- •М о д у л ь 1. Основні поняття і закони хімії т е м а 1 (вступна). Основні поняття і закони хімії.
- •1.4. Список рекомендованої літератури
- •2.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •2.4. Лабораторна робота
- •2.5. Список рекомендованої літератури
- •3.1.Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •3.2. Приклади розвязування типових задач
- •3.3. Задачі для самостійного рішення: 182, 183, 190, 208
- •3.4. Лабораторна робота
- •3.5. Список рекомендованої літератури
- •4.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •4.2. Приклади розвязування типових задач.
- •4.3. Задачі для самостійного рішення: 720, 724, 736
- •4.4. Лабораторна робота
- •Дослід 3. Утворення сольватокомплексів
- •Дослід 6. Стійкість комплексів
- •4.5. Список рекомендованої літератури
- •М о д у л ь 2. Основні закономірності протікання хімічних реакцій т е м а 5. Енергетика хімічних процесів
- •5.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •5.2. Приклади розвязування типових задач
- •Розв’язок: Температуру початку реакції розрахуємо за формулою:
- •5.3. Задачі для самостійного рішення: № 283, 285, 303, 311
- •5.4. Лабораторна робота
- •5.5. Список рекомендованої літератури
- •Тема 6. Швидкість протікання хімічних реакцій та хімічна рівновага
- •6.2.Приклади розвязування типових задач
- •6.3. Задачі для самостійного рішення: 330, 332, 334, 352
- •6.4. Лабораторна робота
- •Загальні вказівки
- •М о д у л ь 3. Розчини т е м а 7. Розчинність. Способи вираження концентрації
- •8.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •8.3. Задачі для самостійного розвязування: 1030, 1031, 1035, 1037
- •8.4. Лабораторна робота
- •8.5. Список рекомендованої літератури
- •Т е м а 9. Властивості розчинів. Рівноваги у розчинах електролітів
- •9.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •9.2. Приклади розвязування типових задач
- •9.3. Задачі для самостійного рішення: № 516, 544, 586
- •9.4. Лабораторна робота
- •9.5. Список рекомендованої літератури
- •Тема 10. Окисно-відновні реакції
- •10.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •10.2. Приклади рішення типових задач
- •10.3. Задачі для самостійного рішення: 624, 625, 626, 640
- •10.4. Лабораторна робота
- •10.5. Список рекомендованої літератури
- •М о д у л ь 4. Електрохімічні процеси
- •Т е м а 11. Гальванічні елементи
- •11.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •11.2. Приклади розвязування типових задач
- •1.3. Задачі для самостійного рішення: 658, 660, 661
- •11.4. Лабораторна робота
- •11.5. Список рекомендованої дітератури
- •12.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •12.2. Приклади розв’язку типових задач
- •12.4. Лабораторна робота
- •12.5. Список рекомендованої літератури
- •13.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •13.2. Приклади рішення типових задач
- •13.3. Задачі для самостійного рішення 689, 690, 695, 709
- •13.4. Лабораторна робота
- •13.5. Список рекомендованої літератури
- •Тема 14. Властивості неметалів viiа групи (f, Cl, Br, I)
- •14.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •14.2. Приклади розв’язку типових задач
- •14.3. Задачі для самостійного розв’язування: 823, 824, 831.
- •14.4. Лабораторна робота
- •14.5. Список рекомендованої літератури
- •Тема 15. Властивості неметалів viа групи (o, s, Se, Te)
- •15.1 Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •15.2. Приклади розв’язку типових задач
- •15.3. Задачі для самостійного розв’язку
- •15.4. Лабораторна робота
- •15.5. Список рекомендованої літератури
- •Тема 16. Властивості неметалів vа групи (n, p, As, Sb)
- •16.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •16.2. Приклади розв’язування типових задач
- •16.3. Задачі для самостійного розв’язку: 901, 902, 917
- •16.4. Лабораторна робота
- •Дослід 8. Гідроліз фосфатів
- •16.5. Список рекомендованої літератури
- •Тема 17. Властивості неметалів іvа групи (с, Sі)
- •17.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •17.2. Приклади розв’язування типових задач
- •17.3. Задачі для самостійного розв`язку: № 944, 949, 964.
