соляної кислоти, залитий у колбу Вюрца VHCl , мл;

3)рівень рідини в бюретці:

-до реакції Vпоч, мл;

-після реакції Vкін, мл;

4)температуру t, 0С;

5)тиск р, мм рт. ст.

Розрахувати об’єм газу, що виділився, за формулою

VCO2 Vкін Vпоч VHCl та абсолютну температуру Т за формулою Т=273+t, К.