Комерциялық емес акционерлік қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА және БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Өнеркәсіптік жылу энергетика кафедрасы

 

 

 

ХИМИЯ

Зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

(5В073100 – «Қоршаған ортаны қорғау және өмір

тіршілігінің қауіпсіздігі» мамандығының студенттері үшін)

 

 

 

Алматы 2011 

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: К.О. Кишибаев, Г.А. Колдасова. Химия. Зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар (5В073100 – «Қоршаған ортаны қорғау және өмір тіршілігінің қауіпсіздігі» мамандығының студенттері үшін) – Алматы: АЭжБУ, 2011 – 50 б. 

 

Зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқау 5В073100 – «Қоршаған ортаны қорғау және өмір тіршілігінің қауіпсіздігі» мамандығының бакалаврларына арналған және «Химия» курсы бойынша білім стандартына сәйкес дайындалған.

Осы әдістемелік нұсқауға негізгі 10 зертханалық жұмыстардың сипаттамасы кіреді. Зертханалық жұмыстардың сипаттамасы қысқаша теориялық кіріспеден басталып, оларды өзіндік тексеруге арналған бақылау сұрақтары аяқтайды.

Без. - 3, кесте - 7, әдеб. көрсеткіші - 10 атау

 

Пікір беруші: Әл-Фараби атындағы ҚазҰУ доценті, хим. ғыл. канд.   А.И. Ниязбаева  

 

«Алматы энергетика және байланыс университетінің» КЕАҚ 2011 ж. жоспары бойынша басылады. 

 

© «Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, 2011 ж.

 

Кіріспе 

Химия – материялық дүниені құрайтын заттардың қасиеттерін және бір-біріне айналуын зерттейтін фундаменталдық ғылым. Химия заттардың құрамын, құрылысын, реакцияға қабілеттілігін және тұрақтылығын, бір заттардың басқа заттарға өзгеруінің тәсілдері мен жолдарын зерттейді.

Химияны оқып үйренуге дәрістер, студенттердің оқулықпен өзіндік жұмыстары, зертханалық жұмыстарды орындау кіреді. Сабақтың барлық түрлері бір-бірімен байланысты. Зертханалық жұмыстар механикалық түрде емес, қажетті теориялық дайындықтан кейін орындалған кезде ғана студенттердің оны орындауына және білімдерінің дамуына мүмкіндік туғызады. Студент тәжірибенің орындалу ретін, химиялық реакция неге және қалай жүретінін, түрлену процесінің қандай параметрлері тәжірибелік түрде анықталатынын білуі керек.

Жалпы және бейорганикалық химияның зертханалық практикумы, кешегі оқушыларды зертханалық жұмыстарды орындаудың негізгі әдістерімен таныстыруды көздейді, онда бірінші курс студенттері өз қолдарымен ең қарапайым химиялық тәжірибелерді орындауы қажет.

Студенттер жалпы және бейорганикалық химияның зертханасында жұмысты бастамас бұрын, олар міндетті түрде «Техника қауіпсіздігі ережесімен» танысуы керек және «Техника қауіпсіздігінің журналына» қол қойып, міндеттемені бұлжытпай орындауды өз жауапкершілігіне алуы қажет.

Барлық зертханалық тәжірибелер жартылай микроәдістермен орындалады, яғни байқағыштық пен ұқыптылық сияқты қасиеттер реактивтердің тамшы мөлшерімен тиімді сапасын жетілдіруге мүмкіндік береді.

Әр жұмыста материалды меңгеруді жеңілдету үшін қарастырылып отырған сұраққа жеткілікті нақтылы теориялық сипаттама келтірілген, соңында – сол зертханалық жұмыс бойынша нәтижелерінің есебін қабылдау кезінде оқытушының қоятын бақылау сұрақтарының тізімі берілген.

 

1 зертханалық жұмыс. Бейорганикалық қосылыстардың негізгі кластары

 

Жұмыстың мақсаты – бейорганикалық қосылыстардың кластарымен, оларды алу әдістері және химиялық қасиеттерімен танысу.

 

1 Теориялық кіріспе

 

Бейорганикалық қосылыстар құрамы бойынша, сонымен бірге қасиеттері (функционалды белгілері) бойынша жіктеледі. Құрамы бойынша екіэлементті (бинарлы)  және көпэлементті болып бөлінеді.

Функционалды белгілері бойынша бейорганикалық қосылыстар кластарға бөлінеді. Олар: оксидтер, қышқылдар, негіздер (ОН тобы бар гидроксидтер) және тұздар.

Оксидтер – оттегінің және басқа элементтің атомдарынан тұратын күрделі қосылыстар. Оксидтерде оттегінің тотығу дәрежесі –2-ге тең. Оксидтердің жалпы формуласы: .

Оксидтер тұз түзетін және тұз түзбейтіндерге бөлінеді. Тұз түзбейтін оксидтерге N2O, NO, CO жатады. Олар қышқылдармен де және сілтілермен де  тұз түзбейді. Түз түзетін оксидтер негіздік (олардың гидраттары – негіздер), қышқылдық (олардың гидраттары – қышқылдар), амфотерлі (олардың гидраттары қышқылдың да, негіздің де қасиетін көрсетеді) болып бөлінеді.

Қазіргі номенклатура бойынша осы кластың аталуы келесідей: «оксид» сөзінің алдына элементтің атауы жазылады (тұрақсыз болған жағдайда тотығу дәрежесі көрсетіледі). Мысалы, МgО – магний оксиді; СО – көміртек (II) оксиді; CО2 – көміртек (IV) оксиді.

Сілтілік және сілтілік жер металдардың, сонымен бірге тотығу дәрежесі +1, +2 басқа металдардың оксидтері негіздік оксидтер болып табылады. Олар сумен негіз түзе әрекеттеседі:

CaO + H2O = Ca(OH)2.

Негіздік оксидтер қышқылдық оксидтермен және қышқылдармен тұз түзе әрекеттеседі:

CaO + CO2 = CaCO3;

CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O.

Қышқылдық оксидтерді бейметалдар (Cl2О, CО2, SО2, N2О5 және т.б.), сонымен бірге тотығу дәрежесі +5, +6, +7-ге тең металдар (V2О5, CrО3, Mn2О7) түзеді.

Қышқылдық оксидтердің көпшілігі сумен әрекеттесіп, қышқыл түзеді:

 CO2 + H2O = H2CO3;

SO3 + H2O = H2SO4.

Сілтілермен қышқылдық оксидтер тұз және су түзеді:

N2O5 + 2NaOH = 2NaNO3 + H2O.

Тотығу дәрежесі +2, +3, +4 металдардың оксидтері амфотерлік болады, мысалы, BeO, ZnO, PbO Cr2O3, Al2O3, SnO2, PbO2, MnO2 және т.б. Олар қышқылдармен де, негіздермен де әрекеттесіп тұз түзеді, яғни қышқылдық та, негіздік те қасиет көрсете алады. Мысалы:

Cr2O3 + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2O;

Cr2O3 + 2NaOH = 2NaCrO2 + H2O.

Оксидтерді келесі әдістермен алуға болады:

жай заттарды оттекпен әрекеттестіру арқылы:

2Mg + O2 = 2MgO;                            4P + 5O2 = 2P2O5;

күрделі заттарды ыдырату арқылы:

Cu(OH)2  CuO + H2O;

CaCO3  CaO + CO2;

2Zn(NO3)2  2ZnO + 4NO2 + O2.

 

Қышқылдарэлектролиттік  диссоциация кезінде катион ретінде тек қана оң зарядталған сутек ионы Н+ (дәлірек, гидроксоний ионы [Н3О]+) бола алатын заттар:

HCl → H+ + Cl-.

Қышқылдың негізділігі қышқылдағы сутегі атомы санымен анықталады: HCl – бірнегізді қышқыл, H2SO4 – екінегізді қышқыл, H3PO4үшнегізді қышқыл.

Қышқылдар құрамы бойынша оттекті (HNO3, H2SO4, H2CO3,  H3PO4 және т.б.)  және оттексіз (HCl, HBr, HCN, H2S және т.б.) болады.

Оттекті қышқылдардың аталуы: қышқылтүзуші атомның тотығу дәрежесі Д. И. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі топ нөміріне тең болғанда (ең жоғары тотығу дәрежесі): HNO3 – азот қышқылы, H2SiO3 – кремний қышқылы. Тотығу дәрежесі төмен болғанда: HNO2 – азотты қышқыл, H2SO3 – күкіртті қышқыл. Кейбір қышқылдар құрамындағы су молекуласының санына байланысты мета- және ортоформада болады. Мысалы, HPO3 – метафосфор  қышқылы, H3PO4 (HPO3 + H2O) – ортофосфор қышқылы.

Оттексіз қышқылдардың аталуы кезінде элементтің аталуынан кейін «сутек» сөзі қосылады. Мысалы, HCl – хлорлысутек қышқылы, H2S – күкірттісутек қышқылы.

Электролиттік  диссоциацияға сәйкес қышқылдардың жалпы қасиеттері сутек Н+ иондарына байланысты.  Қышқылдар ерітінділерінде индикаторлар түсін өзгертеді: лакмус – қызылға, метилоранж – қызғылтқа.

Қышқылдар негіздермен және негіздік оксидтермен әрекеттеседі:

H2SO4 + Mg(OH)2 = MgSO4 + 2H2O;

2HNO3 + CaO = Ca(NO3)2 + H2O.

Қышқылдар тұзбен әрекеттескенде басқа тұз бен басқа қышқыл түзілуі мүмкін. Бұл типті реакциялар жүру үшін реакция өнімі ретінде тұнба, газ немесе әлсіз электролит түзілуі тиіс:

2HCl + CaCO3 = CaCl2 + H2CO3;

H2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + 2HCl.

Қышқылдарды қышқылдық оксидтерді гидратациялау арқылы алуға  болады:

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4;

тұзбен қышқылдың алмасу  реакциясы арқылы:

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4↓ + 2H3PO4.

Негіздерэлектролиттік  диссоциация кезінде анион ретінде OH- гидроксид-иондары түзілетін заттар:  

NaOH → Na+ + OH-.

Негіздің құрамындағы ОН- – топтарының саны негіздің қышқылдығын анықтайды. Негіз құрамында бір ОН- тобы болса, ол бірқышқылды негізге жатады (NаОН), ал бірнеше ОН- тобы болса – онда көпқышқылды негізге жатады (Са(ОН)2 – екіқышқылды негіз, Fe(ОН)3 – үшқышқылды негіз).

Суда еритін негіздер сілті деп аталады (LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)2  және т.б.). Қалған негіздер суда ерімейді. Мысалы: Cu(OH)2, Fe(OH)3, Cr(OH)3 және т.б.

Негіздерді атау үшін металдың атауына «гидроксиді» сөзін қосады, ауыспалы болған жағдайда металдың тотығу дәрежесі көрсетіледі. Мысалы: Ca(OH)2 – кальций гидроксиді, Fe(OH)2 – темір (II) гидроксиді, Fe(OH)3 – темір (III) гидроксиді. 

Сілтілердің сулы ерітінділері индикаторлар түсін өзгертеді: күлгін лакмус көк түске, түссіз фенолфталеин қызғылт түске өзгереді.

Сілтілер қышқылдық оксидтермен және қышқылдармен әрекеттеседі:

Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O;

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O.

Сілтілер тұзбен әрекеттескенде басқа тұз және басқа негіз түзіледі. Түзілген заттардың біреуі тұнбаға түсуі тиіс:

2KOH + CuSO4 = Cu(OH)2↓ + K2SO4;

Ca(OH)2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaOH.

Электролиттік  диссоциацияға сәйкес сілтілердің жалпы қасиеттері OH-гидроксид иондарына байланысты. 

Суда ерімейтін негіздер сілтілер тәрізді қышқылдармен әрекеттеседі:

Fe(OH)3↓ + 3HCl = FeCl3 + 3H2O

және қыздырғанда ыдырайды:

2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O.

Сілтілерді сәйкес металдарды және олардың оксидтерін сумен әрекеттестіру арқылы алуға болады:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2;

CaO + H2O = Ca(OH)2.

Суда ерімейтін негіздерді алудың жалпы тәсілі – негіздері ерімейтін металдың тұз ерітіндісіне сілтілермен әсер ету:

2NaOH + FeSO4 = Fe(OH)2↓ + Na2SO4.

Негіздер – «гидроксидтер» деп жалпылама аталатын қосылыс топтарының жеке түрі. Гидроксидтер құрамында OH- тобы бар заттар, олар оксидтер мен суды әрекеттестіргенде түзіледі. Электролиттік диссоциация нәтижесінде қай ионның (H+ немесе OH-) түзілуіне байланысты гидроксидтер үш түрге бөлінеді: негіздік (негіздер), қышқылдық (құрамында оттегі бар қышқылдар) және амфотерлік (амфолиттер). 

Амфотерлі гидроксидтер деп амфотерлі оксидтердің гидраттарын айтады. Амфолиттер – негіздік те, қышқылдық та қасиетті көрсететін гидроксидтер. Оларға, мысалы,  Cr(OH)3, Zn(OH)2, Be(OH)2, Al(OH)3 және т.б. жатады.

Амфотерлі гидроксидтер қышқылдармен де, сондай-ақ негіздермен де әрекеттеседі. Қышқылдармен олар негіз ретінде, ал негіздермен қышқыл ретінде әрекеттеседі. Мысалы, алюминий гидроксиді Al(OH)3 сілтімен әрекеттескенде H3AlO3 (ортоалюминий) қышқылы немесе HAlO2 (метаалюминий) қышқылы ретінде болады:

Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O,

Al(OH)3 + 3NaOH = Na3AlO3 + 3H2O.

Тұздардиссоциация кезінде металл (немесе аммоний NH) катионы  және қышқыл қалдығының анионы түзілетін заттар.

Тұздарды қышқыл молекуласындағы сутек атомдарының металл атомдарымен немесе негіз молекуласындағы гидроксил тобының қышқылдың қалдығымен толық немесе жартылай орынбасу өнімдері ретінде қарастыруға болады. Осыған байланысты тұздар: орта, қышқылдық, негіздік болып бөлінеді.

Орта тұздар – толық орын басу өнімдері, олар металл немесе NH катиондарынан және қышқыл қалдығы аниондарынан тұрады.

Тұздың формуласын дұрыс жазу үшін катионның және анионның зарядтарының мәнін ескеру қажет. Әр ионның саны зарядтардың алгебралық қосындысы нөлге тең болатындай мәнге ие болуы тиіс, яғни қосылыс электронейтралды болуы керек. Мысалы, хром (III) сульфаты Cr3+ және SO иондарынан тұрады, оның құрамы – Cr2(SO4)3, ал кальций ортофосфаты  Ca2+ және PO, иондарынан тұрады, оның құрамы – Са3(РО4)2.

Тұздарды атау кезінде алдымен металдың аталуы содан кейін қышқыл анионының аталуы айтылады (натрий хлориді, кальций карбонаты және т.с.), егер металдың тотығу дәрежесі ауыспалы болса, онда ол рим сандарымен жақшада көрсетіледі (темір (II) сульфаты – FeSО4, темір (III) сульфаты – Fe2(SО4)3).

Қышқылдық тұздар (гидротұздар) деп көп негіздік қышқылдағы сутек атомдарының орнын металл атомдары толық емес басқан кезде түзілетін тұздарды айтады. Оларды тек қана көп негіздік қышқылдар түзеді. Қышқылдық тұздың белгісі – оның құрамында алмаспаған H+ ионының болуы. Қышқылдық тұздың формуласын дұрыс жазу үшін  алмаспаған H+ ионын ескере, анионның зарядын есептеу қажет (НСО, НРО, H2РО). Иондардың саны қосылыс электронейтралды болатындай етіп алынады. Мысалы, Cr3+ және НРО иондарынан тұратын қышқыл тұздың формуласы  Cr2(НРО4)3 болады.

Қышқылдық тұзды атау үшін анионның (қышқыл қалдығының) атауына  гидро- немесе дигидро- деген сөздерді косады: Cа(НСО3)2 – кальций гидрокарбонаты, Al2(НРО4)3 – алюминий гидроортофосфаты, Al(Н2РО4)3 – алюминий дигидроортофосфаты.

