ХИМИЯ Методические указания по выполнению лабораторных работ

Комитет по образованию Санкт-Петербурга

Санкт-Петербургское государственное бюджетное профессиональное
образовательное учреждение «Техникум «Приморский»

ХИМИЯ

Методические указания по выполнению

лабораторных работ

Санкт-Петербург

Методические указания по выполнению лабораторных работ предназначены для студентов СПб ГБПОУ «Техникум «Приморский», осваивающих основную профессиональную образовательную программу СПО на базе основного общего образования по профессиям:

23.01.17. Мастер по ремонту и обслуживанию автомобилей

Методические указания разработаны с учетом требований ФГОС среднего общего образования, ФГОС среднего профессионального образования.

Составители:

- Катунцева Н.А., преподаватель химии СПб ГБПОУ «Техникум «Приморский».

Рассмотрены и рекомендованы на заседании методического объединения общеобразовательных дисциплин.

Протокол №

Рассмотрены и приняты на заседании Методического совета.

Протокол №

СОДЕРЖАНИЕ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Методические указания по проведению лабораторных работ разработаны согласно рабочим программам по учебной дисциплине «Химия» и требованиям к умениям и знаниям Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования (далее – ФГОС СПО).

Основное назначение методических указаний – оказать помощь студентам в подготовке и выполнении лабораторных работ, а также облегчить работу преподавателя по организации и проведению лабораторных занятий.

Систематическое и аккуратное выполнение всей совокупности лабораторных работ позволит студенту овладеть умениями самостоятельно ставить физические опыты, фиксировать свои наблюдения и измерения, анализировать их делать выводы в целях дальнейшего использования полученных знаний и умений.

Целями выполнения лабораторных работ является:

-  обобщение, систематизация, углубление, закрепление полученных теоретических знаний по конкретным темам дисциплины;

-  формирование умений применять полученные знания на практике, реализация единства интеллектуальной и практической деятельности;

-  развитие интеллектуальных умений у будущих специалистов; аналитических, проектировочных, конструктивных и др.

-  выработку при решении поставленных задач таких профессионально значимых качеств, как самостоятельность, ответственность, точность, творческая инициатива.

– помочь обучающимся выполнить лабораторные работы, предусмотренные программой по дисциплине «Химия», научить правильно, определять погрешности и производить необходимую числовую обработку результатов лабораторного эксперимента.

Весь процесс выполнения лабораторных работ включает в себя теоретическую подготовку, ознакомление с приборами и сборку схем, проведение опыта и измерений, числовую обработку результатов лабораторного эксперимента и сдачу зачета по выполненной работе.

Письменные инструкции к каждой лабораторной работе предполагают контрольные вопросы по каждой теме.

Теоретическая подготовка

Теоретическая подготовка необходима для проведения физического эксперимента, должна проводиться обучающимися в порядке самостоятельной работы. Ее следует начинать внимательным разбором руководства к данной лабораторной работе.

Для самоконтроля в каждой работе приведены контрольные вопросы, на которые обучающийся обязан дать четкие, правильные ответы. Теоретическая подготовка завершается предварительным составлением отчета со следующим порядком записей:

Название работы.

Цель работы.

Оборудование.

Ход работы.

Расчеты – окончательная запись результатов работы.

Вывод.

Ознакомление с приборами, сборка схем

Приступая к лабораторным работам, необходимо:

получить у лаборанта приборы, требуемые для выполнения работы;

разобраться в назначении приборов и принадлежностей в соответствии с их техническими данными;

пользуясь схемой или рисунками, имеющимися в пособии, разместить приборы так, чтобы удобно было производить отсчеты, а затем собрать установку.

Проведение опыта и измерений

При выполнении лабораторных работ необходимо проводить в строгой, заранее предусмотренной последовательности.

Лабораторные работы выполняются по письменным инструкциям, которые приводятся в данном пособии. Каждая инструкция содержит краткие теоретические сведения, относящиеся к данной работе, перечень необходимого оборудования, порядок выполнения работы, контрольные вопросы.

Внимательное изучение методических указаний поможет выполнить работу.

Методические указания

к выполнению лабораторных работ для студентов

К выполнению лабораторных работ необходимо приготовиться до начала занятия в лаборатории. Кроме описания работы в данном учебном пособии, используйте рекомендованную литературу и конспект лекций. К выполнению работы допускаются только подготовленные студенты.

При проведении эксперимента результаты измерений и расчетов записывайте четко и кратко в заранее подготовленные таблицы.

Отчеты по лабораторным работам должны включать в себя следующие пункты:

название лабораторной работы и ее цель;

используемое оборудование;

порядок выполнения лабораторной работы;

далее пишется «Ход работы» и выполняются этапы лабораторной работы, по завершении работы делается вывод.

При подготовке к сдаче лабораторной работы, необходимо ответить на предложенные контрольные вопросы.

Если отчет по работе не сдан во время (до выполнения следующей работы) по неуважительной причине, оценка за лабораторную работу снижается.

Техника безопасности при выполнении лабораторных работ

Вход в лабораторию осуществляется только по разрешению преподавателя.

На первом занятии преподаватель проводит инструктаж по технике безопасности и напоминает студентам о бережном отношении к лаборатории и о материальной ответственности каждого из них за сохранность оборудования и обстановки лаборатории.

При обнаружении повреждений оборудования персональную ответственность несут студенты, выполнявшие лабораторную работу на этом оборудовании. Виновники обязаны возместить материальный ущерб Техникуму.

Если во время проведения опыта замечены какие-либо неисправности оборудования, необходимо немедленно сообщить об этом преподавателю.

После окончания лабораторной работы рабочее место привести в порядок.

Будьте внимательны, дисциплинированы, осторожны, точно выполняйте указания преподавателя.

Не оставляйте рабочего места без разрешения преподавателя.

Располагайте приборы, материалы, оборудование на рабочем месте в порядке, указанном преподавателем.

Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнении задания.

Перед тем как приступать к работе, уясните ход ее выполнения.

Постоянно следите за исправностью всех креплений в приборах, предназначенных для вращения.

Критерии оценивания

Оценка «5» (отлично) ставится, если обучающийся выполняет работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений; самостоятельно и рационально монтирует необходимое оборудование; все опыты проводит в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдает требования правил безопасного труда; в отчете правильно и аккуратно выполняет все записи, вычисления.

Оценка «4» (хорошо) ставится, если выполнены требования к оценке 5, но было допущено два-три недочета, не более одной негрубой ошибки и одного недочета.

Оценка «3» (удовлетворительно) ставится, если работа выполнена не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы; если в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки.

Оценка «2» (неудовлетворительно) ставится, если работа выполнена не полностью и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов; если опыты, вычисления, наблюдения производились неправильно.

К промежуточной аттестации в форме дифференцированного зачета по дисциплине «Химия» студент допускается при условии выполнения большей части (80%) предусмотренных программой лабораторных работ на оценку не ниже «удовлетворительно».

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

Ерохин Ю.М. Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования /Ю.М. Ерохин, И.Е. Ковалева.- 5-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2018.-496с.

Рудзитис Г.Е. Химия. 10 класс: учебник для общеобразовательных организаций: базовый уровень /Г.Е. Рудзитис.- 3-е изд.-М.: Просвещение, 2017г.-224с.

Рудзитис Г.Е. Химия. 11 класс: учебник для общеобразовательных организаций: базовый уровень /Г.Е. Рудзитис.- 3-е изд.-М.: Просвещение, 2016г.-223с.

Дополнительная

Габриелян О.С.Химия 11класс: учебник для общеобразовательных учреждений /О.С. Габриелян, Г.Г. Лысова.- 6-е изд., стер.- М.: «Дрофа», 2006г.-362с.

Рудзитис Г.Е.Химия: органическая химия: учебник для 10 кл. общеобразовательных учреждений /Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман.- 11-е изд., испр. и доп.- М.: Просвещение, 2007г.-192с.

Рудзитис Г.Е. Химия: основы общей химии: учебник для 11 кл. общеобразовательных учреждений /Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман.-11-е изд., перераб.- М.: Просвещение, 2008г.-159с.

Интернет-ресурсы

www. pvg. mk. ru (олимпиада «Покори Воробьевы горы»).

www. hemi. wallst. ru (Образовательный сайт для школьников «Химия»).

www.alhimikov.net (Образовательный сайт для школьников).

www. chem. msu. su (Электронная библиотека по химии).

www.enauki.ru (интернет-издание для учителей «Естественные науки»).

www. 1september. ru (методическая газета «Первое сентября»).

www. hvsh. ru (журнал «Химия в школе»).

www.hij.ru (журнал «Химия и жизнь»). www.chemistry-chemists.com (электронный журнал «Химики и химия»).

https://edu.mob-edu.ru

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Раздел 1. Органическая химия

Тема 1.1. Основные понятия органической химии и теория строения органических соединений

Лабораторная работа 1. Модели молекул гомологов и изомеров органических соединений

Теоретические основы.

В предельных углеводородах (алканы) все углеродные атомы находятся в состоянии гибридизации sp3, и образуют одинарные σ – связи. Угол связи составляет 109,28о. Форма молекул правильный тетраэдр.

В молекулах алкенов углеродные атомы находятся в состоянии гибридизации sp2, и образуют двойные связи σ и π – связи. Угол связи σ составляет 120о, а π – связь распологается перпендикулярно связи σ. Форма молекул  правильный треугольник.

В молекулах алкинов углеродные атомы находятся в состоянии гибридизации sp , и образуют тройные связи одну σ и две π – связи. Угол связи σ составляет 180о, а две π – связи распологаются перпендикулярно друг друга. Форма молекул линейная (плоская).

В молекуле бензола C6H6  шесть атомов углерода связаны σ – связью. Угол связи составляет 120о. Состояние гибридизации sp2. В молекуле образуется

 6 π – связь, которая принадлежит шести атомам углерода.

Для пространственного изображения молекул органических веществ важно знать, к какому классу веществ относится соединение, угол связи, форму молекул.

Например: Метан (СH4) относится к классу алканов. Атомы находятся в состоянии гибридизации sp3, значит угол связи 109,28о, форма молекулы тетраэдр, между атомами одинарная σ – связь. Для построения молекулы шаростержневым способом нужно заготовить 4 шара из пластилина. Один шар (атом углерода)  большего размера и черного цвета, а три атома (водорода) одинакового размера красного цвета. Соединить шары металическими стержнями под углом 109,28о.

Полусферическая модель атома изготавливается также, только шары соединяются методом вдавливания друг в друга.

Методические указания по выполнению лабораторной работы.

1. Изготовление моделей  молекул органических веществ СH4, C2H6, C3H8, C4H10.

1.1.Изготовление шаростержневых моделей молекул.

Шаростержневые модели изготавливаются из пластилина и металлических стержней. При изготовлении молекул необходимо знать угол связи и ее кратность.

Атом химического элемента представляется в виде шара. Атом углерода в виде шара изготавливается большего  размера, чем атомы водорода и из другого цвета пластилина. Химическая связь изображается металлическими стержнями. Угол химической связи измеряется транспортиром.

1.2. Изготовление полусферических моделей.

Полусферические модели изготавливаются из пластилина. Сначала заготавливаются шары для атомов углерода и водорода, затем под определенным углом атомы в виде шаров соединяются друг с другом методом вдавливания. Получаются полусферы атомов.

1.3. Заполните таблицу. Зарисуйте молекулы органических веществ.

Название молекулы, структурная формула, тип связи, угол связи, тип гибридизации, пространственная форма молекулы.                

1.4. Контрольные вопросы

1. Какие бывают органические соединения по строению углеводородного скелета?

2. Какие бывают органические соединения по наличию функциональных групп?

3. Какие вещества называются гомологами?

4. Какие бывают пространственные формы молекул органических веществ?

5. Какой процесс называется гибридизацией?  

7. Дайте понятие σ и π связи?

1.5. Сформулируйте вывод по работе.

Раздел 1. Органическая химия

Тема 1.2. Углеводороды и их природные источники

Лабораторная работа 2. Изготовление моделей молекул углеводородов и галогенопроизводных и номенклатура алканов.

Теоретические основы.

        В предельных углеводородах (алканы) все углеродные атомы находятся в состоянии гибридизации sp3, и образуют одинарные σ – связи. Угол связи составляет 109,28о. Форма молекул правильный тетраэдр.

В молекулах алкенов углеродные атомы находятся в состоянии гибридизации sp2, и образуют двойные связи σ и π – связи. Угол связи σ составляет 120о, а π – связь распологается перпендикулярно связи σ. Форма молекул  правильный треугольник.

В молекулах алкинов углеродные атомы находятся в состоянии гибридизации sp , и образуют тройные связи одну σ и две π – связи. Угол связи σ составляет 180о, а две π – связи распологаются перпендикулярно друг друга. Форма молекул линейная (плоская).

В молекуле бензола C6H6  шесть атомов углерода связаны σ – связью. Угол связи составляет 120о. Состояние гибридизации sp2. В молекуле образуется

 6 π – связь, которая принадлежит шести атомам углерода.

Для пространственного изображения молекул органических веществ важно знать, к какому классу веществ относится соединение, угол связи, форму молекул.

Например: Метан (СH4) относится к классу алканов. Атомы находятся в состоянии гибридизации sp3, значит угол связи 109,28о, форма молекулы тетраэдр, между атомами одинарная σ – связь. Для построения молекулы шаростержневым способом нужно заготовить 4 шара из пластилина. Один шар (атом углерода)  большего размера и черного цвета, а три атома (водорода) одинакового размера красного цвета. Соединить шары металическими стержнями под углом 109,28о.

Полусферическая модель атома изготавливается также, только шары соединяются методом вдавливания друг в друга.

Методические указания по выполнению лабораторной работы.

1. Изготовление моделей  молекул органических веществ СH4, C2H6, C2H4, C2H2, C6H6.

1.1. Изготовление шаростержневых моделей молекул.

Шаростержневые модели изготавливаются из пластилина и металлических стержней. При изготовлении молекул необходимо знать угол связи и ее кратность.

Атом химического элемента представляется в виде шара. Атом углерода в виде шара изготавливается большего  размера, чем атомы водорода и из другого цвета пластилина. Химическая связь изображается металлическими стержнями. Угол химической связи измеряется транспортиром.

1.2. Изготовление полусферических моделей.

Полусферические модели изготавливаются из пластилина. Сначала заготавливаются шары для атомов углерода и водорода, затем под определенным углом атомы в виде шаров соединяются друг с другом методом вдавливания. Получаются полусферы атомов.

1.3. Заполните таблицу. Зарисуйте молекулы органических веществ.

Название молекулы, структурная формула, тип связи, угол связи, тип гибридизации, пространственная форма молекулы.        

2. Контрольные вопросы

1. Какие бывают органические соединения по строению углеводородного скелета?

2. Какие бывают органические соединения по наличию функциональных групп?

3. Какие вещества называются гомологами?

4. Какие бывают пространственные формы молекул органических веществ?

5. Какой процесс называется гибридизацией?  

7. Дайте понятие σ и π связи?

3. Сформулируйте вывод по работе.

Раздел 1. Органическая химия

Тема 1.2. Углеводороды и их природные источники

Лабораторная работа 3. Химические свойства алканов (метана, этана): горение, замещение, разложение

Теоретические основы.

Присутствие углерода и водорода в органических соединениях можно обнаружить по обугливанию вещества при осторожном его прокаливании.

Наиболее точным методом открытия углерода и одновременно с ним водорода является сожжение органического вещества с мелким порошком оксида меди. Углерод образует с кислородом оксида меди (II) углекислый газ, а водород – воду. Оксид меди восстанавливается до металлической меди, например:

C13H28+40CuO→13CO2+14H2O+40Cu

Галогены можно обнаружить при помощи реакции окрашивания пламени, предложенную русским химиком Ф.Ф. Бейльштейна.

Методические указания по выполнению лабораторной работы. 

Обнаружение элементов углерода и водорода в исследуемом органическом веществе.

1.        Подготовка прибора. В сухую пробирку с газоотводной трубкой поместите до 0,3 г органического вещества и 1-2 г порошка оксида меди (II). Содержимое пробирки тщательно перемешайте и засыпьте сверху слоем (1г) оксида меди (II). В верхнюю часть пробирки поместите комочек ваты, на которую насыпьте немного безводного сульфата меди (II). Пробирку закройте пробкой с газоотводной трубкой и закрепите ее в штативе с небольшим наклонном в сторону выходного отверстия, как показано на рисунке. Свободный конец газоотводной трубки опустите в пробирку с известковой (баритовой) водой так, чтобы трубка почти касалась поверхности жидкости (позднее можно опустить непосредственно в жидкость).

2.        Проведение опыта. Прогрейте сначала всю пробирку, затем сильно нагревайте  ту ее часть, где находиться реакционная смесь и постепенно продвигайте спиртовку к отверстию для вытеснения газов. Наблюдайте за изменением окраски реакционной смеси, сульфата меди (II) и известковой (баритовой) воды. Обратите внимание на внутреннюю поверхность стенок той части пробирки, которая более всего удалена от реакционной смеси.

3.        Прекращение опыта. Пробирку с известковой (баритовой) водой опустите вниз или поднимите пробирку с газоотводной трубкой, чтобы газоотводная трубка не касалась жидкости, и только после этого прекратите нагревание.

Ход опыта            Наблюдение           Уравнение реакции            Вывод

Контрольные вопросы

1.        Какая жидкость конденсируется на стенках пробирки?

2.        Чем обусловлено изменение цвета сульфата меди (II)?

3.        Что является причиной помутнения известковой или баритовой воды, а со временем появления осадка?

Раздел 1. Органическая химия

Тема 1.2. Углеводороды и их природные источники

Лабораторная работа 4. Химические свойства этилена: горение, качественные реакции (обесцвечивание бромной воды и раствора перманганата калия), гидратация, полимеризация.

Теоретические основы.

Непредельные углеводороды - это углеводороды, содержащие кратные связи в углеродном скелете молекулы. Кратными называются двойные и тройные связи. К непредельным углеводородам относятся алкены, алкины, алкадиены и другие углеводороды с кратными связями в молекуле.

Изомеры и гомологи

Виды изомерии

Структурная:

• изомерия углеродного скелета,
• изомерия положения заместителя или кратной связи.

Пространственная (геометрическая или цис-транс; для алкенов и алкодиенов).
Межклассовая (например: алкены и циклоалканы или алкины и алкадиены).

Пример 1. Изомеры состава C4H8:

Вещества 1 и 2, а также 4 и 5 - изомеры углеродного скелета; вещества 1 и 3 - изомеры положения двойной связи; вещества 3а и 3б - цис-транс изомеры; вещества 1, 2 ,3 с одной стороны и вещества 4 и 5 с другой стороны - межклассовые изомеры.

Пример 2. Некоторые изомеры состава C5H8:

Вещества 1 и 3, а также 5 и 7 - изомеры углеродного скелета; вещества 1 и 2 - изомеры положения тройной связи; вещества 4, 5 и 6 - изомеры положения двойных связей; вещества 1, 2 и 3 с одной стороны и вещества 4, 5, 6 и 7 с другой стороны - межклассовые изомеры.

Для алкенов цис-транс изомеры есть только в том случае, если каждый из двух атомов углерода, связанных двойной связью, имеет два разных заместителя, но при этом два из этих четырех заместителей одинаковы.

