Лабораторные работы по химии
учебно-методический материал

Лабораторная работа №1

Исследование типов химических реакций

Цель:  исследовать типы и признаки химических реакций

Планируемые результаты:

Предметные:

• владеть основными методами научного познания, используемыми в химии: наблюдения, описание, измерение, эксперимент; умение обрабатывать, объяснять результаты проведенных опытов и делать выводы; готовность и способность применять методы познания при решениях практических задач;
• владеть правилами техники безопасности при использовании химических веществ.

Оборудование и реактивы:

штатив для пробирок, пробирки, растворы соляной, серной кислот, раствор гидроксида натрия, раствор медного купороса (сульфата меди), хлорида железа (III). раствор карбоната натрия (калия)

гранулы цинка.

Теоретическая часть

Химическая реакция — процесс, в течение которого одни вещества превращаются в другие. 

     Существует несколько видов классификаций химических реакций:

Примеры:               2S +4O2   +   O2 0   =  2S +6O3 -2

                          S +4 -  2e−     =  S +6         │X 3 │6, восстановитель

                          3O 0 2  +  6 e−  = 2 O3 -2       │X1 │ 6, окислитель

Реакция:

1) окислительно-восстановительная,

2) реакция соединения.

   2К +1О -2Н +1 +  Н2 +1S +6O4  -2 =  K2 +1S +6O4 -2  +  2H2 +1O -2

Реакция:

1) не окислительно-восстановительная

2) обмена

Ход работы

1.  Насыпьте в пробирку 2-3 г. оксида кальция, добавьте 3-4 мл. воды. Что наблюдаете? Добавьте к полученному раствору 2-3 капли фенолфталеина. Как изменился цвет раствора? Запишите уравнение реакции. Определите степени окисления всех элементов. Определите тип реакции.

2. Поместите кусочек металлического натрия в пробирку, добавьте несколько мл воды.

Что наблюдаете? Добавьте к полученному раствору 2-3 капли фенолфталеина. Как изменился цвет раствора? Запишите уравнение реакции. Определите степени окисления. Определите тип реакции.

3. Поместите гранулу цинка в пробирку, добавьте 2-3 мл раствора разбавленной серной кислоты. Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции. Определите тип реакции.

4. В пробирку налить 2-3 мл щелочи, добавить 1-2 капли фенолфталеина, затем раствор соляной кислоты. Как изменяется цвет раствора? Запишите уравнение реакции. Определите степени окисления всех элементов. Определите тип реакции.

5. В пробирку налить 4-5 мл раствора карбоната натрия (калия) добавить 2-3 мл соляной (серной) кислоты. Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции. Определите тип реакции.

6. В пробирку налить 4-5 мл раствора щелочи  добавить 2-3 мл хлорида железа (III). Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции. Определите тип реакции.

7. В пробирку налить 4-5 мл раствора щелочи  добавить 2-3 мл сульфата меди. Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции. Определите тип реакции.

Отчет по лабораторной работе №1

 Исследование типов химических реакций

Цель:  исследовать типы и признаки химических реакций

Вывод:

1. Химические реакции по признаку изменения числа и состава исходных веществ и продуктов реакции делятся на следующие типы:

 __________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

2. Реакции ________________всегда являются окислительно-восстановительными.

3. Реакции________________никогда не являются окислительно-восстановительными

Лабораторная работа №2 

Определение зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ». Исследование зависимости скорости реакции от концентрации. Определение константы скорости реакции графическим методом

Цель:  исследовать зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ, определить константу скорости реакции.

Планируемые результаты:

Предметные:

• владеть основными методами научного познания, используемыми в химии: наблюдения, описание, измерение, эксперимент; умение обрабатывать, объяснять результаты проведенных опытов и делать выводы; готовность и способность применять методы познания при решениях практических задач;
• владеть правилами техники безопасности при использовании химических веществ.

Оборудование и реактивы:

штатив для пробирок, пробирки, растворы соляной, серной кислот, раствор тиосульфата натрия,   мел, порошок мела, дистиллированная вода

Теоретическая часть

Скорость реакции. Ее зависимость от разных факторов.

