Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по дисциплине ХИМИЯ для специальности 260807 Технология продукции общественного питания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ФИЛИАЛ

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДЛЯ ИНВАЛИДОВ С НАРУШЕНИЕМ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГУМАНИТАРНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

(«ЧЕЛЯБИНСКИЙ ФИЛИАЛ МГГЭИ»)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

по проведению лабораторных работ

по дисциплине     Химия

для студентов 2и 3 курса  технического профиля

    специальности

               260807 «Технология продукции общественного питания»,  

Челябинск 2013

Пояснительная записка

Дисциплина Химия является частью  основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС по специальности  СПО  260807  Технология продукции общественного питания ,дисциплина  входит  в математический и общий естественно-научный цикл.

В  результате  освоения  учебной  дисциплины «Химия»  обучающийся  должен

уметь:

   -   применять основные законы химии для решения  задач в области профессиональной деятельности;

  -   использовать свойства органических веществ, дисперсных и коллоидных систем для оптимизации  технологического процесса;

  -  описывать уравнениями химических реакций, процессы, лежащие в основе производства  продовольственных продуктов;

  -  проводить расчеты по химическим формулам и  уравнениям реакции;

  -  использовать лабораторную посуду и  оборудование;

  -  выбирать метод и ход химического анализа, подбирать реактивы и аппаратуру;

  -  проводить качественные реакции на  неорганические вещества и ионы, отдельные классы  органических соединений;

   -  выполнять количественные расчеты состава вещества по результатам измерений;

   -  соблюдать правила техники безопасности при работе в химической лаборатории;

В  результате  освоения  учебной  дисциплины «Химия»  обучающийся  должен

знать:

    -  основные понятия и законы химии;

    - теоретические основы органической, физической, коллоидной химии;

    -  понятие химической кинетики и катализа;

    -  классификацию химических реакций;

    -  обратимые и необратимые химические реакции, химическое равновесие, смещение химического равновесия под действием различных факторов;

    -  окислительно-восстановительные реакции, реакции ионного обмена;

    -  гидролиз солей, диссоциацию электролитов в водных растворах, понятие о сильных и слабых электролитах;

    - тепловой эффект химических реакций, термохимические уравнения;

    -  характеристики различных классов органических веществ, входящих в состав сырья и готовой пищевой  продукции;

    -  основы аналитической химии;

    -  основные методы классического количественного и физико-химического анализа;

    -  назначение и правила использования лабораторного оборудования и аппаратуры;

    -  методы и технику выполнения химических  анализов;

    -  приемы безопасной работы в химической  лаборатории;

  -  закономерности  протекания химических реакций различной классификации;

  -  свойства растворов и коллоидных систем высокомолекулярных соединений;

  -  особенности дисперсных и коллоидных систем пищевых  продуктов;

  -  свойства растворов и поверхностных явлений;

 Дисциплина  «Химия»   способствует формированию   у обучающихся следующих общих и профессиональных компетенций:

Общие компетенции

 ОК 1. Осознавать  социальную значимость  своей будущей профессии, обладать высокой мотивацией  к выполнению профессиональной деятельности

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность 

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности

ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, - заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации

ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

ОК 10. Исполнять воинскую обязанность, в том числе с применением полученных профессиональных знаний (для юношей).

Профессиональные компетенции

ПК 1.1.  Организовывать подготовку мяса  и приготовление полуфабрикатов для сложной кулинарной продукции.

ПК 1.2. Организовывать подготовку рыбы  и приготовление полуфабрикатов для сложной кулинарной продукции.

 ПК 1.3. Организовывать подготовку  птицы  и приготовление полуфабрикатов для сложной кулинарной продукции.

ПК 2.1.  Организовать и проводить приготовление канапе, легких и сложных холодных закусок.

ПК 2.2. Организовать и проводить приготовление  сложных холодных блюд из рыбы, мяса и сельскохозяйственной птицы.

ПК 2.3. Организовать и проводить приготовление сложных холодных соусов.

ПК 3.1.  Организовать и проводить приготовление сложных супов.

ПК 3.2.  Организовать и проводить приготовление сложных горячих соусов.

ПК 3.1.  Организовать и проводить приготовление сложных холодных соусов.

ПК 4.1.  Организовать и проводить  приготовление сдобных хлебобулочных изделий и праздничного хлеба

ПК 4.2.  Организовать и проводить  приготовление  сложных мучных кондитерских изделий и праздничных тортов.

ПК 4.3.  Организовать и проводить  приготовление  мелкоштучных кондитерских изделий.

ПК 4.4.  Организовать и проводить  приготовление  сложных отделочных полуфабрикатов, использовать из в оформлении.

 ПК 5.1. Организовать и проводить  приготовление  сложных холодных десертов.

ПК 5.2. Организовать и проводить  приготовление  сложных горячих десертов.

Объем лабораторных работ и распределение нагрузки по семестрам

  Контроль  и  оценка  результатов.

Контроль  и  оценка  результатов  освоения  дисциплины «Химия»

осуществляется  преподавателем  в  процессе  проведения  практических

занятий  и  лабораторных  работ,  тестирования,  а  также  выполнения

обучающимися, индивидуальных заданий.

Оценка 5 за лабораторную работу выставляется при своевременном, аккуратном и правильном выполнении работы. В работе должен быть вывод, в котором раскрывается суть работы и приобретенные умения.

Оценка 4 за лабораторную  работу выполняется если, работа выполнена правильно, но несвоевременно или неаккуратно, а так же если в работе отсутствует вывод.

Оценка 3 за  лабораторную работу ставится при ошибках в расчетах, не полном или не грамотном выполнении работы. Учитывается так же своевременность сдачи.

Оценка 2 за лабораторную работу ставится если правильно выполнена половина работы или работа не сдана.

Выполнение лабораторных работ

     Студент допускается к выполнению лабораторной работы при    наличии подготовленного лабораторного журнала, включающего название лабораторной работы, цель, краткие теоретические сведения,  практическую часть (название опытов, таблицы и пр.) и ответы на предлагаемые вопросы.

     Студент, не подготовившийся к выполнению лабораторной работы, готовится к ней во время занятия под наблюдением преподавателя и допускается к работе, если остается достаточно времени для ее выполнения. Если времени на выполнение лабораторной работы  недостаточно, то студент направляется на отработку пропущенной работы  в другую группу по расписанию работы преподавателя         Студент выполняет лабораторную работу, внося в практическую часть отчета необходимые сведения: уравнения реакций, наблюдения, расчеты, графики, делает необходимые выводы. В конце занятия преподаватель оценивает работу определенной суммой баллов и ставит свою подпись.

               Студенты, не защитившие лабораторные работы в срок и не набравшие необходимой суммы баллов, защищают все выполненные лабораторные работы на  занятии, выделенном как защита блока лабораторных работ.  Студенты, уже защитившие часть лабораторных работ, защищают последнюю из выполненных работ. Защита выполненных лабораторных работ допускается не более двух раз и оценивается при этом минимальным количеством баллов.

       Лабораторный практикум считается выполненным, если студент отработал и защитил все лабораторные работы, набрав при этом минимально необходимую сумму баллов.  

Зачет

     Студент допускается к зачету после выполнения лабораторного практикума.     Зачет проводится в форме письменной работы, которая включает вопросы и задачи, соответствующие содержанию лабораторных работ и домашнего задания

Перечень лабораторных работ

Л.Р. №1 Определение свойств растворов коллоидных ПАВ.

Л.Р.№2 Изучение способов смещения химического равновесия.

Л.р. №3 Изучение влияния катализаторов на скорость химической реакции.

Л.р.№ 4 Растворение различных веществ: газов, жидкостей, твердых тел.  

Л.р. №5 Влияние различных физических факторов: температуры, давления, природы веществ на процесс растворения.

Л.р. №6 Изучение адсорбции на границах различных гетерогенных систем.  

Л.р. №7 Влияние различных факторов на величину адсорбции.

Л.р. № 8 Методы получения коллоидных систем, стабилизаторы.  

Л.р. № 9 Влияние дисперсности на внутреннее давление в твердых  телах, жидкостях,  газах.  

Л.р.№10 Получение коллоидных систем различными методами.

 Л.р. № 11 Изучение механизма коагуляции  коллоидных систем.

Л.р. № 12 Лабораторные эксперименты по теме коллоидные растворы.

Л.Р. № 13 Выявление  сходства и различий коллоидных растворов и грубодисперсных систем.  

Л.р. № 14 Получение грубодисперсных систем различными методами.  

Л.р. № 15 Изучение процесса растворения высокомолекулярных соединений

Л.р. № 16 Понижение устойчивости растворов высокомолекулярных соединений, студнеобразование, коацервация.  

Л.р. № 17 Защитное действие растворов высокомолекулярных соединений на золи.

Л.р. № 18 Обнаружение катионов  по конкретному заданию.

Л.р. № 19  Обнаружение  анионов по конкретному заданию.

Л.р. № 20  Анализ сухой соли

 Л.р № 21 Определение содержания кристаллизационной воды в гидрокристаллах хлорида бария.

Л.р. № 22 Проведение объёмного анализа.

 Л.р. № 23 Приготовление рабочих растворов различной концентрации.

 Л.р. №24 Установка титра заданного раствора щелочи или кислоты

.Л.р. № 25  Определение содержания аммиака в растворе аммониевой соли методом обратного титрования.

Л.Р. № 26 Взаимодействие кислот, солей и оснований с различными индикаторами.    

Лабораторная работа №1

Тема: Определение свойств растворов коллоидных ПАВ

Цель роботы: освоить метод определения температуры помутнения растворов неионогенных ПАВ, изучить влияние электролитов и ионогенных ПАВ на температуру помутнения.

Приборы и материалы:

Водяная баня

Термометр

Стеклянный стакан, емк. 1 л

Стеклянные пробирки, емк. 25 мл – 5 шт.

Стеклянная палочка – 1 шт.

1%-ный раствор неионогенного ПАВ - стиральный порошок «Новость» и т.п.)

1.0, 0.5, и 0.25%-ный раствор ионогенного ПАВ (сульфонола или волгоната)

2, 4 и 6 %-ный растворы хлорида натрия (NaCI)

2, 4 и 6 %-ный растворы едкого натра (NaOH)

2, 4 и 6 %-ный растворы сульфата натрия (Na2SO4)

2, 4 и 6 %-ный растворы и соляной кислоты (НС1)

Ход работы

1. Нагревают на водяной бане 1 %-ный водный раствор неионогенного ПАВ - ОП-10 или неонола АФ9  АФ12 в отсутствие электролитов, а также в присутствии NaCI, NaOH, Na2SO4 и НС1 с концентрацией 2, 4 и 6 %. Отмечают визуально температуру, при которой наступает помутнение. Пробирку с 10 мл 1 %-ного раствора ПАВ погружают в стакан из термостойкого стекла на 1 л, заполненный водой (рис. 1). Включают электроплитку 1 и при работающей мешалке 2 нагревают содержимое стакана со скоростью 3-5 град мин. Содержимое пробирки слегка помешивают стеклянной палочкой. При некоторой температуре наблюдается помутнение раствора неионогенного ПАВ. Эту температуру отмечают по термометру 4.

1. - электроплитка,
2. - мешалка.
3. - пробирка с образцом,
4. - термометр.

Рисунок 1 Установка для определения температуры помутнения неионогенного ПАВ:

Таким путем определяют приближенную температуру помутнения Чтобы уточнить ее. повторяют опыт, нагревая с малой скоростью. Для этого охлаждают воду в стакане (добавляя холодную воду) ~ на 5 град ниже ожидаемой температуры помутнения. Затем нагревают, регулируя накал плитки таким образом, чтобы температура поднималась со скоростью не более 0,5 град/мин. Жидкость в пробирке желательно перемешивать термометром (осторожно!).

