Практикум по химии. Часть I (стр. 2 )

1. Соберите установку как показано на рис. 2.

2. В сухую пробирку (1) поместить 2–3 г. порошкообразного перманганата калия (KMnO4), закрыть её тампоном из стеклянной ваты и взвесить пробирку на технических весах (m1).

3. Закрыть пробирку с KMnO4 пробкой с отводной трубкой (3) и присоединить к прибору.

4. Заполнить мерный цилиндр (5) водой, и закрыв его стеклянной пластинкой, перевернуть вверх дном в ванну (4) с водой. Под цилиндр подвести трубку от пробирки.

5. Осторожно нагреть пробирку на небольшом пламени горелки (2), собирая выделяющийся газ в цилиндр.

6. По прекращении реакции прекратить нагревание и вынуть конец отводной трубки из-под цилиндра.

7. Пробирку охладить в течение 10–15 минут и, вынув пробку с отводной трубкой, взвесить пробирку с оставшимся веществом и тампоном (m2).

Рис. 2. Установка для определения молекулярной массы кислорода

1 – пробирка; 2 – горелка (спиртовка); 3 – газоотводная трубка;

4 – стеклянная ванна; 5 – мерный цилиндр.

8. Измерить объем выделившегося кислорода в цилиндре (V) и с помощью миллиметровой бумаги-линейки расстояние от уровня воды в ванне до уровня воды в цилиндре (Нв).

9. Записать температуру воздуха и давление по комнатному термометру и барометру.

10. Привести объем выделившегося кислорода к нормальным условиям, учитывая атмосферное давление (Р), давление водяных паров при данной температуре (h) и давлении столба жидкости (Рв), оно равно высоте жидкости (Нв, мм), деленной на плотность ртути, то есть: . Так как парциальное давление кислорода выразится формулой: Ро2 = Р – (h + Рв), то формула для приведения объема кислорода к нормальным условиям примет вид:

.

11. По разности взвешивания по пунктам 2 и 7 определить массу кислорода: .

12. Вычислить молекулярный вес кислорода, зная, что 1г любого газа занимает при н. у. объем 22,4 л:

– Vo;	;
;

13. Найти абсолютную и относительную погрешность определения.

Опыт 3: Определение эквивалентов металлов по водороду

Прибор (рис. 3) для работы состоит из 2-х стеклянных трубок, соединенных резиновой трубкой, одна из которых должна иметь деления. К прибору присоединена пробирка посредством резиновой пробки и трубки. Если пробки плотно входят и в пробирку, и в стеклянную трубку, то при подъеме и опускании открытой стеклянной трубки сильного колебания уровня жидкости не отмечается. Прибор должен быть герметичен.

Рис. 3. Прибор для определения эквивалента металла методом вытеснения

водорода из кислоты:1 – пробирка с кислотой и навеской; 2 – бюретка с делениями;

3 – стеклянная трубка; 4 – штатив.

Порядок выполнения опыта

1.  Проверьте прибор на герметичность. Получите навеску металла у лаборанта. Запишите её массу и уровень жидкости в стеклянной трубке.

2.  В пробирку (1), отделив её от прибора, налейте 3−4 мл раствора соляной кислоты (1 : 3) и 1–2 капли катализатора – сульфата меди (CuSO4).

3.  Навеску металла с оберткой положите в пробирку так, чтобы она не касалась кислоты, и плотно закройте пробирку пробкой. Ещё раз обратите внимание на уровень жидкости в бюретке (2).

4.  Наклонив пробирку, смочите навеску кислотой. Кусочки металла должны упасть на дно пробирки. Реакция идет с выделением водорода. При этом уровень воды в бюретке понижается, а в открытой части прибора повышается. Когда выделение водорода прекратится, опыт считается законченным.

5.  Так как реакция экзотермична, пробирку следует охладить в течение 5 мин.

6.  Приведите жидкость в обеих трубках к одному уровню. Запишите положение уровня воды после опыта.

7.  Запишите температуру и давление, и определите по таблице давление водяных паров при данных условиях (h).

8.  Для приведения объема водорода к нормальным условиям пользуются формулой: , считая, что парциальное давление водорода равно: ,

где: – парциальное давление водорода; – давление по барометру; h – давление водяного пара при определенной температуре t °C.

9.  Зная массу прореагировавшего металла и объем вытесненного им водорода при нормальных условиях, вычислите эквивалент металла

.

