книги / Методические указания к лабораторным работам по общей химии (1 семестр) для студентов нехимических специальностей
..pdfВыполнение работы
Опит I* Определение жесткости исходной воды
Жесткость исходной минерализованной вода определите титро ванием 09 05 н раствором трилона Б. Для этого в стакан налейте примерно 50-60 мл жесткой вода и пипеткой отберите 10 мл вода в коническую колбу. Б пробу вода добавьте .5 мл амшачного буферно го раствора (для ооздания определенной щелочности раствора) и 7-8 капель раствора индикатора хрома темно-синего и титруйте раствором трихона Б из бюретки до появления синей окраски раст вора. Титрование проводят 3 раза. По результатам титрования вы
числите среднее значение объема раствора трилона Б V f» |
пошед- |
||||||||||||
вего на титрование: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
VT |
- |
V/ |
+ Vg |
+ V » |
^ |
|
|
(5) |
||
где |
Vf . V2 * |
|
объем раствора трилона Б. поиедпего |
на титро |
|||||||||
вание каждой пробы, |
мл. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Хесткооть вода определите из соотношения |
|
|
||||||||||
|
|
|
VT |
* |
Нт |
= V « - b |
’ |
H ж - a |
, |
|
*e> |
||
где |
V * b |
- |
объем жесткой вода» |
мл; |
|
|
|
|
|
||||
|
Н * • ь |
- |
нориадьнобть жеотхой воды; |
|
|
|
|||||||
|
VT |
* ореднхй объем трилона Б» |
пошедоего на тжгроваяже,ил; |
||||||||||
|
Нт |
- |
нррмахьностъ трилона Б |
( |
Нт ■ 0»05). |
|
|
||||||
|
С учетом перевода едхнхц норнальноотж |
(г - э ы /л ) |
в |
единицы |
|||||||||
хеотхоотж |
( и г - т / л ) |
жеоткооть |
вода |
( Ж ь ) |
вычисляют по формуле |
||||||||
|
|
|
ж 6 |
= w |
• Нт |
|
i0<?° . |
|
|
(?) |
|||
|
Результаты титрования и расчетов занесите в табл Л . |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица I |
|
Титрования |
ОбъёГЩЦбШПЗ: среднее значение Среднее значение |
||||||||||||
поведшего на |
объема трилона Б жеоткооти вода» |
||||||||||||
|
|
|
титрование^ мл |
|
V T. |
мл |
мг-зкв/ж |
||||||
|
1 - |
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 - |
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 -е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опыт 2. Ионообменное умягчение вода |
+ |
Через |
ионообменную колонку, заполненную катионитом КУ-2 в |
N a |
-форме, |
пропустите 125 мх исходной жестхой воды со скоростью |
2-3 |
капли в секунду* При пропускании вода следите за тем, чтобы |
|
над смолой все время был слой жидкости» В противном случае в смолу попадает воздух и опыт нужно повторять» Соберите умягчен
ную воду в |
отдельшй стакан» |
|
|
|
|
Определите жесткость умягченной |
вода по методике, излажен |
||||
ной в опыте I . После умягчения окраска индикатора сразу же может |
|||||
указать на |
г |
2+ |
н |
кi J 2* |
а раотворе, при этом |
отсутствие ионов u a |
|
Мд |
|||
Ж у. в ■ 0» |
боди в умягченной воде присутствуют сохи жесткости, |
||||
то определите среднее по трем титрованиям значение жесткости |
|||||
умягченной |
вода Ж у .ь • Расчет |
№ у.ь |
проведите по формуле (7 ). |
||
Результаты занесите в таблицу, составленную аналогично табл.1.
