attachments_21-10-2012_19-29-50 / Лабораторный практикум по химии. Часть 1
.pdf
камня. Допустимое содержание солей жесткости в технологической воде регламентируется ГОСТами и техническими условиями.
При нагревании воды гидрокарбонаты распадаются. Из воды осаждаются карбонат кальция и основной карбонат или гидроксид магния. Карбонатная жесткость существенно снижается, и поэтому ее называют временной (устранимой). Термическое умягчение воды связано со значительными затратами энергии и применяется в тех случаях, когда по условиям технологии вода должна подогреваться и не требуется глубокое умягчение ее. Химические методы умягчения основаны на использовании реагентов, образующих с ионами Ca2+ и Mg2+ малорастворимые соединения. Воду с высокой карбонатной жесткостью обрабатывают точно рассчитанным количеством извести. Ионы
Ca2+ связываются в CaCO3, а Mg2+ – в Mg(OH)2:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 |
|
|
|
|
2 CaCO3 ↓ + 2 H2O |
(4.1) |
|||
|
|
|
|
||||||
Mg(HCO3)2 + 2 Ca(OH)2 |
|
|
|
|
|
Mg(OH)2 ↓ + 2 CaCO3 ↓ + 2 H2O (4.2) |
|||
|
|
|
|
||||||
MgCO3 + Ca(OH)2 |
|
|
|
|
|
Mg(OH)2 ↓ + CaCO3 ↓ |
(4.3) |
||
|
|
|
|
||||||
Некарбонатную кальциевую жесткость удаляют содой: |
|
||||||||
CaSO4 + Na2CO3 |
|
|
|
|
|
CaCO3 ↓ + Na2SO4 |
(4.4) |
||
|
|
|
|
|
|||||
Последовательная обработка воды известью и содой позволяет снизить общую жесткость до 0,3 мэкв/л.
Определение временной жесткости основано на способности гидрокарбонатов количественно взаимодействовать с соляной кислотой, например:
Ca(HCO3)2 + 2 HCl 
CaCl2 + 2 H2CO3. (4.5)
Пробу воды объемом 100 мл тируют соляной кислотой с известной концентрацией. Согласно закону эквивалентов в реакцию вступает равное число эквивалентов солей жесткости и соляной кислоты, т.е.
NHCl VHCl = Hвр 10-3 VH2O (4.6)
Данная формула существенно упрощается, если для анализа использовать кислоту точно децинормальной концентрации и ее объем измерять в миллилитрах:
0,1 VHCl 10-3 = Hвр 10-3 0,1 (4.7)
31
После сокращения чисел (но не размерностей!) получаем, что величина временной жесткости численно равна объему соляной кислоты. Если концентрация соляной кислоты отличается от децинормальной, то в расчетную формулу необходимо ввести поправку k, учитывающую степень отклонения концентрации кислоты от децинормальной, т.е. k = NHCl / 0,1 = THCl / 0,00365. С учетом поправки имеем Hвр = k VHCl.
4.2.Экспериментальная часть
1.Отмерить 100 мл водопроводной воды с помощью мерного цилиндра. Воду из цилиндра осторожно вылить в колбу и добавить в него 3-4 капли метилоранжа.
2.Подготовить к работе бюретку с соляной кислотой: удалить воздух из носика бюретки, уровень раствора установить на нулевое деление (или на любое деление ниже нулевого). Записать показание бюретки в лабораторный журнал.
3.Воду титровать соляной кислотой до появления оранжевой окраски. Записать показание бюретки.
4.Вычислить объем кислоты, поправку к концентрации кислоты и временную жесткость воды.
4.3.Контрольные вопросы
1.Что называется жесткостью воды?
2.Виды жесткости.
3.Способы устранения временной и постоянной жесткости.
4.Способы определения жесткости воды.
4.4.Контрольные задания
1.Временная жесткость воды равна 1 мэкв/л. Сколько кг извести необходимо ввести в 1000 м3 воды для устранения временной жесткости?
32
2.Производительность парового котла 500 т пара час. Сколько кг накипи выделиться в течение 1 часа работы котла, если применять воду с жесткостью равной 1 мэкв/л без ее умягчения?
Лабораторная работа 5 ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ
Цель работы: изучить электролитической диссоциции протекания реакций гидролиза состояние его равновесия.
современные представления о механизме и ионных процессах. Изучить условия солей и влияния различных факторов на
5.1. Теоретическая часть
Гидролизом солей называется взаимодействие солей с водой, в результате которого получаются слабо диссоциирующие продукты – слабые кислоты или кислые анионы слабых кислот (кислые соли), слабые основания или основные катионы слабых оснований (основные соли). Гидролизу подвергаются не все соли, а только содержащие остаток слабо кислоты или слабого основания, или и то, и другое одновременно. Именно остатки слабых кислот (анионы) и слабых оснований (катионы) участвуют в реакциях гидролиза. Анион слабой кислоты соединяется с ионом водорода. В результате в растворе возникает избыток гидроксильных ионов (щелочная среда):
CN- + H2O |
|
|
|
HCN + OH- |
(5.1) |
|
|
||||
|
|
|
Гидролиз солей, образованных слабыми многоосновными кислотами, протекает ступенчато, причем продуктами первых стадий гидролиза являются кислые анионы (кислые соли), а слабая кислота – продуктом конечной стадии, например:
CO2- + H O |
|
|
|
HCO |
- |
+ OH- |
|
||
|
|
3 |
|
||||||
|
|
|
|
||||||
3 |
2 |
|
|
|
|
|
(5.2) |
||
HCO- |
+ H O |
|
|
|
H CO |
|
+ OH- |
||
|
|
|
3 |
|
|||||
|
|
|
|
||||||
3 |
2 |
2 |
|
|
|
||||
Или в молекулярной форме:
33
K2CO3 |
+ H2O |
|
|
|
KHCO3 |
+ KOH |
(5.3) |
|
|
|
|||||||
|
|
|
||||||
KHCO3 |
+ H2O |
|
|
|
|
H2CO3 + KOH |
||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
Катион слабого основания присоединяет гидроксильную группу. В растворе таких солей появляется избыток ионов водорода (кислая среда) и слабое основание:
NH+ + H O |
|
|
|
NH4OH + H+ |
(5.4) |
|
|
|
|||||
|
|
|
||||
4 |
2 |
|
|
|
|
|
Гидролиз поливалентного катиона протекает ступенчато, причем вначале получаются основные катионы (основные соли). Слабое основание является продуктом конечной стадии гидролиза, например:
Zn2++ H2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ZnOH+ + H+ |
(5.5) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ZnOH++ H O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zn(OH) |
2 |
+ H+ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
или в молекулярной форме: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
2 ZnSO4 + 2 H2O |
|
|
|
|
|
|
|
(ZnOH)2SO4 + H2SO4 |
(5.6) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
(ZnOH)2SO4 +2 H2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 Zn(OH)2 + H2SO4 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Если в реакции участвует и катион, и анион, то получается слабая кислота и слабое основание (иногда основная соль). Реакция среды может быть слабокислой, слабощелочной или почти нейтральной в зависимости от относительной силы кислоты и основания. Такие соли разлагаются водой полностью и необратимо:
NH4+ + CH3COO- + H2O 
NH4OH + CH3COOH (5.7)
5.2. Экспериментальная часть
Опыт 1. Гидролиз солей, образованных сильной кислотой и слабым основанием.
Испытать лакмусом растворы хлорида аммония, нитрата железа (III) и сульфата алюминия. Для каждого испытания в пробирку налить 1-2 мл раствора и добавить 2-3 капли лакмуса. Записать цвет лакмуса в растворе соли
34
и характер среды. Составить ионные и молекулярные уравнения гидролиза, учитывая, что в реакции участвует только катион.
Опыт 2. Гидролиз солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием.
Испытать лакмусом растворы ацетата натрия и соды также как и в первом опыте. Составить ионные и молекулярные уравнения гидролиза, учитывая, что в реакции участвует только анион.
Опыт 3. Гидролиз солей образованных слабым основанием и слабой кислотой.
К 1-2 мл соды прилить примерно такой же объем раствора сульфата алюминия. Жидкость с осадком вылить на фильтр. Осадок на фильтре дважды промыть дистиллированной водой. Затем к осадку на фильтре добавить соляную кислоту. Выделяется ли газ при растворении осадка? Из чего состоит осадок? Ответы на эти вопросы записать в тетрадь, учитывая, что карбонаты растворяются в кислотах с выделением углекислого газа, а гидроксиды металлов – без выделения газа. Составить уравнения реакций образования и гидролиза карбоната алюминия.
Опыт 4. Гидролиз солей образованных сильной кислотой и сильным основанием.
В пробирку налить 1-2 мл раствора хлорида натрия и добавить 2-3 капли раствора лакмуса. Отметить цвет лакмуса в растворе и характер среды. Объяснить результат опыта соответствующей реакцией в ионной форме. Почему хлорид натрия не подвергается гидролизу?
5.3.Контрольные вопросы
1.Что называется гидролизом?
2.Виды гидролиза.
3.Ступенчатый гидролиз.
4.Изменение кислотности среды в результате гидролиза.
35
5.4.Контрольные задания
1.Укажите, какие из ниже перечисленных солей подвергаются гидролизу. Для всех гидролизующихся солей напишите уравнение гидролиза в ионной и молекулярной формах, укажите реакцию водного раствора:
Na2CO3, AlCl3, Na2SO4, K2CO3, Cu(NO3)2, (NH4)2S.
2. При смешении растворов Al2(SO4)3, и К2S в осадок выпадает А1(ОН)3, Укажите причину этого и составьте соответствующие молекулярные и молекулярно-ионные уравнения. Усилится или ослабнет гидролиз, если добавить следующие вещества: а) NaОН; б) Н2SO4; в) K2CO3 ?
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия / Н.С. Ахметов М.: Высшая школа, 1981. 670 с.
2.Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов / Н.Л. Глинка. Л.:
Химия, 1987. 704 с.
3.Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии / Н.Л. Глинка. Л.:
Химия, 1983. 264 с.
4.Зырянова И.М., Круглова Л.Н. Строение атома и периодическая система элементов / И.М. Зырянова, Л.Н. Круглова. Омск: ОмГУПС, Ч. 1. 2000.
47с.
5.Зырянова И.М., Круглова Л.Н. Строение атома и периодическая система элементов / И.М. Зырянова, Л.Н. Круглова. Омск: ОмГУПС, Ч. 2. 2000. 41 с.
6.Коровин Н.В. Курс общей химии / Н.В. Коровин. М.: Высшая школа, 1981.
431с.
7.Круглова Н.Л. Неорганическая химия / Л.Н. Круглова. Омск: ОмГУПС, Ч 1. 1999. 38 с.
8.Круглова Н.Л. Неорганическая химия / Л.Н. Круглова. Омск: ОмГУПС, Ч
2.1999. 44 с.
36