ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса - ваш вокал

Игровые автоматы с быстрым выводом

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком"

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Определение теплового эффекта реакции нейтрализации одноосновной кислоты раствором щёлочи

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Г.Р. ДЕРЖАВИНА

О.А. Шеина, А.Г. Шубина, Н.В. Вервекина

Методические указания

К лабораторному практикуму

По общей и биоОРГАНИЧЕСКой

ХИМИИ

Часть 1

Допущено Редакционно-издательским

советом ТГУ им. Г.Р. Державина в качестве

учебно-методического пособия для студентов,

обучающихся по специальности

060101 – Лечебное дело

Тамбов 2008

.

Рецензенты:

Доктор медицинских наук, профессор С.Н. Симонов

Кандидат химических наук, доцент Т.П. Дьячкова

СОдержАНИЕ

Лабораторная работа № 1

Определение молярной массы магния методом вытеснения

Цель работы: научиться экспериментально определять молярную массу металла, используя в расчетах основные стехиометрические законы химии.

Приборы: весы c разновесом; прибор для определения молярной массы (рис. 1); барометр; термометр (комнатный).

Реактивы: магний (лента); азотная кислота HNO₃ (4 н); серная кислота H₂SO₄ (2 н).

Ход работы

1. Собрать прибор (рис. 1), состоящий из бюретки 1 (емкостью 50 мл), соединенной посредством резиновых трубок с воронкой 2 и пробиркой 3, укрепить его на штативе. Бюретку и пробирку плотно закрыть пробками со стеклянными трубками.

Рис. 1. Прибор для определения молярной массы металла: 1 - бюретка; 2 - воронка; 3 - пробирка.

2. Для проверки прибора на герметичность в бюретку налить воду, которая заполнит также и резиновую трубку, соединяющую бюретку с воронкой. Затем бюретку закрыть пробкой, соединить с пробиркой и заметить уровень воды в бюретке. Опусканием кольца штатива переместить воронку вниз. Если прибор герметичен, то в первый момент при опускании воронки уровень воды в бюретке немного понизится, но потом останется постоянным. Если же уровень воды будет понижаться непрерывно, это означает, что прибор пропускает воздух и следует исправить дефекты, допущенные при его сборке.

3. Взвесить кусочек ленты магния весом 0,03 г. Вынуть пробку из пробирки и передвижением воронки установить уровень воды в бюретке на нулевом делении.

4. 5 мл разбавленной серной кислоты влить в пробирку через воронку. Положить ленту магния на сухую стенку пробирки так, чтобы магний не соприкасался с серной кислотой. Присоединить пробирку к прибору, плотно закрыв ее пробкой, и передвижением воронки привести воду в бюретке и в воронке к одинаковому уровню. Отметить и записать уровень воды в бюретке, произведя отсчет по нижнему мениску жидкости с точностью до 0,1 мл.

5. Стряхнуть магний в серную кислоту.

6. По окончании реакции дать пробирке остыть до комнатной температуры, после чего снова привести воду в бюретке и воронке к одинаковому уровню, отметить и записать уровень воды в бюретке.

7. Отметить и записать показания комнатного термометра и барометра (1 мм рт. ст. = 133,3 Па) во время опыта.

Форма записи наблюдений и обработка результатов

Масса магния - m (г); температура - t (°С); атмосферное давление - р (кПа); давление насыщенного водяного пара - h (кПа); уровень воды в бюретке до реакции - а₁ (мл); уровень воды в бюретке после реакции - a₂ (мл).

1. Вычислить объем водорода (в мл), вытесненного магнием при температуре t и давлении р.

2. Вычислить парциальное давление водорода:

p(H₂) = p_атм – h.

3. Привести найденный объем водорода к нормальным условиям, используя объединенное уравнение газового состояния (водород собран над водой, поэтому в уравнение вместо р следует поставить р(Н₂)).

4. Вычислить массу выделившегося водорода.

5. Рассчитать эквивалентную и молярную массу магния.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятию «молярная масса металла».

2. Какой объем 24 % соляной кислоты необходимо взять для того, чтобы при взаимодействии ее с металлом выделилось 40 мл водорода, измеренного при н.у.?

3. При каком давлении (больше или меньше атмосферного) будет находиться водород в приборе для определения молярной массы металла, если уровень воды в уравнительном сосуде будет: а) выше уровня воды в бюретке, б) ниже уровня воды в бюретке, в) равен уровню воды в бюретке?