- •17.4. Лабораторна робота
- •17.5. Список рекомендованої літератури
- •М о д у л ь 5. Властивості конструкційних і інструментальних металів і їхніх сполук. Полімерні матеріали
- •18.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •18.2. Приклади розвязування типових задач
- •18.3. Задачі для самостійного рішення: 1009, 1051, 1053
- •18.4. Лабораторна робота
- •Дослід 6. Окисно-відновні властивості сполук титана
- •Дослід 7. Електрохімічне оксидування (анодирування) алюмінію (елементи ндрс)
- •Сполуки водних розчинів для фарбування анодируваного алюмінію
- •18.5. Список рекомендованої літератури
- •Т е м а 19. Властивості заліза, кобальту, нікелю
- •19.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •19.2. Приклади розвязування типових задач
- •19.3. Задачі для самостійного рішення: 1113,1114, 1117, 1118
- •19.4. Лабораторна робота
- •19.5. Список рекомендованої літератури
- •Т е м а 20. Властивості металів підгрупи Cr і Mn і їх сполук
- •20.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •20.2. Приклади розвязування типових задач
- •20.3. Задачі для самостійного рішення: 1084, 1096, 1097
- •20.4. Лабораторна робота
- •20.5. Список рекомендованої літератури
- •21. Властивості металів vb групи (підгрупи ванадію)
- •21.1 Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •21.2. Приклади розв’язування типових задач
- •21.3. Задачи для самостійного розв’язування : №1081, 1082
- •21.4. Лабораторна робота
- •21.5. Список рекомендованої літератури
- •22.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •22.2. Приклади розвязування типових задач
- •22.3. Задачі для самостійного рішення: 1071, 1072, 1077
- •2.4. Лабораторна робота
- •Дослід 3. Окисно-відновні властивості сполук станума і плюмбума
- •Дослід 6. Електролітичне лудіння (з елементами ндрс)
- •22.5. Список рекомендованої літератури
- •Т е м а 23. Властивості конструкційних металів ib і iib груп
- •23.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •23.2. Приклади розвязування типових задач
- •22.3. Задачі для самостійного рішення 995, 984, 1025
- •23.4. Лабораторна робота
- •23.5. Список рекомендованої літератури
- •24.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
- •24.2. Лабораторна робота
- •24.3. Список рекомендованої літератури
- •Питання до колоквіуму за темами «Будова атома. Періодичний закон. Властивості елементів. Хімічний зв'язок. Комплексні сполуки. Типи взаємодії молекул»
- •Тиск водяної пари при різних температурах
- •Добуток розчинності (др) важкорозчинних сполук (25оС)
- •Індивідуальні завдання до теми «Основні поняття і закони хімії»
- •Індивідуальні завдання до теми : "Електролітична дисоціація, рН, гідроліз солей"
- •Тема 1. (вступна). Основні поняття і закони хімії
- •Тема 2. Закон еквівалентів…………………………………………………………………....7
- •Тема 3. Будова атома. Періодичний закон. Властивості елементів..................................10
- •Тема 4. Хімічний зв'язок. Комплексні сполуки……………………….....................................15
- •Тема 5. Енергетика хімічних процесів………………………………….................................21
- •Тема 6. Швидкість хімічних реакцій і хімічна рівновага……................................................29
- •Тема 7. Розчинність. Способи вираження концентрації……………..................................33
- •Тема 18. Властивості легких конструкційних металів
МІНІСТЕРСТО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
імені ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ
Абраменко В.Л.
ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ
З ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ
Луганськ 2011
УДК 54
ББК 24
Рекомендовано Вченою радою
Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля
В і д п о в і д а л ь н и й р е д а к т о р :
Кривоколиско С.Г., доктор хімічних наук, професор кафедри хімії та природничих дисциплін Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля.
Р е ц е н з е н т и :
Дяченко В.Д., доктор хімічних наук, професор Луганського національного університету імені Т.Шевченка, завідувач кафедри хімії;
Кривоколиско С.Г., доктор хімічних наук, професор кафедри хімії та природничих дисциплін Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля.
Абраменко В.Л.
А 13 Лабораторні роботи з загальної та неорганічної хімії: Навчальн. посібник. – Луганськ: вид-во СНУ ім. В.Даля, 2011. – 132 с., табл. 21, іл. 5.
У навчальному посібнику наведено лабораторні роботи з загальної і неорганічної хімії з урахуванням основних розділів програми курсу хімії для нехімічних спеціальностей вузів, включаючи будову речовин, закономірності перебігу хімічних процесів, теорію розчинів, окисно-відновні та електрохімічні процеси, властивості неметалів і найважливіших конструкційних металів і їх сполук, полімерні матеріали.На початку кожної теми надані короткі рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу, зразки типових задач та методи їх розв’язування, задачі для самостійної роботи.
Для студентів нехімічних спеціальностей вузів.
УДК 54
ББК 24
© Абраменко В.Л.
© Східноукраїнський національний
університет імені Володимира Даля, 2011
ВСТУП
Хімічна освіта необхідна для плідної творчої діяльності інженера будь-якої галузі промисловості і повинна бути спрямовананаформуванняпоглядівінавичокусвітоглядномуіприкладномуаспектах.Сучаснийфахівецьповсякденнозіштовхуєтьсязіскладнимифізико-хімічнимипроцесами,ізвластивостямиконструкційних,інструментальнихііншихтехнічнихматеріалів.Томудлякожноїспеціальностінехімічногопрофілюповиненбутизнайденийоптимальнийваріант,щопоєднуєфундаментальніуявленняпрохімічнуформурухуматеріїітіконкретнізнанняпроречовиниіперетворення,щопов'язанізмайбутньоюпрофесійноюдіяльністю.
Ефективність освоєння курсу хімії значною мірою залежить від змісту і постановки лабораторного практикуму. Даний практикум є посібником до підготовки і виконання лабораторних робіт із загальної і неорганічної хімії і має своєю метою познайомити студентів з основними експериментальними методами вивчення хімічних явищ, а також властивостями найбільш розповсюджених і широко використовуваних у промисловості і техніці елементів та їх сполук. Лабораторний практикум покликаний дати студенту правильне розуміння взаємозв'язку теорії і практики експерименту, закріпити теоретичні знання і сформувати навички в науковій праці. Тому при вивченні ряда тем нами передбачені нескладні експериментальні роботи з елементами НДРС.
Даний посібник написаний з урахуванням основних розділів програми курса хімії для технічних напрямків і спеціальностей вузів, включаючи будову речовини, основні закономірності протікання хімічних процесів, теорію розчинів, окисно-відновні й електрохімічні процеси, властивості елементів і їх сполук. Для спеціальності «Матеріалознавство» наведена лабораторна робота з одержання і дослідження властивостей полімерних матеріалів.
При написанні даного посібника частково використано матеріал, написаний безпосередньо автором при підготовці до друку посібника: Абраменко В.Л., Арданова Л.І. «Лабораторний практикум з загальної та неорганічної хімії» - Луганськ: вид-во СНУ ім. В.Даля, 2003. – 172 с. У переважній більшості тем повністю перероблено розділи «Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу», замінені деякі задачі, доповнено список літератури і таблиці до відповідних тем. Автор вважає за доцільним, навіть в умовах дуже обмеженого часу, який надається програмою курсу на виконання лабораторних робіт, включити в практикум лабораторні роботи з хімії неметалів VII-IVгруп, а також лабораторну роботу «Властивості металів VВ групи (підгрупа ванадію)» , які можуть виконуватися як на лабораторних заняттях студентами деяких спеціальностей, так і на факультативах найбільш встигаючими студентами і при підготовці їх до хімічних олімпіад.
У кожній роботі практикуму по кожній темі наведені лише короткі теоретичні вступи – рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу, приведені типові задачі, їхні рішення і задачі для самостійного рішення (по задачнику Глінки М.Л.). Природно тому, що при підготовці до занять студент зобов'язаний вивчити відповідні розділи підручників і навчальних посібників. З метою активізації самостійної роботи студентів у рамках діючої рейтингової системи навчання і контролю знань нами розроблені і приведені індивідуальні задачі приблизно однакової складності по кожній темі. При необхідності ці завдання можуть бути використані при проведенні аудиторних контрольних робіт для студентів усіх форм навчання, включаючи заочну. По двох найбільш складних і важливих розділах курсу хімії – «Будова речовини» і «Електрохімічні процеси» передбачено проведення колоквіумів (дивися додаток). Проведення колоквіуму (практичне заняття) є контрольним заходом, який дозволяє в ході співбесіди звернути увагу на недоліки в проробленні теми, що позитивно позначається на її правильному розумінні і засвоєнні. При здачі колоквіуму цілком моделюється екзаменаційна обстановка, тому колоквіум має найбільш високий рейтинг. В умовах ліміту часу питання, що виносяться на колоквіум, можна розглянути на консультаційних заняттях.
Автор вдячний викладачам і співробітникам кафедри хімії Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля, чий багатий досвід і цінні зауваження були враховані при написанні даного практикуму.