При малой скорости нагрева опыт повторяют еще 1-2 раза. Берут среднее значение температуры помутнения Тп. Строят графики зависимости Тп = f(С) и объясняют наблюдающиеся различия в действии электролитов.

2. Нагревают на водяной бане 1 %-ный водный раствор неионогенного ПАВ - ОП-10 или неонола АФ-9АФ-12 (НПАВ) в отсутствие ионогенного ПАВ. а также в присутствии ионогенного ПАВ сульфонола или волгоната (АПАВ) с концентрацией 1.0, 0.5, и 0.25% мас. (соотношение НПАВ:АПАВ 1:1. 2:1, 4:1). Определяют температуру помутнения растворов как указано в п. 1. Строят графики зависимости Тп = f(С) и объясняют действие ионогенного ПАВ на температуру помутнения раствора НПАВ в зависимости от соотношения неионогенного и анионактивного ПАВ.

Результаты работы

Результаты исследований опыта 1 заносят в таблицу. По результатам исследований опыта 2 строится график зависимости изменения температуры помутнения раствора НПАВ от концентрации АНПАВ.

Выводы

Контрольные вопросы

1. Расскажите о классификации ПАВ по химической природе.
2. Назовите типичные неионогенные ПАВ.
3. Чем обусловлено появление температуры помутнения у неионогенных ПАВ?
4. Почему температура помутнения зависит от степени оксиэтилирования неионогенных ПАВ?
5. Как влияют электролиты на температуру помутнения растворов неионогенных ПАВ?
6. Как влияют анионактивные ПАВ на температуру помутнения растворов неионогенных ПАВ?

Лабораторная работа № 2

Изучение способов смещения химического равновесия

Цель работы: Ознакомление с явлением катализа  и изучение основных особенностей каталитических реакций.

Теоретическая часть

Катализом называют явление изменения  скорости термодинамически возможной химической реакции под влиянием катализаторов – веществ, участвующих в реакции, но остающихся в неизменном количестве и составе после ее завершения.

Все каталитические процессы подразделяют на две группы: гомогенные и гетерогенные. К гомогенным относятся процессы, в которых реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе и образуют гомогенную систему. Например, некоторые газофазные каталитические реакции и многие каталитические реакции в растворах. Примером гомогенной каталитической реакции, в которой все участники находятся в одном агрегатном состоянии – газообразном, является окисление оксида серы (IV) кислородом в присутствии оксида азота (IV):

В гетерогенных процессах катализатор представляет самостоятельную фазу, граничащую с фазой реагентов. В этом случае каталитическая реакция протекает на поверхности раздела фаз: газ – твердое тело, жидкость - твердое тело, жидкость – газ. Наибольшее практическое значение имеют каталитические реакции, в которых катализатор находится в твердой фазе, а реагенты – в жидкой или газообразной. Примером гетерогенного каталитического процесса является та же реакция окисления оксида серы (IV) кислородом, но в присутствии твердого оксида ванадия (V):

Можно выделить следующие общие закономерности каталитических реакций. Катализатор не влияет на положение термодинамического равновесия. Он в одинаковой степени изменяет константы скорости прямой и обратной реакций и только ускоряет наступление равновесия. Катализатор не входит ни в состав исходных веществ, ни в продукты реакции, поэтому он не оказывает влияние на изменение энергии Гиббса реакции       r G, являющейся функцией состояния. Следовательно, катализатор не может вызвать протекание реакций, для которых в данных условиях  r G  0, а может увеличить скорость реакции лишь в том случае, если  r G  0.

Действие катализатора заключается в том, что он образует с реагирующими веществами промежуточный комплекс, который затем разрушается с образованием продуктов реакции, а сам катализатор освобождается и переходит в исходное состояние. Основной причиной увеличения скорости в результате катализа является значительное уменьшение энергии активации реакции Е А .

Скорость каталитической реакции, как правило, пропорциональна концентрации катализатора (гомогенный катализ) или площади поверхности катализатора (гетерогенный катализ).Например, пероксид водорода в водном растворе медленно разлагается на воду и кислород по уравнению:

Н2О2  = Н2О  + 1 / 2 О2 .

Энергия активации этой реакции составляет 75,6 кДж / моль. В присутствии ионов трехвалентного железа Fe 3 + энергия активации уменьшается до 54,6 кДж / моль. Наименьшее значение энергии активации соответствует каталитическому разложению в присутствии биологического катализатора - фермента каталазы – 20 кДж / моль. В его присутствии скорость реакции увеличивается приблизительно в 10 8 раз по сравнению с некаталитической реакцией.

Уменьшение энергии активации является не единственной причиной увеличения скорости реакции в присутствии катализатора. В некоторых случаях  ускорение процесса обусловлено увеличением предэкспоненциального множителя k 0 в уравнении Аррениуса:

 .

Катализаторы по своему действию селективны, то есть избирательны. Катализатор увеличивает скорость преимущественно одной из возможных реакций, не влияя заметно на скорость других реакций.

Контрольные вопросы и задачи для предварительной подготовки

лабораторной работы

1. Что такое катализ? Какие две основные его разновидности известны?

2. Способен ли катализатор вызвать реакцию или он ее только ускоряет?

3. Через какой кинетический параметр влияет катализатор на скорость реакции?

4. Подсчитайте, используя уравнение Аррениуса, во сколько раз увеличивается скорость разложения пероксида водорода при снижении энергии активации реакции с 75,6 кДж/моль – в отсутствие катализатора, до 54,6 кДж/моль в присутствии ионов железа (III).

5. Укажите отличительные особенности гомогенного и гетерогенного катализа.

6. Может ли катализатор влиять на состояние химического равновесия в соответствии с принципом Ле Шателье?

Практическая часть

Опыт 1. Сравнение активности  различных катализаторов в реакции разложения пероксида водорода

Н2О2  Н2О + ½  О2 .

В данном опыте сравнивают эффективность действия катализаторов K2Cr2O7  и FeCl3. Скорость реакции обратно пропорциональна времени ее протекания. Последнее определяется как разность между временем окончания и начала выделения пузырьков газа.

1. В две мерные конические пробирки налейте по 1 мл 3 % - го водного раствора пероксида водорода.

2. В одну пробирку добавьте две капли 0,3 М раствора дихромата калия (K2Cr2O7), а в другую пробирку – четыре капли. С помощью секундомера измерьте время протекания реакции (от начала и до окончания выделения пузырьков газа) в обеих пробирках, а также окраску раствора.

3. Повторяя операции пп. 1-2, проведите аналогичные эксперименты с 0,3 М раствором FeCl 3 в качестве катализатора.

Обработка результатов

 1. Исходные данные, наблюдения, результаты измерений и расчетов, а также выводы занесите в табл. 1.

Таблица 1

2. Отметьте цвета растворов в начале реакции и после ее завершения.

3. Вычислите условную скорость реакции по формуле:

где  -  время протекания реакции.

4. Сделайте вывод относительно эффективности действия различных катализаторов.

5. Как влияет на скорость разложения  Н2О2  концентрация катализатора?

Лабораторная работа № 3

Тема:  Изучение влияния катализаторов на скорость химической реакции

Цель:  сформировать умение проводить опыты, позволяющие ознакомиться с принципом действия ферментов на различные вещества.

Оборудование:  слюна, вода, крахмал, раствор йода, 0,5% формальдегид, молоко, метиленовый синий, подсолнечное масло, перекись водорода, сырое мясо, вареное мясо, пробирки, мерный цилиндр, лучина.

Ход работы:

Задание 1. Действие амилазы слюны на крахмал.

1. Тщательно прополощите рот водой. Наберите 2-3 мл слюны в мерный стакан и добавьте 5 мл вода. Этот раствор содержит фермент амилазу, содержащийся в слюне.
2. Смешайте 5 мл крахмального клейстера и 1 мл раствора фермента амилазы в пробирке. Через 30 с после перемешивания возьмите  каплю полученного раствора и проверьте её на содержание крахмала, перемешав  с растворов йода на предметном стекле. Спустя 30 с, проверьте следующую каплю смеси на содержание крахмала. Если происходит окрашивание в синий цвет, то в смеси присутствует крахмал . Повторяйте опыт каждые 30 с до тех пор пока больше не обнаружите крахмал в смеси. Запишите общее время, необходимое для полного расщепления крахмала.   Сделайте вывод о действии амилазы на крахмал (углеводы).
3. Две новые порции раствора фермента и крахмала (2 мл крахмала и 1 мл фермента) в двух пробирках поместите в стаканы с водой: в одном вода, охлажденная до 100С, в другом подогретая до 400С.  Каждые 30 с отбирайте по 1 капле смеси  из каждой пробирки и смешивайте с раствором йода. Повторяйте опыт до тех пор, пока не обнаружите, что из растворов исчез крахмал. Запишите затраченное время  и сделайте вывод о влиянии температуры на скорость расщепления крахмала.

Задание 2.  Действие дегидрогеназы на метиленовый синий.

1. В две пробирки налейте по 5 мл молока и добавьте по 15 капель 0,5% раствора формальдегида, добавьте по 5 капель  метиленового синего
2. Поставьте пробирки в стаканы с водой: в одном вода, охлажденная до 100С, в другом подогретая до 400С. Отметь в какой пробирке  происходит быстрее обесцвечивание. Сделайте вывод о действии дегидрогеназы на метиленовй синий и о зависимости скорости реакции от температуры.

Задание 3.  Действие каталазы на пероксид водорода.

1. Пероксид водорода образуется в клетках в качестве побочного продукта обмена веществ. Соединение это токсично для живых клеток, поэтому каталаза обеспечивает быстрое  удаления пероксида водорода.
2. Налейте в две пробирки по 2 мл пероксида водорода. Положите в первую пробирку кусочек сырого мяса, во вторую – вареного. Опишите, что происходит. Сделайте вывод о наличии каталазы в живых и мертвых клетках.  

Лабораторная работа №4

Растворение различных веществ:газов, жидкостей, твердых тел

Считается, что малорастворимые соли могут переходить в раствор только в виде ионов. Поэтому в данной системе в равновесии находятся осадок и насыщенный раствор электролита:

 KmAn (тв ) « mK++ nA–.

Применяя к этому уравнению закон действия масс и учитывая, что концентрация твердой фазы не входит в выражение константы равновесия, то константа равновесия Кр принимает вид:

 Кр = [K+]m [A–]n.

 Это уравнение показывает, что в насыщенном растворе трудно растворимого электролита произведение концентрации его ионов есть величина постоянная при данной температуре. Величина эта называется произведением растворимости (ПР):

 Кр  = ПР = [K+]m [A–]n.

 Произведение растворимости как константа равновесия зависит от природы вещества и растворителя, от температуры и не зависит от концентрации ионов в растворе. ПР количественно характеризует растворимость вещества. Чем больше ПР, тем больше растворимость. Если:

 , то раствор ненасыщенный;

 , раствор насыщенный;

 ,  раствор перенасыщенный.

Добавляя к ненасыщенному раствору электролита электролит с одноименным ионом, можно перевести его в насыщенный и перенасыщенный.

Поскольку величина ПР выражает равновесие, то при добавлении избытка одного из ионов, входящих в формулу, концентрация второго иона должна понизиться.

Из величины ПР вытекают условия образования и растворения осадков.

Образование осадка происходит, если:

 .

 Это достигается прибавлением избытка электролита, содержащего одноименный ион K+ или A-.

Например, если в раствор малорастворимого электролита СаСО3 внести хорошо растворимый сильный электролит Nа2СО3, то повысится концентрация иона CO и понизится концентрация иона Ca2+ и следовательно, снизится растворимость СаСО3, таким путем можно осаждать малорастворимые соединения.

Растворение осадка происходит, если:

 .

 Это происходит, если связывается один из ионов, посылаемых осадком в раствор.

Например, растворение электролита  происходит при добавлении раствора соляной кислоты . Ионы водорода связывают ионы S2– в молекулы , которые удаляются в виде газа. Произведение концентрации ионов  и  становится меньше произведения растворимости сульфида железа, и осадок растворяется.

Зная величину ПР, можно регулировать образование или растворение осадка, также оценить выпадает ли в данных условиях осадок. Для этого концентрацию ионов подставляют в выражение:

 и полученную величину сравнивают со справочной. Осадок выпадет, если полученная величина ПР превышает табличную.

Зная произведение растворимости электролита, можно вычислить его растворимость и, наоборот, зная растворимость вещества, можно рассчитать его произведение растворимости.

Растворимость количественная характеристика растворов, которая численно равна концентрации насыщенного раствора вещества при данной температуре. Растворимость может быть выражена в граммах растворенного вещества на 100 г растворителя или моль/дм3.

Пример. Вычислите растворимость соли SrSO4 в воде, если = = 2,8 × 10-7.

Решение: Обозначим растворимость  через s. В насыщенном растворе  труднорастворимого электролита устанавливается равновесие:

 ,

следовательно,  = S,  = S.

По определению = .

Отсюда: s2SrSO4= 2,8 × 10–7,

               sSrSO4 =  » 5,39 моль/дм3.

Активность и ионная сила растворов сильных электролитов

Свойства растворов сильных электролитов указывают на формально неполную диссоциацию последних. Это связано с электростатическим (Кулоновским) взаимодействием между окруженными сольватными оболочками ионами. Поэтому при строгой записи всех приведенных выше формул надо пользоваться не концентрациями, а активностями иона a:

 a = f × с,

 где f – коэффициент активности, показывает, насколько поведение ионов в растворе сильного электролита при данной концентрации отличается от их поведения при бесконечном разбавлении; с – молярная концентрация иона, моль/дм3.

Для определения f нужно вычислить ионную силу раствора. Ионной силой раствора называется полусумма произведений концентраций всех ионов, присутствующих в растворе, на квадрат их зарядов:

 I = 0,5å z2 ,

 где  – моляльная концентрация иона, моль/кг, а z – его заряд.

Уравнение Дебая-Хюккеля позволяет найти коэффициент активности:

 -lgf = 0,502 z2(I)1/2.

 При разбавлении коэффициент активности увеличивается и при бесконечном разбавлении a » с.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое электролитическая диссоциация?

2. Какое явление служит причиной электролитической диссоциации?

3. Как подразделяются электролиты в зависимости от значения степени диссоциации?

4. Какие растворы относятся к сильным, слабым электролитам?

5. К каким электролитам следует относить растворы вяжущих веществ?

6. Какая величина характеризует процесс ионизации труднорастворимых электролитов?

7. Каковы условия образования и растворения осадков?

Опыт № 1. Необратимые реакции

Реактивы: растворы солей: карбоната натрия , хлорида кальция , сульфата меди ,  хлорида алюминия , гидроксида натрия , соляной кислоты , ацетата калия .

А. Получение осадков

Используя растворы карбоната натрия и хлорида кальция получить осадок карбоната кальция. Используя растворы гидроксида натрия и сульфата меди получить осадок гидроксида меди. Отметить цвета образующихся осадков. Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций. В каком направлении происходит реакция? Сохраните осадки для опыта № 2.

Пользуясь значением произведения растворимости , сделайте вывод в каком случае образуется осадок карбоната кальция.

Б. Образование легколетучих соединений

К осадку карбоната кальция, полученного в опыте № 1, прилить раствор соляной кислоты. Что происходит? Написать уравнение реакции в молекулярной и ионно-молекулярной форме. В каком направлении идет реакция?

В. Образование комплексных соединений

Внести в пробирку 4–5 капель раствора , добавить по каплям раствор  (до начала выпадения осадка). Написать уравнение реакции получения гидроксида алюминия в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

Добавить в пробирку с осадком еще гидроксида натрия.

Что происходит с осадком? Как объяснить растворение осадка гидроксида алюминия в щелочи? Записать соответствующие уравнения реакций.

Г. Образование малодиссоциирующего вещества

В пробирку налить несколько капель ацетата калия и добавить такое же количество соляной кислоты. По запаху определить образовавшееся вещество. Написать уравнение реакции в молекулярной и ионно-молекулярной форме. В каком направлении идет реакция?

Сделать вывод о необратимости реакций в растворах электролитов.

 Опыт № 2. Полнота осаждения иона

Реактивы: раствор нитрата свинца ( = 0,25 моль/дм3),  раствор хлорида натрия ( = 0,5 моль/дм3), раствор гидроксида аммония ( = 0,25 моль/дм3), раствор иодида калия ( = 0,5 моль/дм3).

 А. В две пробирки внесите по 4 капли нитрата свинца  и добавьте к нему 6 капель раствора хлорида натрия . Какая реакция идет в пробирке с нитратом свинца при добавлении хлорида натрия? Составьте молекулярное и ионное уравнения реакций.

Б. Дайте осадку отстояться, жидкую фазу осторожно слейте в две пробирки. В одну из пробирок с жидкой фазой добавьте 2–3 капли раствора хлорида натрия , а в другую – иодида калия . В каком из двух случаев вновь образуется осадок?

На основании опыта сделайте вывод о сравнительной величине ПР хлорида и иодида свинца. Приведите табличные данные и проверьте по ним свое значение.

Лабораторная работа №5

Тема: Влияние различных факторов: температуры, давления, природы веществ на процесс растворения.

Опыт 1. Зависимость скорости реакции от температуры

Налейте в один стаканчик 20 мл 0,5%-ного раствора серной кислоты, а в другой 20 мл 0,5%-ного раствора серноватистокислого натрия Na2S2O3.  Измерьте температуру растворов (каждый раз предварительно сполоснув термометр). Поставьте стаканчик с кислотой на лист линованной бумаги, быстро прилейте к нему раствор Na2S2O3, взболтайте и отметьте момент сливания растворов по секундной стрелке часов. Отметьте отрезок времени до условного окончания процесса. Запишите число секунд.

 Повторите эксперимент, нагрев реагирующие растворы на 10 градусов выше температуры первого эксперимента. Для этого оба стаканчика с растворами поместите одновременно на горячую водяную баню. В одном из стаканчиков периодически измеряйте температуру (не оставляя термометр в стакане). По достижении требуемой температуры быстро смешайте растворы и отметьте по часам условную продолжительность  реакции.

 Повторите эксперимент, повысив температуру обоих растворов на 20 градусов выше первого эксперимента. Результаты запишите в табл. 1.

Таблица 1

• Коэффициент пропорциональности 100 берем для удобства расчетов и построения графика.

Задания:

1. Постройте график зависимости скорости реакции r от температуры t.

2. По полученным данным рассчитайте температурный коэффициент Вант-Гоффа для данной реакции:

3. Оцените энергию активации реакции по уравнению:

.

Опыт 2. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ при постоянной температуре

Налейте в стаканчик 10 мл 0,5% раствора серной кислоты. В другой стаканчик налейте 10 мл раствора серноватистокислого натрия и 20 мл дистиллированной воды. Затем к раствору кислоты прилейте содержимое второго стакана и отметьте по часам продолжительность опыта. Повторите опыт еще два раза, изменив концентрацию Na2S2O3 ( табл. 2).

Задания:

1. Постройте график зависимости скорости реакции от концентрации серноватистокислого натрия Na2S2O3 (r - C(Na2S2O3));

2. Определите порядок реакции по серноватистокислому натрию (метод Вант-Гоффа)

Концентрации растворов Na2S2O3 приведены в табл. 2.

Таблица 2

Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы

1. Каков физико-химический смысл константы скорости реакции? Какие факторы влияют на константу скорости реакции?

 2. Какую размерность имеет константа скорости для реакции: а) 1-го порядка; б) 2-го порядка; в) 3-го порядка.

 3. Запишите кинетические уравнения для реакций, рассматривая их как элементарные:

а) NO2 + NO2 = N2O4 

б) N2O5 = N2O4 + 1/2 O2 

в) 2NO + O2 = 2NO2 

4. При начальных концентрациях реагентов [A] 01 =2,310 - 3 моль/л и [B] 01 = 1,110 - 3 моль/л  начальная скорость элементарной газофазной реакции A+B = 2C равна W01 = 2,510 - 3 моль/(лс). Какова будет начальная скорость этой реакции W02 при других начальных концентрациях [A] 02 = 1,910 - 3 и [B] 02 = 10 - 2 моль/л? Считать, что продукты реакции не влияют на скорость прямой реакции.

5. Вычислите, при какой температуре реакция закончится за 5 мин., если при 20С на это требуется 24 мин. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3.

6. Выведите формулу, связывающую температурный коэффициент скорости реакции  и энергию активации реакции EA.

7. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры от 30С до 50С, если энергия активации реакции равна 125 кДж/моль?

8. Константа скорости реакции при 600 К равна 7,5, а при 650 К - 450. Вычислите энергию активации и константу скорости при 700 К.

9. Напишите кинетическое уравнение химической реакции A + 2 B = C, рассматривая ее как элементарную. Определите, во сколько раз возрастет скорость реакции, если:

а) концентрация A увеличится в 2 раза;

б) концентрация B увеличится в 3 раза;

в) концентрация A и B увеличится в 2 раза.

10. Напишите кинетическое уравнение химической реакции

A + B + C  D + F ,

если известно, что при увеличении начальной концентрации вещества A в 2 раза начальная скорость реакции увеличивается в 4 раза, а при увеличении начальной концентрации вещества B в 2 раза начальная скорость реакции увеличивается в 2,83 раза, а при увеличении начальной концентрации вещества C скорость реакции не изменяется.

Лабораторная работа № 4. 
Коллоидные растворы

Цель занятия: ознакомиться с методами получения коллоидных растворов, изучить их свойства.

 Теоретическая часть

Дисперсные системы – гетерогенные системы, в которых одно вещество (дисперсная фаза) равномерно распределено в другом (дисперсионная среда). Свойства вещества в раздробленном (дисперсном) состоянии значительно отличаются от свойств того же вещества, находящегося в виде твердого тела или некоторого объема жидкости.

Существует несколько различных классификаций дисперсных частиц: по размеру частиц, по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, по характеру взаимодействия частиц дисперсной фазы с молекулами дисперсионной среды, по термодинамической и кинетической устойчивости.

В зависимости от размеров частиц дисперсной фазы а выделяют следующие дисперсные системы табл. 6.

Классификация дисперсных систем по агрегатным состояниям дисперсной фазы и дисперсионной среды приведена в табл. 7.

Золи – типичные коллоидные системы, которые наиболее ярко проявляют свойства, присущие веществу в коллоидном состоянии. По размеру частиц и по ряду свойств золи занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами – суспензиями. В реакциях, протекающих с получением и растворением осадков одной из промежуточных стадий является образование и разрушение коллоидных частиц.

В коллоидных растворах, или золях, дисперсной фазой является твердое тело. В отличие от истинных растворов золи не являются в строгом смысле слова растворами, так как являются гетерогенными системами, обладающими межфазной поверхностью.

Важнейшей отличительной особенностью коллоидного состояния вещества является большая площадь поверхности раздела фаз. Из-за этого частицы дисперсной фазы и дисперсионной среды сильно взаимодействуют, что приводит к тому, что частицы дисперсионной фазы окружаются молекулами и ионами дисперсионной среды (растворителя) или же приобретают довольно значительный заряд. По интенсивности взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой коллоидные системы разделяют на лиофобные и лиофильные растворы. В лиофильных растворах взаимодействие частиц дисперсной фазы с молекулами дисперсионной среды сильнее, чем в лиофобных. К лиофильным коллоидным системам относятся растворы высокомолекулярных соединений, принадлежащим к другому уровню организации вещества – уровню макромолекул. Таким образом, между лиофильными и лиофобными коллоидными системами имеются не менее принципиальные различия и с точки зрения теории строения вещества.

Методы получения коллоидных растворов

Коллоидные растворы могут быть получены:

1. Дисперсионными методами, основанными на дроблении, или диспергировании крупных частиц вещества до коллоидных размеров. Диспергирование можно проводить механическим измельчением, электрическим распылением и так далее.

К дисперсным методам относятся – процесс образования золей из гелей или рыхлых осадков при действии на них пептизаторов (в большинстве случаев электролитов), адсорбирующихся на поверхности коллоидных ядер и способствующих их взаимодействию с дисперсионной средой.

2. Конденсационными методами, основанными на агрегации молекул или ионов более крупные частицы. Агрегацию частиц можно осуществлять различными способами. Так, для получения золей гидроксидов металлов чаще всего пользуются методом гидролиза. Например, золь гидроксида железа (III) легко образуется, когда раствор хлорида железа (III) приливают в кипящую воду. Объясняется это тем, что холодный раствор  содержит слабо диссоциированные продукты неполного гидролиза трехвалентного железа , , которые при разбавлении в кипящей воде гидролизируются полностью с образованием гидроксида железа (III).

При конденсационном методе рост частиц прекращается задолго до образования термординамически устойчивой поверхности раздела. Поэтому коллоидные системы, независимо от способа получения, являются термодинамически неустойчивыми. Со временем, в результате стремления к термодинамически более выгодному состоянию, коллоидные системы прекращают существование вследствии коагуляции – процесса укрупнения частиц.

Механизм образования коллоидной частицы

Мицелла – это структурная коллоидная единица. Необходимыми условиями образования мицеллы являются:

а) образование в результате реакции труднорастворимого вещества, m молекул которого образуют агрегат коллоидной частицы.

Например: ;

б) наличие стабилизатора – электролита, предоставляющего ионы, адсорбируемые поверхностью труднорастворимого соединения. Согласно правилуПанетта–Фаянса, лучше всего адсорбируется тот ион, который входит в состав кристаллической решетки адсорбента. Абсорбируемые ионы, достраивающие кристаллическую решетку труднорастроримого соединения, называют потенциал определяющими ионами коллоидной частицы, поскольку заряд частицы совпадает по знаку с зарядом этих ионов. Адсорбция потенциалопределяющих ионов происходит самопроизвольно, сопровождаясь уменьшением свободной энергии поверхности ядра (∆Gs).

Стабилизатором, как правило, является исходное вещество, взятое в избытке. Если в рассматриваемой реакции в избытке берется соль , то она будет стабилизатором. И тогда адсорбируемым ионом будет ион .

Рис. 4. Схема строения коллоидной 
мицеллы: 1 – адсорбционный слой; 2 – слой потивоионов; 3 – диффузный слой

При избытке соли , стабилизатор  предоставляет иодид-ионы, избирательно адсорбируемые поверхностью :

Агрегат с потенциал определяющими ионами образуют ядро мицеллы.

Другие ионы стабилизатора (противоионы) образуют около твердой поверхности два слоя: адсорбционный (неподвижный), прочно связанный с ядром, и диффузионный (подвижный), расположенный на определенном расстоянии от ядра в дисперсионной среде. Ядро совместно с адсорбционным слоем противоионов называется коллоидной частицей (гранулой).

Строение мицеллы удобно представлять в виде формулы. Для золя  формула мицеллы пишется так, если стабилизатором будет

если стабилизатором будет AgNO3 :

Если стабилизатор , то формула мицеллы запишется так:

Количества потенциалопределяющих ионов и противоионов должны соответствовать их стехиометрии в молекуле стабилизатора. Поскольку поверхностная энергия на ядре коллоидной частицы больше поверхностной энергии на слое потенциалопределяющих ионов, то противоионов адсорбируется на x меньше. Ядро вместе с адсорбционным слоем (слоем потенциалопределяющих ионов и частью противоионов) составляет гранулу. Коллоидная частица (гранула), окруженная противоионами электролита, называется мицеллой. Мицелла – нейтральная частица, а коллоидная частица, как правило имеет заряд, знак и величина которого определяются электрокинетическим потенциалом , возникающим на границе между адсорбционным и диффузным слоем.

 Устойчивость коллоидных растворов

Различают кинетическую и агрегатную устойчивость коллоидных систем. Кинетическая устойчивость связана со способностью частиц дисперсной фазы к самопроизвольному тепловому движению в растворе, которое известно под названием броуновского движения. Такое хаотичное движение частиц препятствует их соединению. Обычно коллоидные растворы кинетически устойчивы, и разрушение их наступает только после того, как нарушается агрегатная устойчивость раствора.

Агрегатная устойчивость обусловлена тем, что на поверхности коллоидных частиц имеет место адсорбции ионов (молекул) из окружающей среды.

Вещество, адсорбирующееся на ядрах частиц и повышающее устойчивость коллоидных растворов, называется стабилизатором. При ионном стабилизаторе вокруг ядер мицелл возникают двойные электрические слои, затрудняющие их объединение. При молекулярном стабилизаторе на адсорбированных молекулах за счет межмолекулярных сил взаимодействия возникают сольватные оболочки (слои) из молекул дисперсионной среды, мешающие объединению частиц.

 Разрушение коллоидных растворов

Процесс укрупнения коллоидных частиц, приводящий к уменьшению степени дисперсности диспергированного вещества, называетсякоагуляцией. Коагуляция, или слипание частиц, приводит к осаждению (седиментации) крупных агрегатов в виде осадка.

Снижение устойчивости коллоидных систем вызывают введением электролитов, которые изменяют структуру диффузного слоя ионов. Причем коагулирующим действием в электролите обладают только те ионы, (коагуляторы), которые несут заряд, по закону одноименной с зарядом противоиона коллоидной частицы. Коагулирующее действие иона коагулятора тем больше, чем больше его заряд.

Коагуляция – самопроизвольный процесс, возникающий из-за стремления системы перейти в состояние с более низкой поверхностной энергией и более низким значением изобарного потенциала. Процесс седиментации скоагулированного вещества также протекает самопроизвольно. Коагуляция может быть обусловлена различными причинами, наиболее эффективно действие электролитов. Минимальная концентрация электролита в растворе, вызывающая коагуляцию, называется порогом коагуляции. Коагуляция также возникает при смещении двух золей с различными знаками зарядов частиц. Это явление называется взаимной коагуляцией.

 Оптические свойства коллоидных растворов

Если рассматривать с боку на темном фоне путь светового луча, проходящего через совершенно прозрачный коллоидный раствор, то луч становится видимым. Этот оптический эффект называется конусом Тиндаля. Он обусловлен рассеянием света частицами дисперсной фазы коллоидного раствора. Благодаря явлению Тиндаля можно отличить коллоидные растворы от истинных, которые являются оптически «пустыми».

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие системы называются дисперсными?

2. Какие методы получения коллоидных растворов вы знаете?

3. Какие свойства коллоидных систем вам известны?

4. К водному раствору  медленно прилили избыток водного раствора . Образовался коллоидный раствор. Составьте схему мицеллы, укажите заряд коллоидной частицы (гранулы) и ионы, которые при добавлении в раствор, могут вызывать коагуляцию.

пыт № 1. Получение золя гидролиза железа (III)

Реактивы: раствор хлорида железа (III)  ( = 2 %), дистиллированная вода, раствор гидроксида натрия .

 А. Методом конденсации

В стаканчик налить 30 мл дистиллированной воды, нагреть до кипения. В кипящую воду медленно прибавить 18–20 капель раствора хлорида железа (III) до получения коллоидного раствора гидроксида железа (III) красно-коричневого цвета.

Написать уравнения гидролиза хлорида железа (III) в ионно-молекулярном и молекулярном виде. Почему не наблюдается осадка гидроксида железа (III). Написать химическую формулу мицеллы золя гидроксида железа (III), учитывая, что потенциалобразующие ионы дает хлор окись железа, образующаяся по уравнению:

 Указать составные части мицеллы. Гидрозоль оставить для выполнения опытов 2 и 3.

 Б. Метод пептизации

К 10 каплям раствора хлорида железа (III) добавить 1–2 капли раствора гидроксида натрия. Дать осадку отстояться и отметить его цвет. Осторожно слить раствор с осадка. К осадку прилить 3–4 капли раствора хлорида железа (III). Содержимое пробирки нагреть до кипения. Сравнить цвет образующегося раствора с цветом коллоидного раствора гидрозоля гидроксида железа (III), полученного методом конденсации.

 Опыт № 2. Изучение оптических свойств коллоидных растворов

Взять пробирки с раствором гидрозоля железа (III), полученным в опыте № 1 и раствором хлорида натрия, который является истинным. Вставить в держатель прибора для наблюдения эффекта Тиндаля. В каком из растворов виден след проходящего пучка света? О чем свидетельствует этот эффект?

 Опыт № 3. Коагуляция золей электролитами

Реактивы: коллоидный раствор гидроксида железа (III), раствор фосфата натрия , раствор хлорида натрия .

 Коллоидный раствором гидрооксида железа (III), полученный в опыте № 1, поместить в две пробирки. В первую пробирку добавить 5–6 капель раствора фосфата натрия , а в другую такое же количество хлорида натрия . В какой из пробирок наблюдается выпадение осадка. Дать определение процессу коагуляции. В каком случае коагуляция происходит? Объясните причину. Какие ионы могут вызвать коагуляцию?

Лабораторная работа №6

Изучение адсорбции на границах различных гетерогенных систем

Величина адсорбции на твердых поверхностях измеряется по разности между начальной концентрацией вещества в растворе и концентрацией его при установлении адсорбционного равновесия – равновесной. Так как величина адсорбирующей поверхности обычно неизвестна, поэтому величину адсорбции относят к единице массы адсорбента.

С учетом сказанного, для определения констант в уравнении Фрейндлиха выполните следующее:

1. В пять конических колб отмерьте мерным цилиндром по 50 мл раствора уксусной кислоты разных концентраций: 0,4 ; 0,2; 0,1; 0,05; и 0,025 моль/л.

2. В каждую из них добавьте по 1 г измельченного активированного угля.

3. Для установления адсорбционного равновесия колбы периодически встряхивайте в течении 10 = 15 минут.

4. Отфильтруйте растворы в чистые колбы, используя складчатые фильтры.

5. Уточните концентрации растворов уксусной кислоты, взятой для адсорбции. В колбу мерной пипеткой возьмите 10 (15) мл кислоты и добавьте в раствор 2-3 капли фенолфталеина. Затем, из бюретки осторожно, по каплям, прибавляйте раствор 0,1 Н гидроксида натрия до появления устойчивого розового окрашивания. Отметьте объем щелочи Vщ , пошедшей на титрования. Определение повторите два раза. По среднему значению объема пошедшей на титрование щелочи, вычислите концентрацию кислоты на основе уравнения закона эквивалентов:

Снк ∙ Vк = Снщ ∙ Vщ     (5)

где Снк и Снщ   - нормальная концентрация растворов кислоты и щелочи;

       Vк и Vщ        - объемы кислоты и щелочи, мл

Снк =( Снщ ∙ Vщ)/ Vк  (6)   

Полученные результаты внесите в таблицу 1

Таблица 1

7. Определите равновесную концентрацию кислоты. Для этого 10 мл фильтрата каждой кислоты оттитруйте раствором 0,1 Н NaOH точно так же, как и в предыдущем случае. Результаты также внесите в таблицу 1.

( Для сокращения времени проведения лабораторной работы пункты 5и 6  не выполняются студентами, и в этом случае таблица 1:

Таблица 1

8. Для определения коэффициентов Kc и 1/n в уравнении Фрейндлиха (4) представим его в логарифмическом виде:

lg Г =  lgКс + 1/n lg С (7)

Уравнение (7) есть уравнение первой степени, графическое изображение которого даёт прямую линию в координатах: lg Г = f ( lg C).

Для построения графика (общий вид которого показан на рис.2), заполните таблицу 2.

Таблица 2

9. По графику (рис.2) определите постоянные и запишите уравнение изотермы, для исследованного случая.

Рис.2 Изотерма адсорбции в логарифмических координатах.

10. По экспериментальным данным постройте график изотермы адсорбции в координатах Г = f (С равнов).

11. Для сравнения на последнем рисунке постройте теоретическую изотерму адсорбции, предварительно рассчитав величину адсорбции по полученному экспериментальному уравнению приняв равновесные концентрации уксусной кислоты равными: 0,05; 0,1; 0,15; 0,2 и 0,3 моль/л.

Лабораторная работа №7

Влияние различных факторов на величину адсорбции

        Реактивы

1. Раствор CuSO4, 0,1н. В мерной колбе ёмкостью 1л. растворяют в воде 12,48г.  CuSO45Н2О и доводят объём раствора до метки.
2. 0,05н. раствор трилона Б.
3. Ацетатный буфер.
4. Индикатор ПАН, 0,1% спиртовый раствор.

Порядок выполнения работы

1. В три конические колбы на 25мл. помещают 20г. воздушно-сухой почвы: песчаной (колба №1), глинистой (колба №2) и торфа (колба №3). В каждую колбу наливают по 50 мл. раствора CuSO4, перемешивают 1 – 3мин. и оставляют на 30мин.
2. Пока устанавливается адсорбционное равновесие между почвой и раствором определяют расход раствора трилона Б на титрование исходного раствора CuSO4 – V0, мл. С этой целью в коническую колбу вносят 5мл. исходного раствора CuSO4, добавляют 3 – 4 капли 2 – 3 капли индикатора ПАН и титруют 0,05н. раствором трилона Б до перехода сиренево-розовой окраски в зеленую. Определение повторяют дважды и V0 находят как среднее значение двух титрований:

, мл.

3. Готовят три сухие конические колбы. В каждую помещают воронку со складчатым фильтром и отфильтровывают образцы почвы.
4. В коническую колбу отбирают пипеткой 5мл. фильтрата, добавляют 3 – 4 капли ацетатного буфера и 2 – 3 капли раствора индикатора ПАН. Титруют раствором трилона Б до перехода сиренево-розовой окраски в зеленую. При этом определяют объём трилона Б, затраченный на титрование фильтрата после адсорбции V1. Такое титрование производят для каждого из трех фильтратов. Результаты титрований заносят в таблицу:

Таблица 1. Результаты измерений

Примечание: Vпр – объем пробы взятой для титрования;

                       V0 – используют среднее значение двух титрований.

5. Последовательность расчёта количества адсорбированной меди.

Расчёт основан на законе эквивалентности, т.е. при титровании в точке эквивалентности количество прореагировавших моль-эквивалентов меди и трилона Б равны.

Находят количество  моль-эквивалентов меди в 5мл. исходного раствора nCu:

где Nтр – нормальность раствора трилона Б, моль-экв/л. Эквивалент меди равен г.

Первоначальное содержание меди во всем растворе, добавленном к почве, m1, мг определяют из соотношения:

       мг. Cu

        где Vр-ра – объём раствора CuSO4добавленный к почве, мл.

соответственно, количество эквивалентов меди  в пробе фильтрата после адсорбции составляет:

Содержание меди во всем растворе после установления адсорбционного равновесия m2, мг находят аналогично:

мг. Cu

Количество адсорбированной меди G в мг. на 1г. почвы рассчитывают по формуле:

Полученные значения G для разных видов почвы заносят в таблицу 1 и делают вывод о влиянии характера почвенного слоя на его способность удерживать и накапливать катион Сu2+.

Лабораторная работа №8

Методы получения коллоидных систем, стабилизаторы

Цель работы: ознакомиться с методами получения лиофобных золей,

научиться писать формулы мицелл.

В отчете должны быть приведены метод получения коллоидного

раствора (например, химическая конденсация, пептизация и т.п.), уравнение

реакции получения труднорастворимого соединения с указанием условий

протекания реакций (температура, избыток реагента и пр.), наблюдаемые

результаты (цвет золя) и формулу мицеллы золя. Отчет удобно представить в

виде таблицы, занимающей разворот тетради. В первой графе – название

метода, во второй – уравнение реакции с необходимыми пояснениями, в

третьей - название золя, его цвет, в четвертой – формулу мицеллы.

Получение коллоидных систем методом конденсации

 1. Получение гидрозолей серы и канифоли методом замены растворителя

 Сера, канифоль растворяются в изопропиловом спирте, образуя

истинный раствор. В воде сера и канифоль практически не растворяются,

поэтому при добавлении воды к их спиртовому раствору молекулы

конденсируются в более крупные агрегаты.

 Насыщенный раствор серы и канифоли в изопропиловом спирте

вливают по каплям в две пробирки с дистиллированной водой при

взбалтывании. Получается молочно-белый опалесцирующий золь. Золь серы

стабилизирован пентатионовой кислотой H2S2O6, образующейся при окислении серы кислородом воздуха.

2. Получение золя гидроксида железа посредством гидролиза 25 мл дистиллированной воды нагревают до кипения. В кипящую воду по каплям добавляют 2-5 мл 2 % раствора FeCl3 Получается коллоидный раствор Fe(OH)3интенсивно красно-коричневого цвета. Этот раствор подвергают диализу. Через 15-20 мин в отдельной порции воды из диализатора берут пробу Cl- с AgNO3

Получение золя серебра

 В стакан с 15 мл дистиллированной воды добавляют 1 мл 0,01 н AgNO3 3-4 капли раствора K2CO3  2-3 капли раствора танина. Раствор принимает желто - коричневую окраску, которая при слабом нагревании становится более интенсивной.

 В щелочной среде протекают следующие реакции:

AgNO3 + K2CO3 → KAgO + KNO3+ CO2

6KAgO + C76H52O46 (танин)+ 3H2O → 6Ag + C76H52O49(флобафен)+ 6KOH.

 Получение золя галогенидов серебра

 В две пробирки пипеткой наливают по 5 мл 0,01 н раствора KI и затем

медленно по каплям добавляют в первую пробирку 3,5 мл, во вторую – 4 мл раствора AgNO3

Тот же опыт повторяют с той разницей, что в пробирки наливают по 5 мл AgNO3

а добавляют 0,01 н раствор KI, в тех же количествах, как указано для AgNO3

 Если вместо KI взять KBr или KCl, то образуется более грубодисперсный и менее устойчивый золь.

Сделайте выод по работе

Лабораторная работа № 9

Влияние дисперсности на внутреннее давление в твердых телах, жидкостях, газах

Опыт демонстрирует различную скорость диффузии ионов, молекул и коллоидных частиц в гель желатина. 10 грамм желатина растворить в 200 мл воды, для этого к навеске желатина добавляют 100 мл дистиллированной воды, после 6 часов набухания еще 100 мл и  нагревают при температуре 40-50 градусов, тщательно перемешивают. Для стабилизации добавляют несколько капель формальдегида. Горячий раствор разливают в длинные, узкие пробирки по 25 мли помещают в специальный штатив, после превращения раствора в гельк нему добавляют по 3 мл

1. Гидроксида железа(3)
2. 0,02% раствора конго красного
3. 0,02% раствора метиленовой сини
4. Раствор черной туши

Пробирки наблюдаются в течении пяти лабораторных занятий и каждый раз преподаватель обращает внимание на произошедшие изменения, предлагает сделать выводы. Реактивы могут быть заменены или добавлены

Лабораторная работа № 10

Получение коллоидных систем различными методами

Метод пептизации

1. Получение золя гидроксида железа

 В коническую колбу наливают 100 мл дистиллированной воды и

добавляют 5 мл насыщенного раствора FeCl3

. Гидроксид железа (III) осаждают, вводя небольшой избыток водного аммиака до образования рыхлого осадка. Путем многократной декантации осадок отмывают от

избытка осадителя (до исчезновения запаха аммиака), доводят объем воды в

колбе до 200 мл и добавляют пептизатор – 2 мл насыщенного FeCl3

Содержимое колбы нагревают, периодически взбалтывая, до исчезновения

осадка. Получается вишнево-красный золь Fe(OH)3

. При написании формулы мицеллы примите во внимание, что в условиях эксперимента гидролиз насыщенного раствора FeCl3 практически не идет.

 Получение золя берлинской лазури

 В стакан или пробирку вносят 1,5 мл 20 % раствора K4[Fe(CN)6] и

прибавляют 0,5 мл насыщенного раствора FeCl3

 Выпавший осадок берлинской лазури переносят на фильтр, промывают водой и после удаления промывных вод заливают на фильтре 0,1 н раствором щавелевой кислоты.

Осадок быстро нейтрализуется и через фильтр проходит синий золь берлинской лазури. При написании формулы мицеллы берлинской лазури учтите, что щавелевая кислота помимо косвенной (химической) пептизации может вызвать и прямую (физическую) пептизацию вследствие большой адсорбционной способности оксалат ионов.

Сделайте вывод по работе

Лабораторная работа № 11

Тема:  «Изучение механизма коагуляции  коллоидных систем»

Задачи:  рассмотреть механизм коагуляции коллоидных растворов при воздействии температуры, химических веществ.

Оборудование:   хлорид железа, спиртовка,  вода, сульфат калия, сульфат цинка,  сульфат алюминия,  яичный белок,  спирт, крахмал.

Ход  работы:

1. Получение коллоидных растворов.

А) Берем пробирку, наливаем в неё 10 мл дистиллированной воды. Нагреваем содержимое. По каплям добавляем раствор хлорида железа (III)FeCl3. Кипятим полученную смесь. Наблюдаем образование коллоидного раствора гидроксида железа (III) Fe(OH)3 бурого цвета.

Полученный коллоидный раствор сохраним для следующих опытов.

Б)  В чистую пробирку  налить 2 мл  яичного желтка, добавить 4мл воды. Тщательно перемешать. Полученный коллоидный раствор сохраним для следующих опытов.

В) Приготовить  5 мл 5%  коллоидного раствора крахмала. Полученный коллоидный раствор сохраним для следующих опытов.

2. Изучение механизма коагуляции.  

А) Берем 3 сухие чистые пробирки. Помещаем в них по 2 мл коллоидного раствора гидроксида железа (III) Fe(OH)3, полученного в опыте I. В каждую пробирку прибавляем по 2 мл электролита с различными катионами. В первую – раствор сульфата калия K2SO4. Во вторую – сульфата цинка ZnSO4. В третью – сульфат алюминия Al2(SO4)3. Опишите, что вы наблюдаете. (Наблюдаем коагулирующее действие солей (объединение частиц дисперсной фазы в агрегаты  сцепления частиц при их соударениях), образованных различными катионами).

Б)   Берём 2  сухие пробирки. Помещаем в них по 2 мл коллоидного раствора яичного желтка. В первую пробирку добавляем  1 мл спирта. Вторую нагреваем.  Опишите, что вы наблюдаете.

В)  Берём 1 чистую пробирку, наливаем 2 мл коллоидного раствора крахмала. Содержимое пробирки нагреваем. Опишите, что вы наблюдаете.

3. Заполните таблицу по результатам проведенных опытов.

Лабораторная работа № 12

Тема: Лабораторные эксперименты по теме коллоидные растворы.

Цель: определить зависим

ость вязкости золя желатина от концентрации.

Оборудование: желатин, теплая вода, весы, стаканы, мерный цилиндр, бюретка.

Ход  работы:

Задание1.  Приготовьте по 20 мл 1%, 5%, 10%   золя желатина, предварительно рассчитав необходимое количество воды и желатина по формуле  ώ= mв-в\m р-р*100%.

Задание 2.   Наберите в бюретку 10 мл 1% золя желатина  и измерьте вязкость по формуле  

η = к · t,  где: η – кинематическая вязкость в сантистоксах (сст); t –  время истечения жидкости, с; к – константа

Задание 3. Повторите опыт для 5%, 10% золя желатина. Данные опытов занесите в таблицу

Задание 4. Постройте график зависимости вязкости золя от концентрации.