Негіздік тұз (гидроксотұз) деп көпқышқылдық негіздегі гидроксотоптардың орнын қышқыл қалдықтары жарым-жартылай басқан кезде түзілетін өнімді айтады. Оларды тек көпқышқылды негіздер ғана түзеді. Гидроксотұздың белгісі – құрамында алмаспаған ОН- тобының болуы.

ОН- топтары бар негіздік немесе гидроксотұздар.

Негіздік тұздың формуласын дұрыс жазу үшін алмаспаған ОН- тобын ескере катионның зарядын есептеу қажет (СаОН+, AlOH2+, Al(OH)). Иондардың саны қосылыс электронейтралды болатындай етіп алынады. Мысалы, Al(OH) және SО иондарынан тұратын гидроксотұздың формуласы: (Al(OH)2)24. Негіздік тұзды атау үшін металл катионның  атауына гидроксо- немесе дигидроксо- деген сөздерін косады: (CuOH)2СО3 – гидроксомыс карбонаты; AlOHSО4 – гидроксоалюминий сульфаты, (Al(OH)2)24 – дигидроксоалюминий сульфаты.

Орта тұздарды келесі әдістермен алуға болады:  

1) металл + бейметалл:

2Na + Cl2 = 2NaCl;

2) металл + қышқыл:

Мg + 2НCl = MgCl2 + H2;

3) металл + тұз:

Zn + CuSО4 = Cu + ZnSО4;

4) негіздік оксид + қышқылдық оксид:

СаО + СО2 = СаСО3;

5) негіз + қышқыл:

Zn(ОН)2 + 2НNО3 = Zn(NО3)2 + 2Н2О;

6) тұз + тұз:

Pb(NO3)2 + Na2SO4 = PbSO4↓ + 2NaNO3;

7) негіздік оксид + қышқыл:

CuО + Н24 = CuSО4 + Н2О;

8) қышқылдық оксид + негіз:

Р2О5 + 6NaОН = 2Na3РО4 + 3Н2О;

9) сілті + тұз:

Ва(ОН)2 + К2СО3 = ВаСО3↓ + 2КОН;

10) қышқыл + тұз:

Н24 + ВаCl2 = ВаSО4↓ + 2НCl.

Қышқылдық тұздар қышқылдық ортада алынуы мүмкін:

1) негіз + қышқыл (артық):

NaОН + Н3РО4 = NaН2РО4 + Н2О,

2NaОН + Н3РО4 = Na2НРО4 + Н2О;

2) орта тұз + қышқыл (артық):

Na3РО4 + 2Н3РО4 = 3NaН2РО4,

2Na3РО4 + Н3РО4 = 3Na2НРО4.

Негіздік тұз сілтілік ортада алынуы мүмкін:

1) қышқыл + негіз (артық):

Al(OH)3 + 2НCl = AlOHCl2 + 2Н2О,

Al(OH)3 + НCl = Al(OH)2Cl + Н2О;

2) орта тұз + сілті:

AlCl3 + NaОН = AlOHCl2 + NaCl,

AlCl3 + 2NaОН = Al(OH)2Cl + 2NaCl.

Қышқылдық және негіздік тұздардың орта тұздарға айналу жолдары:

1) қышқылдық тұз + сілті:

NaНSО3 + NaОН = Na23 + Н2О,

Са(Н2РО4)2 + 2Са(ОН)2 = Са3(РО4)2 + 4Н2О;

2) негіздік тұз + қышқыл:

(CuОН)24 + Н24 = 2CuSО4 + 2Н2О.

 

2 Тәжірибелік бөлім

 

1 тәжірибе. Мыс оксиді мен гидроксидін алу және олардың қасиеттерін зерттеу

Мыс (II) оксиді  мыс (II) гидроксидінің  карбонатының термиялық ыдырауы нәтижесінде алынады. Ол үшін 1 суретте көрсетілген қондырғыны жинау қажет. Пробиркаға (2) оның 1/3 көлеміне мыс (II) гидроксидінің  карбонатының ұнтағын салып, газ шығарғыш түтікшесі бар тығынмен (3) жабу керек. Газ шығарғыш түтікше ізбес суы бар стаканға (4) батырылады. Пробирканы жанғыштың (1) жалынында қыздыру қажет. Қыздыруды ақырындап, пробирканың үстіңгі жағынан түбіне қарай, мыс (II) гидроксидінің карбонаты толығымен қара ұнтаққа айналғанша жүргізу керек. Пробирканың суық бөлігіндегі будың конденсациялануын  және стакандағы ізбес суы арқылы газдың бүлкілдеуін бақылаңыз. Мыс (II) гидроксидінің карбонатының ыдырау және  СО2-ң ізбес суымен әрекеттесу реакцияларының теңдеулерін құрастыр. Пробиркада түзілген мыс (II) оксидінің (суыған соң) химиялық табиғатын зертте. Ол үшін, үш пробиркаға микрошпатель мөлшерінде CuO ұнтағын салып, 10 тамшыдан қосыңыз: біріншісіне – дистильденген су, екіншісіне – H2SO4 ерітіндісін, үшіншісіне – NaOH  ерітіндісін. Не байқадыңыз?

         

 

Әр пробирканы қайнағанша қыздыр. Не өзгеріс болды? Реакция теңдеулерін жаз. Мыс (II) оксидінің химиялық қасиетіне қорытынды жаса.

Мыс (II) гидроксидін келесі жолмен алады:  пробиркаға 5 – 6 тамшы мыс (II) сульфаты ерітіндісін құйып,  5 – 6 тамшы сілті қосамыз.

          Түзілген мыс (II) гидроксиді тұнбасының түсін байқа. Ары қарай Cu(OH)2-ң химиялық қасиетін зертте. Ол үшін, үш пробиркада мыс (II) гидроксидін аламыз. Біріншісіне – H2SO4 ерітіндісін (5 – 6 тамшы), екіншісіне – NaOH ерітіндісін (5 – 6 тамшы) қосамыз, ал үшіншісін Cu(OH)2 қара тұнбаға айналғанша қыздырамыз. Бірінші екі пробиркада не байқадыңыз? Неге Cu(OH)2 тұнбасы қарайып кетті? Сәйкес реакциялардың  теңдеулерін жаз. Мыс (II) гидроксидінің химиялық қасиетіне қорытынды жаса.

2 тәжірибе. Алюминий оксиді мен гидроксидінің алынуы және қасиеттері 

          Пробиркаға 20 тамшы Al2(SO4)3-ң 0,5 М ерітіндісін құйып, оған сондай мөлшерде NH4OH-ң 1 н ерітіндісін қосамыз. Не байқадыңыз?

          Алынған затты үш пробиркаға бөліңіз. Біріншісіне – араластырып отырып, тұнба толық ерігенше, тамшылап тұз қышқылының 10%-қ  ерітіндісін, екіншісіне – тұнба толық ерігенше 10% NaOH ерітіндісін, қосыңыз. Реакциялардың теңдеулерін жаз және алюминий гидроксидінің қасиетіне қорытынды жаса. Үшінші пробирканы жанғыштың жалынында, алюминий гидроксиді толық ыдырағанша, қыздыр. Алынған алюминий оксидінің қышқылмен және сілтімен әрекеттесуін тексер. Ол үшін алынған Al2O3 үш пробиркаға бөл. Біріншісіне – 5 – 8 тамшы 10% HCl ерітіндісін, екіншісіне – 5 – 8 тамшы 10% NaOH  ерітіндісін, үшіншісіне – дистильденген су қосыңыз. Не байқадыңыз? Пробиркаларды қыздырыңыз. Қандай өзгеріс болды? Сәйкес реакциялардың теңдеулерін жазып, алюминий оксидінің қасиетіне қорытынды жаса.

3 тәжірибе. Көміртек (IV) оксидінің және кремний (IV) оксидінің қасиеттерін зерттеу

Көміртек диоксидінің қасиеттерін зерттеу үшін пробиркаға 10 – 15 тамшы дистильденген су және 1 – 2 тамшы лакмус құямыз. Содан соң, Кипп аппаратынан суға көміртек (IV) оксидін, ерітіндінің түсі өзгергенше, жібереміз. Неліктен түсі өзгерді? CO2-ң қасиеттері қандай? Реакция  теңдеуін жазыңыз.

Екі пробиркаға микрошпатель мөлшерінде кремниq (IV) оксидін саламыз. Бірінші пробиркаға 5 – 7 тамшы концентрлі сілті ерітіндісін, ал  екіншісіне – сондай мөлшерде концентрлі тұз қышқылын құямыз. Екі пробирканы да қыздырамыз. Қай пробиркада кремний диоксиді ериді? Реакция теңдеуін жазып, қорытынды жасаңыз.

4 тәжірибе. Негіздік тұзды алу және оны орта тұзға айналдыру

Пробиркаға 6 тамшы кобальт (II) хлоридінің 1 н. ерітіндісін құямыз, оған 4 тамшы NaOH-ң 1 н. ерітіндісін қосамыз. Пробирканы шайқаңыз. Реакция теңдеуін жазып, алынған қосылысты атаңыз. Ары қарай, алынған кобальт (II) негіздік тұзына 2 – 3 тамшы 2 н. тұз қышқылы ерітіндісін қосамыз. Не байқалады? Реакция теңдеуін жазыңыз. Қандай реакциялардың көмегімен негіздік тұздарды орта тұздарға айналдыруға болады?

5 тәжірибе. Қышқылдық тұзды алу және оны орта тұзға айналдыру Пробиркаға 10 – 15 тамшы қаныққан кальций гидроксидінің (ізбес суының) ерітіндісін құйып, сол ерітінді арқылы Кипп аппаратынан аз мөлшерде көміртек (IV) оксидін өткіземіз. Суда ерімейтін орта (нормальді) кальций карбонаты тұзының түзілуін байқаңыз. Реакция теңдеуін жазыңыз. Кипп аппаратынан көміртек (IV) оксидін ізбес суы ерітіндісіне, бастапқыда түзілген кальций карбонаты толық ерігенше, жіберіңіз. Қышқылдық тұздың алыну реакциясының теңдеуін жазыңыз. Тұзды атаңыз.

Алынған ерітіндіні 2 пробиркаға бөліңіз. Біріншісіне – 2 тамшы кальций гидроксидінің ерітіндісін құйыңыз. Не байқадыңыз? Екінші пробиркадағы ерітіндіні қайнағанға дейін қыздырыңыз. Ерімейтін тұз тұнбасының түзілуін байқаңыз. Реакция теңдеуін жазыңыз. Тиісті қорытынды жасаңыз. Қышқылдық тұздарды алудың және, керісінше, қышқылдық тұздарды нормальді тұздарға айналдырудың басқа қандай әдістерін ұсына аласыздар?

6 тәжірибе. Тұздарды  алудың әдістері

Келесі әдістермен әртүрлі тұздарды алу.

1. Металл мен қышқылдың әрекеттесуі. Пробиркаға 5 тамшы 6 н. күкірт қышқылын құйып, оған алюминийдің ұнтақтарын салыңыз. Реакцияны тездету үшін пробирканы қыздырыңыз. Қандай газ бөлінеді? Реакция теңдеуін жазыңыз. Түзілген тұзды атаңыз.

2. Гидроксидтің қышқылдық оксидпен әрекеттесуі. Пробиркаға 10  тамшы кальций гидроксидінің қанық ерітіндісін құйыңыз. Ерітіндіге иілген түтікше арқылы ауызбен ауа үрлеңіз. Ақ тұнбаның түзілуін, ал ары қарай үрлегенде оның еріп кетуін байқаңыз. Тұнбаның түзілу және еру реакцияларының теңдеуін жазыңыз.

3. Тұздың металмен әрекеттесуі. Пробиркаға 10 тамшы мыс (II) сульфатының 2 н. ерітіндісін құйып, сол ерітіндіге алюминий ұнтақтарын салыңыз. Біраз уақыт өткен соң ерітінді түссізденеді. Неліктен? Ерітіндіні төгіп, алюминийді алыңыз. Оның түсі қандай? Реакция теңдеуін жазып, түзілген тұзды атаңыз.

4. Тұздың бейметалмен әрекеттесуі. Пробиркаға 10 тамшы калий иодидінің 2 н. ерітіндісін және 10 тамшы хлор суын құйыңыз. Ерітіндінің түсі қалай өзгереді? Реакция теңдеуін жазыңыз.

5. Тұздың қышқылмен әрекеттесуі. Пробиркаға 5 тамшы қорғасын (II) нитратының 2 н. ерітіндісін және 5 тамшы 2 н. тұз қышқылының ерітіндісін құйыңыз. Не байқалады? Реакция теңдеуін жазып, түзілген тұзды атаңыз.

6. Екі тұздың әрекеттесуі. Пробиркаға 5 тамшы қорғасын (II) нитратының 2 н. ерітіндісін және 5 тамшы калий иодидінің 2 н. ерітіндісін құйыңыз. Тұнбаның түзілуін бақылаңыз. Реакция теңдеуін жазыңыз.

10 – 15 тамшы дистильденген су қосыңыз. Тұнба ерігенше қыздырып, суытыңыз. Алтын тәрізді кристалдардың түзілуін бақылаңыз. Түзілген қосылысты атаңыз.

7 тәжірибе. Қос тұздарды алу

Пробиркаға 10 тамшыдан қаныққан аммоний сульфатының және темір (II) сульфатының ерітінділерін құйыңыз. (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O қос тұзының түзілуін бақылаңыз. Егер тұнба түзілмесе, шыны таяқшамен пробирканың ішкі қабырғасын үйкеңіз. Реакция теңдеуін жазып, түзілген тұзды атаңыз.

 

3 Бақылау сұрақтары

 

1. Бейорганикалық қосылыстар қандай негізгі кластарға бөлінеді?

2. Оксид дегеніміз не? Оксидтердің типтерін атаңыз және олардың әрқайсысына сипаттама беріңіз. Оларды алу жолдарын айтыңыз.

3. Қышқыл дегеніміз не? Қышқылдың негізділігі дегеніміз не? Қышқылдардың қасиеттерін және оларды алу жолдарын көрсетіңіз.

4. Негіз дегеніміз не? Негіздің қышқылдығы дегеніміз не? Негіздердің қасиеттерін және оларды алу жолдарын көрсетіңіз.

5. Қандай қосылыстар гидроксидтер деп аталады? Гидроксидтердің типтерін атаңыз.

6. Қандай металдар амфотерлі гидроксидтер түзеді? Амфотерлі гидроксидтердің қасиеттерін көрсетіңіз.

7. Тұздар дегеніміз не? Орта, қышқылдық (гидро-) және негіздік (гидроксо-) тұздарға сипаттама бер.

8. Орта тұздарды алудың әдістерін көрсет.

9. Гидро- және гидроксотұздарды алудың әдістерін, әр түрлі типті тұздардың бір-біріне өзара айналуын көрсет.

 

№2 зертханалық жұмыс. Жай және күрделі заттардың эквиваленттік массасын анықтау

 

Жұмыстың мақсатыметалдардың, күрделі заттардың эквиваленттік массасын анықтаудың кейбір тәжірибелік әдістерімен танысу. Алынған тәжірибелік нәтижелерді жай және күрделі заттардың эквиваленттік массасын есептеуге пайдалану.

 

1 Теориялық кіріспе

 

Эквивалент, моль тәрізді, химияның негізгі түсініктеріне жатады.

Эквивалент (Э) дегеніміз – берілген тотығу-тотықсыздану реакцияларында бір электронға, ал қышқылдық-негіздік және ионалмасу реакцияларында – бір сутек ионына сәйкес келетін нақтылы немесе шартты бөлшек. Заттың эквиваленттік мөлшерін  деп белгілейді.

Бір моль эквиваленттің массасы эквиваленттің молярлы массасы (эквиваленттік масса) деп аталады,  деп белгіленеді және грамм/моль-мен өлшенеді:

.

Жалпы түрде эквиваленттік масса () молярлық массаның (М) эквивалент факторына () қатынасымен анықталады:

.

Газ тәрізді заттар үшін эквиваленттің мольдік көлемі (эквиваленттік көлем) деген ұғым болады , ол газдың мольдік көлемінің  заттың эквивалент факторына қатынасымен анықталады:

.