10.  Узнайте у преподавателя, какой металл был взят для реакции, и вычислите его эквивалент. Рассчитайте абсолютную и относительную ошибку опыта.

11.  Полученные данные занесите в табл. 3.

Таблица 3

Масса металла, г	Температура, °С	Давление, кПа	Положение уровня, мм	Объем Н2, мл	Эквива-лент металла, г
m	t	по барометру	пара воды, h	до опыта V1	после опыта V2		Эмет

Контрольные вопросы

1.  Что называется атомной и молекулярной массой вещества?

2.  Как читается закон Авогадро, следствие из закона Авогадро?

3.  Что такое плотность газа первого по второму? Запишите формулу.

4.  Как вычислить молекулярную массу при помощи уравнения Клапейрона–Менделеева?

5.  Как рассчитать эквивалентный объем любого газа?

6.  Напишите уравнение реакции разложения перманганата калия.

7.  Назовите методы определения молекулярной массы газа.

8.  Как рассчитать парциальное давление газа (он собран над водой)?

9.  Как производится расчет абсолютной и относительной ошибок при определении молекулярных масс газов?

10.  Что называется эквивалентом вещества?

11.  Что называется эквивалентом элемента?

12.  Сформулируйте закон эквивалентов.

13.  Как определить эквивалент оксида, соли, основания, кислоты?

14.  Какой объем занимают 6,02 × 1023 атомов водорода при н. у.?

Раздел II. Общие закономерности химических реакций

Лабораторная работа № 2

КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Цель работы: изучение влияния различных факторов (степени измельчения веществ, концентрации и температуры) на скорость реакций.

Опыт 1: Влияние степени измельчения (величины поверхности

соприкосновения веществ) на скорость реакций

Уравновешивают на весах маленький кусочек мрамора (мела) (около 0,2 г) и мрамор (мел) в виде порошка. Приготовляют две пробирки с равным количеством раствора соляной кислоты (около 1/5 объема пробирки). Одновременно в одну пробирку ссыпать порошок, а в другую опустить кусочек мрамора (мела). Сравнить скорость реакции в обеих пробирках. Написать уравнение реакции.

Опыт 2: Зависимость скорости реакции от концентрации

реагирующих веществ

Зависимость скорости реакции от концентрации рассмотреть на примере реакции тиосульфата натрия с серной кислотой, протекающей по уравнению:

Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + S¯ + SO2­ + Н2О.

Сера, выпадающая в осадок, вызывает помутнение раствора.

Порядок выполнения опыта

1. Приготовить в трех сухих пробирках равные объемы растворов тиосульфата натрия Na2S2O3 различной концентрации, добавив дистиллированную воду, как указано в табл. 4.

Таблица 4

№ пробирки	Количество капель	Общий объем, V	Условная концен-трация Nа2S2O3	Время протека-ния реакции t(с)	Скорость реакции V=1/t, сек–1
Nа2S2O3	Н2О (дист.)	H2SO4
1.	4	8	1	13	С
2.	8	4	1	13	2С
3.	12	0	1	13	3С

2. Приготовить капельницу с серной кислотой.

3. Добавить каплю H2SO4 в пробирку № 1 с тиосульфатом натрия и встряхнуть. Измерить время от момента прикапывания кислоты до появления в растворе заметного помутнения. Добавить кислоту во вторую и третью пробирки, определяя время до одной и той же степени помутнения раствора. Результаты записать в таблицу.

4. Начертить график зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ (ось абсцисс – концентрация Nа2S2O3, С; ось ординат – скорость реакции, V).

5. Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

Опыт 3: Зависимость скорости реакции от концентрации

реагирующих веществ

Порядок выполнения опыта

1. Взять три сухие пробирки и приготовить в них равные объемы растворов йодата калия KJO3 различной концентрации, добавив дистиллированную воду, как указано в табл. 5.

Таблица 5

№ пробирки	Количество капель	Общий объем, V	Условная концентр. KJO3, С	Время протека-ния реакции t(с)	Скорость реакции V=1/t, с–1
KJO3	Н2О (дист.)	Восстанови-тельная смесь
1.	5	10	3	18	С
2.	10	5	3	18	2С
3.	15	0	3	18	3С

Раствор перемешайте встряхиванием пробирок и поставьте их в штатив.

2. Приготовьте восстановительную смесь. Для этого в чистую пробирку внесите последовательно: два микрошпателя Nа2S2O3, 10 капель свежеприготовленного крахмала, 2−3 капли раствора H2SO4, перемешайте.

3. Внесите пипеткой две капли восстановительной смеси в пробирку № 1. Одновременно начните отсчет времени по секундомеру до появления синей окраски раствора. Повторите этот опыт с растворами в пробирках № 2 и № 3. Результаты запишите в таблицу и определите скорости реакций.

4. Начертите график зависимости скорости реакции от концентрации (ось абсцисс – концентрация KJO3, С; ось ординат – скорости реакций, V).

5. Сделайте вывод о влиянии концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции.

Опыт 4: Влияние температуры на скорость химической реакции

Порядок выполнения опыта

1. Установить в термобаню две пробирки. Одна пробирка с раствором серной кислоты H2SO4 и опущенной в нее пипеткой, другая с 10 каплями раствора тиосульфата натрия Nа2S2O3.

2. Не вынимая пробирку с раствором Nа2S2O3 из термобани, добавить в нее одну каплю H2SO4 из пробирки, находящейся в термобане. Засеките время до появления заметного помутнения. Повторите опыт, увеличив температуру термобани на 15 ○С, а затем на 30 ○С от начальной температуры. Результаты сведите в табл. 6.

Таблица 6

№ наблюдения	Температура опыта	Время течения реакции	Скорость V = 1/t, сек–1
1.
2.
3.

3. Постройте график зависимости скорости реакции (V) от температуры (t), рассчитайте температурный коэффициент реакции (g).

4. Сделайте вывод о зависимости скорости химической реакции от температуры.

Опыт 5: Влияние катализатора на скорость реакции, гомогенный

катализ

Влияние катализатора на скорость реакции рассмотреть на примере реакции восстановления железа (III) в железо (II) тиосульфатом натрия, протекающей по уравнению:

2Fe(SNC)3 + 2 Nа2S2O3 = Na2S4O6 + 2Fe(SNC)2 + 2NaSCN,

при этом наблюдается обесцвечивание раствора.

Порядок выполнения опыта

1. Приготовить в 5 пробирках раствор роданида железа (III): в мерный цилиндр налить 10 мл 0,1-нормального раствора хлорида железа (III); прилить к нему 10 мл 0,1-нормального раствора роданида калия или роданида аммония.

2. Взять пробирку с раствором роданида железа (III), перелить его в мерный цилиндр, водой довести объем до 30 мл и разлить поровну в три пробирки.

3. Во вторую пробирку с раствором роданида железа (III) добавить 5 капель раствора сульфата меди, в третью – 15 капель сульфата меди.

4. В три другие пробирки отмерить по 5 мл раствора тиосульфата натрия.

5. В пробирки с раствором роданида железа (III) прилить поочередно приготовленные растворы тиосульфата натрия. Отметить время от момента сливания до обесцвечивания раствора.

6. Сделать вывод о влиянии катализатора на скорость гомогенной реакции.

Опыт 6: Влияние катализатора на скорость реакции, гетерогенный

катализ

Опыт проводится в приборе изображенном на рис. 4.

Порядок выполнения опыта

1. С помощью уравнительного сосуда уровень воды в бюретке установить на нулевое деление.

2. В колбу Вюрца, отмерив мерным цилиндром, влить 20 мл раствора перекиси водорода Н2О2.

Рис. 4. Установка для измерения скорости каталитического разложения перекиси водорода

1 – бюретка; 2 – уравнительный сосуд; 3, 4 – соединительные трубки; 5 – колба

3. Взвесить в пробирке 0,10 – 0,12 г двуокиси марганца MnO2.

4. Содержимое пробирки внесите в колбу Вюрца. Колбу быстро закройте пробкой и включите секундомер.

5. Через каждые 2 минуты отмечайте объем вытесненного кислорода. Для этого необходимо, опуская или поднимая уравнительный сосуд, установить в момент отсчета объем на уровень поверхности воды в бюретке и уравнительном сосуде. Опыт проводите 20 минут.

6. Данные свести в табл. 7. По полученным результатам построить кривую зависимости скорости разложения перекиси водорода от времени (ось абсцисс – время, t; ось ординат – объем вытесненного кислорода, V), а также график зависимости от t.

Таблица 7

№ опыта	Объем кислорода за каждый промежуток времени, V, мл										Общий объем , мл
2 мин	4 мин	6 мин	8 мин	10 мин	12 мин	14 мин	16 мин	18 мин	20 мин
1.
2.
3.

Опыт 7: Выполнить предыдущий опыт, используя бихромат калия K2Cr2O7 вместо двуокиси марганца MnO2