4. Выведите формулу для нахождения молярной массы металла, указав размерность каждой величины.

Лабораторная работа № 2

Определение теплового эффекта реакции нейтрализации одноосновной кислоты раствором щёлочи

Цель работы: научиться экспериментально определять тепловые эффекты химических реакций.

Реактивы: 1 М кислоты - соляная или азотная и 1 М щелочи - NaOH или KOH.

Приборы: упрощенный калориметр (рис. 2).

Ход работы

1. Внутренний стакан калориметра взвесить с точностью до 0,1 г (m₁), затем налить в него из бюретки 25 мл 1 М раствора кислоты и поместить стакан обратно в калориметр. В другой сухой стакан налить из бюретки 25 мл 1 М раствора щелочи.

2. Измерить температуру раствора кислоты с точностью до 0,1°. Температуру раствора щелочи можно не измерять, т.к. оба раствора хранятся в одной комнате и имеют одну и ту же температуру. Не вынимая из раствора кислоты термометр, быстро вылить раствор щелочи в кислоту. Осторожно перемешать раствор термометром, наблюдая за изменением температуры. Когда повышение температуры прекратится, отметить максимальную температуру раствора.

3. Когда раствор охладится до комнатной температуры, взвесить внутренний стакан калориметра с раствором с точностью до 0,1 г (m₂).

Рис. 2. Упрощенный калориметр, состоящий из двух стаканов (внешнего емкостью 250 – 300 мл и внутреннего емкостью 100 мл), корковой пробки и термометра с делениями на 0,1° (внутренний стакан для уменьшения теплоотдачи помещен на корковую пробку).

Форма записи наблюдений и обработка результатов

Масса внутреннего стакана - m₁ (г); объем раствора кислоты - V_к (мл); объем раствора щелочи - V_щ (мл); концентрация кислоты - С_к (моль/л); концентрация щелочи - С_щ (моль/л); начальная температура - t₁ (°C); конечная температура - t₂ (°C); масса внутреннего стакана с раствором - m₂ (г).

1. Теплота, выделенная при реакции нейтрализации, расходуется на нагревание раствора: q = с·m (t₂ – t₁). Теплоемкость раствора (с) принять равной теплоемкости воды, т.е. единице. Теплотой, расходуемой на нагревание калориметра, пренебречь.

2. Массу раствора найти по разности m = m₂ – m₁.

3. Количество вещества, содержащееся в 25 мл 1 М раствора, составляет 0,025 моль. Тепловой эффект реакции относится к 1 моль и выражается в ккал или кДж (1 ккал = 4,184 кДж). Следовательно, Q = q/0,025 (ккал/моль).

3. Рассчитать тепловой эффект реакции нейтрализации одноосновной кислоты и определить процент ошибки, если теоретическое значение эффекта равно 13,7 ккал.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятию «энтальпия химической реакции».

2. Напишите уравнения химической реакции (в полном и сокращенном ионном виде), тепловой эффект которой определялся в эксперименте. Каков знак энтальпии и теплового эффекта этой реакции?

3. Какова размерность теплового эффекта химической реакции?

Лабораторная работа № 3

Скорость химической реакции

Цель работы: изучить влияние концентрации реагирующих веществ, температуры и присутствия катализаторов на скорость химической реакции.

Приборы и посуда: весы с разновесом; штатив с лапкой и кольцом; метроном или секундомер; термометр на 100 °С; штатив с пробирками; пробирки емкостью 50 мл с номерами (3 шт.); мерный цилиндр для воды на 25 мл; мерные цилиндры емкостью 25 мл для растворов тиосульфата натрия Na₂S₂О₃ и серной кислоты H₂SO₄; химические стаканы емкостью 200 мл (2 шт.) и 25 мл (1 шт.); пипетка; шпатель; лучина.

Реактивы: серная кислота H₂SO₄ (2 н и 1:200); 2) тиосульфат натрия Na₂S₂О₃ (1 н и 1:200); перекись водорода (3 %); оксид марганца (IV).

Ход работы

1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

а) К 1 н раствору тиосульфата натрия Na₂S₂О₃ прилить 2 н раствор серной кислоты H₂SO₄. Наблюдается помутнение раствора, которое вызвано взаимодействием тиосульфата натрия и серной кислоты с выделением свободной серы:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + SO₂ + H₂O + S.

Время, которое проходит от начала реакции до заметного помутнения раствора, характеризует скорость реакции.