Эквиваленттік көлемнің  физикалық мағынасы – ол газды заттың бір мольэквивалентінің алатын көлемін көрсетеді.

Заттың эквивалент факторы сол зат қатысатын реакцияның сипатына байланысты болады.

Мысалы, көміртек оттекпен әрекеттескенде екі оксид түзеді:

1. 2С + О2 = 2СО;

2. С + О2 = СО2.

Бірінші жағдайда көміртектің  екіге тең, эквиваленттік масса  г/моль-ді құрайды, ал екінші жағдайда  және көміртектің эквиваленттік массасы  г/моль-ге тең. Оттектің эквивалент факторы көрсетілген екі жағдайда да құрайды:  және  г/моль.

Күрделі заттардың эквивалент факторлары келесідей анықталады:

а) қышқылдың эквивалент факторы оның негізділігімен, яғни қышқыл молекуласындағы сутек атомдарының санымен анықталады. Мысалы: , ал  г/моль;

б) негіздің эквивалент факторы негізді түзетін металдың валенттігімен , немесе гидроксотоптың санымен анықталады. Мысалы:  және  г/моль;

в) тұздың эквивалент факторы металдың валенттігінің  оның молекуладағы атом санына  көбейтіндісімен анықталады:

.

Мысалы:  және г/моль.

Оксидтің эквиваленттік массасын  элементтің эквиваленттік массасы () мен оттектің эквиваленттік массасының () қосындысымен анықтауға болады:

.

Мысалы, СО2 эквиваленттік массасы көміртек пен оттектің эквиваленттік массаларының қосындысына тең:

 г/моль.

Эквиваленттер заңы: заттар химиялық реакцияларда эквиваленттік қатынаста өзара әрекеттеседі және  реакция нәтижесінде түзіледі, яғни бір заттың моль эквиваленті басқа заттың моль эквивалентімен әрекеттеседі. Эквиваленттер заңының математикалық өрнектелуі:

,

мұнда  және  - әрекеттесуші заттардың массалары, г;

 және  - әрекеттесуші заттардың эквиваленттік массалары, г/моль.

Зат массасының эквиваленттік массаға қатынасы () эквивалент саны () екенін ескеріп, эквиваленттер заңын келесі түрде тұжырымдауға болады: барлық әрекеттесуші заттардың және реакция өнімдерінің  эквивалент сандары өзара бір-біріне тең. Мысалы, келесі реакция  

NaOH + HCl = NaCl + H2O

үшін: .

Егер реакцияға газдар қатысса, олардың эквиваленттерін  эквиваленттік көлемдерімен өрнектеуге болады. Бұл кезде эквивалент заңы былай жазылады:

,

мұнда  және  - қалыпты жағдайда алынған реалды газдардың көлемі, л;

 және  - сол газдардың эквиваленттік көлемдері, л/моль.

Қалыпты жағдай (қ.ж.):

 = 760 мм сын. бағ. = 101,3 кПа = 1 атм,  = 273 К.

Егер әрекеттесуші заттардың біреуі қатты зат, ал екіншісі газ тәрізді зат болса, онда эквивалент заңы былай жазылады:

,

мұнда  - қатты заттың массасы,  - оның эквиваленттік массасы;

 - қалыпты жағдайдағы газдың көлемі,  - оның эквиваленттік көлемі.

 

2 Тәжірибелік бөлім

 

1 тәжірибе. Металдың эквиваленттік массасын табу

2 суретте көрсетілгендей қондырғыны жинау. 3 штативте бір-бірімен 1 резеңке түтікшемен біріктірілген 2 және 5 бюретканы бекіту.

Бюретканы жартылай суға толтыру.  5 бюреткаға 4 резеңке түтікше арқылы 6 реакциялық пробиркамен қосу керек, Қондырғының герметикалық жағдайын тексеру үшін, 2 бюретканы жоғары көтеру керек. Екі бюреткадағы судың деңгейі бастапқы қалпындағыдай болуы керек.

Лаборанттан металдың өлшендісін алып, 1 кестеге жазып қою керек. Ауа тартқыш шкафта 18%-дық HCl-н 4 – 5 мл ерітіндісін цилиндрмен өлшеп, 6 пробиркаға құю керек.

 

 

 

2 бюретканы көтеріп, 5 бюреткадағы судың деңгейін нөлге дейін келтіру керек. 6 пробирканы ашып, алынған металды салып тез аузын тығынмен жабу керек. Металл қышқылмен әрекеттесіп, бөлінген сутек 4 резеңке түтікше арқылы 5 бюреткаға өтіп, суды ығыстырады. 5 бюреткадағы судың деңгейі төмендейді. Ығыстырылған судың көлемі арқылы бөлінген сутектің көлемін анықтайды. 

 

1  кесте

Параметрлер

Белгілеуі

Өлшем бірлігі

Нәтижесі

Металл массасы

г

 

Бөлінген сутектің көлемі

мл

 

Температура

°С

 

Атмосфералық қысым

мм сын. бағ.

 

Тәжірибенің температурасындағы қаныққан су буының қысымы

мм сын. бағ.

 

 

Реакция тоқтағаннан кейін бюреткадағы газ бөлме температурасына жеткенше 5 – 10 минут күту керек, екі бюреткадағы судың деңгейі теңескенше 2 бюретканы қозғаймыз. Осы кезде 5 бюретканың ішінде атмосфералық қысымға тең қысым пайда болады. Судың төменгі деңгейіне қарап 5 бюреткадағы бөлінген сутектің көлемін табамыз. Нәтижесін 1 кестеге жазамыз. Бөлме температурасын, атмосфералық қысым және қаныққан бу қысымын да жазып қою керек().

 

Тәжірибелік нәтижелерді өңдеу

 

1. Сутектің көлемін қалыпты жағдайдағы көлемге біріктірілген газдар заңына сәйкес келтіру керек.

.

Теңдеуде  орнына сутектің парциалды қысымын алу керек,

.

2. Эквивалент заңы бойынша экспериментпен алынған металдың эквиваленттік массасының мәнін табу керек

.

Бұл жерде 11200 мл – қ.ж. сутектің эквивалентті көлемі.

3. Экспериментке 2 валентті металл алынғанын ескеріп, атомдық массасын табамыз:

.

Д. И. Менделеевтің кестесі бойынша зерттеп жатқан металды табамыз. 

4. Кестеден металлдың атомдық массасын алып  (эксперименттегіге ең жақын мәнін), тәжірибенің салыстырмалы  ауытқуын , % есептейміз:

.

5. Реакция теңдеуін жазып, анықтап жатқан металл және эксперимент кезінде болған ауытқулардың себептеріне қорытынды жасау керек.

 

2 тәжірибе. Кальций карбонатының эквивалентті массасын анықтау

Бұл тәжірибеде күрделі зат кальций карбонатының эквивалентті массасын эквивалентті массасы белгілі көміртек (IV) оксидімен СОанықтаймыз.

Осы тәжірибеде алдыңғы 1 тәжірибеде қолданылған қондырғы қолданылады (2 суретті қараңыз), тек судың орнына натрий хлоридінің қаныққан ерітіндісі қолданылады, өйткені  СО2  окиді  суға қарағанда, натрий хлориді ерітіндісінде аз ериді.

Лаборанттан 0,3 – 0,4 г мраморды (кальций карбонаты) өлшетіп алу керек. Бірінші тәжірибедегідей сынауыққа 4 мл 16 % тұз қышқылын құйып, сол әдісті қолданып, тұз қышқылы мен кальций карбонатының әрекеттесу реакциясын жүргіземіз. Бөлінген көмір қышқыл газының көлемін анықтаймыз. Нәтижесін 2 кестеге жазып қоямыз.

 

2  кесте

Параметрлер

Белгілеуі  

Өлшем бірлігі

Нәтижесі

Мрамордың массасы

г

 

Бөлінген газдың  көлемі

мл

 

Температура

°С

 

Атмосфералық қысым

мм сын. бағ.

 

 

Тәжірибелік нәтижелерді өңдеу

 

1. Клапейрон Менделеев теңдеуі бойынша газдың  массасын табамыз. 

.

2. Эквивалент заңы бойынша , нәтижесінде орта тұз түзілетін бейтараптану реакциясында СО2 эквивалентті массасының оның молекулалық массасынан 2 есе кем екенін ескере, кальций карбонатының эквивалентті массасын  есепте:

3. CaCO3-ң эквивалентті массасының теориялық мәнін () есептеп, тәжірибенің  салыстырмалы  ауытқуын , % анықтаңдар.

.

4. Реакция теңдеуін жазып, сәйкес  қорытындысын жасау керек.

 

3 Бақылау сұрақтары 

 

1. Заттың эквиваленті деп нені айтамыз? Эквивалент саны мен эквивалент факторын қалай анықтаймыз?

2. Келесі заттар үшін эквивалент саны мен эквивалент факторын  анықта:

а) Fe2O3; б) HClO4; в) NaHS; г) MgOHCl; д) Ca(OH)2.

3. Заттың молярлы массасы мен эквиваленттің молярлы массасы қандай байланыста? 2 сұрақта берілген заттардың эквивалентінің молярлы массасын  есептеңдер.

4. Тотығу-тотықсыздану реакцияларындағы тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың эквивалентінің молярлы массасын қалай есептейді?

5. Калий перманганатының KMnO4 эквивалентінің молярлы массасын  есептеңдер, осы қосылысты: а) тұз; б) MnO(OH)2-ке өзгеретін, тотықтырғыш; в) MnSO4 өзгеретін, тотықтырғыш ретінде қарастыра отырып.

6. 1 моль газды заттың эквиваленті қ.ж. қандай көлем алады? а) оттегі; б) хлор; в) көмірқышқыл газы?

7. Эквивалент заңын қолдана отырып, қ.ж. 1 кг темір (III) оксидінен  темірді тотықсыздандыру үшін қажет көміртек (II) оксидінің көлемін есептеңдер.

 

 №3 зертханалық жұмыс. Тотығу-тотықсыздану реакциялары

 

Жұмыстың мақсаты – заттардың тотығу-тотықсыздану қасиетін білу, тотығу-тотықсыздану реакцияларын құрастыруға дағдылану.

 

1 Теориялық кіріспе  

 

1. Тотығу-тотықсыздану реакцияларының негізгі түсініктері

Нәтижесінде элементтердің тотығу дәрежелері өзгеретін реакцияларды тотығу-тотықсыздану реакциялары деп атаймыз.

Тотығу дәрежесі деп атомның  берген немесе алған электрондарының  санымен өлшенетін салыстырмалы зарядын айтамыз.

Электрондарды қабылдап, тотығу дәрежесін төмендететін атомдарды тотықтырғыштар деп атаймыз. Электрондарды беріп, тотығу дәрежесін өсіретін атомдарды тотықсыздандырғыштар деп атаймыз. Электрондарды қабылдау процесі – тотықсыздану, ал электрондарды беру процесі – тотығу деп аталады. Негізгі тотықтырғыштар мен тотықсыздандырғыштар 3 кестеде берілген.

Мысалы: Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

                Cu2+ –2ē = Cu0   – тотықсыздану, CuSO4 – тотықтырғыш,

                Fe0 +2ē = Fe2+     – тотығу, Fe – тотықсыздандырғыш.

 

2. Тотығу-тотықсыздану реакцияларының классификациясы

Тотығу-тотықсыздану реакцияларының классификациясы тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың атомының қайда орналасқанына  немесе қандай молекуланың құрамына кіретініне байланысты. Барлық тотығу-тотықсыздану реакциялары негізгі 3 класқа бөлінеді:

1) Молекуллааралық тотығу-тотықсыздану реакциялары.

Бұл реакцияларда тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың атомдары әртүрлі молекуланың құрамында болады.

Мысалы:

Zn + 2KOH + 2H2O = K2[Zn(OH)4] + H2↑.

 тотықс.       тотықт.

 

3 кесте – Негізгі тотықтырғыштар мен тотықсыздандырғыштар

Тотықтырғыштар

дейін тотықсызданады

Тотықсыздандырғыш

дейін тотығады

1 VI, VII топ бейме-талдары. Олардың атомдары электрон-дарды қосып алады – нәтижесінде тоты-ғу дәрежесін төмен-детеді

, , , , ,

1 Металдар және кей-бір  бейметалдар2, С). Олар электрон-дарды береді – нәти-жесінде тотығу дәре-жесін өсіреді. Zn, Al, Cr және т.б. сілтілік ортада тотығуы мүм-кін

 

 

 

 

 

 

 

2 Жоғарғы тотығу дә-режесіндегі метал-дар иондары: Fe3+, Cu2+, Pb4+, Sn4+, Co3+, Ni3+

, , , , ,

2 Төменгі тотығу дә-режесіндегі металдар иондары: Fe2+, Cu1+, Pb2+, Sn2+, Co2+, Ni2+

, , , , ,

3 Кышқылдар ерітін-ділері:

HNO3 конц.

HNO3 сұйылт.

HNO3 өте сұйылт.

H2SO4 конц.

HClO, HClO2,

HClO3, HClO4

HIO3, HIO4

HBrO, HBrO3

 

H2

NO2

NO

NH3

SO2

 

 

I2 немесе  

 

3 Элементтің төменгі тотығу дәрежесіндегі атомдары бар бейме-талдар қосылыстары:

NH3, PH3, H2S, HCl, HBr, HI

нейтралды атомға дейін (S, I2 және т.б.) немесе  атомдары жоғарғы тотығу дәрежесіне ие  қосылыстары: H2SO4, H3PO4 және т.б.

4 Атомдары жоғарғы тотығу дәрежесіне ие  қосылыстар:

K2CrO4     сілтілік ортада

K2Cr2O7    қышқ. ортада

KMnO4     қышқ. ортада

KMnO4     бейтарап ортада

KMnO4     сілтілік ортада

 

 

 

 

 

 

 

 

MnO2

 

4  H2O2

5  Н2О2

 

(H2O)

5 Қышқылдық оксид-тер және оларға сәй-кес  қышқылдар, ара-лық тотығу дәреже-сіндегі тұздар: SO2, H2SO3, HNO2, KCrO2

жоғарғы тотығу дәрежесіндегі  қосылыстары:

SO3, H2SO4, HNO3, K2CrO4 (K2Cr2O7  қышқ. ортада)

6 Аралық тотығу дә-режесіндегі оттекті қышқылдар:

H2SO3

HNO2

 

 

 

S

NO

 

2) Молекулаішілік тотығу-тотықсыздану реакциялары.

Бұл реакциялар типіне тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш атомдары бір молекуланың құрамында болатын реакциялар жатады. Мысалы:

NH4NO3 = N2O + 2H2O.

 т-с-ш.  т-ш.

3) Өзіндіктотығу-өзіндіктотықсыздану (диспропорциялану) реакциялары.

Бұл реакциялар типіне тотықтырғыш та, тотықсыздандырғыш та бір атом болатын  реакциялар жатады. Мысалы:

4KCl+5O3 = 3KCl+7O4 + KCl-1.

Мұнда хлордың бір бөлігі – тотықтырғыш, басқа бөлігі – тотықсыздандырғыш.

 

3. Ионды-электрондық баланс (жартылай реакция) әдісі

Ионды-электрондық (жартылай реакция) әдісінде тотығу-тотықсыздану реакцияларын құрастыру оңайырақ болып табылады. Реакция нәтижесінде зарядтары өзгермейтін иондар иондық сұлбаға жазылмайды. Теңдік таңбасының сол және оң жақтарындағы зарядтардың алгебралық қосындысы бір біріне тең болуы керек.

Ерекшелігі: Бұл әдісте элементтердің тотығу дәрежелерін емес, иондардың зарядтарын табады.

1. Реакция сұлбасын коэффициентсіз жазады:

KMnO4 + KI + H2SO4 MnSO4 + I2 + K2SO4 + H2O.

2. Реация теңдеуін иондық түрінде жазады (күшті электролиттерді иондық түрде, ал бейэлектролит, әлсіз электролит, газдар, тұнбалар – молекулалық түрде):

K+ + MnO + K+ + I- + 2H+ + SO Mn2+ + SO + I2 + 2K+ + SO + H2O.

3. Реакцияның иондық сұлбасын жазады:

MnO + I- → Mn2+ + I.