М о д у л ь 1. Основні поняття і закони хімії т е м а 1 (вступна). Основні поняття і закони хімії.
Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу
Хімія є однією з природничих наук, яка вивчає речовини та процеси їх перетворення, що супроводжуються зміною їх складу і структури. Тому серед значної кількості понять, які використовуються в хімії, у першу чергу слід звернути увагу на поняття речовини як форми існування матерії, в якій вона виявляє себе у вигляді елементарних частинок (електрони, протони, нейтрони), атомів, молекул, агрегатів молекул, кристалів, рідини тощо. Слід ще раз уважно розглянути такі фундаментальні поняття, як атом, молекула, іон, елемент, атомні і молекулярні маси, кількість речовини, валентність, ступінь окиснення, а також основні закони хімії.
Атом– найменша, хімічно неподільна електронейтральна частинка речовини, що складається з позитивно зарядженого ядраі електронів.
Молекула – мікрочастинка, утворена з двох і більшого числа атомів, здатна до самостійного існування, і яка зберігає хімічні властивості цієї речовини. Має постійний якісний і кількісний склад і сукупність властивостей, що дозволяють відрізняти одну молекулу від інших за допомогою відповідних реакцій.
Іон – атом або молекула, які одержують електричний заряд у результаті віддачі чи приєднання електронів.
Атомна одиниця маси (а.о.м.) – це 1/12 маси ізотопу карбону 12С ; дорівнює 1,6605·10-24 г . Молекулярна (формульна) маса – маса сукупності атомів у хімічній формулі, виражена в а.о.м.
Молярна маса – маса в грамах одного моля речовини. Чисельні значення молярної (г/моль) і молекулярної (а.о.м.) мас збігаються. Моль – кількість речовини системи, яка містить стільки ж структурних елементів (атомів, молекул, іонів, електронів і інших частинок або груп частинок), скільки атомів містить нуклід карбону 12С масою 12 г. Це число атомів дорівнює 6,0221·1023 (число Авогадро).
Ступінь окиснення – формальній заряд на атомі в молекулі в припущенні, що всі зв’язки в ній іонного типу. Валентність – число зв’язків атома елемента в молекулі.
Знання основних понять і законів хімії є обов'язковою умовою успішного вивчення усіх
наступних розділів цієї науки. Серед значної кількості законів у першу чергу слід звернути
увагу на наступні.
Закон збереження маси й енергії:сумарна маса й енергія речовин, що вступили в реакцію, дорівнюють сумарній масі й енергії продуктів реакції. Треба відзначити, що закон збереження маси, сформульований М.В. Ломоносовим (1748 р.), для хімічних реакцій виконується тільки умовно. Це випливає з рівняння Ейнштейна (1905 р.), яке зв'язує масу й енергію:E=c2m. Отже, маса повинна змінюватися, оскільки будь-які хімічні реакції супроводжуються енергетичними ефектами. Величина останніх не перевищує звичайно 103кДж, тому розрахованаза рівнянням Ейнштейна зміна маси складає 10-11кг, що не фіксується жодним з відомих на сьогоднішній день приладом. Дефект маси (сумарна маса вихідних речовинсумарній масі продуктів реакції), застосовується до ядерних реакцій, що супроводжуються колосальними тепловими ефектами.
Закон сталості складу (Ж.Пруст, 1801 р.): якісний і кількісний склад сполуки з молекулярною будовою (СО2, Н2О, органічні речовини) не залежить від методу його одержання. Зверніть увагу, що у випадку сполук з атомною й іонною будовою закон не виконується (переважна більшість неорганічних сполук складається з іонів, відсоток вакантних позицій у структурі яких досить високий, що і приводить до відхилень від стехіометрії). Речовини, для яких закон виконується, називаютьсядальтонідами, а ті, для яких не виконується, –бертолідами.
Закон кратних відношень (Дж.Дальтон, 1803 р.): якщо два елементи утворюють між собою кілька сполук з молекулярною будовою, то маси одного з елементів, що приходяться на однакову масу другого, відносяться як невеликі цілі числа.
Закон Авогадро (1811 р.): у рівних обємах різних газівзаоднакових умов (Р,Т) міститься однакове число молекул. З цього закону можна одержати кілька наслідків:
- молярний обєм різних газів (Vm)заоднакових умов – величина постійна (за нормальних умов (н.у.) [T= 273K, Р = 101325 Па]Vm= 22,4 л/моль);
- відносна густина одного газу по іншому дорівнює відношенню їхніх молярних мас;
- обєми газів, що беруть участь у реакції, відносяться між собою як невеликі цілі числа (закон об'ємних відносин);
- мольні й об'ємні частки для суміші газів однакові.
Необхідно пам'ятати, що закон Авогадро і його наслідки виконуються тільки для ідеальних газів, у яких відсутні межмолекулярні взаємодії і молекули не мають власного обєму. Стан ідеального газу описується за допомогою трьох параметрів: тиск, обєм, температура.
Закон Бойля-Маріота.Для даної маси газу при ізотермічних процесах (Т=const) : Р1V1=P2V2.
Закон Гей-Люсака. Для ізобарних процесів (Р =const): Т1V2= Т2V1.
Закон Шарля.Для ізохорних процесів (V=const): Т1Р2= Т2Р1.
Об'єднаний газовий закон: Р1V1 / T1=P2V2/T2.
Якщо в об'єднаному газовому законі використовувати параметри нормальних умов для одного моля газу, то можна одержати універсальну газову постійну R. Рівняння Клапейрона-Менделєєва для будь-якої кількості речовини записується таким чином:
РV = RT. Оскільки=m/M, то в розгорнутому виді воно записується так:
РV=mRT/M.
Закон Дальтона:загальний тиск суміші газів дорівнює сумі парціальних тисків компонентів: Р = РА+ РВ+ РС+…+Рі.
Парціальний тиск– це тиск, що робив би компонент газової суміші, якби він займав обєм, який дорівнює обєму всієї суміші.
До основних законів хімії відносяться також закон еквівалентів і періодичний закон, що будуть розглянуті далі окремо.
Приклади розвязування типових задач
Перш, ніж вирішувати задачі, необхідно згадати методи розрахунку кількості молей різними способами (у залежності від конкретної умови задачі). Якщо в умові дана маса, то =m/M; якщо обємгазу, то=V/22,4 (н.у.) чи=PV/RT; якщо кількість молекул, то=Nмол../NА. Використовуючи стехіометрічні співвідношення в рівняннях реакцій, можна вирішувати задачі в молях.
Задача 1.Яку масу оксиду кальцію можна одержати при термічному розкладі 20 г вапняку, що містить 20% домішки?
Розв’язок. Знаходимо масу чистого карбонату кальцію:m(CaCO3) = 200,8 = 16 (г).
Обчислюємо число моль: (CaCO3)=16/100=0,16 (моль). З рівняння реакції: СаСО3СаО + СО2визначаємо, що число моль СаСО3і СаО однакове:= 0,16 моль. Знаходимо масу оксиду кальцію:m(СаО) = 0,1656 = 8,96 (г).
Задача 2. Скільки молекул міститься в 1 мл будь-якого газу за н.у.?
Розв’язок. Знайдемо кількість речовини, що міститься в 1 мл будь-якого газу:= 1/22400 = 4,510-5(моль). Тоді число молекул у 1 мл дорівнює:Nмолекул=NA= 4,510-56,021023= 2,71019(молекул).
Задача 3.До 50 гкальцій карбонату додали розчин, що містить 54,75 г НСl. Визначте маси речовин у розчині, що утворився, і обєм газу, що виділився (t = 27о C, P = 0,7 атм.).
Розв’язок. Якщо в умові задачі є дані для кількох речовин, то треба з'ясувати, які з цих речовин містяться в надлишку:
(СаСО3) = 50 : 100 = 0,5 (моль);(НСl) = 54,75:36,5 = 1,5 (моль) – вихідні кількості речовин.
З мольного співвідношення 0,5:1,5 = 1:3 видно, що кислота міститься в надлишку.
Рівняння має вид: СаСО3+ 2НСlСаСl2+CO2 +H2O, тобто,на 1 моль карбонату приходиться 2 моль кислоти, а за умовою на 0,5 моль карбонату витрачається 1 моль кислоти, надлишок кислоти в розчині складає 0,5 моль, а його маса: 0,536,5 = 18,5 (г).
Число моль кальцій хлориду і вуглекислого газу рівні між собою і збігаються з числом молів СаСО3– 0,5 моль (за рівнянням),m(CaCl2) = 0,5111 = 55,5 (г). Використовуючи рівняння Клапейрона-Менделєєва, знаходимо обєм вуглекислого газу: V=RT/P= 0,50,082(273+27):0,7 = 17,57 (л).
Задачі для самостійного рішення: 53, 63, 121