б) В три большие нумерованные пробирки налить разбавленный (1:200) раствор тиосульфата натрия Na₂S₂O₃: в первую - 5 мл, во вторую - 10 мл, в третью - 15 мл. К содержимому первой пробирки добавить 10 мл воды, а второй - 5 мл воды. В три другие пробирки налить по 5 мл разбавленной (1:200) серной кислоты. В каждую пробирку с раствором Na₂S₂O₃ прилить при помешивании по 5 мл приготовленной H₂SO₄ и определить время с момента добавления кислоты до помутнения раствора в каждой пробирке. Записать результаты:

Результаты изобразить графически, отложив на оси абсцисс условные концентрации Na₂S₂O₃ , а на оси ординат - скорость реакции V = 1/τ. Сделать вывод о зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

2. Зависимость скорости реакции от температуры.

Для опыта взять разбавленные (1:200) растворы Na₂S₂O₃ и H₂SO₄. Налить в три большие нумерованные пробирки по 10 мл раствора Na₂S₂O₃, в другие три - по 10 мл раствора серной кислоты и разделить их на три пары: по пробирке с раствором Na₂S₂O₃ и H₂SO₄ в каждой паре. Отметить температуру воздуха в лаборатории, слить вместе растворы первых двух пробирок, встряхнуть и определить время с момента добавления кислоты до помутнения раствора.

Две другие пробирки поместить в химический стакан с водой и нагреть воду до температуры на 10 °С выше комнатной. За температурой следить по термометру, опущенному в воду. Слить содержимое пробирок, встряхнуть и отметить время от слива до появления мути. Повторить опыт с оставшимися двумя пробирками, нагрев их в том же стакане с водой до температуры на 20 °С выше комнатной. Записать результаты:

Построить график зависимости скорости реакции от температур: на оси абсцисс нанести значения температуры в опытах, на оси ординат - величины скорости реакции V = 1/τ.

3. Каталитическое действие оксида марганца (IV).

Налить в пробирку 3 мл 3 % - ного раствора перекиси водорода и ввести туда на кончике шпателя несколько крупинок MnO₂. С помощью тлеющей лучины убедиться в выделении кислорода.

Контрольные вопросы

1. Что называют скоростью химической реакции? Какова ее размерность? Как и почему скорость химической реакции зависит от концентрации реагирующих веществ и температуры?

2. Укажите на графике, каким образом определяется порядок реакции.

3. Что такое энергия активации? Каковы ее порядок и размерность? Укажите на графике, каким образом определяется энергия активации.

4. Что такое катализатор, ингибитор? Какие типы катализа Вы исследовали в данной работе? Напишите уравнения реакций и укажите катализатор или ингибитор.

Лабораторная работа № 4

Химическое равновесие

Цель работы: изучить факторы, влияющие на смещение химического равновесия.

Приборы и посуда: весы с разновесом; штатив с лапкой и кольцом; метроном или секундомер; кристаллизатор; пробирка с газоотводной трубкой; спиртовка; термометр на 100 °С; два сообщающихся сосуда (рис. 3), заполненные оксидом азота (IV); штатив с пробирками; химические стаканы емкостью 200 мл и 25 мл; ступка; пипетка; шпатель.

Реактивы и материалы: хлорид калия KCl; оксид азота (IV); хлорид железа (III) FeCl₃ (0,001 н и насыщ.); роданид калия KSCN (0,001 н и насыщ.).

Ход работы

1. Смещение химического равновесия при изменении концентраций реагирующих веществ.

В стакане смешать по 10 мл 0,001 н растворов хлорида железа (III) FeCl₃ и роданида калия KSCN. Написать уравнение этой обратимой реакции и выражение константы равновесия.

Полученный раствор разлить поровну в четыре пробирки. В первую пробирку добавить концентрированного раствора хлорида железа (III), во вторую - концентрированного раствора роданида калия, в третью - кристаллического хлорида калия, а четвертую пробирку оставить для сравнения. Сравнить цвет жидкостей в пробирках. По изменению интенсивности окраски сделать вывод о смещении равновесия. Объяснить изменение окраски раствора на основании закона действия масс. Сместится ли равновесие при разбавлении полученных растворов?

2. Влияние изменения температуры на смещение химического равновесия.

Для опыта использовать два сообщающихся сосуда (рис. 3), заполненные оксидом азота (IV).

Оксид азота (IV) полимеризуется, и в результате обратимой реакции устанавливается равновесие:

2NO₂ ↔ N₂O₄ + 54,39 кДж.

