МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ Для самостоятельной работы студентов Дисциплина ОУД.10 Химия Лабораторные работы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ и молодежной политики КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ
государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
Краснодарского края
«КРАСНОДАРСКИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»
(ГБПОУ КК КМСК)
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
Для самостоятельной работы студентов
Дисциплина ОУД.10 Химия
Лабораторные работы
Автор: Пархоменко О.В. преподаватель, кандидат биологических наук.
2017
Лабораторная работа №1
Реакции ионного обмена.
Цель работы
Научиться применять теоретические знания при применении химических экспериментов. Совершенствовать умения объяснить наблюдения и результаты проводимых химических опытов. Объяснить проводимые химические реакции в свете представлений об электролитической диссоциации.
Оборудование и реактивы
Раствор нитрата серебра (I), раствор соляной кислоты, карбонат калия, раствор серной кислоты, раствор гидроксида натрия, раствор фенолфталеина, пробирки.
Теория
Катионит способен поглощать из раствора положительные ионы в обмен на положительные ионы, содержащиеся в катионите.
Отрицательный ион, фиксированный на матрице, определяет возникновение заряда и называется потенциалобразующим. Заряд каркаса компенсируется зарядом положительных ионов. Положительные ионы образуют диффузный слой. В отличие от потенциалобразующих ионов, подвижны и легко могут быть заменены другими положительными ионами.

Рисунок 1
Матрицу с фиксированными ионами обозначают символом R, а противоток - химическим символом. Пример: катионит с ионом натрия обозначается: RNa, а анионит с гидроксильной группой: ROH. Таким образом, типичную реакцию с использованием катионита можно записать так:
2RNa + Ca2+ Cl- = R2Ca + 2Na+ + Cl-.
Эта реакция осуществляется при умягчении воды с помощью катионита в исходной натриевой форме. Катионит поглощает из раствора ионы кальция (способствующие образованию накипи) в обмен на ионы Na+.
Катионит можно представить как электролит в твердой фазе. Неподвижный каркас катионита представляет одну часть, а подвижные ионы в диффузном слое - другую. Поэтому к реакции ионного обмена применимы правила реакции в электролитах: правило эквивалентности обмена ионов и правило обратимости обмена.

Ход работы
1 К 0,5 мл. раствора нитрата серебра (I) прилейте 0,5 мл. разбавленной соляной кислоты. Что наблюдаете? Напишите уравнение реакций (молекулярное, полное ионное и сокращенное ионное). Между какими ионами прошла реакция и какое вещество образовалось в результате их взаимодействия?
2 Положите в пробирку немного сухого карбоната калия и добавьте к нему несколько капель разбавленной серной кислоты. Запишите наблюдения и уравнения химических реакций (молекулярное, полное ионное и сокращенное ионное). По сокращенному ионному уравнению определите, между какими ионами прошло взаимодействие и какие вещества образовались.
3 К 1 мл. раствора гидроксида натрия 2-3 капли фенолфталеина, а затем по капле добавляйте разбавленную соляную кислоту до обесцвечивания раствора. Запишите наблюдения. Напишите уравнения реакций (молекулярное, полное ионное и сокращенное ионное). Приведите уравнения реакций другой щелочи с другой кислотой (по выбору).
4 Сделайте вывод о реакциях ионного обмена с точки зрения теории электролитической диссоциации.
Вывод
Контрольные вопросы
1 Между какими ионами протекает реакция при взаимодействия щелочи с кислотой?
2 Почему реакции между щелочью и кислотой называют реакциями нейтрализации?
3 Почему реакцию раствора гидроксида натрия с соляной кислотой проводят в присутствии индикатора?

Лабораторная работа №2
Получение оснований и изучение их свойств.
Цель работы
Охарактеризовать экспериментально свойства оснований и способы их получения. Продемонстрировать умения самостоятельно проводить пробирочные химические опыты, соблюдать технику безопасности в работе с веществами и оборудованием, фиксировать результаты наблюдений.
Оборудование и реактивы
Оксид кальция, набор индикаторов, соляная кислота, серная кислота (раствор), сульфат меди (II)(раствор), раствор гидроксида натрия, пробирки, стеклянные трубки, спиртовка.Теория
Основания - это сложные вещества, состоящие из атома металла, связанного с одной или несколькими гидроксогруппами-ОН. Общая формула:

По номенклатуре основания называют гидроксидамиТаблица 1
Формула Название Формула Название
LiOHгидроксид лития Ca(OH)2 гидроксид кальция
NaOHгидроксид натрия Cu(OH)2 гидроксид меди(II)
KOH гидроксид калия Fe(OH)2 гидроксид железа(III)

Основания: щелочи, нерастворимые в воде
К щелочам относят гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2.Остальные - нерастворимые.К нерастворимым относят так называемые амфотерные гидроксиды, которые при взаимодействии с кислотами выступают как основания, а со щёлочью-как кислоты.
Получение оснований.Таблица 2
Щелочи 1.Металл+вода 2Na+H2O=2NaOH+H2Ba+2H2O=Ba(OH)2+H2
2.Оксид+вода Li2O+H2O=2LiOHCaO+H2O=Ca(OH)2
3.Электролиз растворов щелочных металлов 2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2
Нерастворимые основания Соль+щелочьCuSO4+2NaOH=Cu(OH)2+Na2SO
Химические свойства оснований.
Таблица 2
Щёлочи Нерастворимые основания
1.Взаимодействие с кислотами
KOH+HCl=KCl+H2O Cu(OH)2+2HCl=CuCl2+2H2O
2.Взаимодействие с кислотными оксидами
2KOH+CO2=K2CO3+H2O не характерны
3.Действие индикаторов
лакмус-синяя, фенолфталеин-малиноваяокраска не изменяется
4.Взаимодействие с амфотерными оксидами
2KOH+ZnO=K2ZnO2+H2O не реагируют
5.Взаимодействие с солями, если образуется малорастворимая соль или малорастворимое основание
NaOH+CuCl2=Cu(OH)2=2NaCl не реагируют
6.При нагревании
не разлагаются(кроме LiOH) Cu(OH)2=CuO+H2O
Амфотерные гидроксиды( Al(OH)3, Zn(OH)2, Be(OH)2, Fe(OH)3 и другие.
Взаимодействуют с кислотами Zn(OH)2+2HCl=ZnCl2+2H2O Взаимодействуют с щелочами Al(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4]
Ход работы1 В пробирку поместить немного (с булавочную головку) оксида кальция и прилейте 5-6 мл. воды. Полученный раствор разделите на три части и каждую испытайте растворами разных индикаторов. Растворы, находящиеся в двух пробирках, нейтрализуйте разными кислотами. Через раствор, находящийся в третьей пробирке, с помощью стеклянной трубки продуйте выдыхаемый воздух (осторожно, чтобы не разбрызгать раствор!).
2 В чистую пробирку налейте 2-3 мл. сульфата меди (II) и осторожно добавляйте раствор гидроксида натрия до прекращения образования осадка. Полученное основание разделите на три части: одну оставьте для контроля («свидетель»), две другие вы используйте для опытов.
3 Проверьте, как ведут себя нерастворимые в воде основания при добавлении раствора кислоты (например, соляной), при нагревании.
4 Сравните химические свойства щелочей и нерастворимых в воде оснований.
Вывод
Лабораторная работа №3
Получение ацетилена и опыты с ним.
Цель работы
Изучение свойств непредельных углеводородов.
Оборудование и реактивы
Колба или широкая пробирка с газоотводной трубкой, раствор перманганата калия, бромная вода, карбид кальция.
Теория

Алки́ны (иначе ацетиленовые углеводороды) — углеводороды, содержащие тройную связь между атомами углерода, с общей формулой CnH2n-2. Атомы углерода при тройной связи находятся в состоянии sp-гибридизации.
Родоначальник гомологического ряда алкинов – ацетилен:
C2H2H:C⋮⋮C:HH-CC-HCHCH
молекулярнаяЭлектронная Структурные формулы
формула формулаПоэтому алкины также называют ацетиленовыми углеродами.
По систематической номенклатуре названия ацетиленовых углеводородов (алкинов) образуют от названий соответствующих алканов с изменением суффикса –ан на –ин.
CHCHCH3-CCHCH3-CC-CH3 и т.д. этин пропинбутин-2
Название ацетиленовых углеводородов разветвленного строения составляют по тем же правилам, как и названия этиленовых углеводородов. Главную цепь выбирают так, чтобы в ней содержалась тройная связь, и нумерацию атомов углерода начинают с того конца цепи, ближе к которому расположена тройная связь.
Для алкинов характерны те же разновидности структурной изомерии, что для алкенов.
Ход работы
1 В колбу или широкую пробирку поместить 5-8 гр. карбида кальция и налейте примерно 10 мл. воды. Закройте пробиркой с газоотводной трубкой.
2 В другую пробирку налейте 2-3 мл. бромной воды. Опустите газоотводную трубку до дна пробирки с бромной водой и пропустить через неё выделяющийся газ.
3 В третьей пробирку налейте 2-3 мл. разбавленного раствора перманганата калия и пропустите через него газ.
4 Подожгите выделяющийся газ.
Вывод
Контрольные вопросы
1 Какой газ выделяется при взаимодействии карбида кальция с водой? Что происходит при пропускании газа через бромную воду и раствор перманганата калия? Почему ацетилен горит коптящим пламенем чем метан? Напишите уравнение соответствующих реакций.
2 Чем отличается свойства ацетилена от свойств предельных углеводородов?
Лабораторная работа №4
Распознавание спиртов.
Цель работы
Закрепить теоретические знания и научиться распознавать спирты по их физическим и химическим свойствам.
Оборудование и реактивы
Этиловый спирт, глицерин, сульфат меди (II), гидроксид натрия, дистиллированная вода, медная проволока, фильтрованная бумага, спиртовка, пробирки, универсальная индикаторная бумага.Теория
Спирты – это органические соединения имеющие в своём составе гидроксильную группу соединенную с углеводородом радикалом CnH2n+2OH.
Спирты используются как химические промежуточные продукты и растворители в текстильной, лакокрасочной, химической промышленности, при производстве растворителей, духов, продуктов питания, напитков, косметики, лаков и красок. Некоторые соединения также применяются для денатурированные этилового спирта, в производстве чистящих средств, быстро сохнущих масел и чернил, антифризов, а также для пенообразования при флотации руды.     Н-пропанол - является растворителем, который входит в состав лаков, косметики, зубных лосьонов, типографских красок, контактных линз и тормозных жидкостей. Он также используется в качестве антисептика, синтетического ароматизатора для безалкогольных напитков и продуктов питания и дезинфекционного средства. Изопропиловый спирт - еще один важный промышленный растворитель, который используется в антифризе, быстро высыхающих маслах и чернилах, при денатурации этилового спирта и в производстве духов. Он также используется как антисептик и заменитель этилового спирта в косметике (то есть, в лосьонах для кожи, средствах для укрепления волос и тониках), но не может применяться для фармацевтических препаратов, принимаемых вовнутрь. Изопропиловый спирт входит в состав жидкого мыла, очистителей стекол, добавляется как синтетический ароматизатор в безалкогольные напитки и продукты питания, используется в качестве химического промежуточного звена.
Н-бутанол используется как растворитель для красок, лаков и олиф, натуральных и синтетических смол, каучуков, растительных масел, красок и алкалоидов. Он играет роль промежуточного звена в производстве фармацевтических препаратов и химикалий, и используется в отраслях промышленности, производящих искусственную кожу, текстиль, небьющееся стекло, резиновый клей, шеллак, плащи, фотографические пленки и духи. Вторичный бутанол также используется как растворитель и химический промежуточный продукт; он входит в состав тормозных жидкостей, промышленных моющих средств, политур, средств для удаления краски, агентов для флотации руды, фруктовых эфирных масел, духов, красителей.    
Изобутанол является растворителем поверхностных покрытий и клеев; он входит в состав лаков, средств для удаления краски, духов, чистящих средств и гидравлической жидкости. Трет-бутанол используется для удаления воды из различных материалов, как растворитель в производстве лекарств, духов и ароматических веществ, а также в качестве химического промежуточного продукта. Он также входит в состав промышленных моющих средств, применяется для денатурации этилового спирта и добавляется в бензин для повышения его октанового числа. Амиловые спирты используются для пенообразования при флотации руды. Многочисленные спирты, включая метиламил- 2-этилбутанол, 2-этилгексанол, циклогексанол, 2-октанол и метилциклогексанол, используются в производстве лаков. Кроме того, они находят применение в качестве растворителей, а циклогексанол и метилциклогексанол используются в текстильной промышленности. Циклогексанол применяется для аппретирования тканей, при выделке кожи, как гомогенизатор для мыла и синтетических моющих средств. Метилциклогексанол входит в состав пятновыводителей на основе мыла и служит обесцвечивающим агентом в специальных детергентах для текстиля.   