Раздел химии, изучающий скорости и механизмы протекания реакций, называется химической кинетикой.

Скорость химической реакции показывает, как быстро происходит та или иная реакция. Взаимодействие происходит при столкновении частиц в пространстве. При этом реакция происходит не при каждом столкновении, а только когда частица обладают соответствующей энергией.

Если реакция  гомогенная – т.е. продукты и реагенты находятся в одной фазе – то скорость химической реакции определяется, как изменение концентрации вещества в единицу времени:

υ = ΔC / Δt

Если реагенты, или продукты находятся в разных фазах, и столкновение частиц происходит только на границе раздела фаз, то реакция называется гетерогенной, и скорость ее определяется изменением количества вещества в единицу времени на единицу реакционной поверхности:

υ = Δν / (S·Δt)

Факторы, влияющие на скорость химической реакции

1. Температура

 Правило Вант-Гоффа ( 19 в.): повышение температуры на 10оС приводит к увеличению скорости химической реакции в 2-4 раза (эту величину называют температурный коэффициент скорости химической реакции γ).

Точное значение температурного коэффициента определяется для каждой реакции.

 здесь v2 — скорость реакции при температуре T2,

v1 — скорость реакции при температуре T1,

γ — температурный коэффициент скорости реакции, коэффициент Вант-Гоффа. 

2. Концентрация 

Также изменить число эффективных соударений можно, изменив концентрацию реагирующих веществ. Понятие концентрации, как правило, используется для газов и жидкостей, т.к. в газах и жидкостях частицы быстро двигаются и активно перемешиваются. Чем больше концентрация реагирующих веществ (жидкостей, газов), тем больше число эффективных соударений, и тем выше скорость химической реакции.

Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных их коэффициентам в уравнении химической реакции.

Для химической реакции вида: aA + bB = cC + dD закон действующих масс записывается так:

здесь v —  скорость химической реакции,

CA и CB — концентрации веществ А и В, соответственно, моль/л

k – коэффициент пропорциональности, константа скорости реакции. 

3. Давление

Концентрация газов напрямую зависит от давления. При повышении давления повышается концентрация газов. Математическое выражение этой зависимости (для идеального газа) — уравнение Менделеева-Клапейрона: 

pV = νRT 

 4. Катализатор 

Катализаторы – это химические вещества, участвующие в химической реакции, изменяющие ее скорость и направление, но не расходующиеся в ходе реакции (по окончании реакции не изменяющиеся ни по количеству, ни по составу).  

5. Площадь соприкосновения реагирующих веществ 

 Для гетерогенных реакций одним из способов увеличить число эффективных соударений является увеличение площади реакционной поверхности. Чем больше площадь поверхности контакта реагирующих фаз, тем больше скорость гетерогенной химической реакции. Порошковый цинк гораздо быстрее растворяется в кислоте, чем гранулированный цинк такой же массы.

 6. Природа реагирующих веществ

 На скорость химических реакций при прочих равных условиях также оказывают влияние химические свойства, т.е. природа реагирующих веществ.

Ход работы

1. Зависимость скорости гомогенных реакций от концентрации

Гомогенная реакция:

Na2S2O3 +  Н2SO4 =  S ↓  +   SO2 ↑ +  Na2SO4   +   H2O

Возьмите 4 пробирки.  Налейте пипеткой 5% -ый раствор тиосульфата натрия в воду в следующих пропорциях:

В первую пробирку добавьте 2 мл 2,5% –го раствора серной кислоты. Перемешайте содержимое пробирки. Заметьте по секундомеру, через какой промежуток времени появляется муть. Аналогичные опыты проделайте с растворами в трех других пробирках, определяя время протекания реакции до одной и той же степени помутнения раствора. Результаты запишите следующим образом:

Зная время протекания реакции (t), можно сделать вывод об изменении скорости реакции (v), в зависимости от концентрации веществ, т.к. по определению, скорость реакции является величиной, обратной времени V = 1/t.

Постройте график зависимости скорости реакции (ось ординат) от концентрации (ось абсцисс).

2. Скорость гетерогенных реакций

Налейте в две пробирки по 5 мл раствора соляной кислоты и одновременно в дну бросьте кусочек мела, в другую – ссыпьте порошок.

В какой из пробирок реакция пошла быстрее и почему? Составьте уравнение реакции взаимодействия мела с соляной кислотой. Напишите уравнение для скорости этой реакции.  Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от поверхности соприкосновения веществ.

Вывод:

1. Скорость гомогенных реакций прямо пропорциональна___________________________

___________________________________________________________________________________

2. Скорость гетерогенных реакций зависит от_____________________________________

___________________________________________________________________________

Лабораторная работа №3

Проведение качественных реакций на отдельные классы неорганических веществ

Цель: провести опыты по распознаванию неорганических веществ с помощью качественных реакций.

Планируемые результаты:

Предметные:

• владеть основными методами научного познания, используемыми в химии: наблюдения, описание, измерение, эксперимент; умение обрабатывать, объяснять результаты проведённых опытов и делать выводы, готовность и способность применять методы познания при решении практических задач;
• владеть правилами техники безопасности при использовании химических веществ.

Оборудование и реактивы: штатив для пробирок, пробирки;

 Растворы серной кислоты, раствор гидроксида натрия, раствор медного купороса (сульфата меди), раствор хлорида железа (III), раствор сульфата железа (II),  раствор карбоната калия (натрия), раствор сульфата (хлорида) магния, раствор ортофосфата натрия; индикаторы – фенолфталеин, метилоранж, лакмусю

Теоретическая часть

Для определения принадлежности неизвестного вещества к тому или иному классу соединений проводят функциональный (качественный) анализ.

Качественные реакции - характерные реакции, используемые для идентификации различных веществ. Идентификация в химии — установление тождества неизвестного соединения с другим известным.

Качественными называют реакции, которые позволяют отличить одни вещества от других, узнать качественный состав неизвестных веществ.

Качественные реакции - это легко выполнимые, характерные химические реакции, при которых наблюдается появление или исчезновение окрашивания, выделение или растворение осадка, образование газа и др.

 Запомнить! Для анализа отбирают такие реакции, в результате проведения которых,  происходит изменение окраски, выпадение осадка или выделение газа. Такие реакции называются качественными.

 Ход работы

  1. Изменение окраски индикаторов в водных растворах.

                  1) В три пробирки налить 4-5 мл воды. Добавить в каждую пробирку по 1-2 капли метилоранжа, фенолфталеина, лакмуса

                  2) В три пробирки налить 2-3 мл раствора кислоты. Добавить в каждую пробирку по 1-2 капли метилоранжа, фенолфталеина, лакмуса

                 3) В три пробирки налить 2-3 мл раствора щелочи. Добавить в каждую пробирку по 1-2 капли метилоранжа, фенолфталеина, лакмуса

Отчет оформить в виде таблицы, фиксируя полученный цвет растворов:

Запишите уравнение диссоциации кислоты и щелочи. Какие катионы и анионы дают качественную реакцию на данные индикаторы?

2. Проведение качественных реакций на катионы

 Проведите качественные  реакции на катионы:    Fe2+, Fe3+, Cu2+, Мg2+

Опишите наблюдения и уравнения реакций в молекулярном, полоном ионном и сокращенном ионном виде.

3. 2. Проведение качественных реакций на анионы

 Проведите качественные  реакции на анионы:  СО3 2- ,  SO4 2- , РО 4 3-

Опишите наблюдения и уравнения реакций в молекулярном, полоном ионном и сокращенном ионном виде.

Для выбора реактива при проведении качественных реакций пользуйтесь таблицей 1:

Таблица 1

Отчет по лабораторной работе №2

Проведение качественных реакций на отдельные классы неорганических веществ

Цель: провести опыты по распознаванию неорганических веществ с помощью качественных реакций.

Вывод:

1.  С помощью,  каких индикаторов  можно определить характер среды_______________

____________________________________________________________________________

2. С какой целью проводятся качественные реакции?_______________________________

__________________________________________________________________________