4. Жартылай реакциялардың электрондық-иондық теңдеулерін жазады:

MnO +8Н+ +5ē → Mn2+ + 4Н2О

2I- –2ē → I

2   тотықсыздану

5   тотығу

Жартылай реакцияларды қосады: 2MnO +16H+ +10I- → 2Mn2+ + 8H2O +5I.

5. Тапқан коэффициенттерді негізгі теңдеудегі заттардың алдына қояды:

2KMnO4 + 10KI + 8H2SO4 2MnSO4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H2O.

          Ескерту: жартылай реакцияларды зат бойынша қышқылдық ортада теңестіру кезінде тек Н2О және Н+ қолдану керек, сілтілік ортада – тек Н2О және ОН-, ал бейтарап ортада су молекуласын және тотықсыздану жартылай реакциясынан алынатын ионды колдану керек.

 

2 Тәжірибелік бөлім

 

1 тәжірибе. Иодтың тотықтырғыш қасиеті

Пробиркаға 5 тамшы натрий сульфидінің ерітіндісін және тамшылап йод суын құямыз. Ерітіндінің түссізденуін бақылаймыз. Сульфид-ионының сульфат-ионға ауысуының реакция теңдеуін құрастыр.

2 тәжірибе. Екі валентті қалайының төрт валенттікке дейін тотығуы

Темір (III) хлоридіне 1 тамшы аммоний роданидінің ерітіндісін құямыз. Түсінің өзгеруіне ерітіндідегі қандай иондар әсер етті? Қалайы (II) хлоридінің ерітіндісін тамшылап алынған қоспаға құямыз. Неге ерітінді түссізденді? Тотығу-тотықсыздану реакциясының теңдеуін құрастыр (аммоний роданидін теңдеуге қоспаңдар).

3 тәжірибе. Азот қышқылының тотықтырғыш қасиеті

4 тамшы калий иодиді ерітіндісіне 2 н. 4 тамшы азот қышқылын құямыз. Нені бақылаймыз? Реакцияның теңдеуін құрастыр. Түсінің өзгеруі йодтың бөлінуіне байланысты екенін қалай анықтауға болады?

4 тәжірибе. Концентрленген азот қышқылының тотықтырғыш қасиеті   

Пробиркаға мыстың кішкентай бөлігін салып, 4 тамшы концентрленген азот қышқылын құямыз (САҚ БОЛЫҢЫЗ! Тәжірибені ауа тартқыш шкафта жасау керек). Бақылауды жазып қою керек. Тотығу-тотықсыздану реакциясының теңдеуін құрастыр.  

5 тәжірибе. Қышқыл ортада калий перманганатының тотықсыздануы

4 тамшы калий перманганатының ерітіндісіне 4 тамшы темір(II)  сульфатының ерітіндісін құйып, 2 тамшы күкірт қышқылын қосамыз. Нені бақылаймыз? Реакцияның теңдеуін құрастыр. Темір (III) ионын анықтау үшін 1 тамшы аммоний роданидінің ерітіндісін қосамыз.

6 тәжірибе. Бейтарап ортада калий перманганатының тотықсыздануы

4 тамшы калий перманганатының ерітіндісіне сутектің пероксидін қосамыз. Нені бақылаймыз? Реакцияның теңдеуін құрастыр.

7 тәжірибе. Сілтілік ортада калий перманганатының тотықсыздануы

4 тамшы калий перманганатының ерітіндісіне 3 – 4 тамшы концентрленген сілті және 6 тамшы натрий сульфитінің ерітіндісін құямыз.  ионына тән жасыл түсті бақылаймыз. Реакцияның теңдеуін құрастыр.

8 тәжірибе. Хромит-ионының хромат-ионына тотығуы

4 тамшы хром (III) сульфатының ерітіндісіне 1 тамшы калий гидроксидінің ерітіндісін қосамыз. Тұнба түзілуін бақылаймыз. Реакцияның теңдеуін құрастыр. Алынған тұнбаны артық мөлшерде алынған калий гидроксидінде ерітеміз. KCrO2 калий метахромитінің түзілу реакциясын құрастыр. Алынған ерітіндінің түсі қандай? Алынған ерітіндіге 6 тамшы сутек пероксидін құямыз. Нені бақылаймыз? Реакцияның теңдеуін құрастыр.

          9 тәжірибе. Дихромат-ионының 3 валентті хромға дейін тотықсыздануы

3 тамшы калий дихроматына 3 тамшы күкірт қышқылын қосамыз, сілкіп араластырып, 5 тамшы натрий сульфидінің ерітіндісін қосамыз. Пробирканы тағы да сілкиміз. Не өзгереді? Реакцияның теңдеуін құрастыр.

10 тәжірибе. Алюминийдің тотықсыздандырғыш қасиеті

Пробиркаға алюминийдің бөліктерін саламыз да 5 тамшы концентрленген сілті ерітіндісін қосамыз. Аздап қыздырамыз. Нені бақылаймыз? Реакцияның теңдеуін құрастыр.

 

3  Бақылау сұрақтары  

 

1. Қандай реакцияларды тотығу-тотықсыздану реакциялары деп атайды? 

2. Элементтің  тотығу дәрежесі дегеніміз не?

3. Диспропорциалану процесіне анықтама беріңдер.

4. Элементтің «тотығу дәрежесі» мен «валенттілік» түсініктері  қандай байланыста?

5. Тотығу және тотықсыздану процестерінің  мағынасы  неде?

6. Периодтық жүйедегі қандай элементтер қатты тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш қасиеттерге ие?

7. Неге металдардың көпшілігі тек тотықсыздандырғыш қасиетке, ал металл еместер – тотықтырғыш қасиетке ие?

8. Қосылыстардағы тотығу дәрежесін табыңдар: 

азоттың – HNO3, RNO2, NH3, NO2, N2O, N2;

күкірттің – H2S, S, SO2, H2SO4, KHSO3.

Барлық қосылыстарды атаңдар.

 

 

№4 зертханалық жұмыс. Комплексті (кешенді) қосылыстар

 

Жұмыс мақсатыкомплексті қосылыстардың қасиеттерімен танысу, алу жолдары мен ерітіндідегі тұрақтылығымен танысу.

 

1 Теориялық  кіріспе

 

Табиғатта көптеген комплексті немесе координациялық қосылыстар бар. Бұл қосылыстардың тұрақты анықтамасы жоқ. ИЮПАК номенклатуралық комиссия  мынандай анықтама береді: комплексті (немесе координациялық) қосылыстар деп қандай да бір атомға оның классикалық немесе стехиометриялық валенттілік мөлшерінен де көп басқа атомдар мен топтардың  қосылғанын айтамыз.

Комплексті қосылыстардың (қысқаша - комплекс) құрамына міндетті түрде орталық атом мен лигандтар кіреді. Орталық атом (немесе комплекс түзуші) – басқа атомдар мен топтар қосылған атом. Лигандтар – орталық атомға қосылған атомдар немесе топтар.

          Мысалы: көгілдір түсті мыс (II)  сульфатының  ерітіндісіне артық мөлшердегі аммиакты қосқан кезде алдымен мыс (II) гидроксиді түзіледі, сосын ол еріп, көкшіл түсті комплексті қосылыс пайда болады. Оны келесі теңдеумен көрсетуге болады:

CuSO4 + 2NH3 + 2H2O = Cu(OH)2↓ + (NH4)2SO4,

                           Көгілдір ерітінді                                            көк тұнба

Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2.

                                            көкшіл ерітінді

Бұл қосылыста [Cu(NH3)4](OH)2 Cu2+ ионы орталық атом, ал NH3 молекуласы – лиганд.

Лигандтардың комплекс түзушілерге қосатын атомдарды, координациялаушы (немесе байланыстыратын) атомдар деп атайды. Мысалы, [Cu(NH3)4](OH)2-де координациялаушы N-3 азот атомы.

Комплекстүзушілерге тікелей қосылған атомдардың санын координациялық сан деп атайды. Біз келтірген мысалда мыстың координациялық саны 4-ке тең ().

Лигандтағы координациялаушы атомдар саны оның дентаттығын көрсетеді. Басқа сөзбен айтсақ, дентаттылық – лиганд түзе алатын байланыстар саны. [Cu(NH3)4](OH)2  комплексінде аммиактың дентаттылығы бірге тең, яғни осы лиганд  монодентатты.

Комплекстүзуші мен лигандтардың арасындағы донорлы-акцепторлы байланыс арқылы  комплексті қосылыстар пайда болады. Орталық атом мен лигандтар комплекстің ішкі сферасын құраса, басқа атомдар сыртқы сферасына жатады. Біз келтірген мысалда [Cu(NH3)4]2+ – ішкі сфера, ОН- екі ионы комплекстің сыртқы сферасын құрайды.

Координациялық қосылыстар ішкі сферасының зарядына байланысты классификацияланады:

а) катионды комплекстер. Бұл қосылыстарда заттың комплексті бөлігі оң зарядталған. Мысалы: [Cu(NH3)4]2+(ОН)2;

б) анионды комплекстер. Бұл қосылыстарда заттың комплексті бөлігі теріс зарядталған. Мысалы: K4[Fe(CN)6]4-;

в) катионды-анионды  комплекстер. Бұл қосылыстар әр түрлі зарядталған екі ішкі сферадан тұрады. Мысалы: [Cu(NH3)4]2[Fe(CN)6];

г) бейтарапты комплекстер. Бұған тек ішкі сферадан тұратын комплексті қосылыстар жатады. Мысалы: [Ni(CO)8]. 

Ерітіндіде комплексті иондар сатылап диссоциаланады. Мысалы, [Cu(NH3)4]2+ комплексінің диссоциациясы сатылай төмендегідей жүреді:

[Cu(NH3)4]2+ ↔ [Cu(NH3)3]2+ + NH3,

[Cu(NH3)3]2+ ↔ [Cu(NH3)2]2+ + NH3,

[Cu(NH3)2]2+ ↔ [Cu(NH3)]2+ + NH3,

[Cu(NH3)]2+ ↔ Cu2+ + NH3.

Осы процесс тепе-теңдікте болғандықтан, ол комплекстердің диссоциациясы үшін тұрақсыздық константасы деп аталатын тепе-теңдік константасының өрнегін жазуға болады. Мысалы, мыс аммиакатының толық ыдырауының тұрақсыздық константасын былай жазуға болады.

.

Бұл жерде ,  және  – мыс (II), аммиактың және  тетраамин мыс (II), моль/л ионының тепе-теңдік концентрациясы. Тұрақсыздық константасының мәні неғұрлым аз болса, комплексті қосылыс тұрақты болады.

Комплексті заттардың ерітінділерінде химиялық реакциялар жүрген кезде комплекстің құрамына кіретін тек жеке иондардың, атомдар мен молекулалардың қасиеттері  ғана емес, бүкіл координациялық қосылыстың да қасиеті байқалады. Жиі комплекс түзетіндерге d-элементтер жатады.

 

2 Тәжірибелік бөлім

 

1 тәжірибе. Комплексті аниондары бар комплексті қосылыстарды алу

5 пробирканың әрқайсысына 2 тамшыдан 1 н. кобальт (II) хлоридінің ерітіндісін құямыз:

а) бірінші пробиркаға концентрленген натрий ацетатының ерітіндісін қанық қызғылт түсті [Co(CH3COO)6]4-  ионы түзілгенше құямыз;

б) екінші пробиркаға концентрленген натрий нитритының ерітіндісін сары-қызғылт түсті [Co(NO2)6]4- ионы түзілгенше құямыз;

в) үшінші пробиркаға концентрленген натрий хлоридінің ерітіндісін көк түсті [CoCl4]2- ионы түзілгенше құямыз;

г) төртінші пробиркаға концентрленген калий роданидінің ерітіндісін күлгін түсті [Co(SCN)4]2- ионы түзілгенше құямыз;

д) бесінші пробиркаға концентрленген натрий тиосульфатының ерітіндісін көк түсті [Co(S2O3)3]4- ионы түзілгенше құямыз;

5 пробирканың барлығында да  комплексті аниондары бар комплексті қосылыстар түзіледі, оның ішінде комплекс түзуші Со2+ ионы. Комплекс түзілетін реакция теңдеулерін жазыңдар, комплексті қосылыстарды атаңдар және түсін жазып көрсетіңдер.

Комплекстердің диссоциациялану теңдеулерін және тұрақсыздық константасының мәнін жазыңдар. Әр комплекске толық мінездеме беріңдер.

2 тәжірибе. Комплексті катиондары бар комплексті қосылыстарды алу

5 пробиркаға 2 тамшыдан тамызу керек.

а) біріншісіне – 1 н. кобальт (II) хлоридінің ерітіндісін;

б) екіншісіне – хром (III) сульфатының концентрленген ерітіндісін;

в) үшіншісіне – 1 н. мыс (II) сульфатының ерітіндісін;

г) төртіншісіне – никель (II) сульфатының концентрленген ерітіндісін;

д) бесіншісіне – цинк (II) сульфатының концентрленген ерітіндісін.

Әр пробиркаға тамшылап (10 тамшыға дейін) аммиактың концентрленген ерітіндісін комплекс катионына сәйкес түсінің өзгеруіне дейін тамызамыз. Келесі түстерге өзгереді:

а) бірінші пробиркада [Cо(NH3)6]2+ сәйкес қоңыр (қызыл-қоңыр) түске;  

б) екіншісі – [Cr(NH3)6]3+ сәйкес ашық лилия түске;  

в) үшінші – [Cu(NH3)4]2+ ионына сәйкес көк түске;   

г) төртінші – [Ni(NH3)6]3+ ионына сәйкес көк-күлгін түске;

д) бесінші пробиркада басында ақ тұнба Zn(OH)2, сосын тұнба еріп, түссіз комплекс [Zn(NH3)4]2+  түзіледі.

Комплекс түзілуінің реакция теңдеулерін жазыңдар. Әр комплексті қосылыстарды атаңдар. Комплекстің диссоциация және тұрақсыздық константаларының мәндерінің теңдеулерін жазыңдар. Әр комплексті қосылыстарға мінездеме беріңдер.

3 тәжірибе. Комплексті катионы мен анионы бар комплексті қосылыстарды алу

Пробиркаға 5 тамшы 1 н. калий (II) гексацианоферратының ерітіндісі мен 2 тамшы никель (II) сульфатының концентрленген ерітіндісін тамызамыз. Ашық жасыл түсті тұнба түзіледі. Бұл жағдайда сыртқы ион мен комплексті қосылыстың алмасу реакциясы жүреді.

K4[Fe(CN)6] + 2NiSO4 = Ni2[Fe(CN)6]↓ + 2K2SO4.

Сосын алынған қосылысқа аммиактың концентрленген ерітіндісін тамшылап тұнба ерігенше және ашық-лала түсті кристалды комплексті қосылыс [Ni(NH3)6]2[Fe(CN)6] түзілгенше құямыз (пробирканы біраз тұндырып қойса, кристалдар жақсы көрінеді).

Реакция теңдеуін жазып, түсінің өзгеруін көрсетіп, барлық комплекстерді атаңдар. Комплекстің диссоциация және тұрақсыздық константалары мәндерінің теңдеулерін жазыңдар. Әр комплексті қосылыстарға мінездеме беріңдер.

4 тәжірибе. Комплекстер мен олардың тұрақтылығын зерттеу

1. Комплекс түзушіні тұндырған кезде комплекстің бұзылуы. Үш пробирка аламыз. Біріншісіне 5 тамшы 0,5 М темір (II) сульфатының ерітіндісін құйып 1 тамшы 1 н. натрий  сульфидінің ерітіндісін қосамыз. Темір (II) сульфидінің қара тұнбасы түзіледі. Бұл бақылау тәжірибесі ерітіндіде  Fe2+ ионының барын S2- ионымен темір сульфидінің қара тұнбасының түзілуін көрсетеді.

Екіншісіне 5 тамшы 0,5 М темір (II) сульфатының ерітіндісін құйып, 3 тамшы натрий ацетатының концентрленген ерітіндісін қосамыз. Нәтижесінде қоңыр түсті Na4[Fe(CH3COO)6] комплекс түзіледі.