Задание 5.  Налейте в 2 пробирки по 5 мл золя желатина. Первую пробирку подогрейте на водяной бани, вторую пробирку охладите в стакане с холодной водой. Измерьте температуру в каждой пробирке и выполните задание 2 для этих жидкостей.

Задание 6.  Заполните таблицу:

Задание 7.  Постройте график зависимости вязкости от температуры золя желатина.

Сделайте вывод  о причинах изменения вязкости золя желатина

Лабораторная работа № 13

           ТЕМА:       Выявление сходства и различий коллоидных растворов и грубодисперсных систем

   Цель работы:  опытным путем получить некоторые эмульсии (глицерин в воде, вода в глицерине, подсолнечное масло в воде, вода в подсолнечном масле), определить их тип  и устойчивость.

Оборудование и реактивы: Стаканы вместимостью 50 мл; пробирки  мерный цилиндр,    фильтровальная бумага; глицерин; подсолнечное масло; раствор Na2B4O7;  2-процентный спиртовой раствор мыла; краситель метиленовый синий, метилоранжевый.

Ход работы:

Теоретическая часть:

Эмульсия -- дисперсная система с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой. Эмульсии низкой концентрации -- неструктурированные жидкости. Высококонцентрированные эмульсии -- структурированные системы. Эмульсиями называются грубодисперсные системы, состоящие из несмешиваемых жидкостей

Основные типы эмульсий:

·1. Прямые, с каплями неполярной жидкости в полярной среде (типа «масло в воде»)

· 2. Обратные, или инвертные (типа «вода в масле»)

Эмульсии – это неустойчивые дисперсные системы, в которых очень быстро наступает  разделение среды и фазы.  Для получения устойчивой эмульсии во внешней фазе уже должен присутствовать стабилизатор.

Практическая часть:

Опыт 1. Получение эмульсии толуола

   В пробирку  с пробкой наливают 10 мл воды, подкрашенной метилоранжевым  и добавляют 2 мл глицерина. Энергично взбалтывают. Дают постоять. Эмульсия не образуется —быстро наступает расслоение жидкости. Отметьте время расслоения.

После этого добавляют 2 мл 2% раствора мыла и энергично взбалтывают. Образуется эмульсия глицерина.  Определяют время расслоения.  Чем является 2% раствор мыла для данной эмульсии?

   Опыт 2. Получение эмульсии подсолнечного масла

      В пробирку  с пробкой наливают 10 мл воды, подкрашенной метилоранжевым  и добавляют 2 мл  подсолнечного масла. Энергично взбалтывают. Дают постоять. Эмульсия не образуется —быстро наступает расслоение жидкости. Отметьте время расслоения.

После этого добавляют 2 мл  раствора Na2B4O7 и энергично взбалтывают. Образуется эмульсия  масла.  Определяют время расслоения.  Чем является   раствор Na2B4O7  для данной эмульсии?

Опыт 3. Определение типа эмульсии.

А) На фильтровальную бумагу наносят по 1 капле эмульсий из пробирки № 1и № 2. Если средой является вода, то капля сразу всасывается бумагой, на которой остается жирное пятно. Капли эмульсии  воды  в масле  не всасываются.

Б) В две чистые пробирки наливают по 1 мл эмульсий из пробирки № 1и № 2.  В каждую из них добавляют 2  капели  метиленового синего  красителя.  Эмульсия м/в окрашивается в синий цвет, эмульсия в/м – не окрашивается.

По итогам проведенных опытов заполните таблицу:

Сделайте вывод по работе

Лабораторная работа № 14

ТЕМА:  Получение грубодисперсных систем различными методами.

Задачи: обобщить знания  о дисперсных системах, их классификация, значение коллоидных систем в жизни природы и общества. Показать  относительность деления растворов на истинные и коллоидные, сформировать навыки приготовления коллоидных растворов, продолжить формирование умений и навыков самостоятельной работы с лабораторным оборудованием, описывать наблюдения.

Оборудование и реактивы: химические стаканы, мел, вода, масло подсолнечное, молоко, Na2 SiО3, CH3COOH, крахмал, соль, хлорид железа, гидроксид натрия.

Ход работы:

Задание 1.  Дать определение дисперсные системы,  заполнить предложенную таблицу своими примерами, связанными с будущей профессией.

КЛАССИФИКАЦИЯ

Задание 2. Приготовьте разные дисперсные системы и определите, к какому типу относится каждая из приготовленных  вами систем: грубодисперсная система (эмульсии, суспензии), тонкодисперсные системы (истинные растворы), коллоидные растворы (золи, гели)

Приготовьте по 5 мл  а) 20% раствор мела в воде, б) 10% раствор крахмала,  в) 15% раствор соли, г) раствор подсолнечного масла и воды (добавьте 10 капель масла)

Налейте в пробирки по 2 мл а) молока, б) гидроксид натрия,  в) хлорида железа.

 Задание 3.  Вспомните определение  Коагуляция  – это ….

Возьмите пробирку с молоком и добавьте 5 капель уксусной кислоты, опишите, что вы наблюдаете.

Подогрейте с помощью спиртовки раствор хлорида железа, добавьте насколько капель

 Na2SiО3 опишите, что вы наблюдаете.

В раствор воды с солнечным маслом добавьте гидроксид натрия, что вы наблюдаете.

Сделайте вывод по проведенным вами опытам.

Лабораторная работа № 15

Тема:  «Изучение процесса растворения высокомолекулярных соединений» 

Задачи: Изучить кинетику набухания полимера в органическом растворителе; построить кривую кинетики набухания; определить степень набухания образца полимера; графическим способом определить константу скорости набухания К.

Приборы и материалы: весы,  вата, бинт, жидкость для набухания, мерный цилиндр, секундомер.

Ход работы:

Теоретическое пояснение:

Макромолекулы ВМС (высокомолекулярных соединений) при взаимодействии с растворителями способны к набуханию. Набухание - это увеличение массы и объема ВМС за счет поглощения низкомолекулярной жидкости или ее пара. Оно характеризуется степенью набухания , которая показывает относительное увеличение массы ВМС  Степень = (m - mо) / mо  или Степень= mж / mо, (1), где mо, m - масса ВМС до и после набухания; mж - масса поглощенной жидкости.  Часто степень набухания выражают в процентах = (m - mо) / mо *100%  или  = mж / mо *100% (1). Степень набухания может изменяться в широком диапазоне - от десятков до тысячи процентов; для природных ВМС степень набухания обычно не превышает 1600 %.

Степень набухания зависит от времени. Набухание может быть ограниченным и неограниченным. При ограниченном набухании макромолекулы поглощают жидкость, но в ней не растворяются. В результате ограниченного набухания степень набухания достигает максимального значения и в дальнейшем не увеличивается. Ограниченное набухание приводит к образованию студня. Неограниченное набухание заканчивается растворением. Подобный процесс наблюдается при набухании натурального и синтетического каучука в углеводородах, глобулярных белков в воде, желатина в горячей воде.

В результате ограниченного набухания белков муки образуется эластичное и плотное по консистенции тесто. Когда часть белка переходит в растворенное состояние, свойства теста ухудшаются: оно становится жидким и липким. Набухание в этом случае переходит в неограниченное.

Процесс набухания избирателен в зависимости от природы ВМС и растворителя. Ограниченное набухание имеет место при взаимодействии полярного ВМС с полярным холодным растворителем (например, белка с водой) или неполярного ВМС с неполярной холодной жидкостью (например, каучука с бензолом). Вид набухания, а также его скорость определяются температурой растворителя. Для одного и того же ВМС и растворителя можно наблюдать одновременно ограниченное и неограниченное (растворение) набухание.  

Практическая часть.

1. Возьмите кусочек ваты, положите его в бинт, так чтобы  эту вату можно было опустить в стакан с водой. ( приготовьте 5 одинаковых экземпляров)
2. Взвесьте  ваш кусочек ваты (целлюлоза).
3. Наберите в мерный цилиндр воду до верхней риски.
4. Опустите кисочек ваты в цилиндр на 5 секунд.
5. Выньте кусочек из цилиндра и взвесьте его.
6. Рассчитайте степень набухания  по формулам: Степень = (m - mо) / mо ,  Степень= mж / mо,

(mж = Vж)

7. Повторите опыт с интервалом в 5 секунд.
8. Заполните таблицу:

9. Постройте график зависимости степени набухания от времени. (на оси Х – время набухания, сек; на оси Y - степень, %;).
10. Рассчитайте скорость набухания по формуле  V= (m2- m1):t , где m2, m1 – масса образца до и после опыта,  t – время опыта.
11. Ответьте на вопросы: Что такое набухание? Ограниченное и неограниченное набухание? Что такое степень набухания? Скорость набухания?

Лабораторная работа № 16

Понижение устойчивости растворов высокомолекулярных соединений, студнеобразование, коацервация

Цель работы

1. Исследовать устойчивость растворов желатина в зависимости от рН среды под влиянием дегидратирующего вещества – этилового спирта при постоянной температуре;

2. Определить ИЭТ белка.

Материалы и оборудование

 Соляная кислота, уксусная кислота, ацетат натрия, гидроксид натрия, желатин, дистиллированная вода; пробирки, бюретка, пипетки, стаканчики.

Ход работы

Для работы необходимо приготовить 9 чистых сухих пронумерованных пробирок (на 25 мл). В первую пробирку наливают пипеткой 5 мл 0,01 н раствора , во вторую – 5 мл 0,001 н раствора .

В пробирках 3–7 приготовляют по 5 мл ацетатных буферных смесей со значениями рН, равными 3,8; 4,4; 4,7; 5,1; 5,7 сливанием определенных объемов 0,1 н растворов (А) и (В)

(смотри таблицу). Объемы растворов и отмеряют пипетками (на 5 мл). Приготовленные буферные смеси перемешивают встряхиванием. В восьмую пробирку наливают 5 мл 0,001 н раствора , а в девятую – 5 мл 0,01 н раствора .  

Водородный показатель растворов кислоты и щелочи измеряется на рН-метре. Перед работой необходимо ознакомиться с методикой измерения рН на приборе рН-121.

Во все пробирки добавляют из бюретки (объемом на 25 мл) по 2 мл 1 %-ного раствора желатина, тщательно перемешивают. Затем из бюретки емкостью 25 мл добавляют в каждую пробирку по 2 мл этилового спирта (по возможности безводного) при интенсивном встряхивании.

Заносят в таблицу 1 время начала опыта.

Таблица 1 – Устойчивость растворов желатина в зависимости от рН среды

Примечание – Время начала опыта ... час ... мин Время окончания

опыта ... час ... мин

Приготовленные смеси имеют равные объемы (9 мл). Следовательно, концентрация желатина во всех пробирках одинакова.

Наблюдают за растворами, отмечая время появления помутнения. Появление помутнения лучше наблюдать на темном фоне, для чего пробирки ставят на лист черной бумаги и просматривают их сверху через всю толщу раствора. Записывают время помутнения (мин) от начала опыта.

Задания  

1. Заполнить таблицу 1, построить кривую зависимости устойчивости растворов желатина от рН среды, откладывая на оси абсцисс рН, на оси ординат – время появления помутнения.

2. Сделать вывод о влиянии рН среды на устойчивость раствора желатина. При каком значении рН раствор желатина обладает наименьшей устойчивостью?

Лабораторная работа № 17

Защитное действие растворов высокомолекулярных соединений на золи

Цель работы:  Исследовать влияние защитного действия ВМС в зависимости от их природы на устойчивость золя берлинской лазури.

 Материалы и оборудование

 Золь берлинской лазури, желатин, крахмал, соль алюминия, дистиллированная вода; пробирки, бюретка, пипетки, стаканчики.

Ход работы

В три пронумерованные пробирки объемом 5 мл наливают по 4 мл дистиллированной воды, 5 мл золя берлинской лазури. В первую пробирку добавляют 1 мл 0,5 % раствора желатина, во вторую – 1 мл 0,5 % раствора крахмала, в третью – 1 мл дистиллированной воды. Хорошо перемешивают содержимое пробирок встряхиванием. При встряхивании поочередно во все три пробирки приливают из микропипетки по каплям 0,2 М раствор соли алюминия до наступления явной коагуляции золя берлинской лазури (просматри-вать растворы в проходящем свете). Замеряют объемы растворов соли алюминия, необходимые для коагуляции золя в первой, второй и третьей пробирках. Данные заносят в таблицу 1.

Задания

1 Заполнить таблицу 1, рассчитать порог коагуляции.

2 Сделать вывод о влиянии ВМС на устойчивость золя берлинской лазури.

3 Как изменяется порог коагуляции в зависимости от природы защитных ВМС? Дать теоретическое объяснение.

Лабораторная работа № 18

Тема:   Обнаружение катионов по конкретному заданию

Задачи:  сформировать умение  с помощью методов титриметрического анализа  определять количественный состав смеси двух компонентов.

Оборудование: бюретка, гидроксид натрия,  карбонат натрия, соляная кислота, колбы, мерные стаканы,  мерные цилиндры, фенолфталеин, метилоранж, вода.

Ход работы:

1. Полученный раствор  перелить в стакан и добавить воды до метки 50 мл.  
2. Для титрования в колбу  отобрать 5 мл данного раствора (измерьте в мерном цилиндре), добавить 5 капель  фенолфталеина.
3. Провести титрование  отобранной пробы 0,1Н раствором НCl до обесцвечивания.
4.  Это первая точка эквивалентности, поэтому необходимо  записать  

V (1 HCl) израсходованный на нейтрализацию NaOH  и половины Na2CO3

5.  К этому раствору добавить 2-3 капли метилоранж и не добавляя титра продолжить титрование до появления  оранжево-красной окраски.
6. Это вторая точка эквивалентности, поэтому необходимо записать

V (2 HCl) , израсходованный на нейтрализацию другой половины Na2CO3. 

7. Запишите полученные данные Vколбы = ?,  Vпип = ?,  N(HCl) = ?,  

V (1 HCl)  = ?,   V (2 HCl) =?.

8. Проведите расчеты

Если на титрование гидроксида натрия  и половины карбоната натрия пошло  V (1 HCl)  , а на титрование  смеси  - V (2 HCl) , то на титрование  половины карбоната натрия израсходовано ▲V (HCl) = V (2 HCl) - V (1 HCl) , значить на титрование всего количества гидроксида натрия ушло

2* ▲V (HCl).

На титрование гидроксида натрия израсходовано V (2 HCl) - 2* ▲V (HCl).

Масса карбоната натрия равна  m = Tраб р-р * 2* ▲V (HCl).* Vколб\ Vпип

Масса гидроксида натрия  равна

m = Tраб р-р * (▲V (HCl) - 2* ▲V (HCl).) *Vколб\ Vпип

Сделать вывод по работе

 Лабораторная работа № 19

Обнаружение анионов по конкретному заданию

Используя таблицу Качественные реакции и предложенный набор реактивов определите в какой пробирке находится кальция карбонат, меди сульфат, никеля хлорид, натрия гидроксид.

( набор реактивов и вещества для анализа могут варьироваться)

Проиллюстрируйте ответ уравнениями реакций

Лабораторная работа № 20

Анализ сухой соли

Используя таблицу Качественные реакции и предложенный набор реактивов определите в какой пробирке находится серная кислота, гидроксид натрия, вода, сульфат бария

( набор реактивов и вещества для анализа могут варьироваться)

Проиллюстрируйте ответ уравнениями реакций

Лабораторная работа № 21

Определение содержания кристаллизационной воды в гидрокристаллах хлорида бария

Чистый и сухой бюкс с закрытой крышкой взвешивают на аналитических весах. Хлорид бария массой 1,5 г переносят в бюкс и повторяют взвешивание. Бюкс с навеской образца помещают в сушильный шкаф на 2 часа при температуре 120-125 градусов, после чего охлаждают 20 минут и взвешивают на аналитических весах. Затем повторно помещают в сушильный шкаф на 1 час, охлаждают и вновь взвешивают. Если разница последнего взвешивания по сравнению с предыдущим не более 0,00002 г, то кристаллизационная вода считается удаленной полностью.

Протокол анализа

Определите содержание кристаллизационной воды в навеске (г,%). Найдите абсолютную и относительную погрешность определения из отклонений от среднего арифметического значения

Лабораторная работа № 22

Тема:  Проведение объемного анализа.

Задачи:  сформировать умение проводить титрование  используя восстановительно –окислительный метод, производить расчет массовой доли сухого вещества, продолжить развитие навыков  расчета титра, нормальности раствора и массы вещества в растворе.

Оборудование: бюретка, хлорид бария, сульфаты различных металлов,  колбы, мерные стаканы,  мерные цилиндры,  вода.

Ход работы:

1. Полученный раствор соли (сульфата меди)  разбавить водой  в мерном стакане до отметки 50 мл и тщательно перемешать палочкой.
2. Для титрования в пробирку  отобрать 5 мл, (измерьте в мерном цилиндре) полученного образца и добавит 5 капель кислоты.
3. Провести титрование  отобранной пробы 0,1Н раствором хлорида бария, до образования устойчивого осадка.
4. Записать объем израсходованного титра.
5. Повторить  титрование три раза и определить средний объем израсходованного раствора хлорида бария  по формуле

Vср= (V 1+ V2 + V3) : 3

6. Рассчитать массу  соли (сульфата меди)  в растворе по формуле

m = Траб. р-р * Vраб. р-р * (Vколб / Vпип)

7.  Рассчитать массовую долю соли (сульфата меди) по формуле

ώ = m (соли) : m(раствора),    m(раствора) =  p * Vр-р

8.  Повторить данный опыт для  второй соли.

Сделать вывод по работе

Лабораторная  работа  № 23.

Тема: «Приготовление рабочих растворов различной концентрации»

Задачи:  обобщить знания, полученные при изучении  темы растворы;  сформировать навыки  приготовления рабочих растворов электролитов, определенной концентрации; развивать умения оформлять проведенные опыты.

Оборудование:   гидроксид натрия, хлорид натрия, набор солей,  набор пробирок, весы, вода, мерный цилиндр.

Ход работы:

Задание 1. Приготовить 25 г  раствора гидроксида натрия, концентрацией 0,5моль/л.

Для приготовления раствора необходимо вычислить массу сухого гидроксида натрия.

Для этого воспользуйтесь формулой  С = m\ Mr *V. ПОМНИТЕ, что массу вещества измеряем в граммах, а объём раствора берём в литрах!

После того как вычислите массу вещества, определите количество воды,  необходимой для приготовления раствора,  для этого необходимо из массы раствора вычесть массу вещества. (объем воды = массе воды).

Взвесьте на весах сухой гидроксид натрия, отмерьте в мерном цилиндре необходимое количество воды и приготовьте раствор в стакане.

Задание 2. Приготовьте 40 г раствора хлорида натрия,  с концентрацией 0,1 моль/л.  ( технологический процесс такой же как в первом задании).

Задание 3.  Приготовьте     _         г раствора предложенной вам соли, с концентрацией    _            _        моль/л.

Задание 4.  Решите задачу:  определите массовую долю  хлорида натрия в 500 г раствора,  если концентрация NaCl = 0, 05 моль/л.

Лабораторная работа № 24  

Тема:  «Установление титра заданного раствора щелочи или кислоты»

Цель:  обобщить знание по теме гравиметрический анализ, сформировать умение  приготовления растворов, заданной концентрации, развивать навыки решения расчетных задач по теме.

Оборудование: колбы, термометр, спиртовка,  весы, разновесы, реактивы:  NaOH, HCl, CH3COOH,  соли по вариантам.

Ход работы:

Задание 1.  Приготовьте 5% раствор гидроксида натрия, если известно, что дан 20% раствор NaOH.  Для выполнения задания рассчитайте объем необходимой воды и заданного раствора по формуле  ώ =   V (в) /  V (р-р)* 100%.  С помощью мерной колбы отмерьте рассчитанный вами объем заданного раствора и необходимой для разбавления воды. В чистой пробирке приготовьте 5% раствор NaOH (пробирку подпишите). ОСТОРОЖНО!

Задание № 2. Приготовьте 10% раствор  соляной кислоты, если известно, что дан  30% раствор HCl .  Для выполнения задания рассчитайте объем необходимой воды и заданного раствора по формуле  ώ =   V (в) /  V (р-р)* 100%.  С помощью мерной колбы отмерьте рассчитанный вами объем заданного раствора и необходимой для разбавления воды. В чистой пробирке приготовьте 10% раствор HCl (пробирку подпишите). ОСТОРОЖНО добавляем кислоту в воду!

Задание 3.  Приготовьте 9% раствор уксусной кислоты, если известно, что дан 70% раствор CH3COOH.  Для выполнения задания расчитайте объем необходимой воды и заданного раствора по формуле  ώ =   V (в) /  V (р-р)* 100%.  С помощью мерной колбы отмерьте рассчитанный вами объем заданного раствора и необходимой для разбавления воды. В чистой пробирке приготовьте 9% раствор CH3COOH  (пробирку подпишите). ОСТОРОЖНО!

 Задание 4. Приготовьте       %  раствор  соли                       . Для этого рассчитайте массу необходимой соли и воды ( плотность воды = 1). Для расчета массы используйте формулу

ώ =  m (в) /  m (р-р)* 100%.  Взвесьте на весах соль, высыпите в чистую пробирку и добавьте необходимый объём воды t= 200С. (пробирку подпишите)

Задание 5.  Решите задачи:

1. В воде массой 48 г растворили гидроксид натрия массой 2 г. Определите массовую долю в процентах растворенного вещества в полученном растворе.
2. Смешали раствор массой 200 г с массовой долей растворенного вещества 5% и раствор массой 100 г с массовой долей того же вещества 15%. Чему равна массовая доля растворенного вещества в полученном растворе?

Сделать вывод по работе

Лабораторная работа № 25

Определение содержания аммиака в растворе аммониевой соли методом обратного титрования

Цель работы: определить содержание аммиака в солях аммония методом обратного титрования.

Сущность работы. Аммониевые соли проявляют свойства очень слабых кислот, поэтому их прямое титрование невозможно; используют косвенные методы – метод обратного титрования или метод замещения. Определение аммиака методом обратного титрования проводят следующим образом: к раствору соли аммония добавляют точно измеренное количество щелочи в избытке. Часть щелочи вступает в реакцию:

Раствор кипятят до полного удаления аммиака. Избыток щелочи остается в растворе, его титруют раствором кислоты.

Зная количество щелочи, введенное в раствор соли аммония и оставшееся после удаления аммиака, вычисляют содержание аммиака.

Оборудование и реактивы: аналитические весы; бюретка вместимостью 25,00 см3; бюретка вместимостью 50,00 см3; мерная колба вместимостью 250,00 см3; стакан вместимостью 150,00 см3; колба коническая для титрования; мерный цилиндр вместимостью 10 см3; мерная пипетка вместимостью 5 – 10 см3;  соляная кислота, Cэкв(HCl)  0,1 моль/дм3; раствор NaOH, Cэкв(NaOH)  0,1 моль/дм3; хлорид аммония, ч.д.а. или х.ч.; индикатор метиловый оранжевый; красная лакмусовая бумага.

Методика выполнения анализа

В колбе для титрования получают раствор соли аммония, добавляют точно отмеренный объем титрованного раствора NaOH (2030 см3) и кипятят до полного удаления аммиака. Для проверки полноты удаления аммиака через некоторое время в пары вносят красную лакмусовую бумажку, смоченную в дистиллированной воде. Если аммиак удален полностью, лакмусовая бумажка не должна синеть. После полного удаления аммиака раствор охлаждают, ополаскивают внутренние стенки колбы дистиллированной водой и титруют раствором хлороводородной кислоты с индикатором метиловым оранжевым до перехода окраски раствора из желтой в оранжевую. При расчете массы аммиака в растворе соли аммония, используют формулу:

        ,

где        Сэкв.(NaOH) – молярная концентрация эквивалентов раствора NaOH, моль/дм3; V(NaOH)  объем раствора NaOH, см3; Сэкв.(HCl) – молярная концентрация эквивалентов раствора HCl, моль/дм3; V(HCl)  объем рабочего раствора, израсходованный на титрование, см3; Мэкв.(NH3) – молярная масса эквивалентов аммиака, г/моль.

Сделайте вывод по работе

Лабораторная работа № 26

Взаимодействие кислот, солей и оснований с различными индикаторами

Цель:  познакомиться экспериментально с химическими свойствами кислот, оснований; составить уравнения химических реакций в молекулярном и ионном виде; провести  эксперимент, соблюдая правила техники безопасности.

Вывод:

Лабораторная работа № 27.

Тема:  Установление нормальной концентрации различных растворов.

Цель:  сформировать  умения и навыки проводить необходимые расчеты  при приготовлении растворов разной процентной концентрации.

Оборудование:  вода,  медный купорос, хлорид натрия, мерный цилиндр, весы с разновесами,  стаканы.

Ход работы:

1. Теоретическая часть

А) Растворение вещества в растворителе. Используемая формула ,  б = а –х,  где х – масса растворяемого вещества, необходимая для приготовления требуемого  количества (а) раствора с заданной концентрацией (А), б – масса растворителя.

Б) Растворение кристаллогидрата в растворителе. При растворении кристаллогидрата в воде необходимо учитывать разбавление раствора за счет кристаллизационной воды.  Используемая формула:  х = Аб.в. *  z / 1 - , где х – масса кристаллогидрата, которую надо растворить в 100 г воды, чтобы приготовить раствор с заданной концентрацией,  Z =   (М1 и М молярные массы кристаллогидрата и безводного вещества), Абв – требуемая концентрация безводного вещества  в г на 100 г воды, (находится по таблице)

2. Практическая часть.

Задание 1.  Приготовьте  40 г 10% -го раствора хлорида натрия. Для расчетов используйте теорию под буквой А).  Для приготовления раствора высчитайте массу воды и массу соли.

Задание 2.  Приготовьте 40%-ный раствор медного купороса.  Для  расчетов используйте теорию под буквой Б).  Рассчитайте массу кристаллогидрата медного купороса. Масса воды 100г. Абв = 66,67 г на 100 г воды.

Все расчеты производите в работе

Лабораторная работа № 28

Тема:  Установление титра и нормальной концентрации раствора перманганата калия.

Задачи:  сформировать умение проводить титрование растворов, продолжить развитие навыков  расчета титра, нормальности раствора и массы вещества в растворе.

Оборудование: бюретка, гидроксид натрия,  соляная кислота, колбы, мерные стаканы,  мерные цилиндры, метилоранжевый , вода.

Ход работы:

1. Полученную кислоту разбавить водой  в мерном стакане до отметки 100 мл и тщательно перемешать палочкой.
2. Для титрования в коническую колбу отобрать 10 мл, (измерьте в мерном цилиндре), добавить 2 капли  метилоранжевый.
3. Провести титрование  отобранной пробы 0,1Н раствором NаOH.
4. Повторить  титрование три раза и определить средний объем израсходованной щелочи по формуле Vср= V 1+ V2 + V3/ 3
5. Рассчитать массу  кислоты в растворе по формуле

m = Траб. р-р * Vраб. р-р * (Vколб / Vпип)

6.  Решить задачу: В 350 мл раствора карбоната натрия  содержится 3,45 г вещества.  Определите молярную концентрацию, нормальность и титр раствора.

Лабораторная работа № 29

Тема: «Определение жесткости воды»

  Цель работы:  Ознакомиться с одним из свойств воды – жесткостью, способами ее определения и устранения.

Оборудование:  пробы воды, 0,1 Н раствор соляной кислоты, метил оранжевый, бюретка для титрования, колба, пробирки, спиртовка, сода.

Ход работы:

  Теоретическая часть.

     Воду с растворенными в ней солями называют жесткой, а совокупность свойств такой воды – жесткостью. Жесткая вода образует накипь на стенках паровых котлов, отопительных приборов и бытовой металлической посуды. Она не пригодна для производства бумаги и крашения тканей, для приготовления пищи и напитков. В жесткой воде не пенится мыло, плохо развариваются овощи и мясо.

     Согласно ГОСТ 6055 – 86 различают:

• карбонатную жесткость – это совокупность свойств воды, обусловленных присутствием в ней гидрокарбонатов кальция, магния и железа. Часто этот вид жесткости называют временной или устранимой;
• некарбонатную жесткость – совокупность свойств воды, обусловленных присутствием в ней сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов кальция, магния и железа. Этот вид жесткости также называют постоянной или неустранимой;
• общую жесткость, складывающуюся из карбонатной и некарбонатной жесткости. Она равна сумме концентраций ионов Са2+, Mg2+, Fе2+.

     Количественно жесткость воды в России выражают единицами жесткости. За единицу жесткости принимают жесткость воды в одном литре которой содержится один миллимоль (ммоль) эквивалент ионов Са2+ или Mg2+. Числовое значение жесткости, выраженное в ммоль/л, совпадает со значением в моль/м3. Одна единица жесткости соответствует массовой концентрации ионов Са2+, равной 20, 4 мг/л или ионов Mg2+, равной 12, 15 мг/л.

     По величине жесткости различают воду:

• очень мягкую             < 1, 5 единиц (ммоль экв/л);
• мягкую                        1, 5 – 3 единиц;
• среднюю                      3, 6 – 6, 0 единиц
• жесткую                       6, 0 – 9, 0 единиц
• очень жесткую            > 9, 0 единиц.

Практическая часть.

     Опыт 1.     Определение временной жесткости воды.

     Пипеткой на 100 мл отберем в две чистые плоскодонные конические колбы (на 250 мл) по 100 мл предложенной пробы воды.

     В каждую из колб добавим по 3 капли раствора индикатора – метилового оранжевого (щелочной раствор имеет желтую окраску, а кислый – красную).

     В бюретку на 50 мл нальем до приблизительного 0 значения 0,1н раствор соляной кислоты и запишем точное значение начального положения уровня кислоты (по нижнему уровню мениска).

     Поставим обе колбы на лист белой бумаги. Одну из них оставим в сторону, она будет служит контрольным образцом для сравнения цвета растворов.

     Во вторую по каплям, при непрерывном вращательном перемешивании прильем из бюретки 0,1 н раствора соляной кислоты до перехода окраски раствора от желтой до оранжево – красной и сравним с цветом раствора, находящимся в первой колбе.

     В момент изменения окраски запишем значение положения уровня раствора кислоты (по нижнему краю мениска) в бюретке и вычислим израсходованный на титрование объем соляной кислоты.

     Процесс титрования повторим еще 2 раза с новыми порциями воды.  

     Проведение расчетов.

     Рассчитаем среднее значение объема кислоты, пошедшей на титрование, и по нему вычислим временную жесткость воды.

Vн = 0

VкHCL1 = Х1 (мл), VкHCL2 = Х2 (мл), VкHCL3= Х3 (мл)

                VкHCL1 +VкHCL3 +VкHCL2            

VсрHCL = —————————— =

                                     3                                      

             NHCl * VсрHCL                                           

Нвр = —————— * 1000=  ? ммоль экв/л

                 VH2O                                                               

 Вывод.

Лабораторная работа № 30  

Тема: Определение содержания вещества в растворе и построение градуировочного графика

 « Определение аскорбиновой кислоты в яблочном соке»

Цель:   сформировать умение использовать окислительно-восстановительное титрование для определения количества исследуемого вещества.  

Оборудование:  пробирки, раствор крахмала, яблочный сок, раствор йода, вода, бюретка, колбы.

Ход работы:

 Аскорбиновую кислоту определяют  иодиметрически прямым титрованием стандартным раствором йода в кислой среде.

Для определения количества аскорбиновой кислоты в яблочном соке необходимо выполнить следующие действия:

1. 10 мл яблочного сока разбавить водой до объема раствора 50 мл. К данному раствору добавить 2-3 капли кислоты, 1 мл  раствора крахмала.
2. В бюретку набрать стандартный раствор йода и провести титрование  10 мл полученной смеси до появления устойчивого синего окрашивания. Аскорбиновая кислота окисляется йодом и поэтому, пока вся кислота не окислится,  раствор не окрашивается  в синий цвет. Как только вся кислота окислится, происходит реакция йода с крахмалом.
3. Повторить опыт 3 раза, записать результаты. Определить среднее значение  объема титра по формуле Vср = V1 + V2 + V3
4. Рассчитать массу  аскорбиновой кислоты, содержащейся в яблочном соке  по формуле: m = Tраб. р-р *Vраб р-р*(Vколбы \ Vпип).

       Tраб. р-р  = (N*Mэкв) \ 1000,    Мэкв = М \ Э  для титрования используется стандартный раствор КI с концентраций 0,05н.

5. Решите задачу:  Определите массу  фосфорной кислоты, содержащейся в 500мл раствора, если на титрование 45 мл кислоты использовали 40 мл гидроксида натрия с концентрацией 0,05 моль /л.

Сделайте вывод по работе

Литература

Основные источники:

1. Физическая и коллоидная химия: учебник для студентов  учреждений среднего профессионального образования/ В.В. Белик, К.И. Киенская – 5-е изд стер. – М.: Издательский центр «Академия» , 2010 – 288 с.
2. Аналитическая химия: учебник для средних профессиональных учебных заведений / О.Е. Соенко. - Ростов – на –Дону: Феникс, 2009 – 309 с.
3. Химия 11 класс: учеб. для общеобразоват. учеб. заведений/  Л.С. Гузей, Р.П. Суровцев, Г.Г.Лысова – 4-е изд. Стереотип. – М.: Дрофа, 2009. – 140 с.: ил.
4. Химия 11 класс: учеб. для общеобразоват. учеб. заведений \ О.С. Габриелян, Г.Г. лысова – 2-е изд., испр. – М.: Дрофа, 2009. – 368 с.: ил.

               Дополнительные источники:

1. 1 сентября Химия приложение к газете «1 сентября» учрежденный Министерством образования науки РФ

2 .   Лабораторные опыты и практические работы по химии / учебное пособие М.: Аквариум – 2008, 256с.

3.  Окислительно – восстановительные реакции: Пособие для учащихся – 2-е изд – М.: Просвещение 2009 – 144 с

4.  Химические реакции: Пособие для учащихся –М.: Просвещение, 2008 – 176 с.

5. Химия в школе: научно-теоретический и методический журнал

учрежден Министерством образования и науки РФ.

6. Готовимся экзамен по химии – 4-е изд. – М.: Айрис – пресс, 2009. -368 с.: ил.

7. Химия для школьников старших классов и поступающих а вузы \ Н.Е. Кузьменко, В.В. Ерёмин, В.А. Попков – М.: ООО «издательский дом ОНИКС», 2008. – 544 с.:- ил

8. Аналитическая химия. Сборник вопросов, упражнений и задач – пособие для вузов. В.П.Васильев, Л.А. Кочергина, Т.Д. Орлова- 3-е изд. Стериотип. –М.:Дрофа, 2009 – 318с.

9.  Аналитическая химия в 2 –х книгах. Титриметрический и гравиметрический методы анализы, Физико-химические методы анализа – учебник для вузов,2-е изд, М.: - Дрофа, 2007

Интернет ресурсы

1.Alhimikov.net    2.Chimikal.ru    3.NANOBET.RU   4.SCI-LIB    5.WebElements

6.XuMuK.ru     7.Univer.ru