WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 19 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный универститет» Р.Б. НИКОЛАЕВА, С.В. САЙКОВА, А.С. КАЗАЧЕНКО ПРАКТИКУМ ПО НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Часть 2 Учебное пособие Третье издание Красноярск 2007 УДК 54:546(075.8) ББК 24.1я73 Н63 Рецензенты: Л.А. Бендерская – канд. хим. наук, ст. препод. кафедры довузовской подготовки КГАЦМиЗ.

Николаева Раиса Борисовна, Сайкова Светлана Васильевна, Казаченко Анна Семеновна Практикум по неорганической химии : учебное пособие. Часть 2 / Сибирский федеральный университет. – Красноярск: Сибирский федеральный университет (3-е изд.), 2007. – 118 с., ил.

Данная работа является последней из четырех частей учебного пособия по неорганической химии для студентов-химиков первого курса. Представляет собой краткое изложение некоторых положений теоретической химии, знание которых необходимо при выполнении практических заданий. Кроме того, содержит методические указания к лабораторным работам и сведения по технике безопасности при работе с используемыми веществами, а также описание и объяснение свойств соединений, которые должны помочь лучше осмыслить результаты, полученные при выполнении лабораторных работ.

В пособии приведены исторические сведения о первых способах выделения элементов в виде простых веществ и об их свойствах, которые помогли открытию или идентификации этих веществ, это, на взгляд авторов, представляет интерес для студентов химиков, тем более что многие методы, использованные при открытии элементов, применяются до сих пор.

При составлении лабораторного практикума для положительной мотивации при ознакомлении с практической химией были отобраны наиболее эффектные опыты, которые вместе с тем требуют для их объяснений глубоких теоретических знаний. Методические указания к проведению опытов составлены «по-слепому», т.е. без указания ожидаемых внешних эффектов, что помогает выполнять эксперимент по типу исследования. Причем для каждой последующей лабораторной работы даются все менее подробные указания по организации эксперимента с целью развития самостоятельности студентов.

Практикум завершается синтезом одного из неорганических веществ, список которых приводится в конце пособия, и даны указания по методике их получения. Причем синтезировать предлагается вещества, которые необходимы для проведения лабораторного практикума на следующий учебный год.

В пособии приведены вопросы к двум коллоквиумам, а в конце каждой темы - вопросы к семинарским занятиям, составленные таким образом, чтобы можно было проводить занятия по типу проблемного обучения.

Данное пособие может быть также использовано преподавателями химии и аспирантами.

© Р.Б.Николаева С.В.Сайкова, А.С. Казаченко ISBN 5-7638-0297- Список принятых сокращений и условных обозначенийг – степень диссоциации Пr - произведение реакции г – степень гидролиза Пп.о. - произведение полуреакции окисления ПР – произведение растворимости - эффективный заряд атома в соединении H-связь – водородная связь разл. – разлагается I – потенциал ионизации атома РЗМ – редкоземельные металлы L – лиганды РЗЭ – редкоземельные элементы сплав. - сплавление NA – число Авогадро r – орбитальный радиус атома ст.ок. – степень окисления Z – заряд ядра атома ст.у. – стандартные условия а.е.м. – атомная единица массы т.кип – температура кипения а.к. – активированный комплекс т.пл. – температура плавления б/в – безводный т.разл. – температура разложения б/ц – бесцветный ТКП – теория кристаллического поля БГ – благородные газы ТЭД – теория электролитической диссоциации В – валентность ХС – химические связи взрыв. – взрывает ц.а. – центральный атом ДЭС – двойной электрический слой ЩЗМ – щелочноземельные металлы жидк. – жидкость ЩМ – щелочные металлы ИПВ – исходные простые вещества Э.О. – электроотрицательность КС – комплексное соединение ЭСКП – энергия стабилизации кристаллическим полем к.ч. – координационное число ЭЯНЭУ – экранирование ядра невалентными электронными уровнями K – константа диссоциации Пr - произведение реакции d K – термодинамическая константа равно- Пп.о. - произведение полуреакции окисления a весия ПР – произведение растворимости Kв - ионное произведение воды разл. – разлагается Kг – константа гидролиза конц. – концентрированный РЗМ – редкоземельные металлы М – металл РЗЭ – редкоземельные элементы мас. – массовые сплав. - сплавление МВС – метод валентных связей ст.ок. – степень окисления МГВС – метод гипервалентных связей ст.у. – стандартные условия ММВ – межмолекулярные взаимодействия т.кип – температура кипения ММО – метод молекулярных орбиталей т.пл. – температура плавления ММС – межмолекулярные связи т.разл. – температура разложения МО – молекулярная орбиталь ТКП – теория кристаллического поля н.у. – нормальные условия ТЭД – теория электролитической диссоциации НЭП – несвязывающая электронная пара ХС – химические связи об.у. – обычные условия ц.а. – центральный атом ОВП – окислительно-восстановительный ЩЗМ – щелочноземельные металлы потенциал ОВР – окислительно-восстановительная ре- ЩМ – щелочные металлы акция Часть уловных обозначений см. в приложении 1 в пособии [23]. Здесь и далее в квадратных скобках указан порядковый номер в списке литературы, приведенном в конце данного пособия.

ПЛАН ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ ПО НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ № недели Тема занятий 1 Техника безопасности, водород 2 Галогены 3 Кислород и его соединения с водородом 4 Сера. Контрольная работа №5 Азот 6 Фосфор и его аналоги 7 Коллоквиум I. Выбор темы реферата и курсовой работы 8 Углерод и кремний 9 Олово и свинец. Контрольная работа №10 Бор и алюминий 11 Коллоквиум II. Проверка рефератов 12 d-Элементы, часть 13 d-Элементы, часть 2. Контрольная работа №14-16 Курсовая работа «Синтез неорганических веществ» 17 Итоговое занятие. Защита курсовых работ ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ И ЕЕ ЗАЩИТЫ Перед выполнением лабораторной работы каждый студент должен представить преподавателю рабочую тетрадь с заготовкой отчета с тем, чтобы при проведении эксперимента все наблюдения сразу заносить в отчет набело! Категорически запрещается вести черновики! (Образец заготовки отчета дан в приложении 1.) На первой странице рабочей тетради должны быть фамилия, имя, отчество студента, номер группы и название практикума. Названия темы лабораторной работы и многостадийных опытов записывать в средней части страницы, а ниже каждую страницу нужно разделить на три графы.



Первая графа небольшая (3 см), а вторая примерно равна по ширине третьей.

В первую графу помещать названия одностадийных опытов и стадий сложного эксперимента.

Во второй графе следует приводить схемы установок и процессов, записывать уравнения реакций (в молекулярном и, где можно, в сокращенном ионном виде), давать расчетные формулы и результаты вычислений, а также табличные данные, необходимые для объяснения результатов опыта. В частности, значения E0 реагентов, участвующих в ОВР, или Hr, если процесс идет не в водном растворе, или термодинамические константы равновесия в случае обменных реакций.

Первую и, частично, вторую графы заполнять при подготовке к занятиям. В третью графу вносить наблюдения, сделанные при выполнении эксперимента. А записывать выводы, вытекающие из результатов опытов, и полностью оформлять вторую графу следует после завершения практической работы.

Записи в журнале вести лаконично и аккуратно.

Перед началом лабораторной работы, после оформления заготовки отчета, подгруппы студентов (по 2-4 человека) должны получить от преподавателя задание:

проделать и подготовить к демонстрации 1-2 опыта по теме лабораторной работы.

(Выполнять можно не только опыты, предлагаемые в данном пособии, но и другие по теме занятия, описанные в литературе, однако после согласования с преподавателем.) При проведении эксперимента результаты каждого наблюдения следует сохранять для демонстрации после описания в соответствующей графе отчета.

Когда все подгруппы выполнят все опыты, их результаты демонстрируются перед группой с необходимым пояснением (при этом студенты записывают в свой отчет результаты наблюдений других подгрупп после комментария преподавателя).

Если нельзя повторить эксперимент или наглядно представить его результаты на демонстрационном столе, то следует провести опыт на рабочем месте (сразу после подготовки) в присутствии всех студентов группы, а также преподавателя или препаратора.

