Херсон 2012

Лабораторний журнал з дисципліни Загальна хімія для студентів другого курсу напряму підготовки 6.050701 – Електротехніка та електротехнології

(методичні рекомендації до виконання і оформлення робіт)/ Укладач Міщенко О.В. – Херсон, ХНТУ, 2012. – 40 с.

Рецензент: завідувач кафедри енергетики та електротехніки Є.О.Баганов

Затверджено та рекомендовано до друку на засіданні кафедри хімії і екології Херсонського національного технічного університету (протокол № 5 від 10.10.2012 р.)

Вступ

Лабораторний журнал укладено на основі методичних розробок викладачів кафедри фізичної та неорганічної хімії Херсонського національного технічного університету (В.М. Безпальченко, З.В. Друзяк, В.П. Єфімцева, О.О. Семенченко) для студентів другого курсу напряму підготовки 6.050701 – Електротехніка та електротехнології з урахуванням нового навчального плану та нової робочої програми дисципліни. Він містить стислий виклад теорії з хімії, лабораторні роботи і завдання для самоконтролю, а також правила роботи в хімічній лабораторії.

До журналу увійшли лабораторні роботи з тем: "Термодинаміка", "Кінетика та хімічна рівновага", "Загальна характеристика розчинів. Електрична провідність", "Йонні реакції. Умови утворення осаду", "Окисно-відновні реакції", "Гальванічні елементи", "Електроліз", "Корозія металів. Методи захисту від корозії", "Конструкційні метали". У лабораторних роботах стисло викладено теорію, наведено реакції речовин, які взаємодіють, перелік основних матеріалів, реактивів і обладнання, докладний опис виконання роботи, розрахунків й очікуваних результатів. Така побудова дозволяє проводити лабораторні досліди без додаткових вказівок, що має важливе значення для підготовки студентів до самостійного виконання наукових робіт. По кожній лабораторній роботі чи досліду студент повинен зробити висновок, а саме чи побудувати графік, чи написати рівняння реакції, свої спостереження. Під час виконання запропонованих робіт студенти не тільки опановують сучасні методи експериментальних досліджень, але й набувають уміння аналізувати одержані результати.

До журналу увійшли теоретичні теми: "Класи неорганічних сполук" та "Будова атома", які є базовими при вивченні курсу.

1. Правила роботи в хімічній лабораторії

Виконання лабораторних робіт розраховано на одержання навичок експериментальної роботи. Перш ніж починати виконання якого-небудь експерименту, слід познайомитися з устаткуванням і приладами, застосовуваними при його виконанні, правилами роботи в хімічній лабораторії і технікою безпеки. Не починати здійснення досліду, поки не стане ясною мета його, поки не перевірено наявність устаткування, необхідного для досліду (посуд, прилади, реактиви).

При роботі точно зберігайте порядок і послідовність операцій проведення дослідів.

Важливо навчитися правильно обробляти отримані експериментальні дані й оцінювати помилки експерименту. Основним місцем виконання лабораторних робіт є робочий стіл, на якому мається визначений набір принадлежностей. Працюйте завжди на тому самому місці, бажано в халаті. Під час проведення досліду на робочому місці не повинно бути нічого зайвого. Перш ніж приступити до роботи, ретельно вивчіть її по опису, підготуйте необхідні прилади і реактиви. Уважно спостерігайте за ходом досліду, відзначаючи і записуючи кожну його особливість (випадання і розчинення осадів, зміну забарвлення, температури і т. ін.).

До роботи допускаються особи, які ознайомлені з інструкцією й описом приладу, правилами його експлуатації, що пройшли інструктаж з техніки безпеки і розписалися в журналі. Студенти, що пройшли інструктаж, допускаються до роботи тільки в присутності викладача чи відповідального за лабораторію.

Користайтеся реактивами, приготовленими для даної лабораторної роботи. Роботи зі шкідливими речовинами виконуйте тільки під тягою при увімкненій витяжній системі. Забороняється досліджувати властивості речовин без дозволу викладача, а також пити воду з хімічного посуду. Не нюхайте гази, що виділяються, близько нахиляючись до посудини. При визначенні запаху газу чи рідини обережно вдихайте повітря, злегка направляючи рукою струм його від посудини до себе. При нагріванні пробірки не тримайте її отвором до себе чи убік товаришів.

