ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ЭКВИВАЛЕНТОВ ЦИНКА

Министерство образования и науки РФ

Иркутский государственный технический университет

ХИМИЯ

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

Иркутск 2005

Химия. Методические указания к выполнению лабораторных работ.

Составили: З.Н. Топшиноева, В.П. Зуева, А.Н. Волков, О.В. Лебедева. –Иркутск: 2005. - 34 с., ил.

Практикум по химии предназначен для студентов 1 курса, обучающихся по техническим направлениям и специальностям. Включает описание 11 лабораторных работ. Каждой лабораторной работе предшествует краткое теоретическое введение.

Библиогр. 5 назв. Рис. 1. Табл. 5.

Рецензент доцент кафедры химии Г.М. Белозерова

ОГЛАВЛЕНИЕ

Лабораторная работа 1

ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Все вещества делятся на простые и сложные. Сложные вещества подразделяются на четыре важнейших класса: оксиды, кислоты, основания, соли.

Оксиды – это сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2.

Оксиды разделяются на несолеобразующие (N₂O, NO, SiO) и солеобразующие. Солеобразующие оксиды по химическим свойствам делятся на основные (Na₂O, CaO, MgO), кислотные (SO₂, SO₃, P₂O₅, Mn₂O₇, CrO₃) и амфотерные (ZnO, Al₂O₃, Cr₂O₃, PbO).

Оксиды взаимодействуют:

Получаются оксиды взаимодействием простых и сложных веществ с кислородом, а также разложением некоторых кислородсодержащих веществ при нагревании:

2Са + O₂ = 2СаO

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

Кислоты – сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотного остатка (H₂SO₄, HNO₃, HCl).

Кислоты взаимодействуют:

1. С основаниями с образованием соли и воды

2HNO₃ + Ca(OH)₂ = Ca(NO₃)₂ + 2H₂O

2. С основными оксидами с образованием соли и воды

2HCl + ВаO = ВаCl₂ + H₂O

3. С солями с образованием новой соли и новой кислоты

H₂SO₄ + Ba(NO₃)₂ = BaSO₄↓ + 2HNO₃

Одним из способов получения кислот является взаимодействие кислотного оксида с водой:

P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

Основания – сложные вещества, состоящие из атомов металла, связанных с одной или несколькими гидроксильными группами (NaOH, KOH, Cu(OH)₂).

Основания взаимодействуют:

1. С кислотами с образованием соли и воды

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O

2. С кислотными оксидами с образованием соли и воды

2KOH + CO₂ = K₂CO₃ + H₂O

3. С солями с образованием новой соли и нового основания

NaOH + MgCl₂ = Mg(OH)₂↓ + 2NaCl

Растворимые в воде основания (щелочи) получают взаимодействием активных металлов или их оксидов с водой:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑

BaO + H₂O = Ba(OH)₂

Нерастворимые в воде основания получают реакцией обмена:

Fe₂(SO₄)₃ + 6KOH = 2Fe(OH)₃↓ + 3K₂SO₄

Соли – это продукты замещения водорода в кислоте на металл или гидроксильных групп в основании на кислотный остаток. Соли бывают средние, кислые, основные.

Средние соли (К₂SO₄, Na₃PO₄) – это продукты полного замещения водорода в кислоте на металл:

H₂SO₄ + 2KOH = K₂SO₄ + 2H₂O

Кислые соли (Сa(HCO₃)₂, Nа₂НРО₄) – это продукты неполного замещения водорода в кислоте на металл:

KOH + H₂SO₄ = KHSO₄ + H₂O

Основные соли ((СuOH)₂СO₃, FeOHCl₂) – это продукты неполного замещения гидроксильной группы в основании на кислотный остаток:

Mg(ОН)₂ + HCl = MgOHCl + Н₂О

Выполнение работы

Опыт 1. Получение и свойства основных оксидов (групповой)

(Проводить в вытяжном шкафу!)

Возьмите пинцетом кусочек магниевой стружки и внесите в пламя спиртовки. После воспламенения сожгите его над фарфоровой чашкой. Собранный в чашке оксид магния поместите в две пробирки. В одну прилейте 1-2 мл воды, хорошо взболтайте и добавьте 1-2 капли фенолфталеина. Объясните появление окраски. В другую пробирку добавьте 1-2 мл разбавленной серной кислоты и нагрейте на спиртовке до растворения осадка.

Составьте уравнения реакций взаимодействия магния с кислородом, оксида магния с водой и серной кислотой. Какими свойствами, основными или кислотными, обладает оксид магния?

Опыт 2. Получение и свойства кислотных оксидов (групповой)

(Проводить в вытяжном шкафу!)

Поместите в металлическую ложечку кусочек серы величиной с горошину и нагрейте на пламени спиртовки. Когда сера загорится, поднесите к ней влажную индикаторную бумажку. В какой цвет она окрашивается? О каких свойствах оксида серы (IV), основных или кислотных, свидетельствует окраска индикатора?

Напишите уравнения реакций взаимодействия серы с кислородом, оксида серы (IV) с водой.

Опыт 3. Взаимодействие амфотерных оксидов с кислотами и щелочами

В две пробирки поместите немного оксида цинка и прилейте в одну пробирку соляной кислоты, а в другую – щелочи. Если осадок не растворяется, пробирку подогрейте.

Напишите уравнения реакций взаимодействия оксида цинка с кислотой и щелочью.

Опыт 4. Получение и свойства оснований

Налейте в пробирку 1-2 мл раствора сульфата никеля и прибавьте столько же щелочи NaOH. Наблюдайте образование студенистого осадка. Отметьте его цвет. Содержимое пробирки поделите на две части. Испытайте растворимость осадков в кислоте и щелочи. Сделайте вывод о свойствах гидроксида никеля (II).

Напишите уравнения реакций получения гидроксида никеля (II) и его растворения.

Опыт 5. Получение основных солей

К 1-2 мл раствора хлорида кобальта (II) добавьте концентрированный раствор щелочи до образования розового осадка гидроксида кобальта (II). К осадку прилейте по каплям раствор соляной кислоты. Наблюдайте образование синего осадка основной соли. Затем добавьте избыток кислоты до его растворения.

Напишите уравнения реакций получения гидроксида кобальта (II), основной соли CoOHCl и растворения ее в избытке кислоты.

Лабораторная работа 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ЭКВИВАЛЕНТОВ ЦИНКА

Эквивалент(Э) – это реальная или условная частица вещества, соответствующая одному иону водорода в кислотно-основных или ионообменных реакциях, или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях. Под реальной частицей понимают реально существующие соединения (NaOH, H₂SO₄, H₂O), под условной – доли этих реальных частиц (1/2 H₂SO₄, ½ H₂O).Единицей количества эквивалентов является моль. Моль эквивалентов – это количество вещества, содержащего 6,02×10²³ эквивалентов. Масса одного моль эквивалентов называется молярной массойэквивалентов(М_Э)и выражаетсяв г/моль.

Для расчета молярной массы эквивалентов можно использовать формулы:

где М_А – молярная масса атомов данного элемента; В - валентность атома

где М – молярная масса данного вещества; В - валентность функциональной группы; n – число функциональных групп в молекуле.

Для кислот функциональной группой является ион водорода, для оснований – гидроксид-ион, для солей – ион металла. Например,

М_э(Al) = М_A/В = 27/3 = 9 г/моль,

М_э(H₂SO₄) = М/В∙n = 98/1∙2 = 49 г/моль,

М_э(NaOH) = М/В∙n = 40/1∙1 = 40 г/моль,

М_э((Al₂(SO₄)₃) = М/В∙n = 342/3∙2 = 57 г/моль.

 Эквивалент (Э) – безразмерная величина, состав которой выражают с помощью знаков и формул. Например, Э(NaOH) = NaOH, Э(H₂SO₄) = 1/2H₂SO₄. Число, обозначающее, какая доля от реальной частицы эквивалентна одному иону водорода или одному электрону, называется фактором эквивалентности (f_э). Фактор эквивалентности определяется по формуле:

f_э = M_э /M

Например,

f_э(Al) = 9/27 = 1/3, f_э (H₂SO₄) = 49/98 = 1/2,

f_э(NaOH) = 40/40 = 1, f_э ((Al₂(SO₄)₃) = 57/342 = 1/6.

Выполнение работы

Один из методов определения молярной массы эквивалентов металла основан на реакции растворения металла в избытке кислоты и измерении объема выделившегося водорода. По объему водорода вычисляют его массу, а затем молярную массу эквивалентов металла.

Определение молярной массы эквивалентов металла производится в приборе, изображенном на рисунке. Прибор состоит из трех частей: колбы А, двугорлой склянки Вульфа Б и приемника В. Отверстия двугорлой склянки закрываются резиновыми пробками, через которые проходят стеклянные трубки: короткая, оканчивающаяся сразу под пробкой, и длинная, доходящая почти до дна склянки. Короткая стеклянная трубка соединяется резиновой трубкой с колбой А, а длинная - со стеклянной трубкой Г, опущенной в приемник В.

Наклоните колбу так, чтобы навеска цинка упала в кислоту, и откройте зажим. Водород, выделившийся при взаимодействии металла с кислотой, вытесняет воду из склянки Б в приемник В. Когда весь металл растворится, дайте прибору остыть, не закрывая зажима. Осторожно выньте из приемника трубку Г (следите, чтобы из нее не вылилась вода), измерьте мерным цилиндром объем воды в приемнике. Этот объем равен объему водорода, выделившегося при взаимодействии металла с кислотой. Запишите показания барометра и термометра. Исходные данные и результаты расчетов занесите в табл. 1.

Таблица 1