Методические рекомендации к лабораторным работам для студентов обучающихся по специальности Технология продукции общественного питания
план-конспект занятия на тему

Департамент образования города Москвы

Государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Технологический колледж № 28

Буре Л.В.

Физическая и коллоидная химия

Москва, 2011 год

Методические рекомендации к лабораторным работам по физической и коллоидной химии для специальности 260502 Технология продукции общественного питания

            Основная цель настоящего пособия – облегчить студентам самостоятельную подготовку к лабораторным работам по физической и коллоидной химии.

            Тематика лабораторных работ отражает требования к содержанию курса физической и коллоидной химии, в соответствии с учебным планом.

             При составлении практикума использованы лабораторные работы, описанные в учебниках: «Физическая и коллоидная химия» (авторы: В.Е.Липатников, К.М.Казаков -  М. «Высшая школа», 1984г.), «Лабораторные работы по коллоидной химии» (авторы: В.А.Влков и др. – М. «МГТУ им. Косыгина», 2000г.). 

Составитель:    Буре Любовь Васильевна, преподаватель общеобразовательных дисциплин.

Рецензент: Капранова Елена Викторовна, методист

Рукопись рассмотрена и одобрена на заседании ЦМК естественнонаучных дисциплин протокол № 3 от 19.11.2011 г.

Введение

            Физическая и коллоидная химия, рассматривая общие закономерности химических явлений и химической энергии, имеет большое значение в формировании мировоззрения современного технолога. Она существенно помогает правильно ориентироваться в чрезвычайно обширном опыте современной химии, химической и пищевой технологии. В настоящее время предъявляются требования рационального выбора исходных веществ и рационального метода их переработки для получения нужных продуктов необходимого качества. Эта рациональность в решении технологических проблем обеспечивается в первую очередь использованием основных физико-химических закономерностей, которые лежат в основе разнообразных методов количественной оценки и контроля качества получаемой продукции. Физическая и коллоидная химия относятся к точным естественным наукам, основу которых составляют теория и эксперимент. Поэтому, в подготовке современного технолога важное место занимает практикум по физической и коллоидной химии. Умение проводить измерения физических величин, работать с различными приборами, анализировать результаты измерений и делать соответствующие выводы помогает накопить опыт, который в дальнейшей самостоятельной деятельности технолога дает возможность ему решать новые задачи, выдвигаемые жизнью.

              Настоящий практикум содержит перечень лабораторных работ, рекомендации по их выполнению, описание лабораторных работ, приложение. Описание каждой работы включает разделы: цель работы; оборудование и химические реактивы; теоретическую часть (в кратком изложении); практическую часть, включающую последовательность выполнения эксперимента; указания по обработке и оформлению результатов измерений; контрольные вопросы к работе. В приложении содержится справочный материал, необходимый для обработки результатов эксперимента и выполнения соответствующих расчетов.

Рекомендации по выполнению и оформлению

лабораторных работ

          Поскольку практикум содержит минимум теоретических сведений, то подготовка к лабораторному занятию должна быть выполнена студентом самостоятельно по лекционному материалу. Для самоконтроля студенту рекомендуется обдумать ответы на контрольные вопросы, которые приводятся в конце описания каждой работы.

          Перед выполнением лабораторной работы студент должен внимательно ознакомиться с ее описанием и составить в лабораторной тетради краткий конспект. Конспект должен содержать: название работы, цель работы, используемое оборудование и реактивы, описание (или рисунок) экспериментальной установки или прибора, краткое содержание практической части.

           После проведения эксперимента все полученные данные должны быть занесены в лабораторную тетрадь как «Результаты эксперимента» (в каждой лабораторной работе порядок записи приведен). По результатам эксперимента осуществляется расчетная часть лабораторной работы. Обработка экспериментальных данных должна быть представлена в лабораторной тетради.

           В конце работы должен быть сделан вывод или краткий ответ к поставленной цели.

Лабораторная работа №1

              Определение поверхностного натяжения  жидкостей

Цель работы:

-  научиться определять поверхностное натяжение спирта этилового  сталагмометрическим методом.

Оборудование:

1. сталагмометр
2. стакан химический на 50мл
3. воронка

4.  резиновая трубка

Реактивы:

1. вода дистиллированная;
2. спирт этиловый

                                                    Теоретическая часть:

      Сталагмометрический метод (метод подсчёта капель) основан на зависимости между числом капель, получаемых из данного объёма жидкости (при свободном её падении в виде капель), и поверхностным натяжением. Прибор, в котором проводят измерения, называется сталагмометром. Он представляет собой пипетку, имеющую две метки а и b, по которым отсчитывают число капель. Нижняя часть   сталагмометра переходит в капилляр, конец которого утолщён и отшлифован для получения одинаковых капель. Жидкость вытекает из сталагмометра через капиллярное отверстие по каплям. Каждая капля отрывается от нижнего конца трубки только тогда, когда вес её преодолеет силу поверхностного натяжения, удерживающую каплю на конце трубки. Чем больше поверхностное натяжение, тем больше  капля, следовательно, тем меньше капель получается из этого объёма жидкости.