Үшінші пробиркаға  5 тамшы 1 н. K4[Fe(CN)6] ерітіндісін құямыз. Сосын 2 және 3 пробиркаға 1 тамшыдан 1 н. натрий сульфидін қосамыз. 

Нені байқадыңдар? Қандай пробиркада FeS тұнбасы түзіледі? Неге?  K4[Fe(CN)6] және Na4[Fe(CH3COO)6] комплекстерінің тұрақтылығын салыстырыңдар.

2. Жаңа комплекстің түзілуіне байланысты  комплекстің ыдырауы

Алдымен Na4[Со(CH3COO)6] комплексін алу керек, ол үшін 2 пробиркаға 2 тамшы 1 н. кобальт (II) хлоридінің ерітіндісі мен 10 тамшы  натрий ацетатының концентрленген ерітіндісін [Со(CH3COO)4]2- ионынына сәйкес ашық қызғылт түске боялғанша құямыз. Сосын 1 пробирканы салыстыруға алып қаламыз да, екіншісіне 10 тамшы  калий роданидінің концентрленген ерітіндісін [Co(SCN)4]2- ионына сәйкес күлгін түске  боялғанша қосамыз.

Реакция теңдеуін жазып, комплекс ионының ыдырап, басқа комплекс түзілуінің себебін түсіндіріңдер.

5  тәжірибе. Комплекс қосылыстарының қасиеттері

1. Комплекс түзушінің алмасу реакциясы. Пробиркаға 2 тамшы кобальт (II) хлоридінің ерітіндісі тамызып  5 – 10 тамшы  концентрленген HCl көк-күлгін түсті  [CoCl4]2- ионы түзілгенше тамызамыз. Содан соң, 2 тамшы  цинк сульфатының концентрленген ерітіндісін күлгін түске боялғанша құямыз. Бұл реакцияның нәтижесінде комплекс түзуші Со2+ ионы  Zn2+  ионына алмасады. Күлгін түс Со2+ ионының бөлінуін дәлеледейді.

Реакция теңдеулерін жазып, алынған комплекстерді атаңдар. Неліктен комплекс түзушінің алмасатынын  түсіндіріңдер.

Басқа пробиркаға 2 тамшы цинк сульфатының концентрленген ерітіндісін және бірнеше (3 – 7) тамшы аммиак концентрленген ерітіндісін   комплексті [Zn(NH3)4]2+ ионы түзілгенше қосамыз. Бұл комплекстің ерітіндісі түссіз. Сосын бұл пробиркаға 2 – 3 тамшы 1 н. мыс (II) сульфатының ерітіндісін көк түсті жаңа [Cu(NH3)4]2+ комплекс катионы пайда болғанша құямыз.

Жүретін реакция теңдеулерін жазыңдар, барлық комплекстерді атаңдар. Комплекс түзушінің ауысуының себебін түсіндіріңдер. Комплекстің тұрақсыздық константасының  мәнін жазыңдар және олардың кестедегі мәнін келтіріңдер.

2. Комплексті қосылыстардың тотығу-тотықсыздану реакцияларына қатысуы. Пробиркаға 5 тамшы 0,5 н. калий иодидінің ерітіндісін, 5 тамшы концентрленген HCl және 3 тамшы толуолды құямыз. Пробирканы сілкіп, жоғарғы қабатының (толуол қабатының) түссіз екеніне көз жеткіземіз.  Сосын  пробиркаға 2 – 3 тамшы қаныққан қызыл қанды тұз (калий (III) гексацианоферрат) ерітіндісін қосып, сілкіп араластырамыз да сұйықтың беткі толуол қабатының  түсінің өзгергенін бақылаймыз. Реакция нәтижесінде  иод бос күйіне дейін (бұл жерде иод I2 толуол қабатына ауысып, оны бояйды) тотығады, ал Fe3+комплекс түзуші Fe2+-ке дейін тотықсызданады.

Толуолдың реакцияға қатыспайтынын, ал тұз қышқылының ортаны түзетінін ескеріп, тотығу-тотықсыздану реакциясының теңдеуін жазыңдар.  Барлық комплекстерді атаңдар. Олардың тұрақсыздық константасын  келтіріңдер.

 

3 Бақылау сұрақтары

 

1. «Комплексті қосылыстар» түсінігіне анықтама беріңдер.

2. Комплексті қосылыстар молекулалары қалай құрылған?

3. Комплекс түзуші, лиганда, координациялық сан дегеніміз не?

4. Орталық ион, комплексті қосылыстардың ішкі және сыртқы сфералары дегеніміз не?

5. Комплекс тұздарының диссоциациялану процесі қалай жүреді? Мысал келтіріңдер.

6. Комплекс ионының тұрақсыздық константасына анықтама беріңдер. Мысал келтіріңдер.

7. Zn(OH)2-нің аммиакпен реакция теңдеуін жазыңдар. Координациялық саны 4-ке тең.

8. K2[PtCl4] тұзының иондарға диссоциациялану теңдеуін және [PtCl4]2--ң екіншілік диссоциациясының қосынды теңдеуін жазыңдар.

 

№5 зертханалық жұмыс. Химиялық процестердің энергетикасы

 

Жұмыстың мақсатыхимиялық процестердің бағыты мен жылу эффектісін анықтау.

 

1 Теориялық кіріспе

 

Заттардың арасындағы өзара химиялық әрекеттесулерді жүзеге асыру мүмкіндігі олардың энергетикалық күйі бойынша бағаланады. Заттардың және процестердің энергиясы термодинамиканың бірінші және екінші заңдарының теңдеуінің негізінде есептеледі. Энергияның мөлшерлік шамалары химиялық жүйенің күйі мен процестің типтерінің: изобаралық, изохоралық, изотермиялық және т.б. параметрлеріне тәуелді.

Химиялық термодинамика химиялық процестерді жүзеге асыру мүмкіндігін болжауға, заттардың мөлшерлік реакциялық қабілеттілігін бағалауға, олардың химиялық тартқыштығын есептеуге мүмкіндік береді.

Термодинамиканың негізгі терминдері мен түсініктеріне мыналар жатады:

- жүйеөзара байланыста болатын, қоршаған ортадан нақты немесе жорамал шекарасымен бөлінген заттардың, химиялық және физикалық факторлардың жиынтығы;

- фаза жүйенің басқа бөлігімен бет арқылы шектелген, және одан өту кезінде қасиеті секірмелі түрде ауысатын химиялық және физикалық қасиеті біркелкі жүйенің бір бөлігі;

- жүйенің күйі жүйені толығымен сипаттайтын химиялық және физикалық қасиеттерінің жиынтығы;

- жылу (Q) – энергияны бір денеден екінші денеге тасымалдау тәсілі сияқты, осы жүйенің бөліктерінің ретсіз қозғалыстарының шаралары болып табылады;

- жұмыс (А) – кейбір күштердің әсерінен көп бөлшектен тұратын массалардың ауысуымен байланысты энергияның мөлшерлік шамасы;

- ішкі энергия (U) – жүйенің барлық бөлшектерінің бір-бірімен байланысқандағы потенциалды энергиясы мен олардың кинетикалық энергиясының қосындысы;

- энтальпия (Н) – жылу құрамын анықтайтын жүйенің күй функциясы. Жүйенің энтальпиясы осы жүйенің ішкі энергиясы мен жұмысының қосылуынан болады:

.

Термодинамикада жүйенің классификациясына бірнеше бағыттар бар:

а) фаза саны бойынша:

- бір фазадан тұратын жүйе гомогенді деп аталады;

- әр түрлі фазалардан тұратын жүйе гетерогенді деп аталады;

б) энергияны алмастыру типтері бойынша:

- қоршаған ортамен, жылумен де және заттармен де алмасатын жүйе ашық жүйе деп аталады;

- қоршаған ортамен, жылумен де және заттармен де алмаспайтын жүйе оқшауланған жүйе деп аталады.

Термодинамиканың бірінші заңы энергия мен заттардың сақталу заңының кездейсоқ жағдайы болып табылады және келесі жағдай бойынша құрастырылады: кез келген оқшауланған жүйедегі энергияның артық бөлігі тұрақты болып қалады, ал ашық жүйеде энергияның әр түрлі формасы жүйеден жүйеге тек эквиваленттік мөлшерде айналады. Термодинамиканың бірінші заңы химиялық процестің негізгі жылу сипаттамаларымен арасындағы өзара байланысты реттейді:

, ,

мұнда  және  - сәйкесінше, кез-келген процеске өту кезеңіндегі жүйенің энтальпиясы мен ішкі энергиясының өзгеруі;

 - процестің жылуы (реакцияның);

 және  - сәйкесінше, изохоралық және изобаралық процесі кезінде сыртқы күшке қарсы жұмыс.

Химиялық реакцияға өту кезеңінде изобаралық жағдайға сәйкес энтальпияның өзгеруі () жылу эффектісіне қарама-қарсы шама болып табылады. Заттардың агрегаттық күйі мен процестің жылу эффектісінің (немесе энтальпиясы) көрсеткіштері бар химиялық теңдеу термохимиялық теңдеу деп аталады. Термохимиялық теңдеуде бөлшек коэффициенттерді қолдануға болады.

Термохимиялық есептеулер (яғни жылу эффектілерін анықтау) үшін термодинамиканың бірінші заңының кездейсоқ жағдайлары Гесс заңы болып табылады. Ол келесі жағдай бойынша құрастырылады: кезкелген процестің жылуы жүйенің бастапқы және соңғы күйіне тәуелді болғанымен, оның жүру жолына тәуелді емес. Химияда практикалық мәндер осы заңның нәтижесінде келесі формуламен өрнектеледі:

,

мұнда  және  - сәйкесінше, i және j заттарының стехиометриялық коэффициенттері;

 - заттардың түзілуінің стандартты энтальпиясы.

Термодинамиканың екінші заңы процестің өздігінен жүру мүмкіндігін анықтауға мүмкіндік береді. Оның статистикалық мінездемесі бар, яғни бөлшектердің ең көп санынан құралған жүйелер үшін ғана дұрыс. Бөлшектердің кинетикалық реттелуін және жүйедегі жылудың берілу бағытын сипаттайтын жүйенің күй функциясы энтропия болып табылады: .

Термохимиялық есептеулер үшін термодинамиканың екінші заңының келесі тұжырымы қолданылады: оқшауланған жүйеде энтропияның өсуімен жүретін процестер ғана өздігінен жүреді, яғни .

Химиялық реакцияға өту кезеңінде энтропияның өзгеруін заттар энтропиясының стандартты мәндерін пайдалана отырып, Гесс заңының нәтижелеріне сәйкес есептеуге болады.

Процестің екі қарама-қарсы тенденциясын сипаттайтын энтальпия мен энтропия – реттелуге, біріктіруге талпыныс және ретсіздікке, ажыратуға талпыныс, бөлек-бөлек алғанда химиялық реакцияның өздігінен жүруінің критериі бола алмайды. Изобара-изотермиялық процестер үшін оларды изобара-изотермиялық потенциал деп аталатын немесе Гиббстің бос энергиясына () тең функция біріктіреді:

.

Гиббс энергиясы химиялық реакцияның өздігінен жүру критериі болып қызмет етеді:

- егер , онда белгілі бір жағдайда берілген реакцияның өздігінен жүруі мүмкін;

- егер , онда берілген жағдайда реакцияның жүруі мүмкін емес;

- егер , онда берілген реакция тіпті тепе-теңдік күйде болып табылады, яғни реакциядағы тепе-теңдік  кезеңінде басталады.

 

 

2 Тәжірибелік бөлім

 

1 тәжірибе. Қышқылдың сілтімен бейтараптану реакциясының жылу эффектісін (энтальпиясын) анықтау

Шыны стаканға 25 мл 1 М тұз қышқылының ерітіндісін құйыңыз. Ерітіндіге термометрді салып, ерітіндінің температурасын өлшеңіз (өлшеудің дәлдігі термометрдің шкаласына байланысты). Басқа стаканға 25 мл 1 М сілті ерітіндісін құйыңыз және сонымен қатар оның да температурасын өлшеңіз. Температуралары теңескенде, қышқыл ерітіндісіне абайлап сілті ерітіндісін құйып, бейтараптану реакциясын жүргізіңіз, және қоспаны термометрмен бір қалыпты араластыра отырып, қоспаның температурасының максималды өзгеруін жазып алыңыз.

 

Тәжірибелік нәтижелерді өңдеу

 

1. Бейтараптану реакциясының қысқаша иондық теңдеуін құрастыру және Гесс заңының нәтижесі бойынша осы процесс үшін энтальпияның теориялық мәндерін есептеу.

2. Бейтараптану реакциясынан бөлінген жылудың мөлшерін мына теңдеу бойынша анықтау:

,

мұнда  және  - сәйкесінше, қышқыл мен сілті ерітінділерінің массалары (ерітінділердің тығыздығын 1 г/мл-ге тең деп алыңыз), г;

 - қоспаның температурасының максималды өзгеруі, °С;

 - қоспаның меншікті жылу сыйымдылығы, судың жылу сыйымдылығына тең деп қабылданады, Дж/(г·К).

3. Реакцияның тәжірибелік энтальпиясын (кДж/моль) мына формула бойынша есептеу:

,

мұнда  - бейтараптану реакциясының жүруі кезінде бөлінген жылу мөлшері, Дж;

 - қышқыл ерітіндісінің көлемі, л;

 - ерітіндінің молярлы концентрациясы, моль/л.

4. Тәжірибенің салыстырмалы қателігін анықтау.

 

2 тәжірибе. Суда тұздың еруінің жылу эффектісін анықтау

Стаканға 100 мл дистелденген суды құйыңыз және оның температурасын өлшеңіз. Массасы шамамен 1,5 г өлшенген тұзды алыңыз. Суы бар стаканға өлшенген тұзды салыңыз және ол толық ерігенге дейін термометрмен абайлап араластыра отырып, ерітінді температурасының максималды өзгеруін жазып алыңыз.

 

Тәжірибелік нәтижелерді өңдеу

 

1. Суда тұздың еруінің жылу эффектісін мына теңдеу бойынша есептеу:

,

мұнда  және  - сәйкесінше, су мен тұздың массасы, г;

 - еріту кезінде температураның максималды өзгеруі, °С;

 - судың меншікті жылу сыйымдылығы, Дж/(г·К);

 - тұздың молярлы массасы, г/моль.

2. Суда 25°С-де калий нитратының еру энтальпиясының теориялық мәні  кДж/моль-ге тең екенін ескере отырып, тәжірибенің салыстырмалы қателігін есептеу.

3. Тұзды еріту кезіндегі энтропияның өзгеруін бағалау және сәйкесінше қорытынды жасау.

 

3 Бақылау сұрақтары

 

1. Термодинамикалық жүйе, термодинамикалық параметрлер, термодинамикалық процесс, жүйе күйінің функциясы түсініктеріне анықтама беріңіз.

2. Термодинамиканың бірінші заңын сипаттаңыз, және оның математикалық өрнегін келтіріңіз.

3. Термодинамиканың екінші заңын сипаттаңыз.

4. Қоршаған ортамен жылу алмасу және жұмысты іске асыру процесінде жүйенің ішкі энергиясы қалай өзгереді?

5. Көлем тұрақты болғанда жүргізілген реакцияның жылу эффектісі нені көрсетеді? Қысым тұрақты болғанда ше?

6. Жүйе күйінің қандай жағдайлары стандартты деп аталады?

7. Гесс заңын және оның нәтижелерін сипаттаңыз.

8. «Энтропия» түсінігінің мағынасы қандай? Химиялық және фазалық айналу кезінде оқшауланған жүйедегі энтропия қалай өзгереді?

9. Химиялық процестің бағыты, бір уақытта әсер ететін қандай факторлармен анықталады? Энтальпиялық фактор қандай тенденцияны өрнектейді? Энтропиялық фактор ше?

 

№6 зертханалық жұмыс. Химиялық реакциялардың кинетикасы

 

Жұмыстың мақсаты – химиялық реакцияның жылдамдығына әртүрлі факторлардың (температура және концентрация) әсерін анықтау.