|
По разности величин жесткости воды до умягчения Ж 6 и пос |
|
ле |
него |
Ж у.ь. и по объему пропущенной через колонку жесткой во |
да |
(V |
= 0,125 л) подсчитайте поглощенное количество ионов Са2* |
w 2+
иМ д (в м г -э к в ):
a rt = ( Ж Ь - Ж у . ь . ) • V . |
« > |
||||||||
Опыт 3» Регенирапмя катиона в колонке |
|
||||||||
Через колонку пропустите 100 мл 30£-иого раотвера |
NüCC г |
||||||||
ооберите раствор в отдельный отакаи» |
Определите ередкее |
аначенне |
|||||||
жеоткости раствора весле per м и радии |
Жр |
по рееультктш |
трех |
||||||
титрований. Расчет |
Ж р |
ореведюге |
по формуле (7 ). Результаты |
||||||
аанеожте в таблицу, соотаалежщую аиажагичио^табл.1. |
|
||||||||
Общее количество ионов |
С& |
|
и |
M j |
в растворе после |
||||
регенерации Qp |
(в мг-экв) |
подсчитайте |
по форфле |
|
|||||
Qp |
= |
Ж р |
• |
V p |
, |
|
|
|
^ |
где |
Vp ■ |
0,1 л . |
2+ |
|
Располагая двумя величинами: |
общим колнчеотвом ионов Са |
|
* |
М д2+ , |
пагдощеиннх катионитам |
а а , \з общим их количеством |
в растворе после регенерации |
d p t подсчитайте |
степень |
регепера- |
хши (в% ): |
|
|
|
Г) |
■Ш . |
|
(10) |
I . а п |
|
|
|
Опыт закончите, лроцустив через колонку 50 ид |
дистиллированной |
||
воды для удаления из колонки оставшейся части |
раствора |
Net С6 . |
|
Полученный фильтрат слейте в |
раковину. Цад верхний уровнем смолы |
||
в колонке оставьте слой воды высотой 4-5 см»
Оформление отчета
Отчет должен содержать:
1)название лабораторной работы;
2)название опыта;
3)расчеты и заполненные результатами опытов таблицы;
4)уравнения реакций умягчения жесткой воды и регенерации катионита;
5)выводы.
Лабораторная работа £ 3
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ
Теоретически»
При растворении в вода кислот, оснований, селей происходит распад веществ на заряженные частицы - ноны. Это явление называ ется электролитической диосошапией Положительно заряженные ионы называются катионами, отрицательно заряженные - анионами. Причиной процесса диосошаши являетоя гидратация (сольватация) ионов - взаимодействие полярных молекул воды (растворителя) с ионеми.
Диссониащя юяных соединений происходит 8& счет взаимодей ствия ионов кристаликческой решетки о полярными молекулами раст ворителя. Молекулы растворителя щктягнввютол к каждому яэ ионов электролита своими противоположными полюсами (роо.1) ж осуществ ляется мовдлпольвое взаимодействие. В результате ождн притяжения
|
меаду ионами в кристаллической |
|
решетке ослабевают настолько, что |
|
ионы отделяются и находятся в |
|
растворе в гидратированном (соль- |
|
ватнрованном) состоянии. Диссоци |
|
ируют не только ионные соеднне- |
|
нжя. но и молекулы с полярной ко |
|
валентной связью, например НС? 0 |
|
НЯ и т .д . Таким образом, распад |
|
молекул на ноны Ю8можен только в |
|
растворителях, молекулы которых |
|
имеют немирное отроение (вода, |
|
муравьиная кислота)* Такие раст- |
Рис.1. Ориентация полярик |
ворятелж называются ионизирующими. |
молекул растворителя вокруг |
В неполярных или мадопахяр- |
ионов кристаллической ре- |
|
шетки |
ных растворителях (бензоле, эфире, |
|
сероуглероде) днссоцкацни на ионы |
|
не набдодаэтоя. |
Ионизирующая способность различных растворителей характери зуется их диэлектрической постоянной. Диэлектрической постоянной называется величина, показывающая, во сколько раз сила взаимо действия мевду двумя зарядами в данной среде меньше, чем в без воздушном пространстве. Диэлектрическая постоянная воды равна 81. Это обозначает, что в водных растворах силы взаимодействия мевду ионами в 81 раз меньше» чем силы, действующие в кристал лах . Диэлектрическая постоянная растворителя находится в теоной овяаи о полярностью его молекул; шоокие значения диэлектричес ких постоянных некоторых падкостей обусловливаются большими ди польными моментами их молекул.
Диэлектрические постоянные некоторых растворителей:
в о д а .............................................. |
..................................... |
81 |
цураньяная кислота...................................................... |
|
58 |
этиловый спирт .............................................. .... |
. . . |
27 |
ац ето н ............................................................................... |
|
21 |
хлороформ........................................................... |
; . . . |
5.1 |
диэтадовнй эфир .............................................. |
|
4 .3 |
сероуглерод......................................................................... |
|
2,6 |
б ен зо л ...................................................................................... |
|
|
Процесс диссоциации характеризуют величиной степени диссо циации. Степень диссоциации cL - это отношение числа иолекул, распаншхся на ионы, к общему члену растворенных молекул. Сте пень диссоциации выражается в процентах иди долях единицы.
С увеличением степени диссоциации электролита в растворе его электропроводность возрастает. Это объясняется увеличением
числа ионов, |
являющихся переноочнкамн зарядов. |
|
||||||||
В зависимости о? величины степени диссоцнашш электролиты |
||||||||||
принято условно делить на сильные н слабые. Сальными называют |
||||||||||
также электролиты, у которых отепень |
дисооцнации с^> 5СЙ (в |
|||||||||
0,1 н.растворах) |
и практически |
не зависит от концентрации элект |
||||||||
ролита. Слабые электролиты имеют степень |
диссоциации |
cL^ 5Q? |
||||||||
(среди них иногда выделяют электролиты средней сады), |
которая |
|||||||||
существенно зависит от концентрации электролита. |
|
|||||||||
К сильным электролитам относят: |
|
|
|
H2 SO4 , |
||||||
1) |
кислоты |
НСВ, |
Н Ь г , |
НЗ , |
НМОз, |
НСе04 , |
||||
H2Se Он ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2) |
щелочи, |
т .е . основания щелочных г щелочно-земельных ме |
||||||||
таллов NaOH , |
КОН, С а(0Н )а > Ь о (0Н)я |
и т .д .; |
|
|||||||
3) |
нормальные сблн, а также кислые и основные сохи по I ста |
|||||||||
д а диссоциации. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Сильные электролиты диссоциируют необратимо в одну отадию |
||||||||||
ва все составляющие их ионы* Нацример: |
|
|
|
|||||||
|
|
|
H*SC>4 |
— |
2 Н + + |
S0<f“ |
, |
|
||
|
|
|
Ьа(0Н)2 — |
Ва * |
+ 2 0 Н |
, |
|
|||
|
|
|
N a 3 РОл — - |
5 t f a + + |
Р0 * ', |
|
||||
|
|
|
Н а г НРО/,*—- |
2 На+ |
+ НР0?~, |
|
||||
|
|
|
щон)сег — |
деонг+ + гее' |
|
|||||
К слабым электролитам относят: |
|
|
|
Мд (ОН)2 ; |
||||||
1) |
NH4 0H |
к малораотворюие в воде оовоиаиия |
||||||||
Ае(0Н)з * |
%п(0Н)г |
и Т.Д .; |
НСЫ f HaS |
|
|
|||||
2) |
похоти |
СНзСООН, |
, HzSOs , НгСОз , |
|||||||
Нз РОа .
Слабые электролиты диссоциируют обратимо я ступенчато в не сколько стадий. Вацрямер:
Mg(0H)a |
= |
Mg 0Н+ |
+ ОН |
d~i |
|
MgOH+ |
|
Мд2+ + ОН" |
dé |
||
НгСОз |
= |
Н+ |
+ |
НСО» |
<*ч |
НСОз" |
= |
Н+ |
+ |
сог5- |
ds |
Каждая яз стадий яыеет свое величину степени ассоциации, при этом преобладает диссоциация по первой с т а д а ( cLi » o L 2 )«
При дясооцяаца кислых я основных солей первая стадия диссо циации соответствует диссоциации сильного электролита» а остаток кислоты или основания диосодарует далее как слабый электролит.