Физические свойства алкенов: низшие алкены - газы, почти без запаха с увеличением молекулярной массы температура кипения возрастает, температура кипения неразветвленных алкенов больше температуры кипения разветвленных изомеров, температура кипения цис-изомеров больше температуры кипения транс-изомеров, малорастворимы в воде, плотность жидких алкенов меньше 1 г/см3.

Химические свойства алкенов

Алкены значительно более активны, чем алканы, из-за наличия в молекулах не очень прочных -связей.

1. Горение:C2H4 + 3O2  2CO2 + 2H2O
2. Присоединение (с разрывом -связи)
   а) гидрирование:

3. 
   б) галогенирование:

4. 
   в) гидратация:

5. 
   г) гидрогалогенирование:

6. Присоединение молекул галогеноводородов протекает по правилу Марковникова (водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода).
   
7. Полимеризация:

8. Качественные реакции на алкены: обесцвечивание бромной воды (см. уравнение 2-б) и раствора перманганата калия

Физические свойства алкинов: низшие алкины - бесцветные газы немного растворимые в воде с плтностью меньше 1 г/см3; с увеличением молекулярной массы температура кипения возрастает, температура кипения неразветвленных алкинов больше температуры кипения разветвленных изомеров.

Непредельные углеводороды - это углеводороды, содержащие кратные связи в углеродном скелете молекулы. Кратными называются двойные и тройные связи. К непредельным углеводородам относятся алкены, алкины, алкадиены и другие углеводороды с кратными связями в молекуле.

Изомеры и гомологи

Виды изомерии

Структурная:

• изомерия углеродного скелета,
• изомерия положения заместителя или кратной связи.

Пространственная (геометрическая или цис-транс; для алкенов и алкодиенов).
Межклассовая (например: алкены и циклоалканы или алкины и алкадиены).

Пример 1. Изомеры состава C4H8:

Вещества 1 и 2, а также 4 и 5 - изомеры углеродного скелета; вещества 1 и 3 - изомеры положения двойной связи; вещества 3а и 3б - цис-транс изомеры; вещества 1, 2 ,3 с одной стороны и вещества 4 и 5 с другой стороны - межклассовые изомеры.

Пример 2. Некоторые изомеры состава C5H8:

Вещества 1 и 3, а также 5 и 7 - изомеры углеродного скелета; вещества 1 и 2 - изомеры положения тройной связи; вещества 4, 5 и 6 - изомеры положения двойных связей; вещества 1, 2 и 3 с одной стороны и вещества 4, 5, 6 и 7 с другой стороны - межклассовые изомеры. Для алкенов цис-транс изомеры есть только в том случае, если каждый из двух атомов углерода, связанных двойной связью, имеет два разных заместителя, но при этом два из этих четырех заместителей одинаковы.

Физические свойства алкенов: низшие алкены - газы, почти без запаха с увеличением молекулярной массы температура кипения возрастает, температура кипения неразветвленных алкенов больше температуры кипения разветвленных изомеров, температура кипения цис-изомеров больше температуры кипения транс-изомеров, малорастворимы в воде, плотность жидких алкенов меньше 1 г/см3.

Химические свойства алкенов

Алкены значительно более активны, чем алканы, из-за наличия в молекулах не очень прочных -связей.

9. Горение:C2H4 + 3O2  2CO2 + 2H2O
10. Присоединение (с разрывом -связи)
    а) гидрирование:

11. 
    б) галогенирование:

12. 
    в) гидратация:

13. 
    г) гидрогалогенирование:

14. Присоединение молекул галогеноводородов протекает по правилу Марковникова (водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода).
15. Полимеризация:

16. Качественные реакции на алкены: обесцвечивание бромной воды (см. уравнение 2-б) и раствора перманганата калия

Физические свойства алкинов: низшие алкины - бесцветные газы немного растворимые в воде с плтностью меньше 1 г/см3; с увеличением молекулярной массы температура кипения возрастает, температура кипения неразветвленных алкинов больше температуры кипения разветвленных изомеров.

Методические указания по выполнению лабораторной работы 

1.Проверьте прибор на герметичность.

2.Поместите в пробирку (колбу) несколько крупинок кварцевого песка (для равномерного кипения и предотвращения выбрасывания жидкости).

3.Прилейте в пробирку (колбу) 4 мл готовой смеси (1 объем спирта и 3 объем серной кислоты).

4.Закрепите прибор в лапке лабораторного штатива.

5.Приготовьте две пробирки:  одну – с 2мл бромной воды, другую – 2 мл раствора перманганата калия

6.Опустите свободный конец газоотводной трубки в пробирку с бромной водой.

7.Нагревайте (осторожно!) смесь в пробирке – реакторе.

8.Наблюдайте за изменениями, происходящими с бромной водой.

9.Замените пробирку с бромной водой на пробирку с раствором перманганата калия, не прекращая нагревания. Почему?

10.Пропускайте этилен через раствор перманганата калия. Что наблюдаете?

11.Уберите  пробирку с раствором из под газоотводной трубки.

12.Поставьте пробирку в штатив для пробирок

13.Поверните (осторожно!) газоотводную трубку отростком вверх.

14.Подожгите выделяющийся газ у отверстия газоотводной трубки.

Наблюдайте за пламенем горящего этилена. Какое оно?

15.Объясните наблюдавшиеся явления.

16.Оформите отчет по работе, пользуйтесь удобной для вас формой его.

17. Наблюдения оформите в виде следующей таблицы:

Выполняемые операции        

Рисунки, наблюдения, уравнения реакций        

Выводы

Раздел 1. Органическая химия

Тема 1.2. Углеводороды и их природные источники

Лабораторная работа  5. Отношение ацетилена к растворам перманганата калия и бромной воде.

Теоретические основы.

Этилен – бесцветный газ, почти без запаха, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. В лаборатории этилен получают нагреванием этилового спирта с концентрированной серной кислотой.

Ацетилен-газ легче воздуха, мало растворим в воде, почти без запаха. Его получают в лаборатории действием воды на карбид кальция.

Методические указания по выполнению лабораторной работы 

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭТИЛЕНА

Взаимодействие: с водой, водородом, хлороводородом, бромом, реакции горения, полимеризации, окисления

Запишем реакции

1. ………………………………………………………………………………
2. ………………………………………………………………………………
3. ………………………………………………………………………………
4. ………………………………………………………………………………
5. ………………………………………………………………………………
6. ………………………………………………………………………………
7. ………………………………………………………………………….…….

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЦЕТИЛЕНА

Взаимодействие: с водой, водородом, хлороводородом, бромом, реакции горения, полимеризации, с оксидом серебра.

Запишем реакции

1. ………………………………………………………………………………
2. ………………………………………………………………………………
3. ………………………………………………………………………………
4. ………………………………………………………………………………
5. ………………………………………………………………………………
6. ………………………………………………………………………………

Опыт №1 Получение этилена дегидратацией этанола и исследование его свойств.

•        Соберем прибор. Нальем в пробирку 1-2 мл. смесь этилового спирта с Н2SO4 (конц.) Для равномерного кипения прибавим в смесь 0,5г. прокаленного речного песка, закроем пробирку пробкой с газоотводной трубкой . Нагреем смесь и соберем газ.

•        Пропустим полученный газ через водный раствор марганцовокислого калия.

•        Газ, выходящий из газоотводной трубки подожжем с помощью тлеющей лучины.        Запишем реакции, уровняем :

•        С2Н5ОН ® ………………………

•        С 2Н4+Н 2О +О КМпО4®…………………

этилен

этиленгликоль

•        С2Н4 + О2 ® ………………………….        

        Наблюдали:

Раздел 1. Органическая химия

Тема 1.2. Углеводороды и их природные источники

Лабораторная работа  6. Отношение бензола к растворам перманганата калия и бромной воде.

Теоретические основы.

Бензол – это бесцветная жидкость с характерным запахом; температура кипения 80,1oС, температура плавления 5,5oС. Не растворим в воде, токсичен.

 Физические свойства бензола. В пробирку с 3–4 мл воды прилейте 1–2 мл бензола и перемешайте жидкости. Жидкости не смешиваются, следовательно бензол не растворяется в воде. Слой бензола собирается над поверхностью воды (видна граница раздела фаз), следовательно плотность бензола меньше единицы (0,874 при 20о С). Эту же пробирку опустите в чашку с охлаждающей смесью (например, смесь нитрата калия или мочевины с таящим льдом или снегом). Через некоторое время (2–3 минуты) выньте пробирку. Бензол затвердел, а вода осталась жидкой. Следовательно температура затвердевания бензола выше 0о С (+5,4о С). Затем эту же пробирку нагревайте (не сильно) в пламени горелки. Верхний слой (бензол) начнет кипеть, а нижний (вода) нет. Следовательно температура кипения бензола ниже 100о С (80,4оС).

Отношение бензола к раствору перманганата калия и бромной воде (или доказательство отсутствия у бензола реакции на непредельность). В пробирку налейте 1–2 мл бензола, а затем - немного раствора перманганата калия (светло-розовый). Смесь взболтайте. Обесцвечивания не происходит (даже при нагревании). Аналогичным образом проведите опыт с иодной водой. Обесцвечивания также не происходит, но наблюдается явление экстракции (иод переходит в верхний слой бенозла и окрашивает его).

Рис. 1. Строение молекулы бензола по Кекуле.

Получение бензола

К основным способам получения бензола относятся: дегидроциклизация гексана (катализаторы – Pt, Cr3O2)

CH3 –(CH2)4-CH3 → C6H6 + 4H2↑ (toC, p, kat = Cr2O3);

— дегидрированиециклогексана       C6H12 → C6H6 + 3H2↑ (toC, kat = Pt, Ni);

— тримеризация ацетилена (реакция протекает при нагревании до 600oС, катализатор – активированный уголь)                    3HC≡CH → C6H6 (t = 600oC, kat = Сactiv).

Химические свойства бензола. Для бензола характерны реакции замещения, протекающие по электрофильному механизму: галогенирование (бензол взаимодействует с хлором и бромом в присутствии катализаторов – безводных AlCl3, FeCl3, AlBr3)

C6H6 + Cl2 = C6H5-Cl + HCl;

— нитрование (бензол легко реагирует с нитрующей смесью – смесь концентрированных азотной и серной кислот)

 — алкилирование по Фридею-Крафтсу

— алкилирование алкенами

C6H6 + CH2=CH-CH3 → C6H5-CH(CH3)2

Реакции присоединения к бензолу приводят к разрушению ароматической системы и протекают только в жестких условиях:

— гидрирование (продукт реакции — циклогексан)

C6H6 + 3H2→ С6H12 (toC, kat = Pt);

— присоединение хлора (протекает под действием УФ-излучения с образованием твердого продукта – гексахлорциклогексана (гексахлорана) – C6H6Cl6)

C6H6+ 6Cl2→C6H6Cl6.

Бензол широко используется в промышленной органической химии. Практически все соединения, имеющие в своем составе бензольные кольца, получаются из бензола, например, стирол, фенол, анилин, галогензамещенные арены. Бензол используется для синтеза красителей, поверхностно-активных веществ, фармацевтических препаратов.

Методические указания по выполнению лабораторной работы 

• Наблюдение:

В две пробирки налили по 5-6 капель бензола. В одну добавили 2 мл бромной воды, в другую 2 мл раствора перманганата калия и пробирки встряхнули. Ничего не происходит, реакции не идут, так как в молекуле бензола нет чистых двойных связей, это единая π-система, поэтому он не вступает в качественные реакции для непредельных соединений, он вступает в реакции соединения, проявляя непредельный характер только при создании особых условий.

Несмотря на то, что плотность брома больше плотности бензола и сначала произошло расслоение жидкостей, постепенно желтая окраска переходит в верхний бензольный слой за счет диффузии, так как бром растворяется в бензоле, в отличие от раствора перманганата калия, так как в воде бензол малорастворим, расслоение сохраняется, плотность воды больше плотности бензола, поэтому он образует верхний слой, а окрашенный раствор перманганата калия образует нижний слой.

• Выводы:

Раздел 1. Органическая химия

Тема 1.2. Углеводороды и их природные источники

Лабораторная работа  7. Горение метана, этилена, ацетилена

Теоретические основы.

Химическим строением называют последовательность соединения атомов в молекуле и их расположение в пространстве. Химическое строение изображают с помощью структурных формул. Черточка изображает ковалентную химическую связь. Если связь кратная: двойная, тройная, — то ставят две (не путать со знаком «равно») или три черточки. Углы между связями изображают по возможности.Чтобы правильно составлять структурные формулы органических веществ, нужно помнить, что атомы углерода образуют по 4 связи (т. е. валентность углерода по числу связей равна четырем. В органической химии преимущественно используется именно валентность по числу связей). Метан (его также называют болотный, рудничный газ) состоит из одного атома углерода, связанного ковалентными связями с четырьмя атомами водорода. Молекулярная формула CH4.

Структурная формула:
      H
       l
H – C – H 
       l
      H

Угол между связями в молекуле метана составляет около 109° — электронные пары, образующие ковалентные связи атома углерода (в центре) с атомами водорода, располагаются в пространстве на максимальном удалении друг от друга. В 10–11 классах изучается, что молекула метана имеет форму треугольной пирамиды — тетраэдра, подобно знаменитым египетским пирамидам.

Этилен C2H4 содержит два атома углерода, соединенных двойной связью:

Угол между связями составляет 120° (электронные пары отталкиваются и располагаются на максимальном расстоянии друг от друга). Атомы располагаются в одной плоскости. Если не изображать отдельно каждый атом водорода, то получаем сокращенную структурную формулу:

CH2 = CH2

Ацетилен C2H2 содержит тройную связь:
H – C ≡ C – H

Угол между связями 180°, молекула имеет линейную форму.

При горении углеводородов образуются оксиды углерода (IV) и водорода, т. е. углекислый газ и вода, при этом выделяется много тепла.

Методические указания по выполнению лабораторной работы 

Опыт № 1. Стеклянный цилиндр (емкостью, например, 250мл.), заполненный метаном, или пробирку с метаном с предыдущего опыта ставят на стол, снимают с него пластинку или открывают пробку и без промедления поджигают газ лучинкой. По мере сгорания метана пламя опускается внутрь цилиндра.

Чтобы пламя держалось все время над цилиндром, и было хорошо заметно студентам, в цилиндр с горящим метаном можно вливать постепенно воду, вытесняя тем самым газ наружу. Наблюдения:

1. Каким пламенем горит метан?

Уравнение реакции горения метана

Выводы:

Опыт № 2. Получение этилена дегидратацией этанола.

Рис.1. Установка для получения этилена . В пробирку налейте 1,5-2мл смеси спирта и серной кислоты и поместить в неё несколько мелких капилляров или немного…

Опыт № 3. Получение ацетилена и исследование его свойств.

Вопросы для обсуждения.

- В чем особенности строения алкинов?

- Как образуются - связи в молекулах алкинов?

- Какими химическими свойствами обладает ацетилен?

CaC2 H2O Br2 KMnO4

(вода) (раствор)

В прибор для получения газов поместите небольшой кусочек карбида кальция, добавьте воды, закрыть пробкой с газоотводной трубкой, конец газоотводной трубки опустите сначала в бромную воду, затем в раствор перманганата калия. Затем конец газоотводной трубки поднимите кверху и выделяющийся газ подожгите.

Наблюдения:

1. Каким пламенем горит газ?

2. Что происходит с бромной водой и раствором перманганата калия?

Выводы:

1.Запишите уравнения реакции:

а) карбидного способа получения ацетилена

б) взаимодействия ацетилена с бромной водой

в) окисления ацетилена перманганатом калия

г) горения ацетилена

2. Почему ацетилен горит коптящим пламенем?

Раздел 1. Органическая химия

Тема 1.3. Кислородсодержащие органические соединения

Лабораторная работа 8. Качественная реакция на многоатомные спирты.

Теоретические основы.

Многоатомными спиртами называют производные углеводородов, в молекулах которых два и более атомов водорода замещены на гидроксильные группы. Спирты с двумя гидроксильными группами называют двухатомными, с тремя — трёхатомными. Примером двухатомного спирта является этиленгликоль C2H6O2. Его структурные формулы:

 Этиленгликоль — бесцветная густая жидкость тяжелее воды, сладкая на вкус. Смешивается с водой в любых соотношениях.

 Этиленгликоль ядовит!

 Применяется этиленгликоль в виде водных растворов в качестве антифризов (незамерзающих жидкостей).

 Используется для производства полимера полиэтилентерефталата, из которого изготавливают пластиковые бутылки и волокно лавсан.

 Трёхатомный спирт глицерин C3H8O3 имеет строение:

 Это природное вещество, которое является составной частью любого жира.

 Глицерин — густая сиропообразная жидкость сладкого вкуса. Смешивается с водой в любых отношениях.

 Безводный глицерин очень гигроскопичен — поглощает влагу из воздуха. На этом свойстве основано применение глицерина в парфюмерии и медицине, а также для обработки кож и тканей. Используют его также для изготовления антифризов и в производстве взрывчатых веществ. Производное глицерина — тринитроглицерин — используется как сосудорасширяющее средство.

 Получают глицерин гидролизом жиров.

 Обрати внимание!

Химические свойства многоатомных спиртов сходны со свойствами одноатомных спиртов. Многоатомные спирты способны реагировать с активными металлами с выделением водорода:

 Многоатомные спирты горят так же, как и все органические соединения:

 Особое свойство многоатомных спиртов — реакция с гидроксидом меди(II). В результате этой реакции образуется ярко-синий раствор, поэтому она используется как качественная реакция на многоатомные спирты, т. е. с помощью гидроксида меди(II) можно отличить многоатомный спирт от других веществ.

Глицерат меди(II)

Методические указания по выполнению лабораторной работы

ОПЫТ 1. Растворение глицерина в воде.

К 1 мл воды прибавьте 2-3 капли глицерина. Взболтайте. Обратите внимание на растворимость глицерина в воде. Раствор сохраните для следующего опыта.

Задание: Запишите наблюдения, объясните растворимость глицерина с точки зрения строения молекулы этого вещества.

ОПЫТ 2. Взаимодействие глицерина с гидроксидом меди (II).

К 1 мл раствора сульфата меди (II) прибавьте 1,5-2 мл гидроксида натрия до выпадения осадка. К осадку прилейте раствор глицерина, полученный в опыте № 1, и взболтайте. Обратите внимание на цвет образовавшегося глицерата меди (II).

Задания: 1. Напишите уравнения реакции образования осадка гидроксида меди (II).

2. Напишите уравнение реакции взаимодействия глицерина с гидроксидом меди (II).

3.Запишите наблюдения, соответствующие происходящим изменениям. Какие химические свойства проявляет глицерин?

Запишите наблюдения.

Сделайте на основании проведенных опытов вывод о свойствах многоатомных спиртов,  сравнив их со свойствами одноатомных спиртов.

Раздел 1. Органическая химия

Тема 1.3 Кислородсодержащие органические соединения

Лабораторная работа 9. Растворение глицерина в воде и взаимодействие с гидроксидом меди (II).

Теоретические основы.

Многоатомными спиртами называют производные углеводородов, в молекулах которых два и более атомов водорода замещены на гидроксильные группы.Спирты с двумя гидроксильными группами называют двухатомными, с тремя — трёхатомными.

 Глицерин — густая сиропообразная жидкость сладкого вкуса. Смешивается с водой в любых отношениях.

 Безводный глицерин очень гигроскопичен — поглощает влагу из воздуха. На этом свойстве основано применение глицерина в парфюмерии и медицине, а также для обработки кож и тканей. Используют его также для изготовления антифризов и в производстве взрывчатых веществ. Производное глицерина — тринитроглицерин — используется как сосудорасширяющее средство.

 Получают глицерин гидролизом жиров.

 Обрати внимание!

Химические свойства многоатомных спиртов сходны со свойствами одноатомных спиртов. Многоатомные спирты способны реагировать с активными металлами с выделением водорода.

Методические указания по выполнению лабораторной работы 

ОПЫТ 1. Растворение глицерина в воде.

К 1 мл воды прибавьте 2-3 капли глицерина. Взболтайте. Обратите внимание на растворимость глицерина в воде. Раствор сохраните для следующего опыта.

Задание: Запишите наблюдения, объясните растворимость глицерина с точки зрения строения молекулы этого вещества.

ОПЫТ 2. Взаимодействие глицерина с гидроксидом меди (II).

К 1 мл раствора сульфата меди (II) прибавьте 1,5-2 мл гидроксида натрия до выпадения осадка. К осадку прилейте раствор глицерина, полученный в опыте № 1, и взболтайте. Обратите внимание на цвет образовавшегося глицерата меди (II).

Задания: 1. Напишите уравнения реакции образования осадка гидроксида меди (II).

2. Напишите уравнение реакции взаимодействия глицерина с гидроксидом меди (II).

3.Запишите наблюдения, соответствующие происходящим изменениям. Какие химические свойства проявляет глицерин?

Раздел 1. Органическая химия

Тема 1.3 Кислородсодержащие органические соединения

 Лабораторная работа 10. Реакция «серебряного зеркала»-альдегидов и глюкозы

Теоретические основы.

Глюкоза С6Н12О6 – моносахарид, не гидролизующийся с образованием более простых углеводов.

Как видно из структурной формулы, глюкоза является одновременно многоатомным спиртом и альдегидом, то есть альдегидоспиртом. В водных растворах глюкоза может принимать циклическую форму.

Физические свойства

Глюкоза – бесцветное кристаллическое вещество со сладким вкусом, хорошо растворимое в воде. По сравнению со свекловичным сахаром менее сладкая.

1) она встречается почти во всех органах растения: в плодах, корнях, листьях, цветах;
2) особенно много глюкозы в соке винограда и спелых фруктах, ягодах;
3) глюкоза есть в животных организмах;

4) в крови человека ее содержится примерно 0,1 %.

Особенности строения глюкозы:

1. Состав глюкозы выражается формулой: С6Н12O6, она принадлежит к многоатомным спиртам.
2. Если раствор этого вещества прилить к свежеосажденному гидроксиду меди (II), образуется ярко-синий раствор, как в случае глицерина. Опыт подтверждает принадлежность глюкозы к многоатомным спиртам.

3. Существует сложный эфир глюкозы, в молекуле которого пять остатков уксусной кислоты. Из этого следует, что в молекуле углевода пять гидроксильных групп. Этот факт объясняет, почему глюкоза хорошо растворяется в воде и имеет сладкий вкус.
Если раствор глюкозы нагреть с аммиачным раствором оксида серебра (I), то получится характерное «серебряное зеркало». Шестой атом кислорода в молекуле вещества входит в состав альдегидной группы.

4. Чтобы составить полное представление о строении глюкозы, надо знать, как построен скелет молекулы. Поскольку все шесть атомов кислорода входят в состав функциональных групп, следовательно, атомы углерода, образующие скелет, соединены друг с другом непосредственно.

5. Цепь атомов углерода прямая, а не разветвленная.

6. Альдегидная группа может находиться только в конце неразветвленной углеродной цепи, и гидроксильные группы могут быть устойчивы, находясь лишь у разных атомов углерода.

Химические свойства

Глюкоза обладает химическими свойствами, характерными для спиртов и альдегидов. Кроме того, она обладает и некоторыми специфическими свойствами.

1. Глюкоза – многоатомный спирт.

Глюкоза с Cu(OH)2 даёт раствор синего цвета (глюконат меди)

2. Глюкоза – альдегид.

а) Реагирует с аммиачным раствором оксидом серебра с образованием серебряного зеркала:

СН2ОН-(СНОН)4-СНО+Ag2O → СН2ОН-(СНОН)4-СОOH + 2Ag

                                                          глюконовая кислота

б) С гидроксидом меди даёт красный осадок Cu2O

СН2ОН-(СНОН)4-СНО + 2Cu(OH)2  → СН2ОН-(СНОН)4-СОOH + Cu2O↓ + 2H2O

                                                                    глюконовая кислота

в) Восстанавливается водородом с образованием шестиатомного спирта (сорбита)

СН2ОН-(СНОН)4-СНО + H2 → СН2ОН-(СНОН)4-СH2OH

3. Брожение

а) Спиртовое брожение (для получения спиртных напитков)

С6H12O6 → 2СH3 –CH2OH + 2CO2 ↑

                     этиловый спирт

б) Молочнокислое брожение (скисание молока, квашение овощей)

C6H12O6  → 2CH3 –CHOH–COOH

                      молочная кислота

Глюкоза образуется в растениях в процессе фотосинтеза. Животные получают её с пищей. Глюкоза – главный источник энергии в живых организмах. Глюкоза является ценным питательным продуктом. Применяется в кондитерском деле, в медицине как укрепляющее средство, для получения спирта, витамина С и др.

Методические указания по выполнению лабораторной работы 

Тщательно вымойте пробирку. Для этого налейте в неё раствор гидроксида натрия и несколько минут нагревайте до кипения. Затем гидроксид натрия вылейте и пробирку несколько раз сполосните дистиллированной водой.

Приготовьте  аммиачный раствор оксида серебра:

1)     К раствору нитрата серебра AgNO3 по каплям добавьте раствор гидроксида натрия NaOH до образования черного осадка оксида серебра:

2AgNO3 + 2KOH = Ag2O + 2KNO3 + H2O.

2)    Аккуратно прилейте к  1-2 мл.раствора аммиака NH4 OH раствор полученного оксида серебра, до растворения осадка

Ag2O + 4NH3 + H2O = 2[Ag (NH3)2] (OH).)

Оксид серебра растворялся в аммиачной воде с образованием комплексного соединения (аммиаката, или аммина) – гидроксида диамминсеребра(I).

В чистую пробирку налейте 2 мл. свежеприготовленного раствора идроксидадиамминсеребра(I), полученному раствору добавьте несколько капель раствора формалина. Пробирку поместите в стакан с горячей водой, и повращайте пробирку в горячей воде, до появления зеркального налета на стенках пробирки.

1. Что наблюдается в пробирке?
2. Почему поверхность стекла становится зеркальной?
3. Напишите уравнения реакций.

Вывод: где можно применять данную химическую реакцию?

Раздел 1. Органическая химия

Тема 1.3. Кислородсодержащие органические соединения

Лабораторная работа 11. Свойства уксусной кислоты, общие со свойствами минеральных кислот

Теоретические основы.

Растворы как уксусной, так и минеральных кислоты одинаково изменяют окраску индикаторов, реагируют с металлами, расположенными в ряду напряжений металлов до водорода, с оксидами и гидроксидами металлов, с солями, образованными менее активными кислотами (например, угольной). Это сходство объясняется тем, что их диссоциация приводит к накоплению в растворе ионов водорода (гидроксония).

Определение валентности всех химических элементов в молекулярной формуле уксусной кислоты, выделение функциональной группы.  На основе положения химических элементов в таблице Д. И. Менделеева   группой проводится анализ смещения электронной плотности химических  связей в молекуле.

На основании предложенных таблиц проводится сравнение температур кипения и плавления предельных одноатомных спиртов и предельных одноосновных карбоновых кислот. Результатом работы являются записи полной и краткой структурных формул уксусной кислоты, электронной формулы этого вещества; определение по структурной формуле уксусной кислоты направления взаимного влияния атомов в молекуле через выявление смещения электронной плотности химических связей; представлена схема образования водородных связей между двумя молекулами уксусной кислоты.

Методические указания по выполнению лабораторной работы:

Задача №1. Проделайте перечисленные ниже  опыты. Свои наблюдения, уравнения химических реакций  и выводы запишите в таблицу

ОПЫТ№1: Получение уксусной кислоты.

Соберите прибор как показано на рисунке (Рисунок 1). В пробирку  насыпьте 0,5 гр  ацетата натрия (на кончике чайной ложки) и прилейте 5-6 капель концентрированной кислоты, чтобы она только смочила соль. Пробирку закройте пробкой с газоотводной трубкой, свободный конец которой опустите в пустую пробирку, находящуюся в стакане с водой. Нагрейте смесь до тех пор, пока в пробирке – приемнике - соберется немного уксусной кислоты, обратите внимание на запах. Полученную кислоту сохраните для следующего опыта. Напишите уравнения реакций взаимодействия ацетата натрия с серной кислотой.

ОПЫТ№2: Свойства уксусной кислоты.

Полученную кислоту разбавьте в 2 раза и разделите на 4 пробирки. В одну из них добавьте раствор Na2CO3, в другую порошок магния, в третью CuO, в четвертую 2-3 капли синего лакмуса.  В чистую пробирку налейте 2-3 капли гидроксида натрия, добавьте 1 каплю фенолфталеина и приливайте по каплям уксусную кислоту до обесцвечивания раствора. Напишите уравнения реакций взаимодействия уксусной кислоты с Mg, CuO, Na2CO3, NaOH. Составьте схему диссоциации уксусной кислоты. К каким электролитам относится уксусная кислота?

Проделайте опыты, иллюстрирующие отношение уксусной кислоты к активным металлам, основным оксидам, основаниям и солям.

Рисунок 1. Прибор для получения уксусной кислоты

Раздел 1. Органическая химия

Тема 1.3 Кислородсодержащие органические соединения

Лабораторная работа 12. Взаимодействие крахмала с йодом, гидролиз крахмала

Теоретические основы.

Крахмала-это безвкусный белый порошок, по своей консистенции напоминающий муку. Формула крахмала (полисахарида амилозы и амилопектина) — (C₆H₁₀O₅)n.

Структура амилопектина

Крахмал является результатом природного процесса – фотосинтеза. Для растений он служит неким запасом питательных веществ, для организма человека — поставщиком важных углеводов.Крахмал нерастворим в холодной воде. Если на порошок надавить ложкой, тем самым прижав его, то слышится характерный скрип, обусловленный трением микрочастиц друг о друга.

В горячей воде (C₆H₁₀O₅)n также не растворяется, но набухает до густой и вязкой субстанции, образуя коллоидную смесь под названием клейстер. Раствор крахмала в воде является неньютоновской жидкостью.Если добавить кислоты в воду, где находится крахмал (например, H₂SO₄), то можно наблюдать процесс гидролиза с уменьшением молекулярной массы вещества и образованием «растворимого» крахмала.Молекулы крахмала неоднородны по своей структуре.Также крахмал является многоатомным спиртом, который образует простые и сложные эфиры в ходе межмолекулярной дегидратации и этерификации.Промышленным путем крахмал получают из пшеницы, картофеля, кукурузы и риса.Широко используют крахмал в промышленных целях. Он находит применение при получении таких веществ, как глюкоза, патока и этанол.Также широко используют крахмал и в текстильном производстве. Им обрабатывают ткани. На бумажных фабриках крахмал выступает в качестве гидрофильного агента — материала, повышающего прочность и улучшающего типографские качества бумаги. Также он применяется и для изготовления лекарств и продуктов питания.В быту практически все мы используем это вещество: крахмалим одежду, варим кисель, изготавливаем клейстер (смесь крахмала с водой и мукой) и т.д. 

Реакция крахмала  йода

Гранулы пшеничного крахмала, прореагировавшего с йодом.

Кислоты гидролизируют крахмал с образованием молекул глюкозы. Кислотный гидролиз крахмала можно наблюдать на примере лабораторного опыта с нагреванием раствора крахмала с серной кислотой.

Для возможности наблюдать этапы гидролиза до окончательного расщепления крахмала до глюкозы, приготавливаются пробирки с сильно разбавленным водным раствором йода. В них будет происходить контрольная качественная реакция на крахмал с йодом. В случае если в испытуемом растворе будет определяться наличие остатков крахмала – пробы покажут это.

Гидролиз крахмала до молекул глюкозы:

(С6Н10O5)n + nН2О (H+) = nС6Н12О6

Тот факт, что в растворе отсутствует крахмал, качественная реакция с йодом покажет это - гидролиз крахмала считается завершенным в тот момент, когда раствор в пробирках с йодным раствором больше не синеет.

Методические указания по выполнению лабораторной работы:

1.В пробирку насыпьте немного порошка крахмала. Прилейте холодной воды и взболтайте. Что можно сказать о растворимости крахмала в воде?

2.Вылейте взвесь крахмала в воде в химический стакан с горячей водой, перемешайте. Что наблюдаете?

3. В пробирку с 2-3 мл полученного во втором опыте крахмального клейстера добавьте каплю спиртового раствора йода. Что наблюдаете?

Вывод:

В какой воде  наблюдается лучшее растворение крахмала. Почему реакция со спиртовым раствором йода является качественной на крахмал?

Раздел 1. Органическая химия

Тема 1.4 Азотсодержащие органические соединения. Полимеры

Лабораторная работа 13. Растворение белков в воде

Теоретические основы.

Многие белки растворяются в воде, что обусловлено наличием на поверхности белковой молекулы свободных гидрофильных групп. Растворимость белка в воде зависит от структуры белка, реакции среды, присутствия электролитов. В кислой среде лучше растворяются белки, обладающие кислыми свойствами, а в щелочной - белки, обладающие основными свойствами.

Альбумины хорошо растворяются в дистиллированной воде, а глобулины растворимы в воде только в присутствии электролитов.

Не растворяются в воде белки опорных тканей (коллаген, кератин, эластин и др.)

Методические указания по выполнению лабораторной работы 

К 2 каплям неразведенного яичного белка прибавляют 1 мл дистиллированной воды и перемешивают. При этом яичный альбумин растворяется, а яичный глобулин выпадает в виде небольшого осадка.

Проверяют растворимость в воде и 5% растворе хлористого калия белка кератина, содержащегося в шерсти и волосах.

Результаты работы оформить в виде таблицы.

Раздел 1. Органическая химия

Тема 1.4 Азотсодержащие органические соединения. Полимеры

Лабораторная работа 14. Решение экспериментальных задач на идентификацию органических соединений.

Методические указания по выполнению лабораторной работы

Задание № 1 (теоретическое)

1 вариант

Какими способами можно определить и отличить серную и уксусную кислоту друг от друга (не менее 2-х способов). Записать формулы соответствующих веществ и уравнения соответствующих реакций (в молекулярном виде).

2 вариант

Какими способами можно определить и отличить друг от друга гидроксид натрия и этиловый спирт (не менее двух способ). Записать формулы соответствующих веществ и уравнения соответствующих реакций (в молекулярном виде).

Задание № 2 (демонстрационное – качественные реакции в органической химии)

1.Белок – 1) ксантопротеиновая, 2) биуретовая, 3) денатурация (нагревание, спирт).

2.Углевод (крахмал) – йод.

Вывод о проделанной работе.

                Раздел 2. Общая и неорганическая химия

Тема 2.3.  Строение вещества

Лабораторная работа № 15. Моделирование кристаллических решеток хлорида натрия, алмаза, графита.

Теоретические основы.

Кристаллическая структура характеризуется правильным (регулярным) расположением частиц в строго определенных местах в кристалле. При мысленном соединении этих точек линиями получаются пространственный каркас, который называют кристаллической решеткой.

В узлах кристаллической решетки могут находиться ионы, атомы или молекулы. В зависимости от вида частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические.

Методические указания по выполнению лабораторной работы

Задание: построить шаростержневые и масштабные модели кристаллических решеток хлорида натрия, алмаза, графита

Контрольные вопросы

1.Вещества с одинаковым видом химической связи имеют одинаковый вид кристаллической решетки?

2. Какие виды кристаллических решеток существуют?

Раздел 2. Общая и неорганическая химия

Тема 2.4. Вода. Растворы. Электролитическая диссоциация

Лабораторная работа 16. Приготовление суспензии карбоната кальция

Теоретические основы.

 Дисперсные (раздробленные) системы являются гетерогенными, в отличие от истинных растворов (гомогенных). Они состоят из сплошной непрерывной фазы – дисперсионной среды и находящихся в этой среде раздробленных частиц того или иного размера и формы – дисперсной фазы.

     Обязательным условием существования дисперсных систем является взаимная нерастворимость диспергированного вещества и дисперсионной среды.

     Дисперсные системы классифицируют:

1. по степени дисперсности;

     2. по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды;

     3. по интенсивности взаимодействия между ними;

     4. по отсутствию или образованию структур в дисперсных системах.

    В зависимости от размеров частиц дисперсной фазы дисперсные системы бывают в виде взвесей и коллоидов.

     Взвеси (размер дисперсной фазы более 100нм) ─ эмульсии, суспензии, аэрозоли.

      Коллоидные растворы (размер дисперсной фазы от 1 до 100нм) – гели, золи.

      Агрегатное состояние дисперсных систем бывает разным и обозначается двумя буквами.

Например: аэрозоль обозначается Г-Ж.

Г – газообразная дисперсионная среда, Ж – жидкая дисперсная фаза.  

Методические указания по выполнению лабораторной работы:

 Приготовление суспензии мела. В химический стакан поместите небольшое количество порошка мела и прилейте немного воды. Все тщательно перемешайте. Запишите наблюдения.

Поместите каплю, суспензии на стеклянную пластину и рассмотрите под микроскопом. Запишите наблюдения.

Сформулируйте вывод о свойствах суспензии и схематически запишите агрегатное состояние дисперсной системы.

Сформулируйте вывод о свойствах суспензии и схематически запишите агрегатное состояние дисперсной системы.

Контрольные вопросы

1. Что такое смеси? Какими бывают смеси?

2. Выпишите в один ряд природные смеси, а в другой чистые вещества:

мел, карбонат натрия, песок, известь, оксид кремния, гидроксид натрия, мрамор, гипс, железная руда.

3. Какие смеси называются дисперсными?

4.Что показывает степень дисперсности?

5. Что такое монодисперсная и полидисперсная система?

6. Какие дисперсные системы называются свободнодисперсными и  связнодисперсными?

7. Какие агрегатные состояния бывают у дисперсных систем, как называют  и схематически записывают такие дисперсные системы?

Ответ на 7 вопрос оформите в виде таблицы:

Сформулируйте вывод по работе.

Раздел 2. Общая и неорганическая химия

Тема 2.4. Вода. Растворы. Электролитическая диссоциация

Лабораторная работа 17. Приготовление раствора сульфата меди (II)   заданной концентрацией.

Цель: овладение умениями  приготовления дисперсионных систем, навыками определения их свойств

Реактивы и оборудование: Химические стаканы, стеклянные палочки, р-ры  хлорида калия, хлорида натрия, дистиллированная вода.

Теоретические основы.

Концентрация раствора- это относительное содержание растворенного вещества в растворе. Для выражения концентрации растворов существует два способа.

I. долевой способ:

а) массовая доля вещества ω, безразмерная величина или выражается в процентах, вычисляют по формуле

 %

где m(в-ва), масса вещества, г ; m(р-ра), масса раствора, г.

б) мольная доля χ, величина безразмерная или выражается в процентах, вычисляют по формуле

 %

где ν(в-ва), количество вещества, моль; ν1+ν2+…, сумма количеств всех веществ в растворе, моль.

в) объемная доля φ, величина безразмерная или выражается в процентах, вычисляют по формуле

 %

где V(в-ва), объем вещества, л  V(смеси), объем смеси, л.

II. концентрационный способ:

а) молярная концентрация CM, моль/л, вычисляют по формуле

где ν(в-ва), количество вещества, моль;  V(р-ра), объем раствора, л.

б) нормальная концентрация СН, моль/л, вычисляют по формуле

 или 

где ν(экв), количество вещества эквивалента, моль; V(р-ра), объем раствора, л;

Z, фактор эквивалентности.

в) моляльная концентрация Сb, моль/кг, вычисляют по формуле

где ν(в-ва), количество вещества, моль;  m(р-ля), масса растворителя, кг.

г) титр Т, г/мл, вычисляют по формуле

где m(в-ва), масса вещества, г; V(р-ра), объем раствора, мл.

Обычно вызывает затруднение изучение свойств растворов (осмос и осмотическое давление, понижение давления насыщенного пара, понижение температуры кристаллизации и повышение температуры кипения растворов), а также свойств растворенных веществ — растворимости и произведения растворимости.

Осмос- это односторонняя диффузия веществ из растворов через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и чистый растворитель или два раствора различной концентрации.

В системе растворитель-раствор молекулы растворителя могут перемещаться через перегородку в обоих направлениях. Но число молекул растворителя, переходящих в раствор в единицу времени, больше числа молекул, перемещающихся из раствора в растворитель.

Методические указания по выполнению лабораторной работы:

I. Рассчитайте массу соли, которую необходимо взять для приготовления:

I вариант- 100 мл 0,1М р-ра хлорида натрия.

II вариант- 100мл 0,2М р-ра хлорида калия.

II. Ход выполнения работы.

1.Отвесьте рассчитанную вами массу соли; поместите соль в мерную колбу вместимостью 100 мл

2.Растворите соль в небольшом количестве дистиллированной воды, затем долейте воду до метки.

Чтобы не перелить воду, последние капли добавляйте с   пипетки.

III. Составьте отчёт о работе в произвольной форме.

 Количество мерных колб, молярный раствор можно приготовить в мерном цилиндре или химическом стакане с делениями, указывающими объём воды при комнатной температуре. Для перемешивания раствора в этих сосудах пользуются чистой стеклянной палочкой, которую нельзя класть на стол; лучше помещать её в чистую пробирку (стакан).

Раздел 2. Общая и неорганическая химия

Тема 2.6. Химические реакции

Лабораторная работа 18. Реакции, идущие с образованием осадка, газа или воды.

Цель работы: практическим путем провести  реакции, идущие с образованием осадка, газа или воды.

Реактивы и оборудование: химические стаканы, стеклянные палочки,воронки, термометр, пинцет.

Техника безопасности.

Требуется осторожное обращение с растворами кислот. В результате реакции образуется горючий газ водород: рядом не должно быть открытого пламени.

Теоретические основы.

Реакция ионного обмена — один из видов химических реакций, характеризующаяся выделением в продукты реакции воды, газа или осадка. Химические реакции в растворах электролитов (кислот, оснований и солей) протекают при участии ионов. Если такие реакции не сопровождаются изменением степеней окисления, они называются реакциями двойного обмена.

Реакцию обмена в растворе принято изображать тремя уравнениями: молекулярным, полным ионным и сокращённым ионным. В ионном уравнении слабые электролиты, газы и малорастворимые вещества изображают молекулярными формулами.

Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + CO2↑ +H2O

2Na+ + CO32- + 2H+ + SO42- → 2Na+ + SO42- + CO2↑ + H2O

2H+ + CO32-   → CO2↑ + H2O

1.  При написании ионных уравнений следует обязательно руководствоваться таблицей растворимости кислот, оснований и солей в воде, то есть обязательно проверять растворимость реагентов и продуктов, отмечая это в уравнениях.

2.  Следует иметь в виду, что реакции двойного обмена между солями с образованием осадков протекают во всех тех случаях, когда растворимость реагентов выше, чем растворимость одного из продуктов.

3.  Для получения малорастворимого вещества всегда надо выбирать хорошо растворимые реагенты и использовать достаточно концентрированные растворы.

Для составления уравнений реакций ионного обмена необходимо помнить следующее:

1.   Диссоциации не подвергаются: оксиды, газообразные вещества, вода, нерастворимые в воде соединения

2.   Реакция ионного обмена идёт до конца если образуется: газ, осадок, вода.

Свойства раствора соляной кислоты.

1. взаимодействие с металлами, стоящими в электрохимическом ряду металлов до водорода с образованием соли и выделением газообразного водорода:

2. взаимодействие с оксидами металлов с образованием растворимой соли и воды:

3. взаимодействие с гидроксидами металлов с образованием растворимой соли и воды (реакция нейтрализации):

4. взаимодействие с солями металлов, образованных более слабыми кислотами, например угольной:

5. взаимодействие с нитратом серебра с образованием нерастворимого осадка:

Свойства раствора серной кислоты.
1. взаимодействие с металлами, стоящими в электрохимическом ряду металлов до водорода:

2. взаимодействие с оксидами металлов:

3. взаимодействие с гидроксидами металлов (реакция нейтрализации):

4. взаимодействие с солями металлов, образованных более слабыми кислотами:

5. взаимодействие с хлоридом бария с образованием нерастворимого осадка: 

Методические указания по выполнению лабораторной работы:

Запишите уравнения проделанных вами реакций в молекулярной и ионной формах, реакцию с металлом рассмотрите как окислительно-восстановительную.

1.В две пробирки прилейте по 1—2 мл раствора гидроксида натрия.

Добавьте в каждую 2—3 капли раствора фенолфталеина. Затем прилейте в первую пробирку раствор азотной кислоты, а во вторую — раствор уксусной кислоты до исчезновения окраски. После добавления фенолфталеина в пробирки проверьте цвет.

Наблюдается _______________

Запишите уравнение реакции в молекулярном и ионном в_________________

2.В две пробирки прилейте по 2 мл раствора карбоната натрия, а затем добавьте:

 в первую — 1—2 мл раствора соляной кислоты,

 в другую — 1—2 мл раствора уксусной кислоты.

Запишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде_____________

3.В две пробирки прилейте по 1 мл раствора медного купороса, а затем добавьте в каждую столько же раствора гидроксида натрия.

Запишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде_____________

4.К 1 мл раствора серной кислоты в пробирке добавьте 5—10 капель раствора хлорида бария.

Запишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде_____________

Раздел 2. Общая и неорганическая химия

Тема 2.6. Химические реакции

Лабораторная работа 19. Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ

Цель работы: практическим путем подтвердить зависимость скорости химической реакции от её концентрации.

Реактивы и оборудование: воронки, термометр, пинцет, прибор для определения скорости химических реакций.

Техника безопасности. Требуется осторожное обращение с растворами кислот. В результате реакции образуется горючий газ водород: рядом не должно быть открытого пламени.

Теоретические основы.

Скорость химической реакции — изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства , скорость химической реакции оказывают влияние следующие факторы: природа реагирующих веществ; концентрация реагирующих веществ; поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях); температура;  действие катализаторов.

Теория активных столкновений позволяет объяснить влияние некоторых факторов на скорость химической реакции. Основные положения этой теории:

• Реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией.
• Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать.
• К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые». Для этого частицы должны обладать достаточной энергией.
• Минимальный избыток энергии, необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации  Еа.
• Активность химических веществ проявляется в низкой энергии активации реакций с их участием. Чем ниже энергия активации, тем выше скорость реакции.Например, в реакциях между катионами и анионами энергия активации очень мала, поэтому такие реакции протекают почти мгновенно

Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость реакции

При повышении концентрации реагирующих веществ скорость реакции возрастает. Для того чтобы вступить в реакцию, две химические частицы должны сблизиться, поэтому скорость реакции зависит от числа столкновений между ними. Увеличение числа частиц в данном объеме приводит к более частым столкновениям и к возрастанию скорости реакции.

К увеличению скорости реакции протекающей в газовой фазе приведет повышение давления или уменьшение объема, занимаемого смесью.На основе экспериментальных данных в 1867 г. норвежские учёные К. Гульдберг, и П Вааге и независимо от них в 1865 г. русский учёный Н.И. Бекетов сформулировали основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ-

Закон действующих масс (ЗДМ) :

Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции. («действующая масса» – синоним современного понятия «концентрация»)

аА + bВ = cС +dD,   где k – константа скорости реакции

ЗДМ  выполняется только для элементарных химических реакций, протекающих в одну стадию. Если реакция протекает последовательно через несколько стадий, то суммарная скорость всего процесса определяется самой медленной его частью.

Выражения для скоростей различных типов реакций

ЗДМ относится к гомогенным реакциям. Если реакция геторогенная (реагенты находятся в разных агрегатных состояниях), то в уравнение ЗДМ входят только жидкие или только газообразные реагенты, а твердые исключаются, оказывая влияние только на константу скорости k.

Молекулярность реакции – это минимальное число молекул, участвующих в элементарном химическом процессе. По молекулярности элементарные химические реакции делятся на молекулярные (А →) и бимолекулярные (А + В →); тримолекулярные реакции встречаются чрезвычайно редко.

Скорость гетерогенных реакций

• Зависит  от площади поверхности соприкосновения веществ, т.е. от степени измельчения веществ, полноты смешивания реагентов.
• Пример — горение древесины. Целое полено горит на воздухе сравнительно медленно. Если увеличить поверхность соприкосновения дерева с воздухом, расколов полено на щепки, скорость горения увеличится.
• Пирофорное  железо высыпают  на лист фильтровальной бумаги. За время падения частицы железа раскаляются и поджигают бумагу.

Влияние температуры на скорость реакции

В XIX веке голландский ученый Вант-Гофф опытным путем обнаружил, что при повышении температуры на 10 оС скорости многих реакций возрастают в 2-4 раза.

Правило Вант-Гоффа

При повышении температуры на каждые 10◦С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.

Здесь γ (греческая буква «гамма») — так называемый температурный коэффициент или коэффициент Вант-Гоффа, принимает значения от 2 до 4.

Для каждой конкретной реакции температурный коэффициент определяется опытным путем. Он показывает, во сколько именно раз возрастает скорость данной химической реакции (и ее константа скорости) при повышении температуры на каждые 10 градусов.

Правило Вант-Гоффа используется для приближенной оценки изменения константы скорости реакции при повышении или понижении температуры. Более точное соотношение между константой скорости и температурой установил шведский химик Сванте Аррениус:

Чем больше Ea конкретной реакции, тем меньше (при данной температуре) будет константа скорости k (и скорость) этой реакции. Повышение Т приводит к увеличению константы скорости, это объясняется тем, что повышение температуры приводит к быстрому увеличению числа «энергичных» молекул, способных преодолевать активационный барьер Ea.

Влияние катализатора на скорость реакции

Можно изменить скорость реакции, используя специальные вещества, которые изменяют механизм реакции и направляют ее по энергетически более выгодному пути с меньшей энергией активации. Катализаторы – это вещества, участвующие в химической реакции и увеличивающие ее скорость, но по окончании реакции остающиеся неизменными  качественно и количественно. Ингибиторы – вещества, замедляющие химические реакции. Изменение скорости химической реакции или ее направления с помощью катализатора называют катализом.

Методические указания по выполнению лабораторной работы:

• прочитайте внимательно задания;
• выполните их, записав получившиеся результаты.
• Осуществите реакции, характеризующие химические свойства.
• Запишите уравнения проделанных вами реакций

Проведем в одинаковых условиях реакции с цинком двух разных кислот.

В сосуды наливаем растворы уксусной и серной кислот  одинаковой концентрации.

Во второе колено обоих сосудов помещаем по две одинаковые гранулы цинка. Приливаем кислоты к цинку. Объем выделяющегося газа определяем по уровню жидкости в приборе. Газ интенсивнее выделяется в сосуде с серной кислотой,  здесь реакция идет значительно быстрее. Серная кислота – более сильная кислота по сравнению с уксусной. Мы убедились в том, что природа вещества влияет на скорость химической реакции.

Написать уравнение реакции взаимодействия цинка с серной кислотой и уксусной кислотой.

В 3 пробирки (подписанные, под номерами) прилить по 3 мл раствора НCl и внести в каждую из пробирок навески опилок одинаковой массы: в первую - Mg, во вторую - Zn, в третью – Fe.

В какой пробирке реакция протекает быстрее? (или вообще не протекает)______

Напишите уравнения реакций. Какой фактор влияет на скорость реакции______

Зависимость скорости взаимодействия оксида меди с серной кислотой от температуры.

В 3 пробирки (под номерами) налить по 3 мл раствора Н2SO4 (одинаковой концентрации). В каждую поместить навеску CuO (II) (порошок).

Первую пробирку оставить в штативе, вторую - опустить в стакан с горячей водой, третью - нагреть в пламени спиртовки.

В какой пробирке цвет раствора меняется быстрее (голубой цвет)______

Что влияет на интенсивность реакции_______

Раздел 2. Общая и неорганическая химия

Тема 2.6. Химические реакции

Лабораторная работа № 20. Реакция замещения меди железом в растворе медного купороса.

Теоретические основы.

Если железную пластину погрузить в воду или раствор соли железа, то из слоя металла, находящегося на границе с водой, положительно заряженные ионы Fe2+ начнут переходить в воду. Из-за этого пластинка приобретает отрицательный заряд. Между отрицательно заряженной пластинкой и перешедшими в раствор положительно заряженными ионами возникает электростатическое притяжение, что препятствует дальнейшему переходу ионов в раствор, то есть процесс растворения металла прекращается.

Одновременно развивается противоположный процесс: ионы железа из раствора, подойдя к поверхности пластинки, принимают от нее электроны и, переходя в нейтральное состояние, осаждаются. Железная пластинка, таким образом, фактически является электродом. Через некоторое время устанавливается состояние динамического равновесия, при котором скорость перехода ионов из металла в раствор равна скорости их осаждения на металле.

Равновесие между ионами раствора и металлом выражается уравнением:

                                       Fe2+ (р-р) + 2е = Fe (кр.) (1)

В результате на межфазной границе образуется двойной электрический слой и возникает разность электрических потенциалов. Равновесие между металлом, жидкой фазой и двойным электрическим слоем полностью подчиняется всем положениям смещения химического равновесия.Состояние равновесия электродного процесса определяется электродным потенциалом Е, представляющим собой разность потенциалов двух фаз на границе металл – электролит.На железном электроде (железо – раствор с концентрацией ионов Fe2+, равной 1 моль/л) при разомкнутой гальванической цепи устанавливается равновесие, характеризующееся стандартным электродным потенциалом –0,44 B:

                                       Fe2+ + 2e = Fe, E = –0,44 B.

Отрицательное значение электродного потенциала железа свидетельствует о невозможности самопроизвольного прохождения реакции по этому уравнению. Самопроизвольно проходит процесс в противоположном направлении:

Fe – 2e = Fe2+ , E = 0,44 B.

Для меди же наоборот, электродный потенциал имеет положительное значение:

Cu2+ + 2e = Cu, E = 0,34 В (2)

Это означает, что реакция может проходить самопроизвольно (при наличии второго электрода, поставляющего электроны), то есть ионы меди могут переходить в металлическую медь (медь будет осаждаться на электроде).

Если железная пластинка оказывается погруженной в раствор соли меди, содержащий ионы Cu2+, то эти ионы, разряжаясь на пластине, уменьшают число электронов на пластине и тем самым смещают равновесие в реакции (1) влево. В результате железо начинает активно переходить в раствор в виде ионов, увеличивая количество освободившихся электронов, что в свою очередь смещает равновесие в реакции (2) вправо.В результате оба процесса стимулируют друг друга, а в целом в растворе протекает окислительно-восстановительная реакция:

Fe = Fe2+ + 2е

Сu2+ + 2е = Сu.

Реактивы и оборудование: Штатив с пробирками, держатель, растворыNaOH, H2SO4,CuSO4, Na2CO3, NH4Cl, Na2SO4, ZnSO4, BaCl2, Na, Fe и вода.

Техника безопасности. Требуется осторожное обращение с растворами.

Методические указания по выполнению лабораторной работы:

В  пробирку нальем примерно по 2 мл раствора медного купороса. Одновременно поместим в одну пробирку кусок железной проволоки. В пробирке протекает реакция замещения в соответствии с уравнением:

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu↓        

О протекании реакции замещения между сульфатом меди (II) и железом можно судить по выделению из раствора вещества красно-бурого цвета – меди.

Налейте в пробирку 2—3 мл раствора медного купороса (сульфата меди (II)) и опустите в него стальную кнопку или скрепку.

Наблюдается ______________________

Запишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде___________________

Раздел 2. Общая и неорганическая химия

Тема 2.6. Химические реакции

Лабораторная работа 21. Зависимость скорости взаимодействия соляной кислоты с металлами от их природы. 

Цель работы: изучить реакции замещения.

Реактивы и оборудование: растворы соляной кислоты, пробирки, пипетки, спиртовка, гранулы металлов.

Техника безопасности. Требуется осторожное обращение с растворами.

Теоретические основы.

Скорость химической реакции - это величина, показывающая как изменяются концентрации исходных веществ или продуктов реакции за единицу времени. 

Для оценки скорости необходимо изменение концентрации одного из веществ.

1. Наибольший интерес представляют реакции, протекающие в однородной (гомогенной) среде. Гомогенные системы (однородные) –  газ/газ, жидкость/жидкость  – реакции идут во всём объёме. Математически скорость химической гомогенной реакции можно представить с помощью формулы:

2. Для гетерогенной реакции, скорость реакции определяется числом молей веществ, вступивших в или образующихся в результате реакции в единицу времени на единице поверхности:

Гетерогенные (неоднородные) системы  – твёрдое/жидкость, газ/твёрдое, жидкость/газ – реакции идут на поверхности раздела фаз.Таким образом, скорость химической реакции показывает изменение количества  вещества в единицу времени, в единице объёма или на единице поверхности раздела фаз.

Зависимость скорости реакций от различных факторов

Методические указания по выполнению лабораторной работы:

В две пробирки нальем одинаковое количество соляной кислоты и одновременно поместим в них по кусочку металлов разной природы: цинка и магния.

Уравнения данных реакций:

Написать уравнение реакции взаимодействия цинка с соляной  кислотой.

Реакция соляной кислоты с магнием протекает с большей скоростью, так как интенсивнее выделяется водород. Магний – более активный металл, чем цинк (магний стоит в ряду напряжений левее цинка).

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑

Рис. 1. Результаты опыта по взаимодействия цинка (слева) и магния (справа) с соляной кислотой