 

1 Теориялық кіріспе

 

Химиялық кинетика – заттардың өзара әрекеттесу процесі және олардың уақыт пен әртүрлі факторларға тәуелділігі мен реакция жылдамдығы туралы ілім. Химиялық термодинамика, реакцияның жылулық эффектісін, химиялық тартқыштығын, берілген реакцияның жүру және тепе-теңдік жағдайын есептеуге мүмкіндік беретіні белгілі.

Химиялық кинетика, реакция жылдамдығын, заттардың әрекеттесу процесінің механизмін, химиялық өзгеру сатыларын болжауға және зертхана мен өнеркәсіп жағдайында химиялық процесті басқаруға мүмкіндік береді. Химиялық кинетиканың негізгі түсінігі – реакция жылдамдығы. Химиялық реакцияның жылдамдығы () – уақыт бірлігінде көлем бірлігіндегі зат мөлшерінің өзгеруін айтамыз. Мысалы:

  реакция үшін

бастапқы заттардың қолдану жылдамдығын (басқаша айтқанда, бастапқы заттар  бойынша  жылдамдығы) былай анықталады.

,      ,

мұндағы  және  - А және В әрекеттесетін заттардың мөлшерінің өзгеруі;

  - реакция жүрген уақыт;

  - реакция өтетін кеңістіктің көлемі.

Кері реакцияның жылдамдығы келесі түрде анықталады:

,      .

Химиялық реакцияның жылдамдығы – әрдайым оң шама және жүйедегі көлемнің зат мөлшеріне қатынасының өзгеретіні () заттардың концентрацияларының өзгеруін ескерсек, онда кинетиканың негізгі теңдеуі төмендегідей болады:

.

Осы теңдеумен табылған реакция жылдамдығы реакцияның орташа жылдамдығы деп аталады, өйткені бұл жерде көп уақыт аралығы алынады.  Ал егер дифференциал концентрациясын уақыт бойынша есептегендегі реакция жылдамдығы, реакцияның шынайы жылдамдығы деп аталады.

.

Алдыңғы теңдеулерден химиялық реакцияның жылдамдығы әрекеттесетін заттардың концентрациясына байланысты екенін көруге болады. Аналитикалық бұл байланыс кинетиканың негізгі заңымен (әрекеттесуші массалар заңы) өрнектеледі:

,

мұнда - химиялық реакция жылдамдығының константасы;

  және  - осы уақыттағы А және В заттарының концентрациясы;

  және  - реакциядағы  А және В заттарының жеке реті.

Заттар бойынша жеке реті әрекеттесу элементарлы актінде осы заттың қанша молекуласы қатысатынын көрсетеді. Реакцияның элементарлы акті  дегеніміз – осы реакцияның өнімі түзілген реакцияның жылдамдығын  көрсететін бір сатысын айтамыз. Есептеу оңай болу үшін, стехиометриялық коэффициентке тең жеке ретті қабылдауға болады.

Реакциядағы барлық заттардың жеке ретінің қосындысы реакцияның жалпы реті деп аталады (n):

.

Реакция жылдамдығының константасы осы температурада тұрақты шама. Оның физикалық мәні, реакциядағы барлық заттардың концентрациясы бірдей болған жағдайдағы реакция жылдамдығын көрсеткендігінде. Жылдамдық константасының мәні әрекеттесетін заттардың табиғатына, температурасына және катализатордың бар болуына байланысты.

Гетерогенді реакцияларда, заттар қандай да бір фазаның бетінің  әрекеттесу ауданы реакция жылдамдығына әсер етеді. Конденсирленген (қатты) фазаның концентрациясы заттардың әрекеттесу заңына келмейтінін ескеру керек. Мысалы, мына реакция үшін

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

заттардың әрекеттесу заңына кинетикалық теңдеуі төмендегідей көрінеді:

.

Реакция жылдамдығы температураға да байланысты. Заттардың әрекеттесу жылдамдығының температураға байланысына дұрыс баға беру  үшін екі түрлі жағдайды қарастыруға болады: Вант-Гофф ережесі мен  Аррениус теңдеуі. 

Вант-Гофф ережесі: реакция температурасын 10 градусқа көтергенде жылдамдық 2-4 есе артады. Математикалық теңдеуі мынадай:

,

мұнда  мен  - Т2 және Т1 температурасындағы жылдамдық;

 - жылдамдықтың температуралық коэффициенті, көптеген реакцияларда 2-ден 4-ке дейінгі мәнді көрсетеді.

Реакцияның кинетикалық параметрлерінің температурамен байланысын дәл есептеу үшін Аррениус теңдеуін қолданады:

,

мұнда  - алғыэкспоненциалды көбейткіш (Аррениустың кинетикалық факторы);

 - реакцияның активтендіру энергиясы;

 - универсалды газ тұрақтысы, Дж/(моль·К);

 - термодинамикалық температура.

Реакцияның активтендіру энергиясы () негізгі мінездемесін және әрекеттесу элементарлы актісіне қатысатын молекуланың энергиясының мөлшерін көрсетеді. Егер әрекеттесетін молекулалардың жинаған энергия қоры  активтендіру энергиясынан аз болса, олар әрекеттесе алмайды.

Кез келген процестің активтендіру энергиясы әрекеттесетін молекулалардың арасындағы химиялық байланысты үзуге немесе түзілуге, процестегі бөлінетін жылуға (сублимация, булану, конденсация және т.б.) және басқа факторларға жұмсалған энергия жиынтығынан құралады.

Активтендіру энергиясы тек әрекеттесетін заттардың табиғаты мен катализатордың қатысуына байланысты.  Егер активтендіру энергиясы аз болса, онда жылдамдық константасы үлкен болады, демек реакция жылдамдығы да үлкен болады. Реакцияның активтендіру энергиясын төмендетіп, ал жылдамдығын арттыратын, бірақ өздері реакцияға қатыспайтын заттарды катализаторлар деп атайды.

Реакцияның активтендіру энергиясын арттырып, ал жылдамдығын төмендететін, бірақ өздері реакцияға қатыспайтын заттарды ингибиторлар деп атайды.

Катализаторларды олардың агрегаттық күйлеріне байланысты  гомогенді және гетерогенді деп екіге бөледі. Егер катализатор әрекеттесетін заттардың фазасындай болса – гомогенді, ал егер әрекеттесетін заттардың фазасындай болмаса гетерогенді болады.

 

2 Тәжірибелік бөлім

 

1 тәжірибе. Әрекеттесетін заттардың концентрациясының реакция жылдамдығына әсері

3 құрғақ микропробирка аламыз. Біріншісіне – 4, екіншісіне – 8, үшіншісіне – 12 тамшы 1 н. натрий тиосульфаты ерітіндісін құямыз. Бірдей көлем алу үшін барлық пробиркаға: біріншісіне – 8, екіншісіне – 4 тамшы  дистилденген су құямыз. Осылай, әр түрлі концентрациядағы натрий тиосульфатының ерітіндісін аламыз. Оларды: с – бірінші пробирка, 2с – екінші пробирка, 3с – үшінші пробирка деп белгілейміз.

Бірінші пробиркаға 1 тамшы 2 н. күкірт қышқылының ерітіндісін  тамызып, ерітіндінің күкірттің бөлінгенінен тұманданғанына дейінгі уақытты есептейміз:

Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + S↓ + SO2 + H2O.

Осы сияқты тәжірибені 2 және 3 пробиркамен де жасаймыз. Тәжірибенің нәтижесін 4 кестеге жазамыз.

 

 4 кесте

Тәжір-ибенің нөмірі

Na2S2Oерітінді-сінің тамшы-сының саны

Н2О тамшы-сының саны

H2SO4 тамшы-сының саны

Ерітін-дінің жалпы көлемі (тамшы-ның саны )

Na2S2O3 салыс-тырмалы концен-трациясы

Реакция-ның  жүрген уақыты

, с

Шартты  реакция жылдам-дығы

-1

1

4

8

1

13

с

2

8

4

1

13

2с

3

12

1

13

3с

 

      Шартты реакция жылдамдығын 3 жағдайға есептеңдер. Реакция жылдамдығының әрекеттесетін заттардың концентрациясына байланысының графигін сызыңдар . Қорытынды жасаңдар.

 

2 тәжірибе. Температураның реакция жылдамдығына әсері

4 микропробиркаға 4 тамшыдан 2 н. Na2S2O3  ерітіндісін және 8 тамшы дистилденген су құямыз. Пробиркаларды штативке бекітеміз.

50 мл стаканның 2/3 көлемін бөлме температурасындағы дистилденген сумен  толтырып, ерітіндісі бар бірінші пробирка мен термометр саламыз. Бірнеше минуттан соң, су температурасы мен пробиркадағы ерітіндінің температурасы теңескен кезде, термометр көрсеткішін жазып аламыз. Пробиркаға бір тамшы 2 н. күкірт қышқылын тамызамыз. Реакцияның басталған уақыты мен ерітіндінің опалесценции пайда болған уақытына дейін жазамыз.

Стаканға натрий тиосульфаты бар екінші пробирканы салып 10°С температураны көтеріп жылытамыз. Сосын бір тамшы 2 н. күкірт қышқылын тамызамыз да, реакция уақытын жазып аламыз.

Дәл осы сияқты үшінші және төртінші пробиркалардағы ерітінділердің әрқайсысын 10°С көтеріп, тәжірибе жасаймыз.

Алынған нәтижені 5 кестеге жазамыз.

 

5 кесте

Тәжіри-бе нөмірі

Температура

, °С

реакция уақыты

, с

Реакцияның салыстырмалы жылдамдығы

, с-1

температураны әр 10°С  көтерген кезде, реакция жылдамдығы қанша есе өзгереді

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

Тәжірибенің нәтижесі бойынша  координатасына сәйкес график жасаңдар. Температураның реакция жылдамдығына байланысын көрсетіп қорытынды жасаңдар.

 

6 кесте

Тәжірибе нөмірі

Температура

1/Т

Реакцияның салыстырмалы жылдамдығы

, с-1 ( 4 кестеге қара)

, °С

, К

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

Тәжірибенің нәтижесі бойынша берілген реакцияның шартты активтендіру энергиясын графикалық әдіспен анықтап, көмекші кестені толтырыңдар (6 кесте). 

Алынған нәтижені қолданып,  байланыс графигін тұрғызыңыз. График түзу сызық болуы керек, егер нүктелер координата алаңында шашырап түссе, олардың орташа санын алу керек.

Реакцияның шартты активтендіру энергиясы  келесі формула бойынша анықталады:

,

мұнда  - универсал газ тұрақтысы;

 - графиктің абсцисса осіне еңкею бұрышының тангенсі;  қатынас арқылы анықталады.

 

3 Бақылау сұрақтары

 

1. Химиялық реакция жылдамдығы дегеніміз не? Ол қандай факторларға байланысты?

2. Орташа және шынайы реакция жылдамдықтарының бір-бірінен айырмашылығы қандай?

3. Массалардың әрекеттесу заңына сәйкес реакция жылдамдығының  мәнін құрастырыңдар:

а) гомогенді жүйеде өтетін 2NO + O2 → 2NO2;

б) гетерогенді жүйеде өтетін FeO(к) + CO(г)Fe(к) + CO2(г).

4. Реакция жылдамдығының константасы дегеніміз не? Оның шамасы қандай факторларға байланысты?

5. Реакция жылдамдығының температуралық коэффициенті активтендіру энергиясының мәніне байланысты ма? Жауаптарыңды түсіндіріңдер.

6. Вант-Гофф ережесін түсіндіріңдер.

7. Активтендіру энергиясы дегеніміз не? Қандай бірлікте өлшенеді?

8. Аррениус теңдеуін жазыңдар. Қандай байланысты көрсетеді?

9. Катализатор неге реакция жылдамдығын арттырады?

 

№7 зертханалық жұмыс. Химиялық тепе-теңдік

 

Жұмыстың мақсатытемпература мен әрекеттесуші заттар концентрациясының өзгеруінің химиялық тепе-теңдікке әсерін зерттеу.

 

1 Теориялық кіріспе

 

Жабық көлемде түзілетін өнімдер мен бастапқы әрекеттесуші заттардың арасындағы реакцияны тура реакция деп, ал түзілген өнімдердің бір-бірімен өзара әрекеттесіп, бастапқы әрекеттесуші компоненттердің түзілу реакциясын кері реакция деп атайды.

,

мұнда  және  - бастапқы заттар;

 және  - реакция өнімдері;

, , ,  - стехиометриялық коэффициенттер;

 - тура реакцияны білдіреді;

 - кері реакцияны білдіреді.

Химиялық реакцияның жағдайына байланысты белгілі уақыттан кейін тура реакцияның жылдамдығы (уақыт бірлігінде түзілген реакция өнімдерінің молекулалар саны) азаяды, ал кері реакцияның жылдамдығы (түзілген реакция өнімдерінің уақыт бірлігінде бастапқы әрекеттесуші заттарды түзе әрекеттескен молекулалар саны) көбейеді.

Реакциялардың жылдамдықтары теңескеннен кейін, реакцияның сұлбасында көрсетілгендей, химиялық тепе-теңдік орнайды. Химиялық жүйені құраушы заттардың молекулалар саны тұрақты сыртқы жағдайда өзгеріссіз болады. Бір мезгілде, екі бағытта да жүретін реакцияларды қайтымды реакциялар деп атайды.

Химиялық термодинамика тепе-теңдіктегі қоспадағы реагенттердің концентрацияларын болжауға, реакция өнімдерінің максималды шығымын, сонымен қатар әрекеттесуші заттардың өнімдерге айналу дәрежесін есептеуге мүмкіндік береді.

Реакцияға қатысатын заттардың тепе-теңдік концентрацияларының (немесе парциалды қысымдарының) арасындағы байланысы 1867 жылы Гульдберг және Вааге ашқан әрекеттесуші массалар заңымен өрнектеледі.  болғанда жоғарыда келтірілген реакция үшін

,

мұнда  -  тепе-теңдік константасы.

Егер  болса, реакция өнімдер түзілетін бағытқа ығысады. Егер  болса, заттардың мөлшері эквивалентті. Егер  болса, реакция бастапқы заттар түзілетін жаққа қарай ығысады. Тепе-теңдік константасының сандық мәні теңдеудегі әрекеттесуші заттар қандай шамада берілгеніне байланысты. Бұл концентрация, парциалды қысым, компоненттердің активтілігі және т.б болуы мүмкін.

Реакцияның тепе-теңдік константасы Гиббс энергиясының стандартты өзгерісімен келесі теңдеудегідей байланысады:

,

мұнда  - тұрақты  температурадағы реакцияның Гиббс энергиясы, кДж/моль;  

R - универсалды газ тұрақтысы;

Т - термодинамикалық температура, К;

Кт - тұрақты Т температурадағы тепе-теңдік константасының мәні.

Тепе-теңдіктің бір күйінен екіншісіне ауысуын химииялық тепе-теңдіктің ығысуы деп аталады. Жалпы жағдайда тепе-теңдік бағытының ығысуы Ле Шателье Браун қағидасымен анықталады: егер тепе-теңдікте тұрған жүйеге сырттан әсер етілсе, онда тепе-теңдік сыртқы әсерді төмендететін бағытқа қарай ығысады. Мысалы, жүйенің температурасын арттырса, тепе-теңдік эндотермиялық (жылу сіңіре жүретін) реакция бағытына, ал егер төмендетсе, экзотермиялық (жылу бөле жүретін) реакция бағытына ығысады. Егер реакцияға газдар қатысса, мысалы N2 + 3H2 ↔ 2NH3, онда жалпы қысымды жоғарылату жүйенің тепе-теңдігін аммиак түзілетін тура реакция бағытына ығыстырады, себебі бұл бағытта молекула санының азаюы байқалады (теңдеудің сол жағында 4 моль газ, ал оң жағында 2 моль газ).    

 

2 Тәжірибелік бөлім

 

1 тәжірибе. Заттар концентрациясының өзгеруінің химиялық тепе-теңдіктің ығысуына әсері

          4 пробирка дайындаңыз. Біреуіне 1/3 бөлігі көлемде темір (III) хлоридінің ерітіндісін және сондай көлемде калий роданидінің ерітіндісін құйыңыз. Ерітіндіні араластыру керек. Бастапқы бірыңғай қызғылт түсті темір (III) роданиді ерітіндісін алыңыз. Алынған ерітіндіні теңдей қылып, 4 пробиркаға бөліңіз, біреуін салыстырмалы сынама ретінде алып қалыңыз. Ерітіндіде қайтымды реакция жүреді

FeCl3 + 3KSCN ↔ Fe(SCN)3 + 3KCl.

