Учебное пособие 800266

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра инженерной химии

168-2017

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторных работ № 6-10 по общей химии для студентов направления 20.03.01 «Техносферная безопасность» (профили «Защита в чрезвычайных ситуациях», «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», «Защита окружающей среды»)

очной формы обучения

Часть 2

Воронеж 2017

1. ПРАВИЛА РАБОТЫ В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ И РАБОТА

С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ

1.1. Правила безопасности работы в лаборатории

1.Категорически запрещается без разрешения преподавателя проводить какие-либо опыты, не предусмотренные планом занятия.

2.Все реактивы нельзя пробовать на вкус, так как большинство из них ядовиты. При определении выделяющегося газообразного вещества по запаху не наклоняться над пробиркой,

адержа ее в стороне, направлять пары или газы на себя плавным движением руки.

3.Опыты с ядовитыми веществами (сероводород, хлор, оксид азота (IV)), а также с концентрированными кислотами и щелочами можно проводить только в вытяжном шкафу. Концентрированные растворы кислот и щелочей не разрешается выносить из вытяжного шкафа на свое рабочее место.

4.Во время кипячения жидкости нельзя заглядывать в сосуд сверху, так как вследствие местного перегрева стенок сосуда жидкость иногда выбрасывается, особенно при наличии в сосуде обильного осадка. Нагревая пробирку с жидкостью или другими веществами, держать ее отверстием в сторону от себя и окружающих. Нагревать следует всю часть пробирки, заполненную веществами. Для предохранения рук от ожогов необходимо нагреваемую пробирку укрепить специальным держателем.

5.Нагревая реактивы, никогда не наклоняться над сосудом, во избежание попадания брызг на лицо и одежду. Разбавляя кислоты, особенно серную, нужно вливать кислоту в воду, а не наоборот!

6.Выполняя опыты, связанные с опасностью взрыва, воспламенением или разбрызгиванием кислот и щелочей, помимо соблюдения всех других предосторожностей, работать следует обязательно стоя.

2

7.Зажигать спиртовку можно от спички или горящей лучинки, а гасить спиртовку с помощью колпачка.

8.Нельзя оставлять без присмотра зажженные спиртовки и включенные электроприборы.

9.Все опыты с легковоспламеняющимися жидкостями или веществами проводить подальше от огня и в вытяжном шкафу. Отработанные легковоспламеняющиеся жидкости (бензол, бензин, эфир, ацетон) сливать в особые банки.

10.Каждый студент должен знать, где находятся простейшие средства огнетушения: вода, песок, огнетушитель, специальные одеяла, а также уметь ими пользоваться.

11.Все электроприборы и электрические установки общего пользования (тяга, вытяжные шкафы, выпрямитель тока) могут включаться только преподавателями или лаборантами.

1.2. Основные меры электробезопасности

Поражение постоянным электрическим током может возникнуть при соприкосновении незащищённых участков тела с оголенными токоведущими частями электрической схемы.

Во время выполнения лабораторных работ следует соблюдать некоторые меры предосторожности:

-собирать электрическую схему для электролиза только при выключенном из сети выпрямителе, используя при этом провода с хорошей изоляцией;

-перед включением постоянного тока необходимо тщательно проверить правильность собранной схемы, чтобы избежать короткого замыкания: запрещается подключение схемы в электрическую цепь без ее проверки преподавателем;

-после подачи тока на электролитические ячейки недопустимо касаться оголенных токоведущих частей электросхемы и производить какие-либо переключения в схеме под напряжением;

-крепление образцов в клеммах должно быть надежным, в противном случае возможно искрение, которое приведет

к«хлопку» водорода, выделяющегося при электролизе;

3

- при неисправностях в схеме и приборах, возникших в процессе выполнения работ (недопустимый нагрев электрических приборов, реостатов, соединительных проводов), немедленно обесточить схему и сообщить об этом, преподавателю или лаборанту.

Для предотвращения поражения переменным током необходимо, чтобы все электроприборы и электрооборудование были надежно заземлены, а само оборудование должно быть в исправном состоянии. С неисправными электроприборами работать запрещается.

1.3. Меры первой помощи

Для оказания первой медицинской помощи в помещении лаборатории на видном и доступном месте должна находиться стандартная (универсальная) аптечка.

При небольших порезах края раны осторожно смазывают йодной настойкой и накладывают стерильную повязку; нельзя промывать рану водой. При глубоких порезах с повреждением артерии нужно выше раны наложить жгут или к месту ранения сильно прижать кусок марли или бинта.

При химических ожогах кислотами и щелочами кожных покровов пораженное место необходимо немедленно обмыть большим количеством воды, а затем обработать 3 %-ным раствором бикарбоната натрия (при попадании кислоты) или 1 %- ным раствором уксусной или лимонной кислоты (при попадании щелочи).

При поражении глаз их обильно промывают водой, а затем 2 %-ным раствором бикарбоната натрия (если попала кислота) или насыщенным раствором борной кислоты (если попала щелочь); промывать глаза следует не менее 15 мин.

Хромовый электролит, попавший на кожу, смывают струей воды; глаза после промывки водой немедленно обрабатывают 1 %-ным раствором гипосульфита натрия.

При термических ожогах первой, степени обожженное место можно присыпать двууглекислым натрием (питьевой содой), рисовым или картофельным крахмалом, тальком. Хорошо

4

помогают примочки из свежеприготовленного раствора питьевой соды (2 %-ный) или раствора (5 %-ный) марганцевокислого калия.

При более тяжелых ожогах необходимо немедленно отправить пострадавшего к врачу. Из средств первой помощи при ожогах второй степени допустимы примочки из раствора

КМпО4.

При отравлении оксидами азота пострадавшего выносят на свежий воздух, дают вдыхать кислород. Нельзя делать искусственное дыхание - это может вызвать отек легких.

Во всех случаях после оказания первой медицинской помощи к пострадавшему необходимо вызвать врача или отправить его в медпункт.

При поражении электрическим током:

-пострадавшего необходимо освободить от воздействия электрического тока, отключив электроустановку;

-если ток быстро отключить нельзя, отделить пострадавшего от токоведущих частей руками, изолировав их резиновыми перчатками, сухой тканью;

-после освобождения пострадавшего от воздействия тока, если он в сознании, уложить его, обеспечить покой, тепло, приток свежего воздуха и немедленно вызвать врача;

-если пострадавший дышит редко и судорожно или дыхание и пульс отсутствуют, то немедленно начать искусственное дыхание, продолжая его до прихода врача.

2. ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Из 108 химических элементов, известных в настоящее время, в составе земной коры обнаружено 88. Все простые вещества можно разделить на 3 класса: металлы, неметаллы, полуметаллы.

Металлы составляют до 80 % всех известных элементов. Для металлов характерна кристаллическая решётка с металлической связью, металлический блеск, ковкость, пластичность, высокая теплопроводность и электрическая проводи-

5

мость. По проводимости электрического тока элементы делятся:

1)Диэлектрики: Н2, О2, N2, Не, S, Р, Sе, Наl2, С, Sе;

2)Полупроводники: Si, Gе, Аs, Sb, Те;

3) Проводники: Cu, Аg, Аu и другие металлы.

Для полупроводников характерны свойства металлов и неметаллов, они имеют кристаллическую решётку с ковалентной связью.

Химические свойства металлов

Химическая активность металлов обусловлена, способностью атомов отдавать электроны. Способность отдавать электроны характеризуется энергией ионизации (Iион.). Чем меньше Iион, тем сильнее восстановительные свойства металлов:

Me – ne → Men+, процесс окисления, Ме0 - восстанови-

тель.

Взаимодействие металлов с водой

IА группа: (Li, Nа, К, Rb, Сs, Fr, s-металлы, валентные электроны nS1) взаимодействуют при комнатной температуре, по реакции:

2 Ме + 2Н2О → 2 МеОН + Н2↑.

IIА группа (Ве, Мg, Са, Ва, Sr, Rа, s-металлы, валентные электроны nS2) взаимодействуют при комнатной температуре:

Ме + 2Н2О → Ме (ОН) 2 + Н2↑.

t0

Исключение Ве, Мg + 2 Н2О Мg(ОН)2 + Н2↑. IIIА группа (Аl, Gа, Jn, Тℓ р-металлы, валентные элек-

троны nS2nP1) взаимодействуют с водой при нагревании по схеме:

t0

2 Ме + 6 Н2О 2 Ме (ОН) 3 +3 Н2↑.

Аl взаимодействуют только при снятии оксидной плёнки с поверхности металла.

IVА группа, р-металлы, валентные электроны nS2nP2: Gе, Sn, Рb + Н2О ≠.

6

VА группа, р-металлы, валентные электроны nS2nP3:

Sb, Вi + Н2О .

IB группа, d-металлы, валентные электроны (n-1)d10 nS1: Си, Аg, Аu. Взаимодействует только Си:

t0

2Сu + Н2O Сu2О + Н2 . Образуется оксид меди (I) чёрного цвета.

IIВ группа, d-металлы, валентные электроны (n-1)d10 nS2: Zn, Сd, Hg. Взаимодействует только Zn с образованием пассивной гидроксидной плёнки:

Zn + 2Н2О Zn(ОН)2 + Н2 .

Дальнейшее протекание реакции тормозится. Это явление называется пассивацией.

ШВ группа, d-металлы, валентные электроны (n-1)d1 nS2: Sc, Y, La, Ас. Sс + Н2О . Остальные взаимодействуют с образованием амфотерных гидроксидов:

2Lа, Ас + 6Н2О 2La(ОН)3 + 3Н2 .

ШВ группа, f-элементы, лантаноиды, валентные электроны 4f1-145d16S2, актиноиды, валентные электроны 5f1-146d17S2 вза-

имодействуют с H2O по реакции:

2Ме + 6Н2O 2Ме (ОН)3 + 3Н2 . Некоторые из лантаноидов пассивируются гидроксидными

плёнками.

IVB группа, d-металлы, валентные электроны (n-1)d2 nS2: Тi, Zr, Hf, Rf (резерфордий) разлагают Н2O при высокой температуре, образуя оксиды и гидриды:

3Тi + 2Н2О t 0 Тi+4О2 + 2Тi+2Н2-.

VВ группа, d-металлы, валентные электроны (n-1)d3 nS2: V, Nb, Та, Db (дубний) с H2O реагируют при высокой температуре:

12Nb + 5Н2О t 0 Nb52 O5 + 10Nb+Н-.

VIВ группа, d-металлы, валентные электроны (n-1)d5 nS1 для Сr, Мо, и (n-1)d4 nS2 для W и Sg (сиборгий) с водой не взаимодействуют из-за сильной пассивации поверхности металла оксидными плёнками: Сг2О3, Мо2О3 , W2O3.

7

VIIВ группа, d-металлы, валентные электроны (n-1)d5 nS2: Мn, Тс, Rе, Bh (борий) с Н2О не взаимодействуют из-за образования пассивных плёнок оксидов на поверхности металла.

VIIIВ группа, d-металлы, валентные электроны (n- 1)d6nS2. Fе, Со, Ni, Hs (хассий) с Н2О реагируют только при высоких температурах, разлагая её по уравнению:

0

3Fе + 4 Н2О t Fе3О4 + 4Н2 . Платиновые металлы Ru, Rh, Pd, Jr, Рt, OS с водой не взаимо-

действуют, в нагретом состоянии могут разлагать водяной пар.

Исключение составляет Fe. Во влажном воздухе коррозирует и покрывается гидроксидом Fе2О3·nН2О бурого цвета. Реакция может быть выражена уравнением:

4Fе + 3О2 + nН2О = 2Fе2О3 · nН2О.

Взаимодействие металлов со щелочами

Со щелочами могут реагировать только металлы, образующие амфотерные оксиды и гидроксиды. Соли амфотерных гидроксидов в водных растворах обычно образуют комплексные анионы, в которых лигандами являются ионы ОН ‾. Это Аl, Gа, Jп р-металлы, Zn, Sс d-металлы, Ве s-металл.

Ме + 3Н2О + 4ОН- [Ме (ОН)4]- + 3Н2 . Взаимодействие Аl, Gа, Jn, Sс протекает по реакции:

2Аl + 2NаОН + 6Н2О = 2Nа[Аl3+(ОН)4] + 3Н2

2│ Аl - 3 ē + 4ОН- [Аl(ОН)4]- процесс окисления,

│ Аl - восстановитель. 3│ 2H2O + 2 ē → Н2 + 2ОН- процесс восстановления,

H+ - окислитель.

___________________________________________

2Al + 8OH- + 6Н2О = 2[Al(OH)4]- + 3H2 + 6OH- 2Аl + 2ОН- + 6Н2О = 2[Аl(ОН)4]- + 3Н2.

Окисление металла происходит за счёт катионов Н+ из молекул Н2О.

8