Основные классы неорганических соединений

29.1. При взаимодействии бутанола-1 с избытком металлического натрия выделился водород, занимающий при нормальных условиях объем2,8 л. Определить количество вещества бутанола-1, которое вступило в реакцию.

(Ответ: 0,25 моль).

29.2. Назвать вещества Х и Y и написать уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) пропанол-1 > Х > пропанол-2; б) этанол > Y > 1,2-дихлорэтан.

Указать условия протекания реакций.

29.3. Для получения метанола использовали 2 м3 оксида углерода (II) и 5 м3 водорода при нормальных условиях. Получено 2,04 кг спирта. Определить выход спирта. (Ответ: 71,4 %).

29.4. Составить уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

С > СН4 > С2Н6 > С2Н4 > С2Н5ОН > С2Н5ОNa.

29.5. Определить массу фенолята натрия, который может быть получен при взаимодействии 4,7 г фенола с 4,97 мл 35 %-го раствора NaОН (с = 1,38 г/мл). (Ответ: 5,8 г).

29.6. Написать уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

хлорэтан > этанол > этилен > пропаналь.

29.7. При окислении 13,8 г этанола избытком оксида меди (II) получен альдегид, масса которого составила 9,24 г. Определить выход продукта реакции. (Ответ: 70 %).

29.8. Определить массу серебра, которая будет получена, если к избытку аммиачного раствора оксида серебра прибавить 50 г 11,6 %-го водного раствора пропаналя. (Ответ: 21,6 г).

29.9. Какое количество вещества НСНО содержится в его 30 %-м водном растворе объемом 3 л и плотностью 1,06 г/мл? (Ответ: 31,8 моль).

29.10. 280 мл ацетилена было использовано для получения ацетальдегида, выход которого составил 80 %. Какая масса серебра может образоваться при добавлении всего полученного альдегида к избытку аммиачного раствора оксида серебра? (Ответ: 1,08 г).

29.11. Составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

С > СаС2 > С2Н2 > С2Н4 > С2Н6 > С2Н5Cl > С2Н5ОН.

29.12. При окислении 6 г технического препарата этаналя аммиачным раствором оксида серебра образовалось 20 г металла. Определить массовую долю (%) этаналя в техническом препарате. (Ответ: 67,9 %).

29.13. Составить уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: метан > ацетилен > уксусный альдегид > этиловый спирт > уксусный альдегид.

29.14. Составить уравнения реакций, при помощи каких реакций можно осуществить следующие превращения:

С > СН4 > С2Н2 > С6Н6 > С6Н5Cl > С6Н5ОН.

29.15. Рассчитать массу фенолята калия, которая может быть получена из 3,29 г фенола. (Ответ: 4,62 г).

29.16. Составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

уксусный альдегид > этанол > этилен > ацетилен > уксусный альдегид.

29.17. Написать уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

а) СН4 > Х > СН3ОН > СН3?О?СН3; б) этанол > этилен > Y > этанол.

Назвать вещества Х и Y.

29.18. При дегидратации пропанола-2 получили пропилен, который обесцветил бромную воду массой 200 г. Массовая доля брома в бромной воде равна 3,2 %. Определить массу пропанола-2, взятого для реакции. (Ответ: 2,4 г).

29.19. Рассчитать массу фенола, который можно получить гидролизом бромбензола массой 47,1 г, если массовая доля выхода продукта равна 40 %.

(Ответ: 11,28 г).

29.20. Составить уравнения реакций, которые необходимо провести для осуществления следующих превращений: пропин > Х > ацетон.

Назвать вещество Х, указать условия протекания реакций.

Лабораторная работа 30. Органические кислоты

Цель работы: изучить свойства органических кислот.

Задание: выполнить химический эксперимент по установлению свойств органических кислот. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Карбоновые кислоты - производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на карбоксильную группу

Особенности химических свойств карбоновых кислот обусловлены сильным взаимным влиянием карбонильной

и гидроксильной О?Н групп.

Поэтому все химические реакции карбоновых кислот будут идти по следующим направлениям:

Замещение водорода в гидроксильной группе. Карбоновые кислоты - слабые электролиты и взаимодействуют с активными металлами, оксидами и гидроксидами металлов с образованием солей:

2CH3COOH + Mg > Mg(CH3COO)2 + H2;

уксусная кислота ацетат магния

C2H5COOH + NaOH > C2H5COONa + H2O.

пропионовая кислота пропионат натрия

Замещение всей гидроксильной группы. Карбоновые кислоты реагируют со спиртами в присутствии сильных неорганических кислот, в результате образуется сложный эфир:

пропионовая метиловый метиловый эфир пропионовой кислоты

кислота спирт (метилпропионат)

Выполнение работы

Опыт 1. Свойства карбоновых кислот

· Налить в пробирку 2?3 мл раствора уксусной кислоты и внести туда немного стружек магния. Что наблюдается? Какое свойство карбоновых кислот характеризует этот опыт?

· В пробирку насыпать немного соды Na2CO3 и прилить раствор уксусной кислоты. Что наблюдается?

· В пробирку насыпать немного уксуснокислого натрия СН3СООNa и прилить 1?2 мл концентрированной серной кислоты. Слегка нагреть. Запах какого вещества обнаруживается?

Требование к результатам опыта

Записать наблюдения и составить уравнения реакций взаимодействия:

магния с уксусной кислотой; соды с уксусной кислотой; уксуснокислого натрия с серной кислотой.

Опыт 2. Получение уксусноэтилового эфира

Налить в пробирку по 2 мл: концентрированной уксусной кислоты, этилового спирта и концентрированной серной кислоты. Пробирку со смесью опустить на 1?2 мин в кипящую воду, после чего содержимое пробирки вылить в пробирку с раствором поваренной соли (NaCl уменьшает растворимость эфира). Через несколько минут на поверхность всплывет уксусноэтиловый эфир, который можно узнать по характерному запаху.

Требование к результатам опыта

Написать уравнение реакции получения уксусноэтилового эфира (Н2SO4 играет роль водоотнимающего вещества).

Опыт 3. Выделение карбоновых кислот из мыла

В стакан налить 20?30 мл воды, всыпать туда несколько ломтиков простого мыла. Для лучшего растворения нагреть, все время помешивая стеклянной палочкой.

К полученному раствору добавить 2?3 мл 10 %-го раствора серной кислоты и еще раз нагреть почти до кипения. На поверхности появляется слой кислот, выделенных из взятого мыла. При охлаждении эти кислоты затвердевают в твердый кружок.

Требование к результатам опыта

Написать уравнение реакции между натриевой солью стеариновой кислоты С17Н35СООNa и серной кислотой.

Примеры решения задач

Пример 30.1. Составить уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений: Метан > X > Y > уксусная кислота.

Назвать вещества X и Y.

Решение. При нагревании метана получают ацетилен - вещество Х:

2СН4 > С2Н2 + 3Н2.

Гидратацией ацетилена в присутствии солей ртути (II) синтезируют уксусный альдегид - вещество Y:

C2H2 + H2O > CH3COH.

Окислив уксусный альдегид кислородом воздуха в присутствии катализатора, получают уксусную кислоту:

2СН3СОН + О2 > 2СН3СООН.

Пример 30.2. В трех пробирках без надписей находятся следующие вещества: этанол, муравьиная кислота, уксусная кислота. Какие химические реакции следует провести, чтобы различить эти вещества?

Решение. Спирт (этанол) можно отличить по действию веществ на индикаторы. Например, кислоты окрашивают синий лакмус в красный цвет, спирт - нет.

Различить муравьиную и уксусную кислоту легко, так как муравьиная кислота проявляет некоторые свойства альдегидов. Например, она вступает в реакцию «серебряного зеркала» (уксусная - нет):

НСООН + Ag2O > CO2^ + 2Ag + H2O.

Пример 30.3. Какой объем уксусной эссенции плотностью 1,07 г/мл надо взять для приготовления столового уксуса объмом 200 мл и плотностью 1,007 г/мл? Массовая доля уксусной кислоты в уксусной эссенции равна 80 %, в столовом уксусе - 6 %.

Решение. Определяем массу раствора уксуса, который надо приготовить:

m = V• с; m = 200 • 1,007 = 201,4 г.

Рассчитаем массу уксусной кислоты, которая содержится в уксусе:

m (CH3COOH) = m ? щ (CH3COOH) = 201,4 ? 0,06 = 12,1 г.

Вычисляем массу уксусной эссенции m?, которая содержит уксусную кислоту массой 12,1 г:

г.

Находим объем уксусной эссенции:

мл.

Задачи и упражнения для самостоятельного решения

30.1. Составить уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

С2Н4 > С2Н5СОН > С3Н7ОН > С3Н7СООН.

30.2. Сколько изомерных карбоновых кислот может соответствовать формуле С5Н10О2? Написать структурные формулы этих изомеров. (Ответ: 4 изомера).

30.3. При окислении муравьиной кислоты получили газ, который пропустили через избыток раствора гидроксида кальция. При этом образовался осадок массой 20 г. Какая масса муравьиной кислоты взята для окисления?

(Ответ: 9,2 г).

30.4. В четырех пробирках находятся следующие вещества: пропионовая кислота, раствор формальдегида, раствор фенола в бензоле, метанол. При помощи каких химических реакций можно различить эти вещества?

30.5. Составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

CH4 > CH3Cl > CH3ОH > HCOH > HCOOH > CO2.

30.6. Какие массы растворов уксусной кислоты с массовой долей СН3СООН 90 и 10 % надо взять для получения раствора массой 200 г с массовой долей кислоты 40 %? (Ответ: раствора с массовой долей 90 % ? 75 г; 10 % ? 125 г).

30.7. Сколько изомерных карбоновых кислот может соответствовать формуле С6Н12О2? Написать структурные формулы этих изомеров. (Ответ: 9 изомеров).

30.8. Назвать вещества Х и Y и составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) метанол > Х > формиат натрия;

б) уксусный альдегид > Y > ацетат кальция.

30.9. Какой объем воды надо прибавить к 300 мл 70 %-го раствора уксусной кислоты (с = 1,07 г/мл), чтобы получить 30 %-й раствор? (Ответ: 428 мл).

30.10. Написать уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

СаС2 > С2Н2 > СН3СОН > СН3СООН.

30.11. Рассчитать объем оксида углерода (II) (условия нормальные), который потребуется для получения раствора муравьиной кислоты массой 16,1 кг. Массовая доля НСООН в растворе, который требуется получить, равна 40 %.

(Ответ: 3136 л).

30.12. Написать структурные формулы следующих кислот:

а) 3-метил-2-этилгексановая кислота; б) 4,5-диметилоктановая кислота;

в) 2,2,3,3-тетраметилпентановая кислота.

30.13. Рассчитать массу бутановой кислоты, которая образуется при окислении бутанола-1 массой 40,7 г. (Ответ: 48,4 г).

30.14. Какой объем 20 %-го раствора гидроксида калия плотностью 1,2 г/мл потребуется для полной нейтрализации 22,2 г пропионовой кислоты?

(Ответ: 70 мл).

30.15. Написать уравнение реакции диссоциации бутановой кислоты и реакции получения натриевой соли этой кислоты.

30.16. Написать уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

пропионовая кислота < этилен > этанол > уксусная кислота.

30.17. К раствору муравьиной кислоты массой 36,8 г добавили избыток окислителя. Газ, полученный в результате окисления, пропустили через избыток баритовой воды Ba(OH)2, в результате чего получили осадок массой 39,4 г. Определить массовую долю кислоты в исходном растворе. (Ответ: 25 %).

30.18. На нейтрализацию 3,7 г одноосновной предельной кислоты израсходовано 100 мл 0,5 М раствора КОН. Написать структурную формулу этой кислоты.

30.19. На нейтрализацию 30 г смеси раствора уксусной кислоты и фенола израсходовано 100 мл 2 М раствора NaOH, а при действии бромной воды на эту смесь образовалось 33,1 г осадка. Определить массовую долю (%) кислоты и фенола в растворе. (Ответ: 20 % кислоты и 31,3 % фенола).

30.20. Определить массовую долю хлоруксусной кислоты, полученной при пропускании хлора в 75 %-й раствор уксусной кислоты.

(Ответ: 82,5 %).

Лабораторная работа 31. Распознавание высокомолекуляных материалов

Цель работы: изучить свойства высокомолекулярных соединений.

Задание: выполнить химический эксперимент по установлению свойств высокомолекулярных соединений. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет.

Теоретическое введение

Полихлорвиниловые изделия размягчаются при 50-60 °С, легко свариваются в небольшом пламени. При нагревании выделяется хлороводород, который можно обнаружить по образованию белого дыма (NH4Cl), поднеся к пробирке стеклянную палочку, смоченную раствором аммиака. Если накаленную медную проволоку прижать к образцу, а затем внести его в пламя горелки, то пламя окрашивается в ярко-зеленый цвет. При горении образцов наблюдается обильное выделение копоти.

Разбавленные кислоты и щелочи заметного действия на полихлорвинил не оказывают; в концентрированных неорганических кислотах он сжимается и чернеет.

Аминопласты окрашены в светлые тона, при нагревании не плавятся, горят с трудом, почти без копоти, не растворимы ни в одном из растворителей. При разложении образуют летучие продукты щелочного характера, окрашивающие индикаторную бумагу в синий цвет.

Капрон начинает плавиться при температуре 216 °С. С трудом загорается голубоватым пламенем и быстро гаснет. При нагревании разлагается с выделением аммиака. Из расплавленного капрона можно вытянуть тонкие нити. По отношению к щелочам и разбавленным кислотам капрон устойчив; в концентрированных кислотах растворяется.

Каучук - эластичный материал, из которого путем специальной обработки получают резину. Сырой каучук липок, непрочен, при небольшом понижении температуры становится хрупким. Для увеличения эластичности и повышения прочности, износоустойчивости, стойкости к агрессивным средам каучук подвергают вулканизации путем нагревания в присутствии серы с различными наполнителями (сажа, мел, оксид цинка и др.). В процессе вулканизации линейные макромолекулы каучука сшиваются между собой дисульфидными мостиками (-S-S-) и образуется пространственный полимер - резина. Резина отличается от каучука большей эластичностью и прочностью. Она устойчива к действию температуры и растворителей.

Выполнение работы

Опыт 1. Обнаружение поливинилхлорида

· Поместить в пробирку кусочек полимера, нагреть и заметить его размягчение, а затем разложение с выделением газообразного хлороводорода. В последнем убедиться, поднеся к выделяющемуся дыму влажную индикаторную бумажку, а затем стеклянную палочку, смоченную раствором аммиака.

· Сильно нагреть медную проволоку в пламени спиртовки, затем прижать ее к образцу поливинилхлорида и снова внести в пламя. Наблюдать зеленую окраску пламени. При накаливании проволоки на ее поверхности образуется оксид меди CuO, реагирующий с отщепляющимся HCl с образованием CuCl2 и воды. Зеленая окраска пламени обусловлена хлоридом меди.

Опыт 2. Обнаружение аминопластов

· Внести в пламя кусочек пластмассы и наблюдать за характером горения (запах, копоть, легко или трудно загорается пластмасса, продолжается ли горение, если отвести пламя).

· Нагреть в пробирке кусочек пластмассы и испытать характер летучих продуктов разложения влажной красной индикаторной бумажкой. В какой цвет она окрасилась?

Опыт 3. Обнаружение капрона

· Внести в пламя кусочек капрона. Обратить внимание на характер горения, запах.

· Раплавить капрон, поднеся к нему пламя спички, и попробовать вытянуть из капрона тонкие нити спичкой или булавкой. Возможность получить из расплавленного капрона нити резко отличает его от других пластмасс.

· Налить в 5 пробирок отдельно по 1?2 мл концентрированной серной кислоты (с = 1,84 г/мл), концентрированной соляной кислоты, разбавленной серной и соляной кислот, концентрированного раствора NaOH и поместить в пробирки кусочки капрона. Через некоторое время отметить, в каких случаях происходит растворение капрона.

Опыт 4. Открытие серы в вулканизованном каучуке

Поместить в пробирку несколько кусочков резины и нагреть пробирку на огне. Когда станет заметным разложение резины, поднести к пробирке бумажку, смоченную раствором свинцовой соли. Отметить изменение цвета бумаги, вызванное образованием черного сернистого свинца.

Требование к результатам опытов

Отметить и записать наблюдения для всех опытов.

Лабораторная работа 32. Получение фенолоформальдегидных смол

Цель работы: изучить способы получение полимеров.

Задание: реакцией поликонденсации получить новолачную и резольную фенолоформальдегидные смолы. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Фенолоформальдегидные смолы получают реакцией поликонденсации фенола С6Н5ОН и формальдегида СН2О. В зависимости от соотношения компонентов и условий процесса поликонденсации образуются новолачные или резольные смолы.

Новолачные смолы образуются при небольшом избытке фенола с катализатором - соляной кислотой. Реакция идет по следующей схеме:

Новолачная смола имеет линейное строение и при нагревании размягчается, при охлаждении затвердевает, т.е. является термопластичным полимером.

Резольные смолы получают при небольшом избытке формальдегида со щелочным катализатором. Эта смола имеет трехмерное сетчатое строение и не размягчается при нагревании, т.е. является термореактивным полимером.

Выполнение работы

Опыт 1. Получение новолачной смолы

Поместить в пробирку 2 г кристаллического фенола, добавить туда же

3?4 мл 40 %-го раствора формалина. Смесь взболтать до полного растворения и добавить 2?3 капли концентрированной соляной кислоты. Пробирку погрузить в водяную баню (90 °С) и время от времени перемешивать содержимое пробирки стеклянной палочкой. Когда начнется бурная реакция (через 5?10 мин), вынуть пробирку из водяной бани и погрузить в холодную воду до прекращения реакции. Затем пробирку снова поместить в водяную баню (90 °С) и держать там до разделения смеси на два слоя. После этого дать пробирке остыть и осторожно слить верхний водный слой, а смоляной продукт несколько раз промыть водой, а затем разделить его на две пробирки. В одну пробирку добавить спирт и слегка подогреть на водяной бане. Другую часть смолы нагреть на пламени спиртовки.

Требования к результатам опыта

1. Составить схему реакции поликонденсации фенола с формальдегидом. Какое вещество является вторым продуктом в данной реакции?

2. Сделать вывод о растворимости смолы в спирте.

3. Отметить поведение смолы при нагревании.

Опыт 2. Получение резольной смолы

В круглодонную колбу на 50 мл поместить 2,5 г фенола и 3,6 мл формалина. Смесь взболтать до полного растворения и добавить 0,5 мл 25 %-го раствора аммиака.

Колбу с содержимым соединить с обратным холодильником, нагревать на водяной бане при 90 °С в течение 15?20 мин до отчетливого расслоения смеси (верхний - водяной слой, нижний - смоляной). Слить содержимое в фарфоровую чашку (в вытяжном шкафу!) и дать отстояться. Слить верхний водный слой. Половину полученной смолы (резита) перенести стеклянной палочкой в чистую пробирку и нагреть на пламени. Плавится ли смола? Охладить пробирку, проверить полученную смолу на растворимость в спирте.

Требования к результатам опыта

1. Объяснить затвердевание смолы при нагревании.

2. Сделать вывод о термических свойствах резольной смолы.

3. Отметить растворимость смолы в спирте.

Примеры решения задач

Пример 32.1. Чему равна степень полимеризации изобутилена при получении полиизобутилена с молекулярной массой 56280?

Решение. Полиизобутилен (полимер) получается реакцией полимеризации изобутилена (мономера), реакция представлена следующей схемой:

СН3

n CH2=C-CH3 ?СH2-C-

CH3 CH3 n

изобутилен полиизобутилен

Степень полимеризации n показывает, какое число молекул мономера вступает в реакцию полимеризации. Молекулярная масса изобутилена С4Н8 равна 56, средняя молекулярная масса полимера 56280. Следовательно, степень полимеризации

1005

Пример 32.2. Составить уравнение реакции сополимеризации бутена-1

(CH2=CH-CH2-CH3) и стирола CH2=CH,

C6H5

если число молекул бутена-1 и стирола, входящих в состав макромолекул, находятся в соотношении 2:1.

Решение. Сополимеризация - это реакция полимеризации, в которой участвуют молекулы разных мономеров. В данном случае одним мономером является бутилен, другим стирол. Уравнение реакции сополимеризации имеет вид:

n (CH2=CH-CH2-CH3 + CH2=CH + CH2=CH-CH2-CH3)

C6H5

(-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH-) n

C2H5 C6H5 C2H5

Пример 32.3. Составить схему реакции поликонденсации ацетальдегида с фенолятом натрия, считая, что на 2 моль фенолята натрия приходится 1 моль ацетальдегида.

Решение. Поликонденсация - это реакция синтеза полимера из низкомолекулярных соединений, содержащих две или несколько функциональных групп, сопровождающаяся выделением за счет этих групп таких низкомолекулярных веществ, как вода, аммиак, галогеноводород.

Данная реакция поликонденсации может быть представлена следующей схемой:



Задачи и упражнения для самостоятельного решения

32.1. Для получения синтетического волокна «нитрон» в качестве мономера используют акрилонитрил CH2=CH-CN. Составить уравнение полимеризации этого мономера.

32.2. Написать уравнение реакции полимеризации формальдегида и определить степень полимеризации в реакции получения полиформальдегида со средней молекулярной массой 45000. (Ответ: 1500).

32.3. Написать уравнение реакции получения политетрафторэтилена (фторпласта-4) и определить среднюю молекулярную массу полимера, если степень полимеризации равна 1200. (Ответ: 120000).

32.4. Составить уравнение реакции сополимеризации пропилена и изобутилена. Вычислить степень полимеризации, если полимер имеет молекулярную массу 160000. (Ответ: 1600).

32.5. Как можно получить винилхлорид, имея карбид кальция, хлорид натрия, серную кислоту и воду? Написать уравнения соответствующих реакций. Составить схему полимеризации винилхлорида.

32.6. Муравьиный альдегид вступает в реакцию поликонденсации с мочевиной CO(NH2)2 и образует синтетическую карбамидную смолу. Написать уравнение реакции поликонденсации, считая, что на 2 моль мочевины необходим 1 моль формальдегида.

32.7. Как из карбида кальция и воды, применив реакцию Кучерова, получить уксусный альдегид, а затем винилуксусную кислоту? Написать уравнения соответствующих реакций. Привести схему полимеризации винилацетата.

32.8. Привести схему сополимеризации акрилонитрила CH2=CH?СN и винилацетата СН2=СН?СН2?СООН.

32.9. Привести схему получения полимера при реакции сополимеризации стирола и акрилонитрила.

32.10. Составить схему поликонденсации адипиновой кислоты C4H8(COOH)2 и гексаметилендиамина (NH2)2(CH2)6.

32.11. Написать структурную формулу метакриловой кислоты. Какое соединение получается при взаимодействии ее с метанолом? Написать уравнение реакции. Составить схему полимеризации образующегося продукта.

32.12. Как можно получить винилхлорид, имея карбид кальция, хлорид натрия, серную кислоту и воду? Написать уравнения соответствующих реакций. Составить схему полимеризации винилхлорида.

32.13. Полимером какого непредельного диенового углеводорода является натуральный каучук? Написать структурную формулу этого углеводорода и реакцию его полимеризации.

32.14. Составить схему сополимеризации бутадиена и стирола.

32.15. Для получения синтетического волокна «энант» в качестве мономера используют аминоэнантовую кислоту NH2-(CH2)6-COOH. Составить схему поликонденсации аминоэнантовой кислоты.

32.16. Составить схему сополимеризации изопрена и изобутилена.

32.17. Написать уравнение реакции поликонденсации карбамида CO(NH2)2 с уксусным альдегидом, исходя из того, что с каждыми 3 моль карбамида вступают в реакцию 2 моль альдегида.

32.18. При взаимодействии этилакриловой кислоты CH2=C(C2H5)-COOH с пропиловым спиртом C3H7OH образуется пропилэтилакрилат. Написать реакцию его получения и полимеризации. Какая масса полимера получится в результате реакции, если степень полимеризации равна 32? (Ответ: 4992).

32.19. Написать уравнение реакции получения метилового эфира метакриловой кислоты и реакцию полимеризации его в полиметилметакрилат. Определить среднюю молекулярную массу полимера, если степень полимеризации равна 150. (Ответ: 13200).

32.20. Волокно «лавсан» является продуктом поликонденсации терефталевой кислоты C6H4(COOH)2 и этиленгликоля. Соотношение между числом молекул терефталевой кислоты и этиленгликоля 2:1. Изобразить строение структурного звена этого полимера.

Лабораторная работа 33. Качественный анализ металлов

Цель работы: изучить качественные реакции на катионы металлов.

Задание: перевести исследуемые металлы в растворимое состояние и доказать наличие катионов определенных металлов с помощью специфическх качественных реакций. Выполнить требования к результатам работы, оформить отчет, решить задачу.

Качественный анализ - это совокупность химических, физико-химических и физических методов, применяемых для обнаружения компонентов, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. Методы качественного анализа в водных растворах сводятся к проведению химических реакций между ионами анализируемого вещества и прибавленных к ним реагентов (реактивов). Обычно проводят характерные реакции, которые могут быть замечены по какому-либо внешнему эффекту, например по образованию осадков, выделению газа, изменению окраски раствора или осадка и т.д.

Реагенты, применяемые в качественном анализе, делятся на групповые и специфические.

Специфическими реагентами называются такие реагенты, которые дают в определенных условиях характерную реакцию только с одним каким-либо ионом. Например, реактивом на ион Fe3+ является раствор гексацианоферрата (II) калия (желтая кровяная соль), который образует с катионом Fe3+ темно-синий осадок берлинской лазури:

4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3v + 12KCl.

Также для обнаружения ионов Fe3+ используется роданид аммония (NH4SCN) или калия (KSCN), который образует с катионом Fe3+ роданид железа Fe(SCN)3 кроваво-красного цвета.

Групповыми реагентами называются такие реактивы, которые дают аналогичные реакции с несколькими ионами. Ионы, одинаково относящиеся к групповому реагенту, называются ионами одной аналитической группы.

Существуют различные аналитические классификации катионов по группам. Для идентификации с помощью образования малорастворимых соединений наиболее распространенными являются кислотно-основная и сероводородная.

Кислотно-основная классификация основана на использовании в качестве групповых реагентов водных растворов кислот и щелочей. По этой классификации групповым реагентом на катионы Ca2+, Sr2+, Ba2+, Pb2+ является раствор серной кислоты H2SO4, реже - растворимые сульфаты Na2SO4, K2SO4, (NH4)2SO4. Названные катионы образуют с групповым реагентом нерастворимые сульфаты МSO4 белого цвета.

Сероводородная классификация базируется на использовании групповых реагентов: растворов HCl; H2S; (NH4)2S и (NH4)2CO3.

Для ионов Ag+, Pb2+, Hg2+ групповым осадителем служит HCl (образуются нерастворимые хлориды белого цвета); для ионов Ca2+, Sr2+, Ba2+ - (NH4)2CO3 (получаются нерастворимые карбонаты МСО3 белого цвета); для ионов Al3+, Cr3+, Fe3+, Fe2+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Zn2+, Pb2+, Cd2+ и др. - (NH4)2S. При действии группового реагента на ионы Fe2+, Co2+, Ni2+, Pb2+, Сu2+ образуются нерастворимые сульфиды черного цвета, сульфид цинка ZnS белого цвета, CdS ? желтый. Сульфиды алюминия, хрома (III), железа (III) подвергаются гидролизу, поэтому в водном растворе не образуются. Вместо сульфидов выделяются продукты их гидролиза ? гидроксиды этих металлов и сероводород.

Выполнение работы

Студент получает у преподавателя металл в виде стружки или гранул. Металл необходимо разделить на 5 частей.

Работа по анализу сводится к тому, что металл под действием какого-нибудь растворителя (HCl, HNO3, NH4Cl) окисляется и переводится в раствор в виде катиона металла. Затем с помощью характерных реакций доказывается наличие данного металла в полученном растворе. Растворение металла во всех случаях вести при слабом нагревании, в течение 3?5 минут примерно в 1 мл растворителя. С концентрированными кислотами соблюдать особую осторожность и работать только в вытяжном шкафу.

Опыт 1. Обнаружение магния

В пробирку поместить кусочек металла и добавить 2?3 мл концентрированного раствора хлорида аммония. Интенсивное выделение водорода дает основание предположить, что это магний (алюминий очень медленно взаимодействует с раствором NH4Cl). Взаимодействие магния с раствором хлорида аммония объясняется частичным гидролизом NH4Cl с образованием слабокислой среды.

Чтобы доказать наличие ионов Mg+2, часть полученного раствора перелить в другую пробирку, разбавить примерно 1 мл воды, добавить 1 мл разбавленной соляной кислоты и 1?2 мл раствора Na2HPO4, затем по каплям, при постоянном встряхивании пробирки, добавить разбавленный раствор NH4OH до появления запаха аммиака. При наличии ионов Mg+2 должен образоваться белый кристаллический осадок MgNH4PO4:

Mg + H2O + 2NH4Cl = MgCl2 + H2 + 2NH4OH;

MgCl2 + Na2HPO4 + NH4OH = MgNH4PO4v + 2NaCl + H2O.

Если магний не обнаружен, к одному кусочку металла (в пробирке) прилить концентрированного раствора NaOH и осторожно нагреть до начала реакции. Обильное выделение водорода возможно в случае алюминия, цинк реагирует со щелочью гораздо спокойнее, олово и свинец растворяются в щелочи очень медленно.

Опыт 2. Обнаружение алюминия

В пробирку поместить кусочек металла и добавить 2?3 разбавленной соляной кислоты. Нанести каплю полученного раствора на кусочек фильтровальной бумаги, после чего бумагу выдержать 1?2 минуты над горлом склянки с концентрированным раствором аммиака (в этом момент образуется гидроксид алюминия). Далее получившееся пятно обработать каплей спиртового раствора ализарина и снова выдержать в парах аммиака. Затем бумагу подсушить над пламенем спиртовки. Аммиак при этом улетучивается, и фиолетовая окраска заменяется бледно-желтой, на фоне которой отчетливо видно розово-красное пятно. Его появление объясняется тем, что ализарин образует с гидроксидом алюминия трудно растворимое соединение красноватого цвета.

Опыт 3. Обнаружение цинка

В пробирку поместить два кусочка металла и добавить 2?3 мл разбавленной азотной кислоты. Смочить кусочек фильтровальной бумаги полученным раствором Zn(NO3)2, а затем 2?3 каплями разбавленного раствора Co(NO3)2 и прокалить бумагу в тигле (прокаливание вести в вытяжном шкафу). При наличии катиона Zn2+ пепел окрашивается в зеленый цвет за счет образования цинката кобальта CoZnO2 - «Зелень Ринмана»:

Zn(NO3)2 + Co(NO3)2 > CoZnO2 + 4NO2 + O2.

Если магний, алюминий и цинк не обнаружены, провести характерные реакции на остальные металлы - свинец, медь, олово и кадмий.

Опыт 4. Обнаружение свинца и меди

В пробирку поместить два кусочка металла и растворить их в 2?3 мл разбавленной азотной кислоты. В случае свинца получается бесцветный раствор нитрата свинца Pb(NO3)2. Чтобы проверить наличие ионов Pb2+, нужно отлить часть полученного раствора в другую пробирку, туда же добавить раствор сульфата натрия. В присутствии ионов Pb2+ должен получиться белый осадок PbSO4. Медь при растворении в разбавленной азотной кислоте дает голубой раствор нитрата меди Cu(NO3)2. Наличие ионов Cu2+ в растворе проверяется действием разбавленного раствора NH4OH. При осторожном добавлении NH4OH сначала можно наблюдать образование голубого осадка гидроксида меди, затем темно-синий раствор аммиаката меди:

Сu(NO3)2 + 2NH4OH = Cu(OH)2v + 2NH4NO3;

Сu(OH)2v + 4NH4OH = [Cu(NH3)4](ОН)2 + 4H2O.

Опыт 5. Обнаружение олова

В пробирку поместить 1?2 кусочка металла и растворить осторожно, в вытяжном шкафу, в 1?2 мл концентрированной азотной кислоты. Для устранения ядовитого газа (бурого диоксида азота) в пробирку сразу же налить воды. При наличии олова образуется белый осадок в-оловянной кислоты, не растворяющейся после разбавления раствора водой:

Sn + 4HNO3 + (n+2)H2O = SnO2?nH2O^ + 4NO2 + 2H2O.

Опыт 6. Обнаружение кадмия

В пробирку поместить кусочек металла, осторожно, в вытяжном шкафу, растворить в 1?2 мл концентрированной соляной кислоты. Для проведения характерной реакции на ионы Cd2+ часть полученного раствора отлить в другую пробирку, добавить туда же по каплям при постоянном встряхивании пробирки разбавленный раствор NaOH до появления легкого помутнения, затем прилить раствор сульфида натрия. Щелочь добавляется для нейтрализации избытка соляной кислоты. В присутствии ионов Cd2+, в зависимости от количества добавленной щелочи, образуется желтый или оранжевый осадок CdS (не спутать с белым или желтоватым осадком свободной серы, которая может осаждаться в кислой среде).

Требования к результатам опытов

1. Написать уравнение реакции взаимодействия каждого металла с растворителем, под действием которого металл окисляется и переводится в раствор в виде катиона.

2. Составить уравнение реакции, доказывающей наличие катионов данного металла в полученном растворе.

3. Описать последовательный ход анализа.

4. Сделать вывод, какой металл был выдан преподавателем.

Примеры решения задач

Пример 33.1. Какие вещества можно взять при выполнении следующих реакций:

Cu2+ + 2OH? = Cu(OH)2v;

Ag+ + Br? = AgBrv;

Pb2+ + 2Cl? = PbCl2v.

Решение. Обнаружение катионов проводят в растворе, следовательно, исходные вещества должны быть растворимыми сильными электролитами. В результате реакции образовался один осадок, значит, второе образующееся вещество также должно быть растворимым сильным электролитом. Например,

CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2v + 2NaCl;

AgNO3 + NaBr = AgBrv + NaNO3;

Pb(NO3)2 + 2NaCl = PbCl2v + 2NaNO3.

Пример 33.2. При анализе раствора соли металла под действием сульфида аммония выпал осадок белого цвета. Какие катионы может и какие не может содержать исследуемый раствор?

Решение. Сульфиды железа, никеля и кобальта черного цвета, значит, в данном растворе катионы этих металлов отсутствуют. Белый цвет осадка свидетельствует о присутствии катионов алюминия или цинка.

Задачи и упражнения для самостоятельного решения

33.1. Написать молекулярные и ионные уравнения трех разных качественных реакций на ионы Fe3+.

33.2. Какие вещества можно взять при выполнении следующих реакций:

Ag+ + I? = AgIv;

Ni2+ + 2OH? = Ni(OH)2v;

Ba2+ + SO42? = BaSO4v?

33.3. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций образования сульфидов кобальта, никеля и свинца.

33.4. Под действием раствора соляной кислоты на анализируемый раствор выпал белый осадок. О присутствии каких катионов это свидетельствует? Привести уравнения соотетствующих реакций.

33.5. Написать молекулярные и ионные уравнения трех разных качественных реакций, позволяющих обнаружить ионы Mg2+.

33.6. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций взаимодействия раствора сульфида аммония с раствором, содержащим катионы Al3+, Fe3+, Cr3+.

33.7. Под действием сероводорода на исследуемый раствор образуется желтый осадок. Катионы какого металла могут присутствовать в растворе? Привести уравнение соответствующей реакции.

33.8. Какие вещества можно взять при выполнении следующих реакций:

Sn2+ + S2? = SnSv;

Ca2+ + CO32? = CaCO3v;

Ba2+ + CrO42? = BaCrO4v?

33.9. При анализе раствора соли металла установлено, что образуется белый осадок под действием и раствора сульфида аммония, и раствора карбоната аммония. Катионы какого металла могут присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

33.10. Написать молекулярные и ионные уравнения трех разных качественных реакций, с помощью которых можно открыть ионы Ag+.

33.11. При анализе раствора соли металла установлено, что под действием раствора сульфида аммония образуется черный осадок, а при взаимодействии с избытком аммиака образуется синий раствор. Катионы какого металла могут присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

33.12. Под действием аммиака на исследуемый раствор образуется зеленый осадок. Какие катионы могут присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

33.13. При анализе раствора соли металла установлено, что под действием раствора соляной кислоты образуется белый осадок, а при взаимодействии с бромидом натрия образуется желтый осадок. Катионы какого металла могут присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций

33.14. Какие вещества можно взять при выполнении следующих реакций

Cu2+ + S2? = CuSv;

Ag+ + Cl? = AgClv;

Cа2+ + CO32? = CaCO3v?

33.15. Написать молекулярные и ионные уравнения трех разных качественных реакций, позволяющих обнаружить ионы Ni2+.

33.16. При анализе раствора соли металла установлено, что под действием раствора щелочи образуется белый осадок, растворимый в кислотах и щелочах. При взаимодействии раствора с сульфидом натрия также образуется белый осадок. Катионы какого металла могут присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

33.17. Под действием карбоната аммония на исследуемый раствор образуется белый осадок. Какие катионы могут присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

33.18. При анализе раствора соли металла установлено, что под действием раствора щелочи образуется голубой осадок, а при взаимодействии с сероводородом образуется черный осадок. Катионы какого металла могут присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

33.19. Какие вещества можно взять при выполнении следующих реакций:

Zn2+ + S2? = ZnSv;

Fe3+ + 3OH? = Fe(OH)3v;

Pb2+ + CrO42? = PbCrO4v?

33.20. Написать молекулярные и ионные уравнения трех разных качественных реакций на ионы Zn2+ .

Лабораторная работа 34. Качественные реакции на анионы

Цель работы: изучить качественные реакции на анионы.

Задание: доказать наличие определенных анионов с помощью специфических реакций. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Анионы классифицируют по растворимости солей, либо по окислительно-восстановительным свойствам. Так многие анионы (SO42?, SO32?, CO32?, SiO32?, F?, PO43?, CrO42? и др.) имеют групповой реагент BaCl2 в нейтральной или слабокислой среде, т.к. соли бария и этих анионов мало растворимы в воде. Групповым реагентом на ионы Cl?, Br?, I?, SCN?, CN?, S2?и др. служит AgNO3.

Для анионов S2?, SO32?, NO2?, C2O42?, играющих роль восстановителей, групповым реагентом будет перманганат калия KMnO4 в кислой среде. Групповым признаком является обесцвечивание раствора.

Отдельные ионы могут быть обнаружены с помощью тех или иных специфических реакций. Например, при действии на анионы CO32? сильной кислоты протекает реакция с выделением пузырьков диоксида углерода CO2.. Сульфид-ион при действии сильных кислот переходит в сероводородную кислоту, которая выделяется из раствора в виде газообразного сероводорода H2S.

Выполнение работы

Опыт 1. Реакция на ион Cl?

Налить в пробирку 1?2 мл раствора хлорида натрия и добавить несколько капель раствора нитрата серебра. Что наблюдается?

Опыт 2. Реакция на ион

Налить в три пробирки по 1?2 мл растворов: в одну - серной кислоты, в другую - сульфата натрия, в третью - сульфата меди. В каждую пробирку добавить 1?2 мл раствора хлорида бария BaCl2. Что наблюдается?

Опыт 3. Реакция на ион

Налить в пробирку 1?2 мл раствора фосфата натрия и добавить несколько капель раствора нитрата серебра. Отметить цвет образующегося осадка.

Опыт 4. Реакция на ион

Поместить в пробирку небольшое количество порошкообразного карбоната кальция и добавить соляной кислоты. Что наблюдается?

Требование к результатам опытов

Написать молекулярные и ионные уравнения реакций для каждого опыта.

Примеры решения задач

Пример 34.1. Какие вещества можно взять при выполнении следующих реакций: H+ + S2? = H2S^;

Ag+ + Cl? = AgClv;

Ba2+ + SO42? = BaSO4v?

Решение. Обнаружение анионов проводят в растворе, следовательно, исходные вещества должны быть растворимыми сильными электролитами. В результате реакции образуется осадок или газ, значит, второе образующееся вещество также должно быть растворимым сильным электролитом. Например,

2HCl + Na2S = H2S^ + 2NaCl;

AgNO3 + NaCl = AgClv + NaNO3;

BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4v + 2NaCl.

Пример 34.2. При действии нитрата серебра на исследуемый раствор выпал осадок желтого цвета. Какие анионы может содержать исследуемый раствор?

Решение. Катионы серебра образуют желтые осадки при взаимодействии с бромид-, иодид-, хромат-ионами.

Задачи и упражнения для самостоятельного решения

34.1. Написать молекулярные и ионные уравнения трех реакций, позволяющих обнаружить в растворе ионы SO42?.

34.2. Какие вещества можно взять при выполнении следующих реакций:

2Ag+ + S2? = Ag2Sv;

Ba2+ + CO32? = BaCO3v;

2H+ + CO32? = H2O + CO2^.

34.3. Написать молекулярные и ионные уравнения трех реакций образования сульфатов бария, кальция и свинца.

34.4. При анализе раствора под действием раствора нитрата серебра выпал белый осадок. О присутствии каких анионов может это свидетельствовать? Привести молекулярное и ионное уравнения соответствующей реакции.

34.5. Написать молекулярные и ионные уравнения трех реакций, позволяющих обнаружить в растворе ионы CO32?.

34.6. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций взаимодействия раствора нитрата бария с раствором, содержащим ионы CO32?, PO43?, SO42?.

34.7. Под действием нитрата серебра на исследуемый раствор образуется черный осадок. О присутствии каких анионов может это свидетельствовать? Привести молекулярное и ионное уравнения соответствующей реакции.

34.8. Какие вещества можно взять при выполнении следующих реакций:

а) Zn2+ + S2? = ZnSv; б) 2Ag+ + CrO42? = Ag2CrO4v;

в) 2H+ + SO32? = SO2^ + H2O.

34.9. При анализе раствора установлено, что образуется желтый осадок под действием и раствора нитрата бария, и раствора нитрата серебра. Какой анион может присутствовать в растворе? Привести молекулярные и ионные уравнения соответствующих реакций.

34.10. Написать молекулярные и ионные уравнения трех реакций, с помощью которых можно открыть ионы S2?.

34.11. Какие из перечисленных реактивов можно использовать для качественного определения карбонат-ионов: нитрат серебра, нитрат натрия, нитрат бария? Написать молекулярные и ионные уравнения реакций.

34.12. Каким реактивом можно обнаружить в растворе ионы хлора и брома? Привести молекулярные и ионные уравнения соответствующих реакций.

34.13. Какой из перечисленных реактивов можно использовать для качественного определения сульфит-ионов: нитрат калия, нитрат натрия, нитрат бария? Написать молекулярное и ионное уравнения реакции.

34.14. При добавлении раствора кислоты к анализируемому раствору наблюдается выделение газа. Какие анионы могут содержаться в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

34.15. Какой из перечисленных реактивов можно использовать для качественного определения сульфат-ионов: нитрат калия, нитрат натрия, нитрат бария? Написать молекулярное и ионное уравнения реакции.

34.16. При анализе раствора установлено, что под действием раствора нитрата бария образуется белый осадок, а при взаимодействии раствора с подкисленным раствором перманганата калия наблюдается его обесцвечивание. Какие анионы могут присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

34.17. Какой из перечисленных анионов можно обнаружить с помощью подкисленного раствора перманганата калия: нитрат-, сульфат-, карбонат-, сульфид-ионы? Написать уравнение соответствующей реакции.

34.18. При анализе раствора установлено, что при взаимодействии с нитратом серебра образуется черный осадок, а под действием подкисленного раствора перманганата калия наблюдается обесцвечивание раствора. Какой анион может присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

34.19. Какие вещества можно взять при выполнении следующих реакций:

а) Fe3+ + 3SCN? = Fe(SCN)3; б) Ag+ + I? = AgIv; в) Sr2+ + SO42? = SrSO4^.

34.20. На наличие какого иона указавает выделение газа при добавлении сильной кислоты в исследуемый раствор: Cl?, NO3?, CO32?? Написать молекулярное и ионное уравнения реакции.

Лабораторная работа 35. Количественное определение железа в растворе его соли

Цель работы: познакомиться с одним из методов количественного анализа ? химическим анализом.

Задание: определить количественное содержание железа в исследуемом растворе сульфата железа титриметрическим методом. Выполнить требования к результатам опыта, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Количественный анализ ? совокупность методов, с помощью которых определяют содержание (массы, концентрации и т.п.) или количественные соотношения компонентов в анализируемом образце.

Все методы количественного анализа делятся на две большие группы: инструментальные и химические, в основе которых лежит химическая реакция. К химическим методам относятся гравиметрические и титриметрические методы анализа.

Гравиметрический анализ состоит в определении массы и содержания какого-либо элемента, иона или химического соединения в анализируемом объекте. Определяемый компонент осаждают из раствора в виде какого-либо малорастворимого соединения, которое затем отделяют от раствора.

Титриметрические методы анализа основаны на измерении объема раствора реагента с точно известной концентрацией, затраченного на взаимодействие с определенным объемом анализируемого вещества. Раствор, концентрация которого (обычно титр раствора) точно известна, называется титрованным. Титром называется масса вещества, содержащегося в 1мл (см3) титрованного раствора. Определение проводят способом титрования, т.е. постепенного приливания титрованного раствора к раствору анализируемого вещества, объем которого точно измерен. Титрование прекращается при достижении точки эквивалентности, т.е. достижения эквивалентности реагента титруемого раствора и анализируемого компонента.

Одной из разновидностей титриметрического анализа является окислительно-восстановительное титрование, суть которого заключается в титровании раствора восстановителя титрованным раствором окислителя или в титровании раствора окислителя титрованным раствором восстановителя.

Определение железа и его соединений основано на титровании раствора, содержащего ионы Fe2+ (восстановителя), раствором перманганата калия (окислителя) известной концентрации. Реакция протекает по уравнению

2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 > 2MnSO4 + K2SO4 + 5Fe2(SO4)3 + 8H2O.

Выполнение работы

В мерную колбу вместимостью 100 мл налить точно отмеренный объем исследуемого раствора сульфата железа (II). Отмерить мерным цилиндром

10 мл 2 н. раствора серной кислоты и прилить в колбу, добавляя туда же небольшими порциями дистиллированную воду и постоянно перемешая раствор круговыми движениями колбы. Довести объем воды в колбе до метки и еще раз тщательно перемешать приготовленный рабочий раствор.

Наполнить бюретку 0,05 н. раствором перманганата калия KMnO4 и установить уровень раствора на нулевое деление бюретки.

Провести ориентировочное титрование соли железа (II) перманганатом калия. Для этого взять пипеткой 10 мл раствора из мерной колбы и перенести в коническую колбу для титрования. Затем прибавлять к нему небольшими порциями раствор перманганата калия из бюретки до неисчезающего в течение 30 секунд обесцвечивания титруемого раствора. Первые капли раствора перманганата калия обесцвечиваются довольно медленно. Как только образуется в растворе немного ионов Mn2+, являющихся катализатором для данной реакции, дальнейшее обесцвечивание перманганата до конца титрования происходит почти мгновенно. Зная ориетировочный объем перманганата, провести 3 точных титрования. Результаты не должны отличаться более, чем на 0,05 мл. Взять среднее значение для проведения расчетов.

Данные опыта занести в табл. 35.1:

Таблица 35.1

Данные опыта и результаты расчетов

Номер титрования	V (FeSO4) Объем соли железа	V (KMnO4) Объем перманганата калия	Vср (KMnO4) Средний объем перманганата калия
1
2
3

Требования к результатам опыта

1. Рассчитать молярную концентрацию эквивалентов раствора соли железа по закону эквивалентов:

сэк (FeSO4) · V (FeSO4) = сэк (KMnO4) · V (KMnO4) ,

откуда ,

где сэк (FeSO4) и сэк (KMnO4) - молярные концентрации эквивалентов растворов; V (FeSO4) и V (KMnO4) ? объемы реагирующих растворов.

2. Рассчитать, какому количеству металлического железа соответствует содержание FeSO4 в объеме исследуемого раствора по формуле

m (Fe) = Mэк (Fe) · сэк (FeSO4),

где Mэк (Fe) - молярная масса эквивалентов железа.

3. Рассчитать титр раствора FeSO4 по формуле

, г/мл,

где Мэк (FeSO4) - молярная масса эквивалентов FeSO4; сэк (FeSO4) - молярная концентрация эквивалентов FeSO4.

Примеры решения задач

Пример 35.1. Вычислить молярную массу эквивалентов и эквивалент KCrO2 как восстановителя, если KCrO2 окисляется до K2CrO4.

Решение. При окислении KCrO2 степень окисления хрома повышается с +3 до +6. Молярная масса эквивалентов восстановителя равна частному от деления молярной массы восстановителя на число отданных электронов:

Мэк (KCrO2) = 123 / 3 = 41 г/моль; эквивалент KCrO2 равен ? KCrO2.

Пример 35.2. Найти нормальность раствора NaOH, если нa титрование 20 мл 0,1 н. раствора щавелевой кислоты израсходовано 21мл NaOH.

Решение. Поскольку вещества взаимодействуют в эквивалентных количествах, то можно записать н.к • Vк = н.щ • Vщ

где н.к. - нормальность раствора кислоты, Vк ? объем кислоты; н.щ - нормальность раствора щелочи, Vщ - объем щелочи. Следовательно, нормальность NaOH равна н.щ = н.к.• Vк / Vщ = 0,1•20 / 21 = 0,952.

Таким образом, для титрования был использован 0,952 н. раствор NaOH.

Задачи и упражнения для самостоятельного решения

35.1. На титрование 20 мл 0,1 М раствора HCl потребовалось 16 мл КОН. Чему равна молярная концентрация КОН? (Ответ: 0,125 моль/л).

35.2. Вычислить титры растворов: а) 0,05 М NaCl; б) 0,004 н. Ca(OH)2;

в) 0,5 н. HNO3. (Ответ: а) 0,00292 г/мл; б) 0,148•10?3 г/мл; в) 0,0315 г/мл).

35.3. Чему равна масса осадка, образующегося при сливании 250 мл раствора карбоната натрия с молярной концентрацией 0,1 моль/л и 200 мл хлорида бария с молярной концентрацией 0,15 моль/л? (Ответ: 4,925 г).

35.4. При гравиметрическом определении свинца в сплаве получено 1,4642 г PbSO4. Какова масса свинца в сплаве? (Ответ: 1 г).

35.5. Вычислить титры растворов: а) 1 н. H2SO4, б) 1 M H3PO4,

в) 0,1 н. расвора КОН. (Ответ: а) 0,049 г/мл; б) 0,098 г/мл; в) 0,0056 г/мл).

35.6. На осаждение гидроксида железа (Ш) из 15 мл раствора FeCl3 пошло 10 мл 0,1 н. щелочи. Вычислить массу образовавшегося осадка гидроксида железа (Ш). (Ответ: 0,0356 г).

35.7. На нейтрализацию 10 мл соляной кислоты неизвестной концентрации пошло 12 мл 0,1 н. раствора NaOH. Определить нормальность и титр раствора соляной кислоты. (Ответ: 0,12 н.; 4,38•10?3 г/мл).