При подготовке к защите лабораторной работы нужно изучить теорию по теме практикума, хорошо разобраться в сути каждого этапа эксперимента и окончательно оформить отчет (образец оформления – см. приложение 2).

При защите работы студенты должны показать знание не только теории, но и схем установок, условий выполнения и внешних эффектов всех проведенных на практике опытов, а также уметь объяснить их и написать уравнения соответствующих реакций.

ВОДОРОД История открытия. Получение и свойства водорода Водород в виде простого вещества получали (действием кислот на металлы) еще в XVI в. (Парацельс и другие исследователи). Причем, за способность гореть и взрываться назвали его «горючим воздухом». Лишь в 1799 г. А. Лавуазье (изучавший состав воды, вытесняя из нее водород с помощью раскаленного железа и снова синтезируя воду сжиганием H2 ) дал ему современное название «гидроген», что в переводе с греческого значит «воду рождающий» («водород») и отнес его к «простым телам» (т.е. к простым веществам).

Отметим, что указанный способ получения H2 из воды, предложенный Лавуазье, до сих пор иногда применяют в промышленности.

В современных лабораториях берут водород из баллонов, а также вытесняют его из кислот (HCl, H2SO4 (разб.) ) действием цинка. Можно использовать и любой другой металл (М), имеющий E0 (Mn+ / M0 ) < 0 (термодинамический фактор), если на его поверхности не образуется пассивирующая пленка (кинетический фактор).

Пассивирующая пленка может возникать за счет взаимодействия М с окружающей средой (например, с компонентами воздуха), или на начальной стадии растворения М (часто в первые мгновения процесса). Подчеркнем, что пленка является пассивирующей, если она не только малорастворима в жидкой фазе системы, но и является достаточно плотной, чтобы препятствовать проникновению реагентов через нее к поверхности металла.

Так, в нейтральной водной среде, где a(H+ ) = 10-7 моль/л (при 220С), водород должны восстанавливать металлы, редокс-потенциал которых ниже соответсвующего потенциала воды (E0 (H2O / H2 ) = -0,41 В). Это Ca, Mg, Na и т.п., но, например, Zn (E0 = -0,76 B) с водой практически не реагирует вследствие формирования на его поверхности достаточно плотной нерастворимой в воде пленки продукта окисления цинка.

В тоже время гидроксиды М(OH)2, образующиеся при взаимодействии Ca или Mg с водой, получаются в виде достаточно рыхлых осадков, поэтому не препятствуют протеканию данных реакций, хотя в той или иной степени тормозят их.





Очевидно, если пассивирующую пленку убирать по мере ее образования (например, соскабливая с поверхности металла – механический способ), то можно осуществить практически полностью процесс взаимодействия М с водой.

Другой способ удаления пленки – химический. Так, в щелочной среде в случае амфотерных М пленка исчезает за счет взаимодействия ее со щелочью. Но при этом М восстановливает водород воды только, если выполняется условие:

E0 ([M(OH)n]m- / M0 ) < -0,83 В. (E0 (H2O / H2 ) = -0,83 в щелочной среде при рН=14.) Например, E0 ([Al (OH)6 ]3- / Al0 ) = -2,35 В, поэтому Al растворяется в щелочи.

Собирать выделяющийся водород удобно в перевернутый сосуд (так как Hмного легче воздуха), а еще лучше в сосуд, заполненный водой (рис. 1), поскольку растворимость водорода в ней незначительна [24]1.

Здесь и далее в квадратный скобках указан порядковый номер в списке основной литературы, приведенном в конце данного пособия.

Несмотря на устойчивость молекул H2 (Eатомизации = 436 кДж/моль) термодинамическая активность водорода высока за счет образования достаточно прочных связей Н с другими элементами.

Электроотрицательность (Э.О.) водорода имеет среднее значение (2,1 по шкале Полинга), поэтому H2 проявляет как окислительные свойства (по отношению к ЩМ, щелочноземельным металлам (ЩЗМ), редкоземельным металлам (РЗМ) и т.п.), так и восстановительные (в реакциях с оксидами достаточно малоактивных М; с кислородом и др.).

Причем смеси H2 с O2 (а также с кислородом воздуха) от 6 до 67% (об.) по H- взрывоопасны. (Максимальной взрывной силой обладает т.н. «гремучий газ», содержащий стехиометрические соотношения данных газов.) В то же время струя чистого водорода (без О2) спокойно горит (голубоватым пламенем) на воздухе или в чистом кислороде с образованием воды. (При охлаждении пламени, например, внесением в него льда, восстановление O2 идет менее полно - лишь до пероксида H2O2.) Отметим, что химическая активность атомарного водорода (“Н”): и термодинамическая (E0 (H+ /" H" ) = -2,1 В), и кинетическая (ибо “Н” является радикалом), - много выше молекулярного, так как при использовании H2 большая часть энергии тратится на разрыв связи H - H. (Даже при 25000С атомизируются только 0,13% H2 и лишь при 50000С – 95%).

Теоретически атомарный водород в очень чистом состоянии без соприкосновения со стенками сосуда может существовать неограниченно долго, поскольку при соударении двух атомов “Н” образуется молекула H2 с избытком энергии, которая тут же распадается. Реально же энергия отдается частицам примеси или стенкам сосуда, поэтому половина “Н” комбинируется в молекулы всего за 1/3 секунды1.(При наложении сильного магнитного поля это время заметно увеличивается.) В химии, чтобы осуществить реакцию какого-либо вещества с атомарным водородом, помещают это вещество в реакционную зону образования “Н”, например, в зону реакции Zn с кислотой. Таким образом можно осуществить при об.у.

взаимодействие “Н” с O2 (с образованием H2O2 ), с Cl2 (даже в темноте), с Br2, I2, восстановить концентрированную H2SO4 и др.

Техника безопасности при выполнении лабораторной работы «Водород» При использовании водорода (особенно при отборе его из баллона, где он находится под давлением) нужно помнить, что смесь его с воздухом взрывается. Инициатором взрыва может быть как открытый огонь (например, искра от статического электричества), так и горячие предметы (с Т выше 4000С). Поэтому перед поджиганием струи водорода надо проверить его на чистоту от O2 (опыт 2Б).

Отметим, что получать водород взаимодействием Zn с кислотами нужно под тягой, так как технический цинк содержит значительное количество примесей, в ча При использовании горелок Ленгмюра атомарный водород, получаемый электродугой, нагревает свариваемые части металла до высокой температуры (>50000С) за счет рекомбинации “Н” на поверхности металла. (Значение H0 реакции: 2НН2, равно –436 кДж/моль, т.е. равно энергии связи в молекуле H2.) стности, мышьяк, который под действием атомарного водорода ()1 переходит в очень ядовитое и летучее вещество - арсин.

Пользуясь кислотой, избегайте попадания ее на кожу. Если же это случилось, нужно кислоту смыть водой, а пораженное место протереть раствором питьевой соды. При попадании кислоты внутрь надо пить взвесь 2 ч. л. МgO на стакан воды.

Перед использованием натрия (например, для вытеснения H2 из воды) необходимо надеть защитные очки. Затем металл пинцетом вынуть из керосина, положить на чистый сухой лист бумаги и, не торопясь, скальпелем или ножом отрезать нужное количество. Далее натрий освободить от поверхностной пленки и тотчас же использовать в работе. Остатки металла положить в керосин и сдать препаратору.

Работая со щелочью (образуется при взаимодействии натрия с водой или используется для получения водорода с помощью амфотерного металла), следует помнить, что при попадании на кожу щелочь вызывает омертвление ткани и, как результат, общее отравление организма, поэтому после обильного промывания водой, пораженное место необходимо протереть слабым раствором уксусной кислоты.

При попадании щелочи внутрь в небольшом количестве, нужно пить 1%-ный раствор уксусной кислоты, а при тяжелом отравлении щелочью – промывать желудок, затем принять обволакивающие средства (молоко, крахмал) и активированный уголь. (Для последующего его удаления использовать слабительное).

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 19 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.