Скачать 3.96 Mb.
|
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СТАВРОПОЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ Ставрополь 2005 УДК 546(07.07) Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по общей химии. / В. И. Гончаров, Л. И. Еременко, Т. А. Милащенко и др. Под ред. В. И. Гончарова -Ставрополь. -Изд.: СГМА. 2005,табл. 18,рис. 15. С 164 Составители: В. И. Гончаров, Л. И. Еременко, Т. А. Милащенко, Л. П. Андрусенко, Е. В. Белик, К. С. Эльбекьян, И. А. Братцева, В. Н. Игнатова, О.П. Демидов, E.B. Демидова В лабораторном практикуме представлены основные теоретические положения тем: «Введение в объемный анализ», «Элементы химической термодинамики», «Химическая кинетика и катализ», «Коллигативные свойства растворов», «Основные типы химических равновесий и процессов жизнедеятельности», «Химия биогенных элементов», «Физико-химия дисперсных систем», описание лабораторных работ, примеры решения задач, задания для самостоятельного контроля, вопросы к защите работ и ситуационные задачи. Лабораторный практикум предназначен для студентов лечебного, педиатрического, стоматологического факультетов и факультета высшего сестринского образования. Рецензенты: А.В. Аксенов (зав. кафедрой органической и физической химии Ставропольского государственного университета, доктор хим. наук, профессор) И.В. Боровлев (зав. кафедрой химии гетероциклических соединений Ставропольского государственного университета, доктор хим. наук, профессор) В.И. Ефременко (зав. кафедрой биохимии Ставропольской государственной медицинской академии, доктор мед. наук, профессор, засл. деятель науки РФ) © Ставропольская государственная медицинская академия, 2005 Оглавление стр. 1. Лабораторное занятие №1. Введение в объемный анализ 9
3. Лабораторно-практические работы 16 3.1. Лабораторная работа 19 П. Лабораторное занятие № 2. Кислотно-основное титрование 20
III. Лабораторное занятие № 3. Элементы химической термодинамики 27
3. Лабораторные работы 36 3.1. Определение энтальпии растворения вещества 36 3.2. Смещение химического равновесия за счет изменения концентрации одного из реагирующих веществ или продуктов реакции 39
3. Лабораторные работы 62 3.1. Сравнительное действие неорганических и биологических катализаторов. 62
4. Контрольные задания и вопросы 64 VI. Лабораторное занятие № 6. Коллигативные свойства растворов 64
VII. Лабораторное занятие № 7. Протолитическая теория и кислотно- основное равновесие 80
VIII. Лабораторное занятие № 8. Протолитические равновесия и процессы. Понятие о кислотно-основном состоянии организма 93
3. Лабораторные работы ЮЗ
4. Эталоны решения задач 104 5. Контрольные вопросы 105 IX. Лабораторное занятие № 9. Лигандообменные равновесия 106
X. Лабораторное занятие № 10. Окислительно-восстановительные равновесия 111
XI. Лабораторное занятие № 11. Гетерогенные равновесия 121
XII. Лабораторное занятие № 12. Биогенные s- и р-элементы 130
3. Лабораторные работы 135
калия, натрия 135 магния, кальция, бария 136
галогенидов 136 хлорной извести, сульфатов и сульфитов, нитратов и нитритов 137 фосфатов, водородпероксида 138
XIII. Лабораторное занятие № 13. Биогенные d-металлы 140
металлопротеины 141 белки, активируемые ионами металлов 141 молибден, марганец, железо 142 кобальт, медь 143 цинк 144
3.6. Окислительная способность d-элементов в высших степенях окисления.. 148
3. Лабораторные работы 158
2.1. Грубодисперсные системы 160
4. Контрольные вопросы и упражнения 164 I. Лабораторное занятие № 1 1. Задание к занятию № 1 Тема: Введение в объемный анализ Цель: Сформировать представления о современных правилах построения систематических названий неорганических соединений. Научить расчетам, связанным с концентрацией растворов при их приготовлении и использовании в медицинской практике. 2. Основные вопросы темы:
3. Лабораторно-практические работы:
4. Библиографический список: 1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Учеб. для мед. спец. вузов. /Ю. А. Ершов, В. А. Попков, А. С. Берлянд и др. Под ред. Ю. А. Ершова - М.: Высшая школа, 2003. Гл. 2, с. 42-51. 2. Основные теоретические положения 2.1. Современная номенклатура неорганических соединений Химическая номенклатура является сложной, информационноемкой и важной областью современной научной терминологии. В основу номенклатуры неорганических соединений положен их состав, как главный признак первичной идентификации веществ. Химическая номенклатура складывается из формул (изображение состава вещества с помощью символов химических элементов, числовых индексов и других знаков) и названий (изображение состава веществ с помощью слова или группы слов). Номенклатурные правила ИЮПАК (комиссия Международного Союза теоретической и прикладной химии) адаптированы к традициям русского языка для более легкого произношения и записи. 2.3. Способы выражения количественного состава раствора в титриметрическом анализе Задача данной темы - сформировать теоретические и практические представления о принципах титриметрического анализа, применяющегося в клинической биохимии для диагностики ряда патологических состояний. Титриметри-ческий анализ является одним из простых и доступных способов получения химической информации. Титриметрический анализ Кислотно-основное титрование 1 Осадительное титрование Комплексоно-метрия Окислительно-восстановительные реакции Реакции, сопровождающиеся образованием осадка Реакции комплексо- образования Реакции между кислотами и основаниями (в т.ч. реакции с участием гидроли-зующихся солей) Количественный состав раствора в титриметрическом анализе выражается с помощью молярной концентрации С(Х) (здесь и далее X - произвольно выбранное химическое вещество). Молярная концентрация - отношение формульного количества растворенного вещества к объему раствора: C(X)=n(X)/V Наиболее распространенная единица измерения - моль/л. Молярное соотношение реагирующих веществ не всегда равно 1:1, оно определяется стехиометрическими коэффициентами в уравнении реакции. В связи с этим вводится такое понятие, как химический эквивалент. Химический эквивалент - реальная или условная частица вещества, которая в обменной реакции вступает в реакцию с одним протоном или замещает его в соединениях, а в окислительно-восстановительных реакциях отдает или присоединяет один электрон. Рассмотрим реакции: 1. Н S+KOH^KHS+H О ► K2S+2H20 ►2H20+2S02. 2. H2S+2KOH-3.2H2S+302- В первой реакции эквивалентом сероводорода будет одна молекула H2S (реальная частица), во второй реакции эквивалентом будет 1/2 молекулы H2S (условная частица); в третьей реакции эквивалент сероводорода равен 1/6 H2S, так как S"2-6e^S+4. Одно и то же вещество может иметь в различных реакциях несколько эквивалентов и определить эквивалент можно только, исходя из конкретной химической реакции. Величина, показывающая какая доля реальной частицы (молекулы, иона, атома, радикала) соответствует эквиваленту, называется фактором эквивалентности (1/Z). В обменных реакциях без участия протонов, величина Z равна суммарному заряду обменивающихся ионов (без учета знака заряда Z всегда целое и положительное число). Для A12(S04)3: Z = 2 (число ионов А13+) • 3 (заряд) = 6; 1/Z= 1/6. Для простоты расчетов в аналитической химии вводят вспомогательный способ выражения состава раствора - молярную концентрацию эквивалента -C(1/ZX): C(l/ZX)=n(l/ZX)/V. Необходимо правильно и быстро переходить от одного способа выражения концентрации к другому: C(1/ZX)=Z«C(X). 2.4. Основы количественного анализа Для проведения количественного анализа надо обратить внимание, что уравнения реакций показывают минимальные целочисленные количества химических веществ, вступающих в реакцию и образующихся в результате реакции. Поэтому для удобства расчетов в химии используют понятие химического эквивалента вещества (см. выше). Из определения понятия химического эквивалента вытекает, что в химической реакции обязательно участвует равное число эквивалентов двух веществ (кислоты и основания, окислителя и восстановителя и т. д.). Равными оказываются и количества вещества эквивалента тех же веществ: n(l/Z1X1)=n(l/Z2X2). Это равенство представляет собой математическое выражение закона эквивалентов. Выразим количество вещества эквивалента через концентрацию и объем раствора: n(l/ZX) = C(l/ZX)«V. Тогда получим закон эквивалентов в виде формулы, удобной для расчетов в титриметрическом анализе: Для проведения титриметрического анализа нужны растворы известных концентраций, которые используют для определения концентраций других растворов. Приготовление титрованных растворов проводится несколькими способами: 1. Приготовление титрованного раствора по точной навеске исходного вещества В этом случае берут точную навеску исходного вещества на аналитических весах, переносят в мерную колбу, растворяют и раствор доводят до метки дистиллированной водой. Титр такого раствора называется приготовленным: Т(Х) = m(X)/V, где т(Х) - навеска (г); V - объем мерной колбы (мл); Т (титр) - величина, измеряемая массой растворенного вещества X (г) в 1 мл раствора, связан с молярной концентрацией соотношением: Т(Х) = С(Х)«М(Х)/1000. В качестве исходных веществ могут быть использованы те, которые удовлетворяют требованиям:
воде.
Такими исходными веществами являются натрий карбонат Na2C03, натрий тетраборат Na2B407* 10Н2О, щавелевая кислота Н2С204*2Н20 в методе нейтрализации; натрий хлорид NaCl в методе осаждения - аргентометрии; калий бихромат К2Сг207 в иодометрии. Пример 1. Рассчитайте массу натрия тетрабората Na2B4O7*10H2O, необходимую для приготовления раствора объемом 250 мл с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л, используемого для кислотно-основного титрования соляной кислотой по реакции: Na2B407+2HCl+5H20 = 4H3B03+2NaCl. Решение. Из уравнения видно, что эквивалентом натрия тетрабората является условная частица, равная половине его молекулы (одному иону водорода эквивалентна половина молекулы). Количество эквивалента натрия тетрабората, необходимое для приготовления заданного раствора: n(l/2Na2B4O7-10H2O)=V-C(l/2Na2B4O7). Подставляем данные из условия задачи: п(1/2Ма2В4О7«10Н2О)=0,25л«0,1моль/л=0,025моль m(Na2B4O7«10H2O)=M(l/2Na2B4O7«10H2O)«n(l/2Na2B4O7«10H2O) m(Na2B4O7«10H2O) = 0,5 «381,4г/моль«0,025моль=4,7675г. Далее, имея массу навески исходного вещества, легко рассчитать титр (по выше предложенным формулам) и далее перейти на расчет концентрации рабочего раствора. C(1/ZX) = T(X)«1000/M(1/ZX). 2. Приготовление титрованного раствора объемным методом Теперь, зная объемы растворов, которые определяются при титровании измерительной посудой: пипетками и бюретками и концентрацию одного из растворов, рассчитывают концентрацию второго раствора. Пример 2. Для нейтрализации 5 мл раствора серной кислоты потребовалось 4,78 мл раствора натрия гидроксида с С (NaOH) = 0,1012 моль/л. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента серной кислоты. Решение. Для определения фактора эквивалентности напишем уравнение реакции H2S04+2NaOH = Na2S04+2H20. Для натрия гидроксида фактор эквивалентности равен 1/1. Для серной кислоты, исходя из уравнения реакции, фактор эквивалентности равен 1/2. Согласно закону эквивалентов: C(l/2H2S04)=V(NaOH)«C(NaOH)/V(H2S04), С(1/2Н28О4) = 4,78мл«0,1012моль/л/5,00мл = 0,0967моль/л. В общем случае объемы должны быть выражены в литрах. Однако, когда берется отношение объемов, они могут быть выражены и в других, но одинаковых, единицах. Растворы, концентрации которых определяются описанным способом, называются растворами с установленным титром. Если по каким-либо причинам анализируемое вещество нельзя определить непосредственно, то проводят промежуточную реакцию, и один из ее продуктов определяют титриметрическим методом. Такой прием, основанный на эквивалентности количеств исходного вещества и продукта реакции, называют методом заместительного титрования. Согласно закону эквивалентов, расчеты в этом методе можно выполнять так, как будто никакой промежуточной реакции не проводилось. Пример 3. Для определения водородпероксида к 10,0 мл раствора добавили калия иодид в избытке в кислой среде. На восстановление выделившегося иодида потребовалось 7,65 мл раствора с концентрацией C(Na2S2O3) = 0,01986 моль/л. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента Н202. Решение. Водородпероксид обычно медленно вступает в реакции. Поэтому проводят реакцию, при которой образуется продукт, легко определяемый титриметрическим методом: H202+2KI+H2S04= I+2H20 +K2S04 I2+2Na2S203=2NaI+Na2S406. Для этих реакций: n(l/2H202) = n(l/2I2) = n(Na2S203), поэтому С(1/2Н202) = С (Na2S203) • V(Na2S203)/V(H202) С(1/2Н202) = 7,65 мл «0,01986 моль/л/10,0 мл = 0,0152 моль/л. 3. Лабораторно-практические работы Для закрепления материала, связанного с расчетами концентрации растворов при их приготовлении предлагается решить следующие задачи:
Измерения в титриметрическом анализе Для проведения титриметрического анализа обязательно измеряют объемы жидкостей. Измерения проводят специальной мерной посудой: мерными колбами, пипетками, бюретками. Важно помнить, что точность измерения объема достигается не только точностью градуировки, но и соблюдением правил пользования мерной посудой:
а б Рис. 1. Правильное измерение объемов неокрашенных (а) и окрашенных (б) жидкостей Мерные колбы предназначены для приготовления растворов титранта, первичных стандартов, анализируемых проб, для разбавления жидких проб. Мерные колбы бывают различной вместимости (от 2000 см3 до 25 см3). На узком и длинном горлышке колбы имеется метка, а на широкой части - номинальный объем (рис. 2). При приготовлении растворов последнюю порцию растворителя добавляют по каплям, чтобы не превысить номинальный объем. Приготовленные растворы тщательно перемешивают. Пипетки предназначены для переноса определенных объемов жидкостей. Для заполнения пипетки нижний конец ее опускают в раствор, с помощью резиновой груши (или работы мышц рта и щек) засасывают раствор выше метки, после чего закрывают верхнее отверстие пипетки указательным пальцем. Держа пипетку строго вертикально, осторожно приоткрывают отверстие, уровень жидкости при этом опускается. В тот момент, когда он сравнивается с меткой, отверстие вновь перекрывают. а) б) в) Рис. 4. Бюретки Для выливания жидкости из пипетки нижним концом ее прикасаются к внутренней поверхности сосуда и, вновь открывая отверстие, дают жидкости медленно вытечь. Выдувать содержимое пипетки не разрешается. Различают пипетки Мора (рассчитанные на один объем, рис. За) и градуированные пипетки (рис. 36). С помощью градуированных пипеток можно отмеривать различные объемы. Градуированные пипетки дают менее точное значение объема по сравнению с пипеткой Мора. Бюретки предназначены для измерения объема вытекающих из них жидкостей. Нижний конец бюретки представляет собой цилиндрическую трубку с нанесенными делениями, снабжен затвором. В качестве затворов используют стек лянный шарик, вставленный в резиновую трубку (рис. 4а), металлический зажим (рис. 46), стеклянный кран (рис. 4в). Для правильного проведения титрования бюретку устанавливают строго вертикально в штативе, наполняют титрантом с помощью воронки выше нулевой отметки. Затем освобождают кончик бюретки от пузырьков воздуха, слегка приподнимая резиновую трубку и надавливая на нее в месте расположения стеклянного шарика или зажима. После этого снимают воронку и устанавливают уровень титранта на нулевой отметке. Точность измерения объема по бюретке вместимостью 25 см3 должна составлять 0,02-0,03 см3. Правильная запись: 10,02 см3; 12,00 см3; 14,35 см3. В аналитической практике широко применяются также микробюретки (вместимостью 2 и 5 см3) с более мелкой ценой деления. Все указанные виды посуды используются для манипуляций с растворами точных концентраций. Для измерения объемов вспомогательных растворов используют менее точную мерную посуду: цилиндры, мензурки, измерительные пробирки. Сущность кислотно-щелочного титрования. Алкали- и ацидиметрия В основе многих методов титриметрического анализа лежат реакции ионного обмена. К их числу относятся и кислотно-основные реакции нейтрализации, с помощью которых определяют кислоты (алкалиметрия, т. е. метод, в котором раствор известной концентрации - щелочь) и основание (ацидиметрия, где определение ведется кислотой, как раствором с известной концентрацией). Кислотно-основное взаимодействие можно рассматривать с позиций про-толитической теории кислот и оснований. В соответствии с ней сущность кислотно-основных (протолитических) реакций состоит в переносе протона от кислоты к основанию: НВ1 + В2 "оВ! +нв2 Любая кислота может рассматриваться как продукт соединения основания В" с протоном Н+. Равновесие обычной реакции нейтрализации Н30++НО~<0> 2Н20 сильно смещено вправо в соответствии с малым значением константы автоионизации воды Kw=10"14 моль2/л2. Реакция идет вправо, пока концентрации Н30+ и НО" не достигнут указанного значения К . Данная реакция оказывается практически необратимой и с этой точки зрения вполне подходит для применения в титриметрическом анализе. Кроме того, реакции переноса протона проходят очень быстро, что также является одним из требований к титриметрическим реакциям. Итак, титриметрический анализ заключается в измерении объема титранта (раствора точно известной концентрации), затраченного на реакцию с определяемым веществом. Процесс постепенного добавления титранта к анализируемой пробе называется титрованием, а момент завершения реакции - точкой эквивалентности. Расчет в титриметрическом анализе, как было уже сказано выше, основан на законе эквивалентов. При титровании необходимо учитывать силу кислот и оснований. При соединении растворов кислоты и основания в эквивалентных количествах, получается раствор, содержащий растворитель (воду), катионы основания и анионы кислоты (с точки зрения теории протолитического процесса). В реакции сильной кислоты с сильным основанием эти катионы и анионы практически не проявляют кислотно-основных свойств и не влияют на концентрации ионов водорода и гидроксида, вследствие чего реакция среды раствора, т. е. его рН, совпадает с рН чистой воды (рН=7). Если в реакции нейтрализации участвует слабая кислота или слабое основание, то процесс оказывается заметно обратимым. Титрант в точке эквивалентности вступает в реакцию не полностью. При определении слабого основания в растворе остается непрореагировавшая сильная кислота (титрант) и в точке эквивалентности рН<7. Соответственно, при определении слабой кислоты в точке эквивалентности рН>7. 3.1. Лабораторная работа Освоение объемного метода количественного анализа титриметрии начинают с процесса титрования. Заполнив бюретку и внеся необходимый объем пипеткой в колбу для титрования, начинают процесс титрования:
Далее, используя метод прямого титрования, рассчитывают молярную концентрацию эквивалента соляной кислоты по известной концентрации натрия гидроксида C(NaOH) = 0,1 моль/л. В коническую колбу при помощи пипетки отмерить и внести 5 мл раствора соляной кислоты и 2-3 капли раствора индикатора фенолфталеина. Затем, небольшими порциями из бюретки приливать раствор натрия гидроксида к раствору соляной кислоты до появления розовой окраски, не исчезающей в течение 1 мин. Процесс титрования повторить два раза. Для расчета молярной концентрации эквивалента соляной кислоты использовать закон эквивалентов с учетом среднего объема щелочи, пошедшей на титрование 5 мл кислоты. Итак, для расчетов в титриметрическом анализе, исходя из закона эквивалентов используют следующие формулы: C(1/Z1X1)/C(1/Z2X2)=V(X2)/V(X1) C(1/ZX) = T(X) -1000/M(1/ZX) Т(Х) = С (1/ZX) • M(1/ZX) /1000 T(X) = m(X)/V Порядок оформления тетради и рабочего протокола:
Примечание: результаты измерений и расчетов свести в соответствующие таблицы, при необходимости представить графический материал. Контроль на выходе: рабочие протоколы представить преподавателю, получить зачет. П. Лабораторное занятие № 2 1. Задание к занятию № 2 0> |
Практикум по общей химии Москва 2013г Лабораторный практикум по общей химии Методическое пособие предназначено, в первую очередь, для студентов факультета инженерной механики, изучающих курс общей химии в... | Лабораторная работа эффект Мёссбауэра Зеленодольск 2007 Печатается... Методическое пособие предназначено для студентов третьего курса физико-математического факультета Зеленодольского филиала кгу, специализирующихся... | ||
Методическое пособие для студентов геолого-географического факультета... Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко | Методическое пособие по курсу «Картография» для студентов специальностей... Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко, доцентом кафедры... | ||
Лекция 8 Географические атласы Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко | В. Т. Жуков социально-экономическая картография Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко | ||
Методическое пособие к теме "диаграмма состояния железо-углерод"... Методическое пособие разработано кандидатами химических наук, доцентами кафедры общей и неорганической химии С. Н. Свирской и И.... | Лабораторная работа №1 Шатило С. П., Ковалев А. Ю. Методическое руководство к лабораторным работам по курсу «Технология конструкционных материалов» | ||
Учебно-методическое пособие для студентов специальность 050144 Дошкольное... Данное учебно-методическое пособие адресовано студентам педагогического колледжа и имеет цель оказать помощь в подготовке к зачету... | Учебно-методическое пособие Тольятти 2011 удк ббк ахметжанова Г.... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов магистров, обучающихся на педагогическом факультете тгу по направлению «Педагогика».... | ||
Методическое пособие для самостоятельной работы студентов по подготовке... Методическое пособие для самостоятельной работы для студентов по подготовке к контрольным и курсовым работам и рейтинг программа... | 2 Естественные науки (естествознание) 20. 1 Человек и окружающая... Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко, доцентом кафедры... | ||
Тема: «Форма и размеры Земли. Движение Земли. Смена дня и ночи» Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко, доцентом кафедры... | Учебно-методическое пособие Красноярск сфу 2012 удк 504. 004. 4 (07) ббк 28. 0я73 Экологическая информатика: учебно-методическое пособие [Текст] / сост. М. А. Субботин. – Красноярск: Сиб федер ун-т, 2012. – 9 с | ||
Учебно-методическое пособие самара 2005 удк 657 Рецензенты Учебное пособие предназначено для студентов заочного отделения Международного института рынка, обучающихся по специальности «Финансы... | Учебно-методическое пособие / О. Н. Углицких, И. И. Глотова, Е. П.... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 080300. 68 «Финансы и кредит» очной... |