          Темір (III) роданиді ерітіндінің түсін қызылға өзгертеді, сол түстің қарқындылығының өзгеруіне қарай темір (III) роданидінің концентрациясының өзгеруін, яғни тепе-теңдіктің оңға немесе солға ығысуын бақылауға болады.

          Екінші пробиркаға микроштапельмен FeCl3 түйіршігін, үшіншісіне – KSCN түйіршігін, төртіншісіне – KCl бірнеше түйіршігін салыңыз. Әр жағдайдағы түстің қарқындылығының өзгергенін белгілеп, салыстырмалы сынама пробиркасындағы ерітіндімен салыстырыңыз. 7 кестені толтырыңыз.

 

7 кесте

Пробирка нөмірі

Қосылған заттар

Түстің өзгеру қарқындылығы (әлсіреуі, күшейуі)

Тепе-теңдік  бағытының өзгеруі

1

Салыстырма

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

 

Осы қайтымды процестің тепе-теңдік константасының теңдеуін жазыңыз. Ле Шателье – Браун принципін пайдалана отырып, әрекеттесуші заттар концентрациясының өзгеруінің тепе-теңдіктің ығысуына әсерін түсіндіріңіз.

 

2 тәжірибе. Химиялық тепе-теңдіктің ығысуына температура өзгерісінің ықпалы

Пробирканың жартысына дейін крахмал ерітіндісін құйып, оған 2 тамшы йод ерітіндісін қосыңыз. Көк түске өзгергенін бақылаңыз. Шайқап болғаннан кейін ерітіндінің жартысын басқа пробиркаға құйыңыз. Біреуін қайнауға жеткізбей, жанғыштың жалынында қыздыру керек. Ерітіндінің түсінің өзгеруін бақылаңыз. Осы пробирканы крандағы сумен салқындату керек. Қайтадан көк түске өзгергенін байқаңыз.

Йодты крахмалмен әрекеттескенде көк түсті күрделі қосылыс түзіледі (йод-крахмал). Бұл реакция экзотермиялық, оны келесі сұлба түрінде жазуға болады:

Йод + Крахмал ↔ Иод – Крахмал   –.

Ле Шателье – Браун принципін пайдалана отырып, қыздырғандағы және салқындатқандағы түстің өзгеруін және тепе-теңдіктің ығысуын түсіндіріңіз.

 

3 Бақылау сұрақтары

 

1. Қандай реакциялар қайтымды деп аталады?

2. Химиялық тепе-теңдік дегеніміз не?

3. Химиялық тепе-теңдік константасының математикалық өрнегі қандай?

4. Қандай факторлар химиялық тепе-теңдік константасына әсер етеді?

5. Қандай белгілері бойынша реакциялар эндо- және экзотермиялық болып классификацияланады?

6. Химиялық тепе-теңдіктің ығысуы дегеніміз не?

7. Ле Шателье принципін тұжырымда.

8. Келесі гетерогенді жүйедегі тепе-теңдік константасының өрнегін жазыңыз СаО(к) + 3С(к) ↔ СаС2(к) + СО(г).

 

№8 зертханалық жұмыс. Тұздар гидролизі

 

Жұмыстың мақсаты – тұздар гидролизі реакцияларының әртүрлі типтерін, тұздар гидролизіне әсер ететін факторларды зерттеу.

 

1 Теориялық кіріспе

       

Тұздардың көпшілігі суда еріген кезде диссоциацияланудан түзілген иондары судың молекулаларымен әрекеттесуі мүмкін. Нәтижесінде судың диссоциациялануының тепе-теңдігі ығысып, Н+ немесе ОН- ионы байланысқа түседі, содан ерітіндінің рН-ы өзгереді.

Жалпы жағдайда судың және суда еріген тұздардың иондарының алмасу процесін гидролиз деп атайды.

Өте әлсіз қышқыл және өте әлсіз негіз тұздары толық гидролизге ұшырайды және ерітіндіде болуы мүмкін емес. Күшті негіз және күшті қышқыл тұздарында сутек және гидроксил иондарын байланыстыратын иондары болмайды, сондықтан олар гидролизге ұшырамайды.

Егер судың бір ионы әлсіз электролит түзуге қатысса, екіншісі ерітіндіде жинақталып, ортаның рН-ын өзгертеді.

Тұздар гидролизінің бірнеше түрі болады.

1. Күшті негіз және әлсіз қышқылдан түзілген тұздардың гидролизі (мысалы: CH3COONa, K2SO3, Na2CO3, Na2S).

Осы тұздардың гидролизі сутегі ионының әлсіз электролит түзе байланысуы. Мысалы, натрий ацетатының гидролизінің теңдеуі келесідей болады:

CH3COONa + H2O ↔ CH3COOH + NaOH,

CH3COO- + Na+ + H2O ↔ CH3COOH + Na+ + OH-,

                                 CH3COO- + H2O ↔ CH3COOH + OH-             (pH > 7).

Әлсіз көпнегізді қышқылдан түзілген тұздар сатылап гидролизденеді. Гидролиз көп жағдайда бірінші саты бойынша жүреді. Бұл қышқыл тұздардың түзілуіне әкеледі.

Na2S + H2O ↔ NaHS + NaOH,

2Na+ + S2- + H2O ↔ Na+ + HS- + Na+ + OH-,

                                            S2- + H2O ↔ HS- + OH-                         (pH > 7).

Күшті негіз және әлсіз қышқылдан түзілген тұздардың ерітінділері сілтілік ортаны көрсетеді.

2. Әлсіз негіз және күшті қышқылдан түзілген тұздар гидролизі (мысалы: NH4Cl, CuSO4, Zn(NO3)2, AlCl3). Осы тұздардың гидролизі гидроксид-ионымен әлсіз электролит түзе байланысуы. Мысалы, аммоний хлоридінің гидролизін келесі теңдеумен көрсетуге болады:

 NH4Cl + H2O ↔ NH4OH + HCl,

NH + Cl- + H2O ↔ NH4OH + H+ + Cl-,

                                        NH + H2O ↔ NH4OH + H+                     (pH < 7).

Әлсіз көпқышқылды негізден түзілген тұздар сатылап гидролизденеді. Гидролиз көп жағдайда бірінші саты бойынша жүреді. Бұл негіздік тұздардың түзілуіне әкеледі:

Zn(NO3)2 + H2O ↔ Zn(OH)NO3 + HNO3,

Zn2+ + 2NO + H2O ↔ Zn(OH)+ + NO + H+ + NO,

                                       Zn2+ + H2O ↔ Zn(OH)+ + H+                      (pH < 7).

Әлсіз негіз және күшті қышқылдан түзілген тұздар ерітінділері қышқылдық ортаны көрсетеді.

3. Әлсіз негіз және күшті қышқылдан түзілген тұздар гидролизі.

Осы типтегі тұздар аса жақсы гидролизденеді, өйткені иондар судың сутегі ионымен және гидроксид-ионымен біруақытта байланысады. Мысалы аммоний ацетатының гидролизі келесі теңдеуімен өрнектеледі:

CH3COONН4 + H2O ↔ CH3COOH + NН4OH.

Әлсіз көпқышқылды негіз және әлсіз көпнегізді қышқылдан түзілген тұздар қайтымсыз гидролизденеді:

Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑,

сондықтан Al(CO3)3, Cr2S3, Fe2S3 т.б. сияқты тұздардың сулы ерітінділері алынбайды.  

Гидролиз кезінде түзілетін қышқылдың және негіздің диссоциациялану константаларының мәндеріне байланысты мұндай тұздардың ерітінділері  әлсіз негізді немесе әлсіз қышқылды реакциялық ортаны көрсетеді, яғни рН ≈ 7.

4. Күшті негізден және күшті қышқылдан түзілген тұздар (мысалы NaCl, K2SO4, KNO3 және т.б.), гидролизге ұшырамайды, себебі еріген кезде олардың иондары сумен әрекеттеспейді. Сондықтан осы тұздардың ерітінділерінде рН = 7, ортаның реакциясы бейтарап болып қалады.

Гидролиз сандық түрде гидролиздену дәрежесі және гидролиздену константасы арқылы сипатталады. Гидролиздену дәрежесі () – бұл гидролизге ұшыраған молекулалар санының () еріген молекулалардың жалпы санына () қатынасы:

.

Анион бойынша гидролизденетін тұздар (KF, NaClO, Na2SO3, K3PO4, KCN және т.б.) үшін гидролиздену константасының өрнегі келесідей:

.

Катион бойынша гидролизденетін тұздар (NH4Cl, CuSO4, AlCl3 және т.б.) үшін гидролиздену константасының өрнегі осыған ұқсас:

,

Анион және катион бойынша гидролизденетін тұздар (CH3COONH4, NH4F, Fe2S3 және т.б.) үшін:

.

Неғұрлым гидролиздену константасының мәні жоғары болса, соғұрлым тұздар күшті гидролизденеді. Гидролиздену дәрежесі және константасы өзара келесі қатынас бойынша байланысады:

,

мұнда   - тұздар ерітіндісінің концентрациясы, моль/л;

 - судың иондық көбейткіші (25°С температурада );

 - гидролиздену константасы;

,  - әлсіз қышқыл мен әлсіз негіздің диссоциациялану константалары.

Гидролиздену дәрежесі жоғары:

-  жоғары болса, яғни температура да жоғары болса, өйткені  температура өскенде өседі.

- , () төмен болса,  яғни тұз гидролизі кезінде түзілетін қышқыл (негіз) неғұрлым әлсіз болады.

- тұздардың концентрациясы төмен болса, яғни ерітінді өте сұйылтылған болса, жоғары болады (CH3COONH4 типті тұздар үшін гидролиздену дәрежесі сұйылтуға тәуелсіз). 

Сонымен, тұздардың гидролизін арттыру үшін ерітіндіні сұйылту және қыздыру қажет. Массалар әрекеттесу заңына сәйкес ерітіндіге гидролиз өнімдерінің біреуін енгізгенде, тепе-теңдік солға қарай ығысады (тұздың гидролизі төмендейді). Керісінше, егер гидролиз өнімдері шығарылса, онда тепе-теңдік оңға  қарай ығысады (тұздың гидролизі күшейеді).

 

2 Тәжірибелік бөлім

 

1 тәжірибе. Әртүрлі гидролиз түрлерін зерттеу

4 пробиркаға 10 тамшыдан: біріншісіне дистилденген су, екіншісіне натрий карбонаты ерітіндісін, үшіншісіне мырыш хлориді ерітіндісін,  төртіншісіне натрий нитратының ерітіндісін құйыңыз. Әрқайсысына бір тамшыдан лакмус қосыңыз. Тұздардың ерітінділеріндегі және судағы индикатордың түсін салыстырыңыз. Сыналған ерітінділердің қайсысы гидролизге ұшырады? Реакция теңдеулерін жаз. Әр жағдайдағы ортаның реакциясы неге байланыстылығын түсіндіріңіз.

2 тәжірибе. Қышқылдық және орта тұздардың гидролизін салыстыру

Бірінші пробиркаға 3 – 4 тамшы натрий карбонатын, басқасына тура осындай мөлшерде натрий гидрокарбонатының ерітіндісін тамызыңыз. Екі пробиркаға да 1 тамшы фенолфталеин қосыңыз. Ерітіндінің түсіне назар аударыңыз. Натрий гидрокарбонатының түсінің өзгермеуі осы тұздың гидролиз дәрежесінің аздығын көрсетеді. Натрий карбонаты ерітіндісінің  қызғылт түске боялғаны, осы тұздың гидролизі бірінші сатымен жүретінін көрсетеді.

Қышқыл түзе жүретін натрий карбонаты гидролизінің молекулалық және ионды-молекулалық теңдеулерін жазыңыз. Гидролиз нәтижесінде қышқыл тұз түзілу мүмкіндігіне тұжырым жасаңыз.

3 тәжірибе. Әлсіз негіз бен әлсіз қышқылдың тұзын алу және оның  гидролизі

Пробиркаға 5 – 7 тамшы алюминий сульфатының ерітіндісін және осындай мөлшерде натрий карбонатының ерітіндісін құйыңыз. Алюминий гидроксиді тұнбасының пайда болуын және көміртек (IV) оксидінің бөлінуін белгілеңіз. Тәжірибеде өтетін барлық процестердің молекулалық және ионды-молекулалық теңдеулерін жазыңыз.

Алюминий карбонатының тұнбаның құрамында бар-жоғын тексеріңіз. Ол үшін концентрлі тұз қышқылының ерітіндісімен әсер етіңіз. Не байқалады? Қорытынды жасаңыз?

 

4 тәжірибе. Гидролиздену дәрежесінің температураға тәуелділігі

Пробиркаға бір микрошпатель натрий ацетатын, 5 – 7 тамшы дистилденген су және 2 тамшы фенолфталеин енгізіңіз. Пробирканы ерітіндісімен спиртті жанғышта қыздырыңыз. Ерітіндінің түсінің өзгергенін белгілеңіз. Ерітінді суытып, оның  түссізденгенін байқаңыз.

Қызған кездегі натрий ацетатының гидролизінің теңдеуін құрастырыңыз. Гидролиз процесінің қайтымдылығына тұжырым жасаңыз.

5 тәжірибе. Гидролиз  кезіндегі негізгі тұздардың түзілуі

Пробиркаға 5 – 7 тамшы мыс (II) сульфаты ерітіндісін және натрий карбонаты ерітіндісін тамшылатып негізгі мыс (II) тұзының ашық-жасыл тұнбасы түзілгенше қосыңыз. Көміртек (IV) оксидінің түзілгенін белгілеңіз. Тәжірибеде өтетін барлық процестердің молекулалық және ионды-молекулалық теңдеулерін жазыңыз.

 

3 Бақылау сұрақтары

 

1. Қандай реакциялар гидролиз реакциясы деп аталады.

2. Неге барлық тұздар гидролизденбейді?

3. Қандай тұздар гидролизге ұшырайды және неліктен?

4. Тұздардың толық гидролизінің жағдайлары.  Мысал келтір.

5. Гидролизге ұшыраған тұздардың ерітінділері рН-ы қандай мәндерге ие болады?

6. Гидролизге температура және сұйылту қалай әсер етеді?

7. NaCl және K2SO4 типті тұздарында гидролиз неге болмайды?

8. Қандай жағдайда гидролиз кезінде: а) қышқыл тұздар; б) негіз тұздар түзіледі? Әр жағдайға бір мысалдан келтіріп, гидролиз теңдеулерін жазыңыз.

 

№9 зертханалық жұмыс. Гальваникалық элементтер

 

Жұмыстың мақсаты – гальваникалық элементтердің жұмысының физика-химиялық негізін үйрену.

 

1 Теориялық кіріспе

 

Электрохимиялық процестер – электрод – ерітінді (немесе электролит балқымасы) бөлу шекарасында өтетін электр тогының пайда болуымен немесе электр тогының әсерінен жүретін гетерогенді тотығу-тотықсыздану процестері. Электрохимиялық реакциялар электр энергиясының химиялық көздерінде: гальваникалық элементтерде, аккумуляторларда, отындық элементтерде, металдардың және қорытпалардың электрохимиялық коррозиясында, электролиз процестерінде және т.б. орын алады.

Металды өзінің ионы бар электролит ерітіндісіне батырғанда, «металл – ерітінді» бөлу шекарасында жылжымалы тепе-теңдік орнайды:

немесе, иондар гидратациясын ескерсек:

.

          Бұл тепе-теңдікке электродтық потенциал деп аталатын потенциалдың белгілі-бір секірісі сәйкес келеді. Электродтық потенциалды Нерст теңдеуі арқылы есептеуге болады:

,

мұнда   - стандартты электрод потенциалы, В;

 - электродтық реакциядағы электрондар саны;

 -  металл иондарының активті конценртациясы, моль/л.

Ионның активті концентрациясы келесі формуламен есептелінеді

,

мұнда  - электролиттің  молярлы концентрациясы, моль/л;

  - ионның активтілік коэффициенті.

Металдық электродтардың стандартты потенциалдары потенциалы шартты түрде нольге тең деп алынған стандартты сутек электродына қатынаста алынады. Егер иондардың концентрациялары стандарттық жағдайдағыдан өзгеше болса, онда сутектік электролиттің потенциалы Нерст теңдеуімен анықталады. Әлсіз электролит ерітінділері үшін

.

Егер ерітіндінің рН-ы белгілі болса, онда сутектік электродының потенциалын мына формуламен есептеуге болады

.

Потенциалдары әртүрлі кез-келген 2 электродтан гальваникалық тізбек құруға немесе гальваникалық элементті жинауға болады. Гальваникалық элементті электролит ерітінділеріне батырылған екі электродтан тұратын жүйе ретінде қарастыруға болады. Ішкі электр тізбегін байланыстыру үшін, ерітінділерді П – тәрізді электрлі түтікшемен жалғайды. Сыртқы тізбек металдық өткізгішпен тұйықталады. Өлшеуіш приборлар сыртқы тізбекке қосылады.

Сыртқы тізбектегі ток күші нольге жуық болған кездегі катод пен анод потенциалдарының айырымы элементтің электр қозғаушы күшін (ЭҚК) құрайды

.

          Катод және анод потенциалдарын Нерст теңдеуі арқылы есептеп, элементтің ЭҚК-н теориялық мәнін есептеуге болады. Гальваникалық  элементтің жұмысы кезінде анодта тотығу реакциясы, ал катодта тотықсыздану реакциясы жүреді.    

 

2 Тәжірибелік бөлім

 

1 тәжірибе. Мырыш-мыс гальваникалық элементінің ЭҚК анықтау

0,05 М ZnSO4 ерітіндісін сұйылту жолымен 0,005 М  ZnSO4 ерітіндісін  және, сәйкесінше 0,5 М CuSO4 ерітіндісін сұйылтып 0,1 М CuSO4 ерітіндісін дайындаңыз. Ерітінділерді дайындау тәртібі. Тамызғышпен немесе өлшеуіш цилиндрмен өлшенген мырыш сульфаты ерітіндісінің мөлшерін 50 мл өлшеуіш колбаға ауыстырып, белгіге дейін дистилденген су құйып, шайқаңыз. Тура осылай мыс сульфатының ерітіндісін дайындаңыз. Мырыш және мыс тұздарының ерітінділерін бөлек 50 мл стакандарға құйыңыз.

          Гальваникалық элементті 3 суретте көрсетілгендей етіп жинаңыз. Ол үшін мырыш пластинкасын мырыш сульфатының ерітіндісіне, ал мыс пластинкасын  мыс сульфатының ерітіндісіне батырыңыз. Элементтің ішкі тізбегін тұйықтау үшін калий хлориді тұзы бар П – тәріздес гелді түтікшені тұз ерітінділеріне салыңыз. Электродтарды сымның көмегімен потенциометрдің жоғарыомды кіру тетігіне жалғаңыз. Электродтардың потенциалдарының айырымын есептеңіз, ол элементтің ЭҚК-н практикалық мәніне сәйкес болуы керек.

Элементтің ЭҚК-н теориялық мәнін Нерст теңдеуімен есептеңіз, мырыш ионының 0,005 М мырыш сульфатының ерітіндісіндегі активтілік коэффициенті , ал мыс ионының 0,1 М мыс сульфатының ерітіндісіндегі активтілік коэффициентті . Тәжірибенің салыстырмалы қатесін есептеңіз. Гальваникалық элементтің сұлбасын және электродтық реакциялардың теңдеулерін жазыңыз.

 

 

 

 

2 тәжірибе. Концентрациялық гальваникалық элементтің ЭҚК анықтау

0,05 М мыс (II) сульфаты ерітіндісінен 0,01 М ерітінді дайындаңыз. Ол үшін, өлшенген 0,05 М мыс (II) сульфаты ерітіндісінің мөлшерін тамызғышта немесе өлшеуіш колбада өлшеңіз, оны 50 мл-лік өлшеуіш колбаға ауыстырып, белгісіне дейін дистилденген сумен толтырыңыз. Екінші ерітіндіге алдыңғы тәжірибеде дайындалған 0,1 М мыс (II) сульфаты ерітіндісін алыңыз. Екі ерітіндіні де 50 мл-лік стаканға құйыңыз және гальваникалық элементті жинаңыз, электродтар ретінде екі мыс пластинкасын қолданыңыз. Элементтің ЭҚК-н практикалық мәнін өлшеңіз. Концентрациясы аз ерітіндідегі мыс электродының потенциалын, 0,01М мыс сульфатының ерітіндісіндегі иондарының активтілік коэффициентінің  ескере отырып, есептеңіз. 0,1М мыс сульфаты ерітіндісіндегі мыс электродының потенциалын бірінші тәжірибеден алыңыз. Екі мыс электродтарының мәндерін салыстырыңыз. Анод және катодты анықтаңыз. ЭҚК теориялық мәнін есептеңіз. Тәжірибенің салыстырмалы қателігін есептеңіз. Гальваникалық тізбектің сұлбасын құрастырыңыз. Реакция теңдеуін жазыңыз. Қай уақытқа дейін гальваникалық элементтің жұмыс істейтіндігі жөнінде қорытынды жасаңыз.

 

3 Бақылау сұрақтары

 

1. Гальваникалық элемент дегеніміз не?

2. Металлдың және бейметалдың электродтық потенциалы дегеніміз не?

3. Сутегі электродының сұлбасын сызыңыз. Ол қандай мақсатта қолданылады?

4. Стандартты электродтық потенциал дегеніміз не?

5. Элементтің ЭҚК дегеніміз не?

6. Электродты потенциал қалай есептелінеді?

7. Al / Al3+ және Cu / Cu2+ стандартты электродтарының потенциалдарын стандартты сутектік электродпен жұптасқанда анықтауға болатын гальваникалық элементтің сұлбасын құрастырыңыз. Сыртқы тізбек бойынша электрондар қозғалысының бағытын көрсетіңіз.

8. Химиялық таза мырыш тұз қышқылымен әрекеттеспейді. Қышқылға қорғасын (II) нитратын қосса, сутектің көптеп бөліне бастағанын байқауға болады. Осы құбылысты түсіндіріңіз.

 

№10 зертханалық жұмыс. Электролиз

 

Жұмыстың мақсаты – электролиттердің сулы ерітінділерінің электролизінің химиялық процестерін зерттеу.

 

1 Теориялық кіріспе

 

Электролиттің ерітіндісі немесе балқымасы арқылы тұрақты ток өткен кезде электродтарда жүретін тотығу-тотықсыздану реакцияларын электролиз деп атайды.

Электролиз тұрақты ток көзінің көмегімен электролизер деп аталатын арнайы қондырғыда жүргізіледі. Ток көзінің теріс полюсіне жалғанған электрод катод деп, ал оң полюсіне жалғанғаны анод деп аталады. Анодта тотығу реакциясы, катодта тотықсыздану реакциясы жүреді.

Электролиз құбылыстары еритін немесе ерімейтін анодта өтеді. Тотығу реакциясында анодты металдың өзі қатысады, яғни электрондарын беріп, ион түрінде ерітіндіге немесе балқымаға өтеді.   Мысалы, никельді анодтағы NiCl2 ерітіндісінің электролизі:

NiCl2 = Ni2+ + 2Cl-,

катодтағы реакция:  Ni2+ +2ē = Ni,

                                    анодтағы реакция:    Ni   –2ē = Ni2+.

Ерімейтін анодтар тотығу процестеріне өздері қатыспайды, олар тек қана электрон өткізуші болып табылады. Ерімейтін анод ретінде графит, платина, иридий және т.б. тәрізді инертті металдар қолданылуы мүмкін. Ерімейтін анодтарда ерітіндідегі белгілі бір тотықсыздандырғыштың тотығу реакциясы жүреді.

Теріс иондар анодта белгілі бір ретпен тотығады. Тотығуға активтілігі бойынша аниондарды келесі қатар бойынша орналастыруға болады: S, I, Br, Cl, OH, (H2O), SO, NO, SO, NO.

Катодтық реакцияларға сипаттама берген кезде, металдар иондарының тотықсыздану реті олардың кернеу қатарындағы орны мен ерітіндідегі концентрациясына байланысты екенін ескеру қажет. Егер ерітіндіде екі немесе бірнеше металдар иондары бір мезгілде табылса, онда бірінші болып потенциалы оң мәнді және жоғары металл тотықсызданады. Егер екі металдың потенциалы шамалас болса, онда екі металдың қатар бөлінуін бақылауға болады, яғни құйма түзіледі. Сулы ерітіндіде катодта мырыш, хром, марганец және т.б. сияқты металдармен бірге сутегі де тотықсыздануы мүмкін. Ерітіндіде сілтілік және сілтілік-жер металдарының (стандарттық потенциалдарының мәндері  –1,5 В -тан терістеу) иондары болса, онда катодта электролиз кезінде тек сутегі бөлінеді.

Ерімейтін анодпен электролиз мысалдары.

1. Калий хлориді ерітіндісінің электролизі

KCl = K+ + Cl-.

            катодта: 2Н2О +2ē = Н2 + 2ОН-,

анодта:   2Cl-   –2ē = Cl2.

2. Күкірт қышқылы ерітіндісінің электролизі

H2SO4 = 2H+ + SO.

Ерітіндіде оң иондар ретінде тек сутегі иондары бар. Олар катодта тотықсызданады. Ал SO иондары анодта тотыға алмайды, себебі күкірт қышқылдық қалдықта ең жоғары тотығу дәрежесін көрсетеді. Сулы ерітіндіде бұл жағдайда анодта судың тотығуы жүреді:

 катодта: 4Н+   +4ē = 2Н2,

 анодта:  2Н2О –4ē = О2 + 4Н+.

Электролиздің қосынды реакциясы: 2Н2О = 2Н2 + О2.

Сонымен, күкірт қышқылы ерітіндісінің электролизі кезінде электродтарда судың ыдырауы жүреді.

Электродтарда тотыққан немесе тотықсызданған заттың мөлшерін Фарадей заңы бойынша есептеуге болады:

мұнда  - заттың массы, г;

  - эквиваленттік масса, г/моль;

  - ток күші, А;

  - уақыт, с;

  - Фарадей саны,  Кл/моль.

Егер электролиз кезінде электродтарда газды заттар бөлінсе, онда олардың көлемін мына формуламен есептеуге болады

,

мұнда  - газ көлемі, л;  - газдың эквивалентті көлемі, л/моль.

 

2 Тәжірибелік бөлім

 

1 тәжірибе. Натрий хлориді ерітіндісінің электролизі

U-тәрізді шыны түтікше электролизерді штативке бекітіңіз. Оған 2/3 көлеміне дейін натрий хлориді ерітіндісін құйыңыз. Түтікшенің екі қуысына электродтарды салып және кернеулігі 4 – 6 В тұрақты токты қосыңыз. Электролизді 3 – 5 мин жүргізу керек.

Осыдан кейін катодтық ерітіндіге фенолфталейн ерітіндісінің бірнеше тамшысын, ал анодтық ерітіндіге калий иодидінің бірнеше тамшысын қосыңыз. Анодтағы және катодтағы ерітінділердің боялуын бақылыңыз. Катодта және анодта кандай құбылыстар өтеді? Катодтағы және анодтағы реакция теңдеулерін жазыңыз. Катодтағы ерітіндінің ортасы қалай өзгерді?

2 тәжірибе. Натрий сульфаты ерітіндісінің электролизі

Электролизерге натрий сульфатын құйыңыз. Ерітіндіге катодқа және анодқа бірнеше тамшы лакмус ерітіндісін тамызыңыз. Токты қосып, 3 – 5 мин кейін электролит ерітіндісінің катодтық және анодтық кеңістіктегі түсінің өзгерісін бақылаңыз. Катодта және анодта болған реакция теңдеулерін жазыңыз. Катодтық пен анодтық кеңістіктегі ерітіндінің ортасы қалай өзгереді?

3 тәжірибе. Мыс (II) сульфаты ерітіндісінің электролизі

Мыс (II) сульфаты ерітіндісін электролизерге құйыңыз. Токты 5 – 10 мин катодта қызғылт түсті мыс байқалғанша өткізіңіз. Электродтық реакция теңдеулерін құрастырыңыз.

4 тәжірибе. Мыс (II) сульфаты ерітіндісінің электролизін еритін анод қолдану арқылы жүргізу

Үшінші тәжірибедегі электролизерді ерітіндісімен және электродтарымен қолданыңыз. Ток көзінің электрод жалғанған полюстерін ауыстырыңыз. Осыдан соң катод болған электрод – анод, ал анод болған электрод катод болады. Алдыңғы тәжірибеде мыспен қапталған электрод осы тәжірибеде еритін анод ролін атқарады. Электролизді мыс толық ерігенше жүргізіңіз.

Катодта не байқалды? Реакция теңдеулерін жазыңыз.

 

3 Бақылау сұрақтары

 

1. Электролиз дегеніміз не?

2. Зертханалық электролизердің сұлбасын сызыңыз.

3. Катод және анод дегеніміз не?

4. Катод пен анодта қандай құбылыстар жүреді?

5. Мыс, мырыш, никель, кобальт металдарының қайсысын гальваникалық элементте анодтық  материал ретінде қолдануға болады?

6. Никель (II) хлориді, кальций нитраты, натрий гидроксиді, темір (II) сульфаты, күкірт қышқылы, күміс нитраты ерітінділерінің графит электродындағы катодтық және анодтық процестерінің реакция теңдеулерін жазыңыз.

7. Егер электролизерде келесі тұздардың қоспалары: CuSO4 және KCl; NiSO4 және NaCl; FeCl3 және Na2SO4; SnCl2 және KI болса, көмір электродтарында сулы ерітіндідегі электролиздің бірінші сатысында катодта және анодта қандай өнімдер бөлінеді?

8. Никель электродтарымен никель сульфатының; күміс электродтарымен күміс нитратының; мыс электродтарымен мыс хлоридінің ерітінділерінің электролизі кезіндегі электродтарда өтетін реакция теңдеулерін жазыңыз.

 

Әдебиеттер тізімі 

1.  Коровин Н.В., Масленникова Г.Н., Мингулина Э.И., Филиппов Э.Л. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2005.

2. Харин А.Н., Катаева Н.А., Харина Л.Г. Курс химии. – М.: Высшая школа, 1983.

3. Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1999.

4. Гольбрайх З.Е., Маслов Е.И. Сборник задач и упражнений по химии. – М.: АСТ-Астрель, 2004.

5. Богатиков А.Н., Красицкий В.А., Лапко К.Н. Сборник задач, вопросов и упражнений по общей и неорганической химии. – Минск: Электронная книга БГУ, 2002.

6. Задачи и упражнения по общей химии. Под. ред. Коровина Н.В. – М.: Высшая школа, 2004.

7. Ольшевский М.В., Гурылёв В.В., Диденко С.В. и др. Лабораторный практикум по химии. – Владимир: Владим. ГУ, 2004.

8. Колотова Г.К., Полякова С.Н., Димиденок Ж.А. Лабораторный практикум по общей и неорганической химии. – Благовещенск: Изд-во ДальГАУ, 2005. – 191с.

9. Коровин Н.В., Мингулина Э.И., Рыжова Н.Г. Лабораторные работы по химии. – М.: Высшая школа, 2007. – 256 с.

10. Ахметов Н.С., Азизова М.К., Бадыгина Л.И. Лабораторные и семинарские занятия по общей и неорганической химии. – М.: Высшая школа, 2003. – 367 с. 

 

Мазмұны 

1   Кіріспе                                                                                                                   3

2   №1 зертханалық жұмыс. Бейорганикалық қосылыстардың негізгі

 кластары                                                                                                                4

3   №2 зертханалық  жұмыс.  Жай  және  күрделі  заттардың  эквиваленттік

 массасын анықтау                                                                                              12

4   №3 зертханалық жұмыс. Тотығу-тотықсыздану реакциялары                      17

5   №4 зертханалық жұмыс. Кешенді қосылыстар                                               22

6   №5 зертханалық жұмыс. