Теоретические основы . Если химическая реакция происходит между веществами, находящимися в растворах, то число эквивалентов вещества можно выразить через молярную концентрацию его эквивалента, то есть         

       n ₁ = n ₂          и      С_{н 1} V₁  = С_{н 2} V₂

                 (закон эквивалентов для реакций в растворах).

Точное определение концентрации неизвестного раствора (стандартизация) проводится с помощью титрования - постепенного смешивания реагирующих веществ до достижения точки эквивалентности. В точке эквивалентности выполняется закон эквивалентов - реагирующие вещества содержатся в эквивалентных количествах.

Стандартизацию раствора соляной кислоты можно провести с помощью реакции с гидроксидом натрия:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O

Метод титрования, основанный на реакции нейтрализации (взаимодействие кислоты со щелочью) носит название кислотно-основное титрование (метод нейтрализации).

Раствор гидроксида натрия с точно известной концентрацией носит название рабочего (стандартного, титрованного) раствора.

Точку эквивалентности в процессе кислотно-основного титрования можно определить с помощью кислотно-основных индикаторов - веществ, изменяющих свой цвет при изменении реакции среды. Например, индикатор метилоранж  в кислой среде имеет красную окраску, в нейтральной - оранжевую, а в щелочной среде - желтую.  

Цель работы. Методом кислотно-основного титрования определить точную концентрацию приготовленного ранее раствора соляной кислоты. В качестве стандартного раствора использовать раствор гидроксида натрия, а в качестве индикатора - метилоранж. Измерив объем добавленного раствора кислоты, рассчитать его точную концентрацию.

Порядок работы.

1. Ознакомьтесь с установкой для титрования. Она состоит из бюретки, закрепленной в штативе. Капиллярный конец бюретки присоединен к ней резиновым шлангом с зажимом. Цена деления шкалы бюретки 0,1 мл. Пипетка представляет собой стеклянную трубку, утолщенную посередине. Она позволяет измерять точные фиксированные объемы (раствор заполняется до метки в верхней части пипетки).

2. Укрепите бюретку в штативе и промойте ее раствором кислоты: через воронку залейте в бюретку раствор кислоты выше нулевой отметки и затем слейте его полностью в стакан, ослабив для этого зажим бюретки.

3. Снова заполните бюретку раствором кислоты и заполните ее капиллярный конец, загнув его вверх для облегчения удаления воздуха.

4. Установите уровень раствора кислоты на нулевой метке.

5. В коническую колбу отмерьте из общей бюретки или пипеткой 10,0 мл стандартного раствора гидроксида натрия, добавьте цилиндром 25-30 мл дистиллированной воды и 2-3 капли метилоранжа, который в присутствии щелочи окрасится в желтый цвет.

6. Подставив колбу под бюретку, проведите титрование: добавляйте по каплям раствор кислоты, непрерывно перемешивая раствор. Титрование окончено, когда добавление очередной капли раствора NaOH изменит окраску раствора в колбе на оранжевую (красный цвет раствора означает, что добавлен избыток кислоты, титрование необходимо повторить).

7. Запишите объем кислоты в бюретке в таблицу (см. форму лабораторного отчета) с точностью до 0,1 мл.

8. Повторите титрование еще два раза, каждый раз доливая раствор кислоты в бюретке до нулевого уровня. Расхождение между измеренными объемами кислоты не должно превышать 0,1- 0,2 мл.

9. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора соляной кислоты с точностью до 0,0001.

Форма лабораторного отчета.

1. Название лабораторной работы.

2. Краткое описание, цель работы.

3. Уравнение реакции.

4. Экспериментальные данные:

Объем раствора NaOH , V_NaOH = 10,0 мл

Концентрация раствора NaOH , C_{н (NaOH)} = .......

1. Расчеты: 1) средний объем кислоты:

                                     V_HCl =  = ...

                2) концентрация раствора кислоты:

                   C_{н HCl} =  = ... 

Типовые задачи и вопросы.

1. От каких перечисленных ниже факторов зависит в данном эксперименте объем раствора кислоты, необходимый для достижения точки эквивалентности:

а) число капель индикатора;

б) концентрация раствора кислоты;

в) объем дистиллированной воды, добавленной в колбу;

г) скорость титрования;

д) число эквивалентов щелочи в колбе?

2. Можно ли определить концентрацию раствора кислоты, если он при титровании будет находиться в колбе, а раствор щелочи - в бюретке? Как при этом будет меняться окраска индикатора?

3. При стандартизации раствора NaOH на титрование 10 мл его пошло 12,5 мл 0,0967 N раствора H₂SO₄. Вычислите концентрацию раствора NaOH.

4. 5,6000 г гидроксида калия оттитровали 15,4 мл раствора соляной кислоты. Вычислите нормальную концентрацию раствора кислоты.

5. 25,0 мл раствора серной кислоты оттитровали 5,3 мл 0,1265 н раствора гидроксида натрия. Вычислите массу серной кислоты в 2 л этого раствора.

6. Какой объем (мл) 0,4 Н раствора кислоты требуется для нейтрализации раствора, содержащего 0,24 г NaOH в 40 мл?

7. Для нейтрализации 20 мл 0,1 Н раствора кислоты потребовалось 8 мл раствора NaОН. Сколько граммов NaОН содержит 1 л этого раствора?

Семинар 2

Строение атома.

 Периодический закон Д.И.Менделеева.                      Химическая связь.

1. Физический смысл и значение квантовых чисел.

2. Написать значения квантовых чисел для орбиталей: а) 3s; б) 4d; в) 5p_х

3. Какое максимальное число электронов может находиться: а) на 5р-подуровне; б) в электронном слое с n=4?

4. Выберете невозможные конфигурации: 1p³, 3p⁶, 3s⁵, 2s², 2d⁵, 5d², 3f¹², 2p⁴, 5p⁷

5. Правило Паули. Максимальное число электронов на орбитали, подуровне, уровне.

6. Правило наименьшей энергии.

7. Правило Клечковского. Графическая форма этого правила. Исключения из правила Клечковского для элементов I-IV периодов.

8. Правило Гунда.

9. Порядок написания подуровней в электронной формуле.

10. Электронные формулы положительного или отрицательного иона данного элемента.

11. Напишите электронные формулы атомов элементов Cl, Cu, Cr, Br.

12. Напишите электронные формулы ионов S^2- и Mn²⁺

13. Определите возможные валентные состояния атомов хлора и фтора

14. Периодический закон Д.И.Менделеева. Физический смысл периодического закона.

15. Изменения радиусов атомов, их металлических и неметаллических свойств, их энергий ионизации и относительных электроотрицательностей в периодах и группах (главных подгруппах).

16. Какой элемент из пары имеет более высокую: а) энергию ионизации; б) энергию сродства к электрону; в) электроотрицательность (№ 8 и № 16; 3 11 и № 19; № 15 и № 16)

17. Типы химической связи: ковалентная, ионная, металлическая, водородная.

18. Ковалентная связь. Механизм образования ковалентной связи. Донорно-акцепторная связь.

19. Гибридизация атомных орбиталей. Расположение в пространстве sp-, sp²-, sp³ -гибридных орбиталей. Направленность ковалентной связи.

20. Определите характер связи и приведите схему образования: CaCl₂; N₂; HCl.(метод валентных связей)

21. Определите тип гибридизации, приведите схему образования и пространственное строение: ВеF₂; BH₃; CH₄; NH₃; NH₄⁺; H₂O; Н₃О⁺. (метод валентных связей)

Лабораторная работа 4