Якщо випадково проллєте кислоту чи луг, то швидко змийте їх водою, а потім зверніться до лаборанта і за його вказівкою приведіть у належний порядок своє робоче місце. Не витрачайте реактивів більше необхідної кількості. Якщо ж випадково взяли розчину чи сухих препаратів більше, ніж необхідно, то надлишки викидайте (за вказівкою викладача чи лаборанта) у спеціальні сміттєзбірники, щоб уникнути забруднень реактиву. Не несіть прилади, апарати загального користування на своє робоче місце. Не плутайте пробки від краплинних піпеток і реактивних склянок. Не виливайте в раковину відпрацьовані концентровані кислоти і луги, а користайтеся для цього банками, установленими під тягою. Папір і залишки твердих речовин кидайте в урни. Відпрацьовані розчини солей срібла виливайте в спеціально відведений посуд, тому що при тривалому зберіганні аміачних розчинів солей срібла може утворитися вибухова речовина – гримуче срібло. Після закінчення роботи вимийте використаний посуд, виключіть воду й електрику, приведене в порядок робоче місце здайте лаборанту. Підсумки заняття запишіть за установленою формою в робочий журнал і щораз давайте на підпис викладачу. При нещасних випадках негайно заявляйте лаборанту і викладачу. У лабораторії є настінна аптечка з необхідним для екстреної допомоги.

Запам'ятайте!

1. При запаленні бензину, спирту, ефіру накрийте полум'я азбестом чи засипте піском.

2. У випадку загоряння одягу слід гасити полум'я обгортанням у ковдру чи ін. Ні в якому разі не бігти.

3. У випадку порізу склом переконайтеся, що в ранці немає осколків, і ватою, змоченою етиловим спиртом чи перманганатом калію, видаліть кров, змажте йодом і забинтуйте.

4. При термічних опіках (від вогню, пари, гарячих предметів чи електричної дуги) накладіть пов'язку (марля, бинт), змочену розчином з масовою часткою KMnО₄ 3 %, розчином з масовою часткою стрептоциду 2 % чи розчином харчової соди. Не можна змазувати опік вазеліном чи жиром. При опіках кислотами насухо витріть опік рушником, промийте великою кількістю води чи розчином з масовою часткою харчової соди 2 – 3 %, чи слабким розчином амоніаку. У випадку опіку плавиковою кислотою (HF) тривало промивайте постраждале місце водою (до появи почервоніння), а потім прикладіть суспензію з масовою часткою магній оксиду 20 % у гліцерині. При опіках лугами обмийте водою і нейтралізуйте лимонною кислотою чи розчином з масовою часткою оцтової кислоти 1 – 2 %.

2. Основні хімічні поняття

Атом – найменша хімічно неподільна електронейтральна частинка матерії, що складається з позитивно зарядженого ядра й негативно заряджених електронів і є носієм хімічних властивостей елемента.

Молекула – найменша частинка речовини, яка має сталий склад і зберігає її хімічні властивості.

Атомна (молекулярна) маса A_r (M_r) – значення маси атома (молекули), виражене в атомних одиницях маси. 1 атомна одиниця маси /а.о.м./ дорівнює ¹/₁₂ частини маси атома ізотопу Карбону ¹²С і становить 1,66 · 10^–24 г.

Молекулярна маса конкретної речовини дорівнює сумі мас атомів усіх елементів, що входять до складу молекули.

Елемент – тип атомів, що мають однакові хімічні властивості, однакове протонне число й певне середнє значення атомної маси.

Валентність – здатність атома утворювати хімічний зв'язок. За одиницю валентності приймають один хімічний зв'язок, що здатний утворити атом Гідрогену.

Ступінь окиснення – умовний заряд, що має елемент в йонній сполуці чи мав би в ковалентній сполуці, якби загальна електронна пара була б цілком зміщена до більш електронегативного елемента.

Моль – кількість речовини, що містить 6,02 · 10²³ структурних одиниць (атомів, молекул, йонів, електронів і т. ін.). Маса 1 моль даної речовини називається її молярною масою. Вона вимірюється в г/моль і позначається буквою «М». Молярну масу знаходять, як відношення маси речовини до її кількості:

M = , г/моль.

Наприклад, молярна маса сульфатної кислоти М(Н₂SO₄) = 98 г/моль.

Еквівалент (Е) – масова кількість речовини, що взаємодіє з одним атомом чи йоном Гідрогену чи заміщає таку його кількість у хімічних реакціях. Еквівалент може дорівнювати (або бути меншим) відповідній формульній одиниці речовини, що бере участь у конкретній реакції. Число, що вказує на частину формульної одиниці речовини, еквівалентну одному йону Гідрогену (або одному електрону) в певній реакції, називають фактором еквівалентності. Еквівалент речовини залежить від того, в якій конкретно реакції бере участь ця речовина.

Масу 1 моль еквівалентів речовини називають молярною масою еквівалентів речовини (М_Е).

Молярні маси еквівалентів простих речовин розраховують за формулою:

М_Е = , (г/моль).

Наприклад: М_Е(Н₂) = 1 г/моль, М_Е(О₂) = 8 г/моль.

Молярні маси еквівалентів складних речовин.

Молярна маса еквівалентів кислоти (М_ЕК) – відношення молекулярної маси кислоти до основності, яка визначається кількістю атомів Гідрогену, що беруть участь у реакції:

М_ЕК = , (г/моль).

Молярна маса еквівалентів основи (М_ЕО) – відношення молекулярної маси основи до кислотності, яка визначається кількістю гідроксогруп, що вступають у реакцію:

М_ЕО = , (г/моль).

Молярна маса еквівалентів солі (М_ЕС) – відношення молекулярної маси солі до добутка кількості атомів металу, що вступають у реакцію, на їх валентність:

М_ЕС = , (г/моль).

Молярна маса еквівалентів оксиду (М_ЕОк) знаходиться аналогічно до молярної маси еквівалентів солі або як сума молярних мас еквівалентів елемента і Оксигену:

М_ЕОк = , (г/моль).

Для газоподібних речовин користуються молярними об'ємами еквівалентів (V_Е). V_Е(Н₂) = 11,2 л/моль, V_Е(О₂) = 5,6 л/моль, V_Е(Сl₂) = 11,2 л/моль.

Окисний еквівалент – відношення молекулярної маси окисника до кількості електронів, що він приймає в даній окисно-відновній реакції. Відновний еквівалент – відношення молекулярної маси відновника до кількості електронів, що віддані в даній реакції.

Електрохімічний еквівалент – відношення хімічного еквівалента речовини, що виділилася на електроді, до сталої Фарадея (F).

3. Основні закони хімії

Закон збереження маси: в результаті хімічних перетворень сума мас речовин до реакції і сума мас речовин після реакції однакова.

Закон збереження енергії: будь-яка енергія не зникає і не виникає, а тільки одні її види переходять в інші.

Закон сталості складу: кожна речовина має постійний якісний і кількісний склад незалежно від способів її одержання. Речовини, що отримані різними способами, але які мають той самий якісний і кількісний склад, мають однакові хімічні властивості.

Закон кратних відношень: якщо два елементи утворюють один з одним кілька хімічних сполук, то маси одного елемента, що приходяться на ту саму масу іншого елемента, відносяться між собою як невеликі цілі числа.

Закон об'ємних відношень: об'єми взаємо-діючих газоподібних речовин відносяться між собою і до об'ємів продуктів реакції, як невеликі цілі числа.

Закон Авогадро (1811 р.): у рівних об'ємах різних газів при однакових умовах міститься однакове число часток (молекул, атомів, йонів).

Наслідки: 1. Моль будь-якого газу при нормальних умовах займає об'єм 22,4 л.

2. Моль будь-якого газу за нормальних умов містить 6,02 · 10²³ часток (стала Авогадро N_А).

Закон еквівалентів: 1. хімічні елементи сполучаються один з одним, а речовини реагують і утворюються в еквівалентних кількостях.

2. Маси (об'єми) речовин, що реагують, пропорційні молярним масам (об'ємам) їхніх еквівалентів:

Контрольні питання та вправи

1. Обчисліть молярну масу еквівалентів оксидів N₂O, NO, NO₂.

2. Обчисліть молярну масу еквівалентів сполук: Mn₂O₇, Mg₂P₂O₇, Ba(OH)₂, Ca₃(PO₄)₂.

3. Обчисліть молярну масу еквівалентів металу, якщо при взаємодії 7,2 × 10^–3 кг металу з хлором було отримано 28,2 × 10^–3 кг солі. Молярна маса еквівалентів хлору 35,45 г/моль. (12,15 г/моль)

4. При відновленні 5,1 × 10^–3 кг оксиду металу(ІІІ) утворилось 2,7 × 10^–3 кг води. Визначте молярну масу еквівалентів металу і атомну масу металу. Молярна маса еквівалентів води дорівнює 9 г/моль. (9 г/моль, 27 г/моль)

5. На нейтралізацію 10 г лугу витрачено 9,9 г хлоридної кислоти. Обчисліть молярну масу еквівалентів лугу.

6. При пропущенні сірководню крізь розчин, який містить 2,98 × 10^–3 кг хлориду металу(І), утворюється 2,2 × 10^–3 кг сульфіду. Обчисліть молярну масу еквівалентів металу. (39 г/моль)

4. Класи неорганічних сполук

Прості речовини. Молекули складаються з атомів одного виду (атомів одного елемента). У хімічних реакціях не можуть розкладатися з утворенням інших речовин.

Різкої границі між металами і неметалами нема, тому що є прості речовини (іноді їх виділяють в окремий клас металоїдів), що виявляють двоїсті властивості.

Складні речовини (хімічні сполуки). Молекули складаються з атомів різного виду (атомів різних хімічних елементів). У хімічних реакціях розкладаються з утворенням декількох інших речовин.

Оксиди – речовини, що складаються з двох елементів, один з яких Оксиген із ступенем окиснення –2. У цих сполуках усі атоми Оксигену безпосередньо зв'язані з атомами більш електропозитивних елементів, а співвідношення компонентів відповідає правилам валентності.

За хімічними властивостями оксиди поділяють на три групи: основні, кислотні, амфотерні.