Рис. 3. Прибор для изучения смещения химического равновесия при изменении температуры.

NO₂ - газ темно-бурого цвета, N₂O₄ - бледно-желтый, почти бесцветный газ. По изменению окраски смеси этих газов можно судить об изменении концентрации ее компонентов, т.е. о смещении равновесия в сторону прямой или обратной реакции.

Одну из колб прибора опустить в стакан с горячей водой, а другую - в стакан с холодной. Наблюдать изменение цвета газовой смеси в колбах. Извлечь сосуды из стаканов. Как изменится окраска газа в этом случае? Объяснение наблюдаемые явления, исходя из принципа Ле - Шателье.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятию «химическое равновесие».

2. Сформулируйте принцип Ле - Шателье.

3. Запишите уравнения реакций в сокращенном молекулярно-ионном виде, на примере которых Вы исследовали смещение химического равновесия. Запишите выражения для соответствующих констант равновесия.

4. Как влияет температура на смещение химического равновесия? Объясните это смещение на конкретных примерах.

Лабораторная работа № 5

Приготовление растворов. Способы выражения
концентрации растворов. Введение в титриметрические методы анализа

Цель работы: ознакомиться со способами приготовления растворов и методами определения их концентрации.

Приборы: бюретка на 25 мл; воронка; колбы для титрования (3 шт); мерные колбы объёмом 250 и 500 мл.

Реактивы: гидроксид натрия; фиксанал щавелевой кислоты; индикатор фенолфталеин.

Ход работы

1. Приготовление раствора гидроксида натрия.

Рассчитать массу NaOH, необходимую для приготовления 250 мл 0,1 н раствора. Отвесить на технических весах гидроксид натрия в количестве, превышающем на 2 г необходимое для приготовления 250 мл 0,1 н раствора. Навеску поместить в стакан и быстро ополоснуть 2 раза небольшими порциями дистиллированной воды. Из оставшегося NaOH взять навеску массой 1,2 г, количественно перенести в мерную колбу на 250 мл, и растворить, доводя объем раствора до метки.

2. Приготовление стандартного раствора щавелевой кислоты.

Стандартный 0,1 н раствор щавелевой кислоты приготовить из фиксанала.

3. Определение титра и нормальности раствора гидроксида натрия.

Реакция между гидроксидом натрия и щавелевой кислотой протекает по следующему уравнению:

Н₂С₂О₄ + 2NaOH = Na₂C₂O₄ + 2Н₂О.

Для определения титра и нормальности раствора NaOH отобрать в колбу для титрования пипеткой 10 мл 0,1 н раствора щавелевой кислоты, прибавить к нему 3 капли фенолфталеина и титровать раствором гидроксида натрия до появления неисчезающей в течение 1 минуты красной окраски. Провести 3 параллельных титрования, результаты занести в таблицу:

Контрольные вопросы

1. Являются ли электролитами a) HBr_г, б) H₃PO₄р-р,

в) KClж, г) CsNO₃,кр., д) H₂Sр-р, е) CO₂р-р, ж) NH₃ж, з) H₂Oж, и) BaSO₄к.?

2. Укажите сильные и слабые электролиты: a) HCl,

б) H₂SO₄, в) NaCl, г) NaNO₃, д) H₂S, е) CO₂, ж) NH₃, з) BaSO₄,

и) Al(OH)₃, к) C₂H₅OH, л) Н₃РО₄.

3. Что такое ионная сила раствора, коэффициент активности иона и активность иона?

4. Выведите формулу для расчета рН сильного основания и сильной кислоты определенной концентрации без учета ионной силы раствора.

5. Почему при прибавлении насыщенного раствора соли Na₂SO₄ или K₂SO₄ к 0,01 М раствору HCl происходит изменение рН?

6. Дайте определение степени диссоциации электролита. От каких факторов зависит эта величина?

7. Чему равна величина рН в растворах NaOH и HCl c концентрацией 10^–9 н?

8. Напишите уравнения диссоциации сероводородной кислоты по двум ступеням и уравнения соответствующих констант диссоциации. Выведите формулу для расчета степени диссоциации и рН 0,1 М раствора сероводородной кислоты, учитывая диссоциацию только по первой ступени.

9. Укажите электролиты, pH растворов которых изменится при прибавлении одноименного аниона: а) HNO₃, б) CH₃COOH, в) H₃PO₄, г) NaCl, д) Na₃PO₄, е) NH₄Cl, ж) CuSO₄.

Лабораторная работа № 6