Например: '
д е(о н )2 се |
— |
щ о н ) 1 |
+ с е |
сильный электролит, |
|
щ т ) я |
= = / 1 е ( о н / + + он 1 |
||||
А1(0Н)2* |
|
|
|
|
олабый электролит» |
= |
л е 3+ |
+ |
о н " |
J |
|
Маа НРОа |
— |
2 Na |
+ |
Н Р о Г |
окльный электролит, |
н р о Г |
= |
н + + |
|
р о Г |
олабый электролит. |
Равновеоие и о д у ионами и недлоооцпрованными молекулами слабых электролитов подчиняется» заходу действия масс. Таи» для равновеоия
СН»С00Н = |
СНзСОО" + н + |
ш»ш> н в п о а п |
|
tCHsCOO"]fH+J
= [CHiCOOHj |
’ |
Ш ) |
где Нд - константа диссоциации, шрахенная через равновеоные концентрации
Прн введено в раствор олабого электролита одноименных ионов (т .е . ионов, одинаковых е одним ха ионов электролита) существуюмее в растворе равновесие между ионами и недисс оцжировашшми модеиудами нарушается и, согласно закону действия масс, омецается в сторону недкссоциировашшх молекул. Таи, например, если и раст вору ухоуоиой ииодотн прибавить ее оодь СНзСООЫа , то прои зойдет дисооцкация соли:
CHaCODNa----- |
Na+ + СНзСОО' , |
|
и концентрация ионов |
СНзСОО" |
в растворе увеличится. Это |
приведет и увеличению концентрации |
ССНзСОО" ] в равенстве ( I I ) . |
|
Таи как константа диссоциации Kg |
данного электролита при посто |
|
янной температуре является величиной поотолнной, то концентрация
недхсооциированнюс молекул |
[СНзСООН] |
в равенстве ( I I) |
увели |
чится, а концентрация [ Н+] |
уменыяитоя, |
т.е* равновесие |
процесса |
диссоциации уксусной кислоты снеститоя в сторону неднссоцгарованинх молекул.
При разбавлении раствора степень диссоциации слабых электро литов увеличивается, так как в разбавленных растворах расстояния между ионами дольне и столкновения между разноименно заряженными ионами происходят реже. Вследствие этого обратный процесс воссое динения ионов в молекулы затрудняется.
Выполнение работы
Сравнение электропроводности различных жидкостей производит ся с помощью прибора, охема которого приведена на рис. 2.
Если на прибор подать постоянное значение напряжения от ис точника тока, то интенсивность свечения лампы будет завхоеть от сихы электролита (в растворах сильных электролитов электропровод ность больае) : спяьное свечение - сильный электролит, слабое овеченже - слабый электролит, нет свечения - пеэлектрояит.
Рнс.2. Прибор для измерения электропро водности жвдкоотей: 1 - электроды; <g - лампа наваливания; 3 - стаканчик; 4 -
пластина для крепления электродов
Опыт I . Сравнение электропроводноети
. различных жидкостей
Перед испытанием каждой жидкости электроды и стаканчик про мойте дистиллированной водой. Испытуемую жидкость налейте в ста канчик до метки. Электроды оцустите в жидкость. Прибор включите в оеть постоянного тока (на розетке знак ”+” и н а "пост. ")
и отметьте интенсивность свечения лампы. Внимание. Вынимать элект роды иэ отакана можно только после отключения щшбора от источни ка тока. Испытание жидкостей следует начинать в последовательности увеличения еилн электролита, о которой можно судить по значениям степени диссоциации сС (см. приложение) • Результаты наблюдений аапш ите в таби.2.
Таблица 2
Вещество или
Лего формула
I NHifOH 0,1н.
2H2SÛ4 0.1н.
3NaOH О./н.
4СНъСООН 0.1и.
бН20
Степень Интеноивдщзеоцианооть све пииоС Л чения лампы
Уравнение Сила ИЛЛАТШАПИ электро
электтюлжтов лита
|
|
|
|
Окончание табл .2 |
|
Л |
Вещество жхж Степень |
Интенсив |
Уравнение |
Сила |
|
его формула - дю содна- |
ность |
ове- |
дш^сптшяпиц |
алектро |
|
|
ц и и л |
ченяя |
дампы электролитов |
лжта |
|
6(СНз)г СО
(адвтов)
7СНзСООН +
+NH* ОН
После, исследования электропроводности растворов ОИ
ж СНзСООН к стаканчика с NH^OH слейте половицу раст- . вора, а оотааувоя часть доведите до метка раствором уксусной
. кжслоты. Раствор перепевайте стеклянной палочкой ж жопытайте при бором. Объясните разлжчже в электропроводности индивидуальных реотворов гждроксждд аавонжя ж уксусной кжслоты ж жх омвож.
Опыт Д 2* Ионквжртвмее дойотвже равлжчжых растворпелей
В отжажчжкж о водой ж ацетоном пропуотжте газообраэш й хлороводород. Аппарат для получения хлороводорода установлен в внтяшом нка$у. Попытайте алектропроводвость полученных раство
ров |
НС8 |
в воде ж |
НС6 в ацетоне* |
Сравните жоживжрувцее дейст |
|
вие растворителей - |
воды ж ацетона - |
по жх хавлектричеокжм поото- |
|||
ш я ш |
(^НаО * 81,6(сн»)2С0 ■ 21) |
. Наншате уравнение дюооцна- |
|||
цщж |
НС6 |
■ оделайте вывод о силе |
алектролжта в равшх раотво- |
||
» 3. Вхжянже реебевмвия ха электропроводность
раствора слабого алектролжта
Налейте в отахажчжк кончен ржроважаун уноуощую кислоту (в вытяжном шхмфт) таким обревом, чтобы слой хихкоотж в стаканчике
не превшаж 5 ш . Намерьте электропроводность. Раабавьте концент рированную кволоту водой до матхж ж внове намерьте алеатроцроводнооть. Слейте половицу раствора, доведите уровень до метив дно-
тонированной водой и измерьте электропроводность. Повторите раз бавление водой 2 -3 раза. Заяви те наблюдения и объясните, как в почему взменявтоя электропроводность при разбавлении раствора слабого электролита.
Опыт гё 4. Влияние концентрации одноименного нова на степень диссоциации слабых электролитов
Налейте в две пробирки по 2-3 мл разбавленной уксусной кис лоты и добавьте в каждую пробирку 2-3 капли метилоранжа. В кислой
среде |
метилоранж имеет розовую окраску, в нейтральной я щелоч |
|
ной - |
желтую. В одну из пробирок внесите небольшое количество |
|
(на кончике шпатам) ацетата натрия СНьСООМа |
и взболтайте |
|
(вторая пробирка для сравнения) • Сравните окраску растворов в
обеих пробирках я объясните |
ее изменение в пробирке при добавле |
н а о о а . Для этого напивиге |
уравнения процессов диссоциации ук |
сусной полоты ■ ацетата натрия ж воспользуйтесь выражением для константы днсооцшщж Kg , величина которой зависит только от температуры. Сформулируйте общий прпщ ш смещения равновесия р е а к ц а диссоциации при в вед ен а в раствор одноименного иона.
Лабораторная работа * 4
ИОЯШЕ УРАВНЕНИЯ. ОДРОЮ© CQKHtt
Т г " —— |
П Л 1 1 |
Копне уршгапи .
При химической реазддж в раотворах электролитов ваажмодейотщувт не молекулы, а воин. Напрпер, уравнение ремсцп в молехулярмой форме:
6в(М 0з)2 + HaSO. = bç»S0* * + 2ЙЫОз ;
у р ш н а п . |
■ шшюм ю т о м .м х е, к о п о л о . |
м а м . л п а м н я . |
Ь о |
+ 2 N 0 Ï + 2H* + S 0 / “= B a 5 0 i,f |
+ 2 Н*+ 2Ы0ъ |