Содержание:
Практическая работа
«Определение состава неорганических веществ и их смесей»
Цель работы - отработка умений по планированию решения качественных задач и проведению лабораторного химического эксперимента.
Задача:
В четырех пронумерованных склянках выданы четыре твердых вещества: две соли и две кислоты. Три из четырех веществ являются кристаллогидратами, в двух из них массовая доля воды составляет 62,94 и 28,57%.
Качественный состав солей отличается на один элемент.
Два вещества из четырех входят в состав пекарского порошка, который используется в домашней кулинарии в качестве разрыхлителя теста.
Одна из кислот используется в качестве первичного стандарта в методе перманганатометрического титрования, в дозах более 5 г токсична. Другая является оксикислотой с массовой долей кислорода 58,33%, кристаллизуется в виде кристаллогидрата с массовой долей кислорода 60,95%.
Три из четырех веществ содержат водород, массовая доля которого соответственно 4,17, 1,19 и 2,22% (в пересчете на безводное вещество).
Реактивы и оборудование, которые можно использовать:
• универсальную индикаторную бумагу (УИБ);
• раствор хлорида кальция, С = 0,25 моль/л;
• раствор соляной кислоты, С = 2 моль/л;
• раствор фенолфталеина;
• промывалку или стакан с дистиллированной водой, штатив с пробирками, глазную пипетку или пипетку Пастера.
Результаты эксперимента
Все вещества хорошо растворимы в воде.
Раствор № 1: УИБ показывает слабощелочную реакцию среды, фенолфталеин бледно-розовый. При добавлении 2 М HCl выделяется газ, который по влажной УИБ показывает рН ~ 7. При добавлении CaCl2 в разбавленном растворе осадок не выпадает, в концентрированном выпадает белый осадок.
Раствор № 2: УИБ показывает щелочную реакцию среды, фенолфталеин ярко-малиновый. При добавлении 2 М HCl выделяется газ, который по влажной УИБ показывает рН ~ 7. При добавлении CaCl2 выпадает белый осадок.
Раствор № 3: УИБ – кислая реакция среды. При добавлении 2 М HCl газ не выделяется. При добавлении CaCl2 выпадает белый осадок.
Раствор № 4: УИБ – кислая реакция среды. При добавлении HCl и CaCl2 эффект реакции отсутствует.
Задание: 1. Напишите формулы веществ и их кристаллогидратов, ответы подтвердите расчетами.
2. Используя результаты эксперимента, приведенные в условии, опишите в виде таблицы ход анализа.
3. Проведите идентификацию веществ, укажите в таблице номера склянок, в которых находятся вещества.
4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых проводится идентификация выданных веществ.
5. Напишите уравнение реакции использования неизвестной кислоты в методе перманганатометрического титрования, поясните, для каких целей она используется.
6. Напишите структурную формулу кислоты с большей молярной массой.
РЕШЕНИЕ:
1. Определение формул веществ и кристаллогидратов
На основании условий задачи и расчетов, проведенных в ходе анализа, определены следующие вещества и их гидраты:
I. Определение кислот:
Кислота-первичный стандарт (Щавелевая кислота, H2C2O4):
Массовая доля водорода в безводной форме: ?(Н) = (2*1)/90*100. (Соответствует одному из указанных значений).
М (H2C2O4 ) = 90, г/моль.
Щавелевая кислота образует дигидрат: H2C2O4 * 2H2 O
М (H2C2O4 * 2H2 O) = 90+2*18 = 126 г/моль.
Массовая доля воды: ?(H2 O) = 36/126*100. (Соответствует одному из указанных значений).
Оксикислота (Лимонная кислота, C6 H8O7):
C6 H8O7 = 192 г/моль.
Массовая доля кислорода в безводной форме: ?0(O) = (7*16)/192*100.. (Соответствует условию).
Кристаллизуется в виде моногидрата (C6 H8O7).
М(C6 H8O7 * H2 O ) = 192+18 = 210 г /моль.
Массовая доля кислорода в гидрате: ?(O) = (112*16)/210*100. (Соответствует условию).
.....................
АЛГОРИТМ:
1 Методика определения объема раствора сульфата натрия в смеси приведена и аргументирована (принимается любое разумное объяснение). Объем определен, приведены все необходимые вычисления.
2 Уравнение реакции.
3 Обоснование выбора индикатора (или индикаторов).
4 Формула кристаллогидрата сульфата натрия подтверждена расчетом, указано тривиальное название вещества.
5 Рассчитана масса кристаллогидрата сульфата натрия, использованная для приготовления смеси.
Поскольку при решении задачи использовались готовые результаты экспериментального исследования, в таблице критериев нет раздела по оценке точности выполненного анализа. Однако при выполнении экспериментальной части олимпиадных заданий к точности определения предъявляются весьма жесткие требования. В конкретной задаче точность определения может быть оценена по объему гидроксида натрия, затраченного на титрование, или по вычисленному объему серной кислоты, содержащейся в смеси. В любом случае максимальный балл выставляется за относительную погрешность ? 2%, при больших ошибках снижается по одному баллу за каждый процент свыше 2%.
РЕШЕНИЕ
1. Методика определения объема раствора сульфата натрия в смеси:
Методика:
1. Титрование смеси: Смесь серной кислоты и сульфата натрия титруют раствором гидроксида натрия. При этом происходит нейтрализация серной кислоты. Сульфат натрия не реагирует с гидроксидом натрия, поскольку является солью сильного основания и сильной кислоты.
2. Расчет объема щелочи на нейтрализацию серной кислоты: По результатам титрования определяют количество серной кислоты в 10 мл аликвоте исходной смеси. Это позволяет рассчитать концентрацию серной кислоты в разбавленной смеси и, следовательно, количество серной кислоты в исходных 20 мл смеси.