Бензиловый спирт используется при производстве духов, фармацевтических препаратов, косметики, красителей, чернил и сложных бензиловых эфиров. Он также служит в качестве растворителя лака, пластификатора и обезжиривающего средства в жидкостях для чистки ковров. 2-хлорэтанол находит применение как осветляющее средство и как растворитель для эфиров целлюлозы.  
Этиловый спирт - сырье для получения многочисленных химических веществ, включая уксусный альдегид, диэтиловый эфир и хлорэтан. Он входит в состав антифриза, используется в качестве пищевой добавки и среды для выращивания дрожжей, применяется в производстве покрытий. Процесс получения бутадиена из этилового спирта играет огромную роль в производстве пластмасс и синтетического каучука. Этиловый спирт способен растворять многие вещества, и поэтому он используется в качестве растворителя при производстве лекарств, пластмасс, лаков, политур, пластификаторов, духов, косметики, ускорителей вулканизации и т.д.
Метанол служит растворителем для чернил, красок, смол и клеев, а также используется в производстве фотографической пленки, пластмасс, тонирующих составов для дерева, материалов с пленочным покрытием, небьющегося стекла и составов для водонепроницаемой пропитки. Он является исходным материалом в производстве многих химических соединений, а также входит в состав средств для удаления краски и лака, препаратов для депарафинизации, бальзамирующих составов и антифриза.   
Пентанол используется в производстве лаков, красок, олиф, средств для удаления краски, каучука, пластмасс, взрывчатых веществ, гидравлических жидкостей, клея для обуви, духов, химикалий, фармацевтических препаратов, и для экстракции жиров. Смеси спиртов могут быть во многих случаях успешно использованы в качестве растворителей, но для химического синтеза или более селективного экстрагирования часто требуется чистый продукт. 
Ход работы
1 Распознавание спиртов по физическим свойствам.
1.1 Налейте в 2 пробирки по 1 см3 глицерина и этанол. Добавьте в 2-3 раза больше воды. Перемешайте содержание пробирки. Что наблюдаете?
1.2 На лист фильтрованной бумаги нанесите 2-3 капли глицерина и отдельно 2-3 этанола. Наблюдайте время от времени, какая жидкость быстрее испарится.
1.3 Запишите результаты наблюдений.

2 Распознавание спиртов по химическим свойствам
2.1 Растворы спиртов, полученные в первом опыте, испытайте универсальным индикатором. Что наблюдаете?
2.2 Растворы все тех же спиртов разделите пополам. Для первого опыта возьмите две пробирки с разными спиртами. Две спирали из медной проволоки, покрытые черным налетом оксида меди (II), разогрейте до красна в пламени спиртовки и опустите в пробирки со спиртами. Что наблюдаете?
2.3 В две пробирки налейте по одному см3 раствора гидроксида натрия и добавьте несколько капель раствора сульфата меди (II). Какое вещество вы получили в результате этих реакций? Как оно выглядит? Напишите молекулярное, полное и сокращенное ионное уравнение этой реакции.
2.4 Добавьте в каждую пробирку растворы разных спиртов. Напишите, какие изменения произошли и что из этого следует. Ответ подтвердите уравнением реакции.
Вывод
Контрольные вопросы
1 По каким физическим свойствам можно, а по каким нельзя отличить этанол от глицерина при помощи индикатора?
2 Можно ли отличить этанол от глицерина по качественным реакциям и как?
Лабораторная работа №5
Качественные реакции на альдегиды
.
Цель работы
Обобщить знания о многоатомных спиртах и альдегидах. Совершенствовать умение решать качественные химические задачи. Закрепить правила техники безопасности при работе с горючими веществами.
Оборудование и реактивы
Оксид серебра (I), сульфат меди (II), гидроксид натрия, альдегид, спиртовка, пробирки, горячая вода.
Теория
Альдегиды - органические вещества, содержащие функциональную группу (альдегидную группу).
Представители альдегидов:
СН2О-метаналь или формальдегид
С2Н4О-этаналь или уксусный альдегид, ацетальдегид
С3Н6О-пропаналь или пропионовый альдегид
С4Н8О-бутаналь или масленый альдегид
С5Н10О-пентаналь
С6Н12О-гексаналь
С7Н14О-гептаналь
С8Н16О-октаналь
С9Н18О-нонаналь
С10Н20О-деканаль
Изомерия:
По международной номенклатуре названия альдегидов производят от названий соответствующих углеводородов с прибавлением суффиксов -аль.
∕ ∕O 2 метил пропаналь CН3
СН3-СН-С | ∕ ∕O 2,2диметил бутаналь
| \ H СН3-С-СН2-С
СН3 | \ H
СН3
Физические свойства:
Метаналь-бесцветный газ с резким запахом. Раствор метаналя в воде называется формалином. Остальный члены ряда альдегидов - жидкости, а высшие альдегиды-твердые.
Химические свойства:
Для альдегидов наиболее характерны реакции окисления и присоединения.
1) Реакции окисления:
а) Качественной реакцией на альдегиды является реакция «серебряного зеркала»:
∕ ∕O ∕ ∕O
СН3-С +Ag2O→ СН3-С +2Ag↓\Н \OН
б) Качественной реакцией на альдегиды является реакция «золотого зеркала»:
∕ ∕O ∕ ∕O
СН3-С +2Cu(OH)2→ СН3-С +2CuOH+H2O
\Н \OН
2CuOH→Cu2O↓+H2O
2) Реакции присоединения( гидрирование):
∕ ∕O
СН3-С +Н2→ СН3-СН2-ОН
\Н
Получение:
В лаборатории:
1) Окисление спиртов:
2СН3ОН+О2→2СН2О+2Н2О
В промышленности альдегиды получают различными способами. Экономически наиболее выгодно получать метаналь непосредственным окислением метана кислородом воздуха в специальном реакторе:
СН4+О2→СН2О+Н2О
Метаналь получают также окислением метанола:
2СН3ОН+О2→2СН2О+2Н2О
Этаналь можно получить и гидратацией ацетилена в присутствии солей ртути в качестве катализатора:
∕ ∕O
Н-С≡С-Н+Н2О→ СН3-С
\Н
Применение:
Наибольшее применение имеют метаналь и этаналь. Большое количество метаналя используется для получения фенолформальдегидной смолы. При растворении фенолформальдегидной смолы в ацетоне или спирте получают различные лаки. Метаналь идет также на производство некоторых лекарственных веществ и красителей. Широко применяется водный раствор, содержащий в массовых долях 0,4, или 40% метаналя. Он называется формалином. Его использование основано на свойстве свертывать белок. Этаналь в основном идет на производство уксусной кислоты.
Ход работы
1 Взаимодействие альдегидов с гидроксидом меди (II). Сначала получите гидроксид меди (II). Для этого налейте в пробирку 2 см3 раствора гидроксида натрия и прибавьте не более трех капель раствора сульфата меди (II). К полученному гидроксиду меди (II) добавьте 1 см3 выданного вам альдегида. Нагрейте содержимое пробирки. Запишите наблюдения. Составьте уравнение реакции.
2 Реакция серебряного зеркала. В чистую пробирку налейте 0,5-1 см аммиачного раствора оксида серебра (I), осторожно по стенкам пробирки прилейте 0,5-1 см альдегида и опустите пробирку в стакан с горячей водой. Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции.
3 Каким одним реактивом и как можно отличить глицерин от раствора глюкозы, которая является одновременно многоатомным спиртом и альдегидом (альдегидоспиртом)?
Вывод
Контрольные вопросы
1 Укажите, в какие химические реакции вступают альдегиды и какую роль они выполняют в этих реакциях (окислителя или восстановителя).
2 Относятся ли эти реакции к качественным?

3 Что такое качественные реакции? Для чего их проводят? Каким одним реактивом можно пользоваться для распознания альдегидов и многоатомных спиртов одновременно.