Визначення молярної маси еквіваленту металу

Міністерство освіти і науки України

Київський національний університет технологій та дизайну

ХІМІЯ

Лабораторний практикум

для студентів технологічних спеціальностей

напряму 0516 «Текстильна та легка промисловість»

денної форми навчання

Частина І.

Київ 2012

ХІМІЯ: лабораторний практикум для студентів технологічних спеціальностей напряму 0516 «Текстильна та легка промисловість» денної форми навчання. Частина І. / Упор.: О. В. Кислова, О. О. Бутенко. - К.: КНУТД, 2012. – 23 с. Укр.мовою

Упорядники: О. В. Кислова, канд. біол. наук, доцент

О. О. Бутенко, асистент

Відповідальний за випуск: завідувач кафедри електрохімічної енергетики та хімії д.х.н., професор В. З. Барсуков.

Затверджено на засіданні кафедри електрохімічної енергетики та хімії. Протокол №10 від 16.05.2012 р.

рекомендованА літературА

1. В.В. Григор’єва, В.М. Самійленко, А.М. Сич, О.А.Голуб. Загальна хімія: Підруч. для студ. нехім. спец. вищ. навч. закладів. – К.: Вища шк., 2009. – 471 с.

2.Мустяца О.Н., Янкович В.М. Загальна хімія. - К., Арістей, 2007. - 275 с.

3.Рейтер Л.Г., Степаненко О.М., Басов В.П. Теоретичні розділи загальної хімії. К., Каравела, 2006. - 304 с.

4.Романова Н.В. Загальна та неорганічна хімія. К.. Перун,1998. - 480с.

5.Луцевич Д.Д., Березан О.В. Конспект-довідник з хімії. – К.: Вища шк., 1997. – 240 с.

Загальні методичні вказівки

Дисципліна “Хімія” є однією з фундаментальних природознавчих наук, яка надає студентам уявлення про загальні закономірності хімічних процесів та явищ, що відбуваються в навколишньому світі, сприяє розвитку хімічного та екологічного мислення, прищеплює певні навички проведення хімічного експерименту.

Методичні вказівки є практичним посібником до лабораторних занять з хімії для студентів-бакалаврів технологічних спеціальностей і відповідають навчальній програмі з дисципліни «Хімія».

Мета

даного видання – закріпити на практиці теоретичний програмний матеріал, оволодіти навичками роботи в лабораторії для подальшої фахової діяльності.

Для виконання лабораторних робіт студент повинен знати:

- правила техніки безпеки при роботі в хімічній лабораторії;

- основні теоретичні положення курсу;

- загальні властивості хімічних елементів і сполук;

- закономірності протікання хімічних перетворень і їх застосування у виробництві.

Після виконання лабораторного практикуму студент повинен вміти:

- проводити хімічний експеримент з використанням хімічного обладнання і реактивів;

- аналізувати свої спостереження за проходженням хімічних перетворень, узагальнювати їх і систематизувати одержані результати;

- застосовувати набуті знання при вивченні спеціальних дисциплін, в подальшій професійній діяльності.

Лабораторні роботи пов’язані з використанням хімічного посуду та реактивів, які можуть бути небезпечними при невмілому користуванні. Тому необхідно виконувати всі вимоги і правила техніки безпеки при роботі у хімічній лабораторії, чітко витримувати порядок і послідовність операцій.

Протокол лабораторної роботи повинен містити:

-номер роботи та її назву, мету;

-номер і назву досліду, скорочений запис ходу роботи з вказівкою умов проведення досліду;

-малюнки і схеми приладів;

-рівняння реакцій, необхідні розрахунки, графіки;

-висновки.

Всі спостереження у лабораторному зошиті необхідно робити після закінчення досліду.

В кінці кожної роботи наведені контрольні завдання, виконання яких дозволить перевірити рівень засвоєння та розуміння теоретичного програмного матеріалу та підготуватись до захисту лабораторної роботи.

Ведення протоколу перевіряє і підписує викладач.

Після виконання всіх лабораторних робіт та їх захисту студент допускається до заліку та екзамену.

Лабораторна робота №1

Техніка безпеки при роботі у хімічній лабораторії. Методи виділення і очищення речовин.

Основні теоретичні питання.

Правила поводження в хімічній лабораторії, поняття речовини, класифікація речовин за ступенем чистоти, методи очищення твердих та рідких речовин, основний хімічний посуд (назви та призначення).

Мета роботи: ознайомити студентів з основними правилами техніки безпеки при роботі у хімічній лабораторії; навчити організації праці і робочого місця для наступних робіт; засвоїти основні прийоми лабораторного експерименту.

Обладнання та реактиви: хімічний посуд; штатив з набором реактивів; технічні ваги і рівноваги до них; фільтрувальний папір (фільтри), хімічні склянки різної ємності, скляні палички, штатив з кільцем.

Хід роботи

Дослід 1. Фільтрування.

В хімічну склянку або колбу налити води, яка містить механічні домішки (пісок) та розчинені солі (наприклад, NaCl), приготувати складчастий паперовий фільтр і помістити його у лійку, закріплену у кільці штативу. П ід лійку поставити другу хімічну склянку так, щоб витягнутий кінець лійки торкався стінки склянки і рідина при фільтруванні не розбризкувалась, а стікала по стінці. Воду в лійку необхідно наливати на 2-3 мм нижче країв фільтру, обережно, за допомогою скляної палички, яку тримати над лійкою під кутом.

Якщо на дні склянки залишився нерозчинний осад, необхідно перенести його на фільтр, додавши трохи води та збовтавши.

Записати спостереження. Намалювати прилад.

Дослід 2. Возгонка (сублімація).

Одержати у лаборанта кристалічний йод та помістити його у порцелянову чашку. Закріпити її в штативі над пальником, а зверху над нею розмістити скляну лійку або колбу з водою. За допомогою газового пальника обережно, на маленькому полум’ї, нагрівати чашку, слідкуючи, щоб пари йоду не виходили назовні, а охолоджуючись, осідали на стінках лійки або дні колби.

По закінченні охолодити прилад, обережно шматочком фільтрувального паперу перенести йод з колби у чистий бюкс з притертою кришкою. Записати спостереження. Возгонкою очищають також кристалічний амоній хлорид, бензойну кислоту.

Дослід 3. Перегонка (дистиляція)

Проста перегонка при атмосферному тиску доцільна для очищення рідин від нелетких або важколетких речовин. На рисунку наведено прилад для дистиляції води, який складається з колби (1), холодильника Лібіха (2), форштоса (3), алонжа (4) та приймача (5). Зібрати прилад для перегонки, як показано на рисунку. Провести перегонку розчину етилового спирту.

Дослід 4. Перекристалізація

Необхідно приготувати насичений розчин мідного купоросу. Для цього до хімічної склянки внести невелику кількість солі СuSO₄∙H₂O. Додати 25-30 мл води і розчинити сіль при нагріванні. Охолодити розчин. Спостерігати, як частина розчиненої солі випадає в осад. Утворені чисті кристали відокремити від розчину фільтруванням, висушити та порівняти їх за кольором з вихідною забрудненою сіллю. Зробити висновки.

Дослід 5. Лабораторний посуд

Найчастіше в лабораторній практиці для проведення хімічних реакцій, приготування і зберігання розчинів використовується наступний посуд (рис.1): скляні пробірки (1); хімічні склянки (2); колби круглодонні (3), плоскодонні (4), Вюрца (5), конічні (6, 7); реторти (8) та колби для промивання (10). Для перекристалізації речовин використовують кристалізатор (9).

1 2 3 4 5

6 7 8 9 10

рис.1

З метою запобігання поглинання речовинами вологи з повітря їх зберігають в ексикаторі (рис. 2 а), який заповнений сухим повітрям та водопоглинаючими речовинами і застосовується для повільного висушування та збереження речовин, що легко поглинають вологу повітря.

Як водопоглинаючі речовини в ексикаторах застосовуються прожарений кальцій хлорид або концентрована сульфатна кислота.

Гарячі предмети переносять з одного місця на інше за допомогою порцелянової підставки (б), пінцетів (в) або тигельних щипців (г, д) (рис. 2).

Для закріплення посуду під час роботи застосовують залізні штативи з затискачами (1) та кільцями (2) (рис. 3). Якщо треба прогріти пробірку нетривалий час, то її можна не закріпляти на штативі, а тримати в руці за допомогою тримача для пробірок.

При проведенні хімічних дослідів часто доводиться розчиняти речовини, фільтрувати рідини, промивати осади та визначати густину розчинів ареометром.

Для подрібнення кристалічних речовин перед розчиненням до порошкоподібного стану використовують скляні (рис. 4, а), порцелянові (рис. 4, б), агатові (рис. 4, в) та металеві (рис. 4, г) ступки.

При випарюванні рідин найчастіше застосовуються порцелянові чашки.

а б в г д е Рис. 4

Для вимірювання об¢єму рідини використовують мірний посуд: колби, циліндри (рис.4,д), мензурки (рис.4,е). Мірними колбами (рис.5,а) користуються в тих випадках, коли необхідно одержати певний об¢єм рідини. Ці колби можуть бути різної місткості: від 25 мл до 2 л включно.

Для точного вимірювання об¢єму рідини також використовують титрувальні бюретки (рис.5,б) та піпетки (рис.5,в) місткістю від 1 до 100 мл. Для фільтрування осадів застосовують скляні лійки (рис. 5,г).

Для дозування рідин користуються крапельними лійками (рис.5,д), а для розділення рідин, що не змішуються, – ділильними лійками (рис.5,е).

Кожний розчин певної густини має відповідну концентрацію. Для визначення концентрації розчину за його відносною густиною користуються ареометром (рис.5, к). Ареометром можна визначати густину розчину швидко, але досить приблизно. Тому для точного визначення густини розчину застосовують пікнометри (рис. 5, ж).

Контрольні питання.

1. Пояснити, які правила з техніки безпеки необхідно виконувати у хімічній лабораторії. Чи можна брати для дослідів будь-який посуд і реактиви з наявних у лабораторії?

2. Яку кількість реактивів необхідно брати для дослідів? Чи можна різні реактиви відміряти одним циліндром, не помивши його?

3. Як необхідно нюхати вміст пробірок?

4. Як провести нагрівання пробірок з рідиною у полум’ї пальника?

5. Що таке ваги та зважування? Як взяти наважку речовини на техно-хімічних вагах?

Лабораторна робота №2

(індивідуальна експериментально-розрахункова робота)

Визначення молярної маси карбон (IV) оксиду

(вуглекислого газу)

Основні теоретичні питання.

Хімічні поняття (хімічний елемент, речовина, атомна та молярна маса, молярний об’єм газу, моль речовини, відносна густина одного газу за іншим) та основні закони хімії (збереження маси і енергії, постійного складу, Авогадро та три наслідки з нього, об’єднаний газовий закон, рівняння Клапейрона-Менделєєва). Їх формулювання та математичні формули для розрахунків.

Мета роботи: ознайомитись з одним з методів визначення молярної маси речовин в газоподібному стані та навчитись розраховувати молярну масу газів за отриманими експериментальними даними різними способами.

Обладнання і реактиви: техно-хімічніваги і різноваги; мірний циліндр на 250 мл; прилад для одержання газу або подушка з газом; колба на 250 мл з корком для зважування; термометр, барометр.

Хід роботи

Для експериментального визначення молярної маси вуглекислого газу беруть суху чисту колбу, закриту корком до позначки на горлі. Зважують колбу з пробкою на техно-хімічних терезах з точністю до 0,005 г і записують масу колби з повітрям.

Протягом 4-5 хв заповнюють колбу карбон (ІV) оксидом. Повільно витягують газовідвідну трубку з колби і швидко закривають її корком у вертикальному положенні. Зважують колбу з газом і записують масу колби з карбон (ІV) оксидом.

Щоб визначити об’єм колби, необхідно заповнити її водою до позначки на горлі, і виміряти об’єм води мірним циліндром.

Фіксують температуру і тиск в умовах проведення експерименту.

Розрахункова частина

Всі необхідні для розрахунків експериментальні дані по варіантах наведено в таблиці 2.1. Номер варіанту відповідає порядковому номеру студента у списку.

Таблиця 2.1

№ п/п	Р, кПа	T, оС	,г	,г	Vколби, л
	100,1		125,340	125,520	0,1
	99,5		169,720	171,945	0,127
	100,7		144,950	145,150	0,110
	102,9		137,125	137,315	0,102
	98,9		158,340	158,510	0,096
	100,3		140,860	141,070	0,118
	99,1		164,285	164,515	0,129
	101,8		139,790	139,975	0.103
	100,5		148,040	148,285	0,135
	99,4		161,300	161,490	0,106
	100,6		153,760	153,975	0,120
	98,8		136,135	136,305	0,097
	101,6		145,840	146,055	0,115
	99,2		129,200	129,365	0,093
	102,1		133,960	134,155	0,105

Використовуючи дані свого варіанту, обчислюють:

1) об’єм газу в колбі за нормальних умов (н.у.) за допомогою рівняння об’єднаного газового закону РV/Т =Р₀V₀/Т₀

,

де Т = 273 + t С, Р₀ = 101,3 кПа, Т₀ = 273 К

2) масу повітря в об’ємі колби (н.у.), знаючи, що маса 1 л повітря за н.у. дорівнює 1,293 г:

3) масу порожньої колби без газів як різницю між масою колби з повітрям і масою повітря в об’ємі колби:

4) масу карбон (ІV) оксиду в об’ємі колби як різницю між масою колби з вуглекислим газом і масою порожньої колби:

Обчислюють молярну масу СО₂ трьома способами, які наведені нижче.

І. За законом Авогадро з використанням молярного об’єму газу

(V_m=22,4 л/моль за н.у.):

=

ІІ. За відносною густиною D. Для однакових об’ємів газів за н.у.

D_пов = / m_пов. = М / М_{повітря}

Оскільки М_{повітря} = 28,98 г/моль, тоді

=

ІІІ. За рівнянням Клапейрона-Менделєєва: РV= RТ/М_х , де m- маса СО₂ у колбі, г; R = 8,314 Дж/(моль∙К); Т- температура досліду, К; Р- тиск, кПа; V- об’єм СО₂ у колбі на початку досліду, л (за табличними даними).

=

Визначити абсолютну і відносну похибки досліду. Абсолютна похибка є різницею між теоретичним і середнім експериментально розрахованим значеннями молярної маси СО₂:

Абсолютна похибкa =| М_теор.- М_досл. |

Відносна похибка – це відношення абсолютної похибки до теоретичного значення Мсо₂ і обчислюється у відсотках:

Відносна похибка %

Зробити висновок про результат роботи.

Контрольні питання.

1. Обчислити масу 5 л кисню за н.у. Скільки молекул містить цей об’єм газу? Якою є маса однієї молекули О₂ в грамах?

2. Обчислити молярну масу газу, якщо 1 мл його за н.у. важить 1,96 мг.

3. Визначити, яка кількість моль міститься у: а) 104,2 г барій хлориду; б) 4,6 г натрію; в) 56 л азоту.

4. При якому тиску (Па) маса хлору об’ємом 3 л дорівнює 2,5 г, якщо температура становить 23°С? R= 8,314 Па∙м³/К∙моль.

5. Густина невідомого газу за воднем (Н₂) дорівнює 2,562. Визначити масу 5 л цього газу за н.у.

Лабораторна робота №3

(індивідуальна експериментально-розрахункова робота)

Визначення молярної маси еквіваленту металу

Основні теоретичні питання.

Визначення та формули для обчислення молярних мас еквівалентів простих та складних речовин різних класів; еквівалентний об’єм газоподібних речовин; формулювання та математичний вираз закону еквівалентів.

Мета роботи: ознайомитись з методом визначення молярної маси еквіваленту металу за об’ємом водню, що витискається металом при взаємодії з кислотами - неокисниками.

Обладнання і реактиви: прилад для визначення еквіваленту металу (див. рис.); наважку металу; розчин хлоридної кислоти (2 н); термометр, барометр.

Хід роботи

В основі методу визначення еквівалентної маси металу лежить реакція взаємодії металів, які розташовані в електрохімічному ряді напруг металів до Гідрогену, з кислотами-неокисниками:

Ме + nНСІ = МеСІ_n + Н₂↑, n-валентність металу.

Для роботи необхідно взяти порошок металу (магнію, алюмінію, цинку і т.д.).

В колбу ємкістю 100 мл (3) налити 10 мл розведеної хлоридної кислоти і закріпити її в штативі.

В мірний циліндр (2) налити воду, закрити скляною пластиною так, щоб не було пухирців повітря, перевернути догори дном та опустити його отвором в кристалізатор з водою (1). Зняти під водою скляну пластину. Циліндр закріпити вертикально. В горло колби (3) покласти наважку металу , щільно закрити пробкою з газовідвідною трубкою (4). Кінець трубки ввести в отвір циліндра. Перевести колбу (3) у вертикальне положення, щоб метал впав у кислоту. В ході реакції водень, що утворюється, надходить у циліндр і витискає з нього воду. Після закінчення реакції необхідно визначити в циліндрі об’єм утвореного газу, , висоту стовпчика води в циліндрі від поверхні води в кристалізаторі, h(мм), записати показники барометра – (кПа) та термометра – t_досл.( ).

Розрахункова частина

Всі необхідні для розрахунків експериментальні дані по варіантах наведено в таблиці 3.1. Номер варіанту відповідає порядковому номеру студента у списку. Виконавши потрібні розрахунки, студент має визначити еквівалентну масу і назву металу.

Таблиця 3.1

№ п/п	(кПа)	tдосл.( )	h(мм)			Валентність
	99,2				92,5	ІІ
	98,7					І
	101,6				38,5	ІІ
	102,3					ІІ
	99,5					ІІ
	98,3					І
	100,5					ІІІ
	102,4					ІІ
	99,8					ІІ
	98,9					ІІ
	100,1					І
	100,7					ІІ
	98,6					ІІ
	102,1					ІІ
	101,8					ІІ

Молярну масу еквівалента металу за законом еквівалентів розраховуємо двома способами:

1. Через масу виділеного водню.

Застосовуючи рівняння стану ідеального газу Клапейрона - Менделєєва ,

визначити масу водню , який виділився в ході хімічної реакції.

Тиск водню в циліндрі ( ) визначити із співвідношення:

,

де - тиск насиченої водяної пари (кПа) при температурі досліду (табл. 3.2),

h – висота стовпчика води в циліндрі від поверхні води в кристалізаторі, мм.

Таблиця 3.2