                        Зная число капель и плотность жидкости, можно  рассчитать поверхностное натяжение по формуле:

         σ0 - поверхностное натяжение дистиллированной воды (см. Приложение);

 ρ0 - плотность дистиллированной воды;
n0 -  число капель дистиллированной воды;
σ, ρ, n - соответствующие величины для этилового спирта.

Плотность воды и этилового спирта при различных температурах:

                                         Практическая часть:                                                                                                            

         Укрепите сталагмометр вертикально, как показано на рисунке.

Промойте его дистиллированной водой. Под сталагмометром поставьте стакан

с дистиллированной водой. Через резиновую трубку, надетую на верхний конец

сталагмометра, медленно засосите дистиллированную воду выше верхней метки «а». После этого дайте жидкости свободно стечь до верхней метки и начинайте отсчитывать капли. Как только мениск достигнет нижней метки «b», отсчёт капель прекратите. Повторите эксперимент еще 2 раза. Разница между отдельными отсчетами не должна превышать одну каплю. После этого заполните сталагмометр исследуемой жидкостью (этиловым спиртом) и проделайте точно такие же измерения. Для расчета поверхностного натяжения используют средние значения n0 (ср.) и n (ср.).

                     Записи результатов эксперимента и расчетов:

 После определения числа капель исследуемой жидкости, вычислите

поверхностное натяжение исследуемой жидкости по приведенной выше формуле.

        Определение вязкости жидкости

Цель работы: 

- научиться определять вязкость этилового спирта вискозиметрическим методом.

Оборудование:

1.  лабораторный штатив

2. термометр

3.  большой химический стакан (термостат)

   4.  вискозиметр

5.  резиновая груша

6.  секундомер

Реактивы:

1.  дистиллированная вода

2.  этиловый спирт

                                               Теоретическая часть:

     Вязкость   определяют   при   помощи   прибора   вискозиметра,   который представляет собой U – образную трубку.  Одно колено трубки имеет

расширение 1, выше и ниже которого нанесены метки а и b. Широкое колено тоже имеет расширение 2, выше которого нанесена метка с.

      Вязкость определяют по отношению к вязкости  воды, измеряя время  истечения под собственным давлением одинаковых объемов исследуемой жидкости и воды в одном и том же вискозиметре. Так как вязкость сильно зависит от температуры, то измерения производят при постоянной температуре.    Для   этого   вискозиметр   погружают   в   водяную   баню   или в термостат с точно регулируемой температурой.

                                                  Практическая часть:

         На конец узкой трубки промытого и просушенного вискозиметра наденьте кусок резиновой трубки. Погрузите вискозиметр в большой химический стакан с водой определенной и постоянной температуры и укрепите его в штативе. Верхняя метка «а» узкой трубки должна находиться в воде. После этого налейте через широкое колено вискозиметра дистиллированную воду до верхней метки «с». Через 10 минут, когда вода в вискозиметре примет температуру термостата, при помощи резиновой трубки засосите жидкость в узкую трубку немного выше верхней метки «а». Отпустив резиновую трубку, внимательно следите за опусканием воды в узкой трубке вискозиметра, как только уровень воды достигнет верхней метки, включите секундомер. Остановите стрелку секундомера в момент, когда вода в узкой трубке вискозиметра опустится до нижней метки «b». Опыт повторите три раза и возьмите среднее значение времени истечения воды (τ).  Запишите результаты опыта.

           Промойте вискозиметр исследуемой жидкостью (этиловый спирт) и определите для нее время истечения при той же температуре, что и для воды.

                             Записи результатов эксперимента и расчетов:

      На основании результатов опыта рассчитайте относительную вязкость по формуле:

                                                              ρ (ж) · τ (ж)

                                η  (жидк.) = η (воды) ·  ----------------------

                                                                                              ρ (воды) ·  τ (воды)

           η (воды)  = 0,01 П;

           ρ (ж) = 0,7894г/см3  (жидкость – этиловый спирт);

           ρ (воды) = 1г/см3;

            τ (воды)- время истечения воды;

            τ (ж) - время истечения этилового спирта.

                                      Контрольные вопросы:

1. Дайте определение понятиям: поверхностное натяжение и вязкость.
2. Что такое ПАВ?
3. Чем объяснить, что с повышением температуры уменьшаются поверхностное натяжение и вязкость?
4. Какие приборы используются для измерения вязкости и поверхностного натяжения?
5. Если плотность исследуемой жидкости выше плотности воды, то вязкость и поверхностное натяжение этой жидкости будут выше или ниже  показателей для воды?

Лабораторная работа №2

 Определение зависимости скорости реакций от температуры и концентрации реагирующих веществ

Цель работы:

- ознакомление с основными закономерностями протекания химических реакций и факторами, влияющими на скорость реакции: температура и концентрация реагирующих веществ.

Оборудование:

1. химический стаканчик на 50мл (2шт.);

2. термометр;

3. секундомер;

4. водяная баня;

5. разлинованный лист бумаги.

Реактивы: 

1. раствор H2SO4 (0,5%)  

2. раствор Na2S2O3 (0,5%)

Теоретическая часть:

         Под скоростью химической реакции  понимают изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени. Это может быть или одно из исходных веществ, концентрация которого во времени уменьшается, или один из продуктов реакции, концентрация которого в ходе реакции увеличивается.                                    

Скорость химических реакций зависит от следующих факторов:

1.  природы реагирующих веществ;

2.  площади поверхности фаз (для гетерогенных реакций);

3.  концентрации реагентов;  

4.  температуры;

5.  катализатора.

          Зависимость скорости реакции от концентрации выражает основной закон химической кинетики - закон действующих масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в реакции.

Так, для химической реакции:

                       mA + nB = C    скорость определяется по формуле:                      

 υхим.р. = k [A]m [B]n, где   k – константа скорости данной реакции.

[A] и  [B] – концентрации реагирующих веществ;

m   и    n – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

В случае гетерогенных реакций  в уравнение закона действующих масс входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой фазе или в растворе.

Другими словами, при взаимодействии твердого вещества с жидкостью или твердого вещества с газом скорость реакции зависит не только от концентрации жидкости и газа, но и от величины поверхности  S твердых реагентов:

                              V = kSC = k' C ,  

 k' – константа скорости с учетом величины поверхности твердого реагента.

Зависимость скорости реакции от температуры определяется  правилом Вант-Гоффа: при увеличении температуры на каждые 10 градусов, скорость химической реакции увеличивается в 2 - 4 раза.

Практическая часть:

      Скорость химических реакций в гомогенной системе на практике изучается на примере взаимодействия растворов серной кислоты и тиосульфата натрия (серноватистокислого натрия):

                   Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + S + SO2 + H2O

       Сера, выделяющаяся в тонкораздробленном состоянии, даёт помутнение раствора. Момент исчезновения из поля зрения линеек или шрифта на бумаге, подложенной под стакан с реагирующими веществами, соответствует выделению определённого количества серы. Так как степень помутнения зависит от толщины слоя, то все опыты следует проводить в одном и том же стакане, чтобы объём жидкости и соответственно высота слоя были одинаковы.

Время, необходимое для выделения данного количества серы обратно пропорционально средней скорости процесса. Началом реакции считаем момент смешения растворов, условным концом реакции - выделение одного и того же количества серы.

Опыт 1: Зависимость скорости реакции от температуры.

      Химический стаканчик объемом 50мл поставьте на лист линованной бумаги. Налейте в стаканчик 10мл  0,5%-ного раствора серной кислоты, добавьте к нему 10 мл 0,5%-ного раствора серноватистокислого натрия, предварительно измерив температуру растворов. В момент сливания жидкостей включите секундомер. В результате реакции наблюдайте помутнение смеси. В момент, когда разлинованный лист бумаги не будет виден через слой смеси, отключите секундомер.  

        Затем опыт повторите еще два раза, предварительно увеличив температуру реагирующих жидкостей на 100C и 200C относительно первоначальной температуры.

 Результаты измерений занесите в таблицу (условная скорость реакции – величина, обратно пропорциональная времени течения химической реакции):

      По полученным данным сделайте вывод о влиянии температуры на скорость химической реакции.

Опыт 2: Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ  при постоянной температуре.

        В один стаканчик налейте 10 мл 0,5%-ного раствора серной кислоты. В другой - 10 мл 0,5%-ного раствора серноватистокислого натрия и 20 мл дистиллированной воды. Стаканчик, как и в предыдущем опыте, поставьте на разлинованный лист бумаги. К раствору кислоты  прилейте приготовленный раствор соли, включив секундомер. Окончание реакции отметьте по полному помутнению смеси (как и в первом опыте). Далее опыт  повторите с изменением концентрации соли: 20 мл раствора серноватистокислого натрия на 10 мл воды; 30 мл раствора соли (см. таблицу).

Результаты измерений занесите в таблицу:

        По полученным данным сделайте вывод о влиянии концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции.

Опыт 3: Зависимость скорости химической реакции в гетерогенных системах

В две пробирки налейте соляную кислоту. Затем в одну из них положите кусочек мрамора, а в другую - такой же кусочек, растёртый в порошок. В обеих пробирках проходит реакция:

                                   CaCO3 + 2HCI  = CaCI2 + H2O + CO2↑

      Наблюдайте выделение газа. В какой пробирке скорость реакции выше?

По результатам опыта сделайте вывод о влиянии площади соприкосновения реагирующих веществ на скорость реакции в гетерогенных системах.

                                        Контрольные вопросы:

1. Что понимают под скоростью химической реакции?
2. Какие факторы влияют на изменение скорости реакции?
3. Сформулируйте правило Вант-Гоффа.
4. Какие реакции называются обратимыми?
5. От каких факторов зависит константа скорости химической реакции?

Лабораторная работа № 3
                Определение молекулярной массы вещества

криоскопическим методом

Цель работы:   

- определить молекулярную массу нелетучего растворимого вещества

криоскопическим методом на основании знания законов разбавленных растворов.

Оборудование:

1. прибор для определения молекулярной массы вещества криоскопическим методом.

2. мерный цилиндр или пипетка.

3.  стакан со льдом.

Реактивы:

1. дистиллированная вода.

2. мочевина.

                                      Теоретическая часть: 

          Понижение  температуры замерзания  или

повышение температуры кипения растворов

прямо пропорционально концентрации

растворенного вещества (закон Рауля). 

                         М = Ккр. ∙ 1000m / Δtзам. ∙ А

  М – молекулярная масса; А – масса растворителя;

  m – масса растворенного вещества.

  Ккр - криоскопическая константа – величина, характерная

  для данного растворителя.

Следовательно, определив экспериментально понижение температуры замерзания раствора, можно вычислить молекулярную массу растворенного вещества.  Этот метод определения молекулярной массы вещества называется криоскопическим.

Для определения понижения точки замерзания раствора применяется специальный прибор. Он состоит из большого химического стакана, закрывающегося крышкой с тремя отверстиями. В одно отверстие в центре крышки вставляют мешалку, в другое - термометр, в третье - широкую пробирку, в которую вставлена меньшая пробирка с боковым отростком. Вторая пробирка также закрыта пробкой с двумя отверстиями. В одно из них вставляют термометр Бекмана (при отсутствии можно использовать термометр с делениями до 0,1 градуса по Цельсию), в другое - мешалка из толстой проволоки, кольцо мешалки должно свободно охватывать нижний конец термометра.

Наружная пробирка служит воздушным холодильником и обеспечивает равномерное охлаждение исследуемого раствора, находящегося во внутренней пробирке. Вначале определяют температуру замерзания чистого растворителя, а затем температуру замерзания раствора.

                                           Практическая часть:

Для определения температуры замерзания растворителя и раствора стакан наполните охлаждающей смесью, температура которой должна быть на 5 градусов по Цельсию ниже температуры замерзания чистого растворителя. Охлаждающей смесью может быть смесь льда и поваренной соли или лучше сухой лед. Затем во внутреннюю пробирку прибора, предварительно вымытую и высушенную, налейте отмеренные пипеткой 10 миллилитров дистиллированной воды, которая в опыте служит растворителем. В воду погрузите термометр так, чтобы шарик с ртутью был закрыт жидкостью, но не доходил до дна пробирки.

Поместите внутреннюю пробирку, предварительно охлажденную в смеси со льдом, во внешнюю пробирку и погрузите их в сосуд с охлаждающей смесью. Дайте жидкости охладиться примерно до -1 градуса по Цельсию, после чего начните энергично перемешивать воду мешалкой (не касаясь термометра!). При этом начинают выпадать кристаллы льда, и температура быстро поднимается до определенного значения, остается некоторое время постоянной, а затем опять начинает падать. Следует отметить ту температуру, до которой поднимается столбик ртути, - это и есть температура замерзания чистого растворителя (воды) -  t0. Внутреннюю пробирку выньте и, расплавив лед в пробирке, снова повторите опыт. Из двух измерений возьмите среднее значение температуры замерзания растворителя.

Определение температуры замерзания раствора проводят также. Получите у лаборанта навеску мочевины (0,5г), ссыпьте ее во внутреннюю пробирку. Навеску растворите при помешивании мешалкой, а затем определите температуру замерзания раствора t1. Сделайте два измерения и возьмите среднее значение.

Результаты измерений занесите в таблицу:

На основании полученных данных температур замерзания растворителя и раствора рассчитайте понижение температуры замерзания по формуле:

Δtзам. = t0 – t1

Молекулярную массу мочевины рассчитывайте по формуле:

 Ккр. ∙ 1000m  

                                                   М = -----------------           

                                                                 Δtзам. ∙ А

Сделайте выводы.

                                 Контрольные вопросы:

1. Приведите формулировки первого и второго законов Рауля.
2. Для каких растворов справедливы законы Рауля?
3. Что показывает криоскопическая константа?
4. Приведите примеры практического использования знаний законов Рауля.
5. В чем суть закона разбавления Оствальда?

                           Лабораторная работа №4

            Определение рН среды различными методами

Цель работы: 

 - научиться определять рН растворов различных веществ колориметрическим методом;

 - ознакомиться с устройством рН - метра;

 - научиться определять рН среды электрохимическим методом.

Оборудование:

 1. штатив с пробирками

 2. рН-метр

Реактивы:

 1. 0,01н NaOH;  

 2. 0,01н HCI;

 3. набор индикаторов: метилоранж, фенолфталеин, лакмус;

 4. универсальный индикатор;

 5. растворы солей: NaCI, AICI3, Na2CO3.

                                         Теоретическая часть:

         Степень кислотности или щелочности растворов выражают водородным показателем (рН). В нейтральной среде рН = 7, в кислой   рН < 7, в щелочной среде  рН  > 7.

       В более кислом растворе концентрация ионов водорода выше, а значение рН меньше; в более щелочном растворе концентрация водородных ионов ниже, а значение рН больше. На практике рН среды определяют колориметрическим и электрохимическим методами. Метод определения кислотности среды, основанный на изменении окраски индикаторов, называется колориметрическим. Индикаторы – это вещества, изменяющие свою окраску в зависимости от степени кислотности или щелочности раствора. Каждый индикатор характеризуется интервалом перехода окраски. Интервал перехода окраски индикатора – это область между двумя значениями рН, в которой происходит различимое глазом изменение цвета индикатора.

      Определение рН в мутных и окрашенных растворах при помощи индикатора невозможно. В этих случаях пользуются специальными электрическими приборами, называемыми рН-метрами.

                                           Практическая часть:

Опыт 1: Определение окраски индикатора при различных рН.

  Налейте в одну пробирку около 2мл 0,01н раствора соляной кислоты,

в другую – столько же 0,01н раствора щелочи натрия. Добавьте в каждую пробирку по 1-2 капли метилоранжа, перемешайте раствор и отметьте цвет индикатора в одном и в другом растворе.

Повторите опыт со всеми имеющимися индикаторами. Результаты наблюдений запишите в таблицу:

Опыт 2: Определение рН прозрачных бесцветных жидкостей универсальным

                индикатором.

 Нанесите с помощью пипетки на полоску универсального индикатора каплю раствора Na2CO3. Сравните полученный цвет универсального индикатора со шкалой и определите рН раствора. Повторите опыт с растворами: NaCI, AICI3, HCI, NaOH. Для каждого раствора используйте отдельную пипетку. Результаты наблюдений запишите в таблицу:

Опыт 3: Определение рН электрохимическим методом.

Порядок определения кислотности среды рН-метром зависит от марки прибора.

                                         Контрольные вопросы:

1. Чему равно ионное произведение воды при стандартных условиях?
2. Напишите уравнение диссоциации воды.
3. Чему равна равновесная концентрация ионов водорода в дистиллированной воде?
4. Напишите формулу для вычисления рН раствора.
5. В какой среде фенолфталеин изменяет цвет на малиновый?

                        Лабораторная работа №5

      Адсорбция уксусной кислоты активированным углем

Цель работы: 

- на примере адсорбции уксусной кислоты активированным углем изучить зависимость адсорбции от концентрации адсорбируемого вещества;

- на основании результатов опыта построить изотерму адсорбции уксусной кислоты активированным углем.

  Оборудование:

  1. колбы с пробками – 3шт.

2. колбы для титрования -6 шт.

3. воронка с фильтрами

4. титровальная установка

5. пипетка мерная

6. технохимические весы

Реактивы:

 1. растворы уксусной кислоты – 0,1н; 0,2н; 0,4н.

 2. активированный уголь

 3. фенолфталеин

 4. 0,1н раствор NaOH

                                           Теоретическая часть:

   Концентрирование газообразного или растворенного вещества на границе раздела фаз — на поверхности твердого тела или жидкости — называется адсорбцией. Вещество, способное поглощать (адсорбировать) другое вещество на своей поверхности, называется адсорбентом. Важнейшим из адсорбентов является специально обработанный уголь (древесный, костный), который называется активированным. Адсорбируемое вещество называется адсорбтивом.

Количество растворенного вещества, адсорбируемого данным адсорбентом зависит от природы адсорбента и адсорбтива, от температуры и от концентрации растворенного вещества. Зависимость количества адсорбированного вещества от равновесной концентрации (концентрации растворенного вещества после адсорбции) часто выражают графически – изотермой адсорбции.  

Внимание! Не забывайте, что растворы кислот и щелочей едкие. При работе с ними будьте внимательны и аккуратны. Не допускайте их разбрызгивания и разлива. Не допускайте попадания жидкостей на руки и в глаза!

Практическая часть:

      На технохимических весах взвесьте три навески угольного порошка по 1г. Каждую навеску внесите в одну из трех пронумерованных колб. В первую колбу добавьте 50мл 0,1н раствора уксусной кислоты; во вторую – 50мл 0,2н раствора; в третью – 50мл 0,4н раствора СН3СООН.

      Закройте колбы пробками и взбалтывайте содержимое в течение 20 минут. После этого отфильтруйте каждый раствор в отдельную пронумерованную колбу. Количество адсорбированной углем уксусной кислоты можно узнать, определив количество кислоты, оставшейся в фильтрате. Для этого отберите по 10мл каждого фильтрата в отдельные колбы, добавьте в каждую по капле фенолфталеина и титруйте 0,1н раствором NaOH до появления бледно-розового окрашивания. Запишите результаты титрования:

        Нормальность уксусной кислоты рассчитывается, исходя из формулы:

Ск · Vк = Сщ · Vщ

где Ск – нормальность кислоты;

         Vк – объем раствора уксусной кислоты, взятой для титрования (10мл);

         Сщ – нормальность щелочи;

       Vщ – объем израсходованного раствора щелочи.

Из формулы следует:

                                         Ск =   Сщ Vщ               

                                                       Vк

Пользуясь вышеприведенной формулой, рассчитайте нормальность раствора уксусной кислоты после адсорбции в каждой колбе. Количество абсорбированной уксусной кислоты  вычисляют, исходя из формулы:

Х    =    (Со – Ср) V

                                                   m              1000

где m – навеска адсорбента (1г);

      Х – количество адсорбированного вещества (СН3СООН);

      Со – начальная концентрация уксусной кислоты;

      Ср – равновесная концентрация (после титрования);

Из формулы следует:

        Х =    (Со – Ср) V m

               1000

Пользуясь вышеприведенной формулой, рассчитайте количество адсорбированной уксусной кислоты во всех трех случаях.

Используя данные опыта, постройте кривую адсорбции, откладывая по оси абсцисс значение Ср, а по оси ординат – количество адсорбированной кислоты на 1г адсорбента.

         Сделайте вывод о зависимости адсорбции от концентрации растворенных веществ.

                                          Контрольные вопросы:                                       

1. Что такое сорбция?
2. Какое вещество называется адсорбентом? Приведите примеры наиболее часто применяемых адсорбентов.
3. Чем отличается адсорбция от абсорбции?
4. Запишите уравнение адсорбции Гиббса.
5. Что такое изотерма адсорбции?

Лабораторная работа №6

Получение коллоидных растворов

Цель работы:

 - изучить методы получения коллоидных растворов на примере получения золей гидроксида железа, гидроксида алюминия, канифоли.

Оборудование:

1. штатив с пробирками;
2. колбы на 100 и 150 мл;
3. химический стаканчик на 100мл;
4. плитка электрическая;
5. воронка с фильтром;
6. пробиркодержатель;

Реактивы:

1. насыщенный хлорида железа (Ш);
2. раствор аммиака;
3. 20%-ный раствор карбоната аммония;
4. 30%-ный раствор хлорида алюминия;
5. вода дистиллированная;
6. 5% спиртовой раствор канифоли.

                                         Теоретическая часть:

         Коллоидные растворы можно получать различными способами, к важнейшим из которых относятся: химическая конденсация и пептизация.      Получение коллоидов способом химической конденсации сводится к образованию молекул нерастворимых веществ в результате химической реакции с последующей конденсацией их до размеров коллоидных частиц. Получение коллоидных растворов этим способом зависит от концентрации реактивов, порядка смешения и температуры.

Пептизация – это переход в коллоидный раствор осадков, образовавшихся при коагуляции. Пептизация протекает под влиянием дисперсионной среды, содержащей тот или иной пептизатор. При промывании осадка удаляются ионы, вызвавшие коагуляцию, а коллоидные частицы осадка адсорбируют ионы пептизатора. На поверхности частиц образуется двойной электрический слой, стабилизирующий дисперсную систему, при этом силы отталкивания между частицами начинают преобладать над силами притяжения. Образующиеся коллоидные частицы под влиянием теплового движения распределяются равномерно по всему объему жидкости, образуя коллоидный раствор.

           При получении коллоидных растворов необходимым условием является нерастворимость веществ в дисперсионной среде и участие стабилизатора.

Практическая часть:

Опыт 1: Получение золя гидроксида железа (III) методом гидролиза.

В химический стаканчик налейте 50мл кипящей дистиллированной воды и добавляйте по каплям насыщенный раствор хлорида железа(III). Хлорид железа конденсируется в коллоидные частицы, стабилизированные продуктами неполного гидролиза. Золь гидролиза хлорида железа(III) имеет вишнево-красный цвет. Напишите уравнение гидролиза хлорида железа  (III)  и  условную формулу  мицеллы золя гидроксида железа (III).

Опыт 2: Получение золя гидроксида железа (III) методом пептизации.

        В химический стаканчик налейте 1мл насыщенного раствора хлорида железа  (III) и разбавьте дистиллированной водой до 20мл. К полученному раствору добавляйте по каплям раствор аммиака до полного выпадения  осадка. Полученный осадок промойте путем деконтации дистиллированной водой, для чего взболтайте осадок несколько раз с большим количеством воды, а после отстаивания, прозрачную жидкость над ним осторожно слейте. О конце промывания судят по отсутствию запаха аммиака. Промытый осадок обработайте разбавленным раствором хлорида железа  (III) (2мл насыщенного раствора хлорида железа  (III) разбавьте 100мл воды). Наблюдайте образование вишнево-красного золя. Напишите уравнение реакции взаимодействия хлорида железа  (III) и раствора аммиака. Составьте условную формулу мицеллы золя гидроксида железа (III).

Опыт 3: Получение золя гидроксида алюминия методом конденсации.

         А) В колбу налейте 5мл 30%-ного раствора хлорида алюминия и разбавьте водой до 100мл. К этому раствору прибавляйте по каплям, при энергичном встряхивании, около 3мл 20%-ного раствора карбоната аммония до тех пор, пока выпадающий осадок не начинает растворяться (с трудом). При этом образуется бесцветный опалесцирующий золь гидроксида алюминия.

         Б) В колбу налейте 10мл 20%-ного раствора карбоната аммония и разбавьте водой до 100мл. К разбавленному раствору добавляйте при взбалтывании 5 капель 30%-ного раствора хлорида алюминия. Образуется бесцветный опалесцирующий золь гидроксида алюминия. Напишите уравнение реакции взаимодействия карбоната аммония и хлорида алюминия. Напишите условную формулу мицеллы полученного золя.

Опыт 4: Получение золя канифоли.   

         Налейте в пробирку 10 мл дистиллированной воды и добавьте в нее несколько капель 5%-ного спиртового раствора канифоли. Полученный раствор профильтруйте через бумажный фильтр. Образуется белый опалесцирующий золь канифоли. Укажите, каким способом получен этот золь.

                                     Контрольные вопросы:

     1. Что изучает коллоидная химия?

2. Что такое дисперсная система, дисперсная фаза, дисперсионная среда?
3. Какими методами получают коллоидные растворы?
4. Какими методами коллоидные растворы очищают от примесей электролитов?
5. От какого электролита надо освободить диализом золь Fe(ОН)3 при получении его гидролизом соли?

Лабораторная работа №7

Определение порога коагуляции золя гидроксида железа (III)

Цель работы: 

- научиться определять порог коагуляции;

- изучить явление защиты коллоидов.

Оборудование:

1. бюретка, закрепленная в штативе;
2. штатив с пробирками;
3. стеклянная палочка.

Реактивы:

1. золь гидроксида железа (III);

2. 0,002М раствор сульфата натрия;

3. 0,002М раствор фосфата натрия.

                                             Теоретическая часть:

        Процесс слипания и укрупнения коллоидных частиц в более крупные агрегаты  называется  коагуляцией.

    Коагуляцию можно вызвать повышением температуры, механическим воздействием, высокочастотными колебаниями и др. Установлено, что прибавление электролитов также вызывает коагуляцию. В данном случае коагуляция объясняется тем, что введенные в коллоидный раствор ионы электролита десольватируют (дегидратируют) ионы диффузного слоя, способствуют переходу их в адсорбционный слой. При этом происходит сжатие диффузного слоя и уменьшение сил электрического отталкивания, а силы межмолекулярного сцепления растут, что способствует слипанию и укрупнению частиц.  То наименьшее количество электролита, которое вызывает начало явной (заметной) коагуляции, определяет порог коагуляции золя. 

 Практическая часть:

Опыт 1:  Налейте в пробирку 5 мл золя гидроксида железа (III), а в бюретку - 0,002М раствора сульфата натрия. Медленно приливайте этот раствор в пробирку с золем при тщательном перемешивании. Признаком начала коагуляции считается помутнение золя по всему объему раствора. Порог коагуляции (ПК) вычисляют  по формуле:

С ∙ V

ПК = ---------- · 1000         

5 где    С -  концентрация электролита, моль/л;

       V - объем израсходованного электролита, мл.

Опыт 2:  Налейте в пробирку 5 мл золя гидроксида железа (III) и повторите опыт, взяв в качестве коагулирующего электролита  0,002М раствор фосфата натрия. По вышеприведенной формуле  подсчитайте порог коагуляции.

Определив порог коагуляции,  данные обоих опытов запишите в таблицу:

Относительная коагулирующая способность вычисляется делением большей величины порога коагуляции  на меньшую.

                                            Контрольные вопросы:

1. Назовите два вида устойчивости коллоидных систем.

     2.  Каким способом можно увеличить устойчивость раствора?

3.  Назовите факторы, вызывающие коагуляцию.

4.  Что называется порогом коагуляции?

5.  Что такое пептизация?

                                    Лабораторная работа №8

                         Изучение процесса набухания полимеров

Цель работы: 

- исследовать процесс набухания полимеров на примере каучука, резины,

желатина;

- изучить влияние кислотности среды на набухание желатина.

Оборудование:

1.  бюксы;

2.  мерные пробирки;

3.  часовое стекло;

4.  фильтровальная бумага;

5.  технохимические весы;

6.  пинцет.

Реактивы:

1. кусочек каучука;

2.  кусочек резины;

3.  желатин;

4.  бензол (бензин);

5.  желатин;

6.  0,1н соляная кислота;

7.  0,1н гидроксид натрия;

8.  0,5н уксусная кислота;

9.  0,5н ацетат натрия.

                                             Теоретическая часть:

          Взаимодействие полимеров с растворителем обычно начинается с набухания. Набуханием называют увеличение объема и веса высокомолекулярного вещества (ВМС) за счет поглощения низкомолекулярной жидкости (растворителя). Процесс набухания – это процесс одностороннего смешения, обусловленный большими размерами молекул ВМС.

         Набухание связано с изменением структуры полимера, что и приводит к значительному увеличению объема и массы. При этом не происходит разрыва химических связей вдоль цепи, а нарушаются более слабые межмолекулярные связи. Масса жидкости, поглощенная единицей массы полимера при данной температуре, называется степенью набухания:

                                          α = (m – m0) / m0

где m0 – масса исходного полимера, m – масса набухшего полимера.

        Набухание может быть ограниченным и неограниченным. Ограниченным набуханием называют процесс взаимодействия полимеров с низкомолекулярными жидкостями, характеризующийся только стадией поглощения низкомолекулярной жидкости полимером, при этом образуются две фазы, разделенные поверхностью раздела и находящиеся в равновесии. При ограниченном набухании степень набухания α и значение m достигают максимальной величины, а система остается в состоянии геля. Примером ограниченного набухания может служить набухание желатина в холодной воде или вулканизированного каучука в бензоле.

         При неограниченном набухании значения α и m проходят максимум, после чего полимер начинает растворяться. Неограниченное набухание предшествует растворению (например, желатин в горячей воде или не вулканизированный каучук в бензоле).

                                           Практическая часть:

Опыт 1: Набухание каучука в бензоле.

             Поместите кусочек каучука в бюкс с бензином (бензолом) и через
каждые 30 минут отмечайте состояние каучука. Отметьте стадии его набухания. Каков вид набухания в бензоле (бензине)?

Опыт 2: Определение степени набухания резины.

            Взвесьте часовое стекло на технохимических весах (m0). Положите на стекло кусочек резины и взвесьте еще раз на технохимических весах (m1). Запишите массу часового стекла и его массу с резиной до набухания.

  Положите резину в бюкс с бензолом (бензином). Через 20 минут выньте ее

  пинцетом, оботрите фильтровальной бумагой, положите на часовое стекло и

  взвесьте (m2).

Зная массу стекла с набухшей резиной (m2) и массу стекла с резиной до набухания (m1),  определите массу поглощенной жидкости (m2 - m1).

Вычислите степень набухания за 20 минут:

                                              m2 - m1 

α  =   -----------

                                              m1 – m0 

После этого вновь погрузите резину в бензол (бензин) и определите степень набухания за 40 минут.

По полученным данным постройте кривую набухания, откладывая по оси абсцисс время, а по оси ординат - степень набухания.

Опыт 3:  Влияние рН на набухание полимера.       

            В три мерные пробирки поместите по 0,5г желатина (высота слоя 1см). В одну пробирку налейте 8мл 0,1н раствора соляной кислоты, в другую – такое же количество 0,1н раствора гидроксида натрия, в третью – 4мл 0,5н раствора уксусной кислоты и 4мл 0,5н раствора ацетата натрия. Содержание пробирок перемешайте и оставьте на 1 час, периодически перемешивая растворы. По истечении часа измерьте высоту слоя набухшего желатина. Сделайте вывод о влиянии рН раствора на процесс набухания.

Внимание! Все опыты следует проводить одновременно. 

                                        Контрольные вопросы:

1.  Из каких стадий состоит процесс растворения высокомолекулярных соединений?

2. В чем состоит отличие ограниченного и неограниченного набухания?

        3. От каких факторов зависит скорость набухания полимеров?

        4. Приведите примеры использования знаний особенностей протекания

            процессов набухания в технологии приготовления пищи.

                                                   Приложение

                                Поверхностное натяжение жидкостей                                       

Физическая и коллоидная химия

Методические рекомендации по выполнению

лабораторных   работ

Буре Л.В. – преподаватель ГОУ СПО ТК № 28

Сдано в печать 25.11.2010

 Формат бумаги 60х90

Тираж 50 экз.

Государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Технологический колледж № 28

адрес: Москва, ул. Кабельная, дом 2/2

тел., 8(495) 673-54-22

e-mail: 78@prof.educom.гu