НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Методические указания к выполнению лабораторных работ для учащихся НПО для всех специальностей
методическая разработка (химия, 10 класс) по теме

ВВЕДЕНИЕ

        Современная неорганическая химия тесно соприкасается с машиностроением. Правильная организация профессионального образования требует знания химического состава сплавов и их свойств, представлений о способах их получения. Лабораторные работы по неорганической химии являются необходимым элементом при изучении одной из составных частей дисциплины «Неорганическая химия» и ведутся одновременно с изучением теоретического курса. В процессе выполнения опытов и экспериментов студенты ближе знакомятся со свойствами основных классов неорганических соединений, с их реакционной способностью и на основании наблюдаемых экспериментальных фактов могут делать выводы о структуре, химических свойствах основных классов неорганических соединений и закономерностях неорганической химии. Выбор опытов и экспериментов обусловлен не  столько их внешним эффектом, сколько их познавательностью.

Каждый студент при подготовке к лабораторным занятиям должен проработать соответствующий теоретический материал (учебник, конспект лекций, практикум), внимательно изучить методику проведения лабораторной работы, познакомиться со свойствами веществ и техникой безопасности. По результатам работы оформить в специальной тетради отчет по определенной форме.

Особое внимание следует обратить на запись наблюдений в ходе выполнения эксперимента (отмечать изменения окраски, выпадение или растворение осадка, выделение газа, появление характерного запаха и т.д.), а также на составление выводов. Поскольку выводы - это самостоятельное обобщение результатов опыта (эксперимента), изложенные, как правило, в виде одного -двух предложений. Правильно сделанный вывод

свидетельствует об усвоении теоретического материала по данной теме. Наблюдения и выводы оформляются после проведения опыта(эксперимента) в лаборатории, а все остальные записи делаются предварительно при подготовке к лабораторным занятиям.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА РАБОТЫ И МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ

К работе в химической лаборатории допускаются только студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности, сдавшие зачет и расписавшиеся в журнале инструктажа по технике безопасности.

Перед началом работы в лаборатории необходимо изучить инструкции по технике безопасности, ознакомиться с имеющимися средствами оказания первой медицинской помощи при несчастных случаях и пожаротушении, а также правилами пользования ими.

        К работе необходимо приступать только после полного уяснения всей техники (порядка) её выполнения:

        - во время работы в лаборатории обязательно соблюдать правила техники безопасности, чистоту и порядок;

        - в химической лаборатории запрещается работать одному человеку, в помещении должно быть не менее 2-х человек;

        - все химические реактивы следует хранить в соответствующей посуде с четкими надписями и необходимых условиях;

        - по окончании работы необходимо убрать рабочее место, нейтрализовать отработанные химические вещества, обезвредить посуду;

- запрещается сливать в раковины отходы химических реактивов, органических растворителей, водные растворы химических веществ. Отходы выливаются в специальные сливы (бутылки).

В лаборатории на рабочем месте прием пищи и хранение пищевых продуктов недопустимы. Запрещается пить воду и пробовать какие-либо вещества на вкус. Определять запах вещества можно только при полной уверенности, что оно не ядовито.

      При выполнении лабораторных работ рекомендуется использовать микрометод. Его преимущества заключаются в том, что реакции выполняются с минимальными количествами веществ (0,1-10 мг). Работа с малыми количествами реактивов позволяет правильнее установить оптимальные количественные соотношения между реагентами, а сами опыты проводятся более точно, поскольку дозировка по каплям не вызывает затруднений даже у начинающих химиков. При работе по микрометоду существенно повышается безопасность лабораторных занятий по органической химии.

Работа с малым количеством реактивов намного снижает возможность возникновения несчастных случаев, но не может исключить их полностью. В лаборатории всегда следует помнить, что неорганические соединения в той или иной мере токсичны, а многие из них огне- и взрывоопасны. Поэтому в процессе работы необходимо соблюдать чистоту, аккуратность, быть внимательным и осторожным, держать все вещества и растворители подальше от глаз, носа и рта, избегать вдыхания их паров и пыли, никогда ничего не пробовать на вкус. В лаборатории необходимо находиться в застегнутом хлопчатобумажном халате, иметь защитные очки. При работе с вредными, едкими и токсичными веществами использовать защитные перчатки. Запрещается держать на лабораторных столах и в них личные вещи (сумки, портфели и другие посторонние предметы), вешать в лаборатории верхнюю одежду и ocтaвлять обувь.

Наиболее часто причинами несчастных случаев являются выбрасывание жидкости из пробирки, воспламенение металлического натрия, засасывание жидкости через газоотводную трубу, а также порезы стеклом.

Выбрасывание жидкости из пробирки при нагревании происходит вследствие частичного ее перегревания. Чтобы избежать этого явления, необходимо создать условия для равномерного нагревания, а именно вращать пробирку в ту или иную сторону, а иногда даже полезно осторожно встряхивать содержимое пробирки. Надо следить за тем, чтобы пробирка находилась не в вертикальном, а в наклонном положении. При этом брызги удаляются о стенки пробирки и не вылетают наружу. Другой частой причиной выбрасывания жидкости является нагревание нерастворимых вводе веществ в плохо высушенной или сырой пробирке. Капли воды, находящиеся под слоем органической жидкости, перегреваются и с характерным громким треском вылетают из отверстия, увлекая за собой содержимое пробирки. Поэтому, нагревая пробирку, необходимо помнить, что ее отверстие нужно направлять в сторону от себя и от окружающих. Выбрасывание жидкости может также произойти при вспенивании реакционной смеси из-за чрезмерного сильного нагревания пробирки. В таких случаях нужно уменьшить нагревание и поддерживать его на таком уровне, чтобы смесь равномерно кипела или выделение газа (пара) не было слишком бурным.

Засасывание жидкости через газоотводную трубку. При неправильной работе на приборах, снабженных газоотводной трубкой, может произойти засасывание жидкости. Опасность этого процесса заключается в том, что холодная жидкость, попадая в нагретую пробирку, может вызвать

ее растрескивание, последующее разбрызгивание смеси и нередко ожоги лица и рук работающих. В результате этого опыт, естественно, будет испорчен. Во избежание этого нужно помнить, что прекращать нагревание пробирки можно только после того, как нижний конец газоотводной трубки удален из жидкости.

В противном случае жидкость по газоотводной трубке начинает подниматься вверх. Заметив это, надо немедленно опустить пробирку вниз, чтобы уровень жидкости в ней стал ниже конца газоотводной трубки, и одновременно продолжить нагревание пробирки с реакционной смесью. Когда выделение газа возобновится и жидкость будет вытолкнута из газоотводной трубки, можно вернуться к нормальному положению.

Воспламенение металлического натрия происходит при его соприкосновении с водой, кислотами, галогенопроизводными Т.д. Поэтому работа с небольшими количествами этого металла требует повышенной осторожности. Он хранится в толстостенных стеклянных или металлических банках под слоем керосина или вазелинового масла. Перед употреблением кусочки натрия вынимают из банки пинцетом, обсушивают между листами фильтрованной бумаги и очищают скальпелем от слоя оксидной пленки. Помещать кусочки натрия надо только в заведомо сухую пробирку. Пробирки, в которых проводят реакции с металлическим натрием, запрещается нагревать на водяной бане. Непрореагировавшие остатки натрия уничтожают, заливая этиловым или изопропиловым спиртом. Категорически запрещается выбрасывать остатки натрия в раковину. Загоревшийся натрий следует гасить сухим хлоридом натрия или песком.

Порезы стеклом. В лаборатории чаще всего наблюдаются порезы рук, происходящие из-за неосторожного обращения со стеклянными приборами. Перед обработкой раны спиртовым раствором йода нужно убедиться в том, что кусочки стекла не попали в нее. Удалить кусочки стекла можно пинцетом или сильной струей воды. При небольшом ранении после обработки ранки 5% спиртовым раствором йода накладывают стерильную повязку или закрывают лейкопластыpем. для остановки кровотечения можно приложить вату, смоченную 3% раствором перекиси водорода. При сильном кровотечении надо временно перетянуть руку эластичным жгутом. После остановки кровотечения жгут немедленно снимают.

Первая помощь npи термических и химических ожогах. При термических ожогах нужно наложить на обожженную поверхность кожи компресс из ваты или марли, смоченный 5% раствором танина в 40% водном растворе этанола. При ожогах кислотами или щелочами следует Немедленно промыть обожженный участок большим количеством воды, а затем наложить компресс из ваты или марли, смоченный 1 % раствором гидрокарбоната натрия (для нейтралИзации кислоты), либо 2% раствором борной кислоты (для нейтрализации щелочи).

Основные правила работы со спиртовкой. В негазифицированных химических лабораториях одним из распространенных нагревательных приборов является спиртовка. Наибольшее применение получила простая спиртовка объемом около 100 мл. Несмотря на простоту конструкции, при неосторожном обращении или нарушении правил работы спиртовки могут стать источником возгорания. Во избежание несчастных случаев необходимо строго соблюдать правила безопасной работы со спиртовками. Зажигать спиртовку следует только спичкой или лучинкой, но никогда не использовать для этих целей другую горящую спиртовку, так как при ее наклоне может пролиться и вспыxнyть спирт. Регулировать размеры пламени спиртовки можно путем выдвигания фитиля из трубочки или, наоборот, его выдвиганием. для этого спиртовку следует погасить, вынуть трубку из резервуара и передвигать фитиль пинцетом в нужном направлении. Фитиль не должен входить в трубочку слишком туго, так как это затрудняет всасывание спирта, и спиртовка будет плохо гореть. Фитиль должен быть ровно обрезан ножницами и не слишком сильно выдвинут, иначе края его начинают обгорать. Этого следует избегать, чтобы не расходовать фитиль. Нагреваемый предмет следует помещать в верхней трети пламени, где наиболее горячая ее часть. Необходимо строго следить за наличием спирта в спиртовке. Когда его количество составит 1/4 резервуара и меньше, доливают спирт через воронку. Если при проведении опыта пламя спиртовки уменьшается, а края начинают тлеть, то это указывает на отсутствие спирта в резервуаре. В этом случае спиртовку нужно погасить и долить спирт через воронку. При тушении спиртовки категорически запрещается дyть на пламя, необходимо закрывать его только колпачком. для этого нужно поднести колпачок сбоку и быстро накрыть им пламя. Обращаться со спиртовкой следует как можно осторожнее, чтобы ее не уронить, не опрокинуть и не разбить.

Уход за посудой. Стеклянная посуда должна быть всегда хорошо вымыта и высушена. Категорически запрещается проводить какой-либо эксперимент в грязной посуде. Водорастворимые вещества отмывают водой, растворами мыла или моющего порошка. Нерастворимые в воде вещества удаляют подходящим органическим растворителем. Труднорастворимые загрязнения удаляют с помощью щеток и ершей, которые применяют только при работе водными растворами.

Высушивание  посvды. Простейшая сушилка представляет собой укрепленную на стене доску с деревянными колышками, на которые размещают вымытую стеклопосуду. При сушке посуды в сушильном шкaфy ее

раскладывают на листах фильтрованной бумаги и выдерживают при температуре 110-140С до высыхания. Нельзя класть мокрую посуду в уже нагретый сушильный шкаф, особенно если уже лежит горячая посуда. Кате- горически запрещается сушить посуду в пламени спиртовки или на электроплитке.

Лабораторная работа  № 1.

«Изготовление моделей различных молекул и определение вида химической связи в тех или иных веществах».

Цель: Закрепить знания учащихся по определению вида химических связей; ее электронной природе, валентности и степени окисления; об электроотрицательности химических элементов; закрепить умение изготовлять модели различных молекул.

Оборудование: набор для изготовления шаростержневых моделей.

Вариант 1.

Задание 1. В каких из приведенных ниже веществ химической связь полярна, а в каких нет:

а)Н2,   б)Н2О   в)Сl2   г)НС1

Задание 2. Укажите, какие электроны атомов водорода и брома участвуют в образовании химической связи в молекуле НВг. Определите тип связи, покажите схему образования молекулы НВг. Изготовьте модель молекулы.

Задание 3. Какая из химических связей: Н - С1, Н - Вг является наиболее полярной? Укажите, в какую сторону смещается общая электронная пара?

Задание 4. Какой тип кристаллической решетки (связи) будет характерен для КВг в твердом состоянии? Изобразите фрагмент кристаллической решетки, состоящей из 8 атомов.

Вариант 2.

Задание 1. В каких из приведенных ниже веществ химическая связь полярная, а в каких нет:

а) О 2, б) Н 2 S , в)Br2 , г) HF

Задание 2. Укажите, какие электроны атомов водорода и хлора участвуют в образовании химической связи в молекуле НС1.

Задание 3. Какая из химических связей: Н - I, Н - Р является наиболее полярной? Укажите, в какую сторону смещается общая электронная пара?

Задание 4. Какой тип кристаллической решетки (связи) будет характерен для НВг в твердом состоянии? Изобразите фрагмент кристаллической решетки.

Вариант 3.

Задание 1. Как изменяется прочность химической связи в молекулах следующих веществ:

а)НF,   б)НС1,   в)НВг,  г)HI.

Задание 2. Укажите, какие электроны атомов водорода и серы участвуют в образовании химической связи в молекуле Н2S

Задание 3. Какие типы химической связи существуют в следующих веществах:

а) К2 О,   б)Н2 S,   в)O2,,   г)Na.

Задание 4. Какой тип кристаллической решетки (связи) будет характерен для графита (С)? Изобразите фрагмент кристаллической решетки с координационным числом 4.

Вывод по работе.

Лабораторная работа 2. Решение экспериментально-расчётных задач на приготовление растворов различной концентрации.

Цель: научить взвешивать вещества; приготовить раствор соли заданной концентрации.

Оборудование: стакан химический, стеклянная палочка, измерительный цилиндр (мензурка), весы с разновесами, кристаллический хлорид натрия, хлорид калия, нитрат

  Инструкция: Состав растворов обычно выражают в массовых долях растворённого вещества или через молярную концентрацию растворов.

Массовая доля растворённого вещества - это отношение массы растворённого вещества в общей массе раствора:     W=m(в-ва)/ m(р-ра)

Массовую долю растворённого вещества выражают в долях единицы или в процентах. натрия.Молярная концентрация — это отношение количества (моль) растворённого вещества к объем;

раствора (л):

с(Х)= п(Х), моль/л,

где: с(Х) - молярная концентрация вещества X; п (X) - количество растворенного вещества, моль; V -объем раствора, л. Единицу молярной концентрации обозначают буквой М. Например, запись 0,2 М означает, что молярная концентрация равна 0,2 моль/л.

В отчете о проделанной работе нужно привести решение первой задачи, кратко описать ход работы при приготовлении раствора; необходимо также представить решения второй и третьей (четвертой) задач.

Вариант 1

1. Приготовьте раствор нитрата натрия массой 160 г с массовой долей соли 8%.

2. Вычислите массу воды, в которой нужно растворить 25 г сахара, чтобы получить раствор с массовой долей сахара 10%.

3. В воде растворили гидроксид калия массой 11,2 г, объем раствора довели до 200 мл. Рассчитайте молярную концентрацию полученного раствора.                                                           

Вариант 2

1. Приготовьте раствор хлорида калия массой 180 г с массовой долей соли 5%.

2. Аммиак объемом 20 л (н. у.) растворили в 400 г воды. Вычислите массовую долю аммиака в полученном растворе.

3. В 1 л раствора содержится 42,5 г нитрата натрия. Рассчитайте молярную концентрацию раствора.

Вариант 3

1. Приготовьте раствор хлорида натрия массой 220 г с массовой долей соли 7%.

2. Какой объем (н.у.) аммиака потребуется для получения 500 мл его 10%-ного раствора (пл. 0,96 г/мл)?

3. Вычислите массу серной кислоты, которая необходима для приготовления 600 мл 2 М раствора.

Вывод по работе.

Лабораторная работа № 3. «Ознакомление с химическими свойствами металлов».

Цель: практически доказать химические свойства металлов; закрепить умения составлять уравнения реакций, электронный баланс реакций ОВР.

 Оборудование и реактивы: : штатив для пробирок, пробирки (по 4 пробирки), держатель для пробирок, растворы- CuSO4, , H2SO4, H2O, HCI, CuCI2, металлы-Na, K, Fe, Cu, Zn, индикаторы - фенолфталеин.

Техника безопасности: 1.Растворы кислот и щелочей переливайте только над лотком.2.При  разливе кислот и щелочей сообщите об этом преподавателю или лаборанту. 3. Приведите в порядок рабочее место после завершения работы.

Вариант 1.

Опыт 1. В одну пробирку опустите кусочек натрия, в другую кусочек железа, прилейте к ним 2-3 мл воды. После этого растворы испытайте раствором фенолфталеина. В какой пробирке протекает реакция? Составьте уравнение реакции. К какому типу относится реакция? Определите окислитель и восстановитель.

Опыт 2. Составьте уравнение реакция взаимодействия металлов цинка и кальция с неметаллами (O2, F2, S, N2).   Покажите  переход электронов.

Опыт 3. В пробирку опустите кусочек железа (мелкие гвозди), прилейте к ним 3-4 мл раствора соляной кислоты. Какой газ выделяется? Составьте уравнение реакций. Составьте электронный баланс.

Опыт 4. Отношение к солям. Поместите в голубой раствор хлорида меди (П) железный гвоздь. Какие изменение вы видите. Напишите уравнение реакции.

Ответьте на вопросы

1. Какое характерное свойство для всех металлов?

2. Назовите особенные химические свойства?

Вариант 2.

Опыт 1. В одну пробирку опустите кусочек калия, в другую - медь, прилейте к ним 2-3 мл воды. После этого растворы испытайте раствором фенолфталеина. В какой пробирке протекает реакция? Составьте уравнение реакции. К какому типу относится реакция? Определите окислитель и восстановитель.

Опыт 2. Составьте уравнение реакция взаимодействия металлов натрия и калия с неметаллами (O2, F2, S, N2).   Покажите переход электронов.

Опыт 3. В пробирку опустите кусочек цинка, прилейте к ним 3-4 мл раствора

серной кислоты. Какой газ выделяется?

Составьте уравнение реакций. Составьте электронный баланс.

Опыт 4. Отношение к солям.

 Поместите в голубой раствор сульфата меди (II) железный гвоздь. Какие изменение вы видите. Напишите уравнение реакции.

Ответьте на вопросы.

1. Какое характерное свойство для всех металлов?

2. Назовите особенные химические свойства?

Вывод по работе.

Лабораторная работа №4 Экспериментальное решение задач по теме «Металлы».

Цель работы: закрепить умение определять соединения металлов по анионам и катионам, осуществлять превращения, составлять уравнения реакций, получать соединения металлов из предложенных веществ и делать выводы.

Оборудования и реактивы: штатив для пробирок, пробирки (по 4 пробирки), держатель для пробирок, спиртовка, растворы- NaOH, FeSO4, BaCI2, H2SO4, FeCI3, Na2CO3, AI2(SO4) 3, AI.

Техника безопасности: 1.Растворы кислот и щелочей переливайте только над лотком.2.При  разливе кислот и щелочей сообщите об этом преподавателю или лаборанту. 3.Зажечь спиртовку после проверки фитиля спичкой. 4.Тушить спиртовку колпачком. 5.Приведите в порядок рабочее место после завершения работы.

Вариант I.

Задача 1. В какой из выданных вам пробирок содержится раствор сульфата железа (II) и хлорида бария.

Инструкция.

1. Проведите теоретический анализ. Напишите уравнение реакций.

2. Отберите   реактивы,   которые   вам   потребуются   для   решения экспериментальной задачи.

3. Составьте план эксперимента. Осуществите его.

4. Опишите и объясните наблюдения.

5. Сформулируйте вывод.

Задача 2. Получите оксид железа (III), имея в качестве исходного вещества хлорид железа (III).

Инструкция.

1. Подумайте, какое вещество подразумевается под знаком "?" в схеме FеС1з→?→ Fе2Оз. Как это вещество получить и какое его свойство можно использовать для получения оксида железа (III)? Напишите уравнения реакций.

2. Проведите соответствующие опыты. Опишите и объясните наблюдения.

Задача 3. Докажите опытным путем наличие иона Fе3+ в растворе хлорида железа (III).

Инструкция.

1. Проведите теоретический анализ. Подумайте, какие реактивы вам потребуются для решения задачи. Напишите уравнения реакции.

2. Выполните соответствующие опыты. Опишите и объясните наблюдения.

Вариант П.

Задача 1. В какой из выданных вам пробирок содержится раствор карбоната натрия и сульфата алюминия.

Инструкция.

1. Проведите теоретический анализ. Напишите уравнения реакций.

2. Отберите  реактивы,   которые   вам   потребуются   для  решения экспериментальной задачи.

3. Составьте план эксперимента. Осуществите его.

4. Опишите и объясните наблюдения.

5. Сформулируйте вывод.

Задача 2. Исходя из алюминия, получите гидроксид алюминия.

Инструкция.

1. Подумайте, какое вещество подразумевается под знаком "?" в схеме А1 → ? → А1(ОН)з. Как это вещество получить и какое его свойство можно использовать для получения гидроксида алюминия? Напишите уравнения реакций.

2. Проведите соответствующие опыты. Опишите и объясните наблюдения.

Задача 3. Докажите опытным путем наличие иона CI-  в растворе хлорида бария.

Инструкция.

1. Проведите теоретический анализ. Подумайте, какие реактивы вам потребуются для решения задачи. Напишите уравнения реакций.

2. Выполните соответствующие опыты. Опишите и объясните наблюдения.

Вывод по работе.

Литература:

1. Габриелян О.С., Лысова Г.Г.   Химия 11класс М. «Дрофа»  2005

2.Демидов В.А.Химия. Практикум. 8-11классы М. «Издательство НЦ ЭНАС» 2006

  3. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия 11класс М. «Просвещение»  2009

4.Чернобельская Г.М. Практические занятия и экспериментальные задачи для ПТУ. М. «Высшая школа» 2005.

Приложения                                                                  Таблица 1.

Таблица 2.

Таблица 3.Качественные реакции на некоторые катионы

Таблица 4. Качественные реакции на некоторые анионы

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………..3

1. Общие  правила работы и меры безопасности

в химической лаборатории ………………………………4

 2. Лабораторная работа  № 1.

«Изготовление моделей различных молекул и

 определение вида химической связи в тех или

 иных веществах»………………………………………….9

3.Лабораторная работа 2.

Решение экспериментально-расчётных задач на

 приготовление растворов различной концентрации…..10

4. Лабораторная работа № 3. «Ознакомление с

 химическими свойствами металлов»…………………...12 

5. Лабораторная работа №4. Экспериментальное

 решение задач по теме «Металлы»……………………..13

6.Литература………………………………………………16

7. Приложение…………………………………………….18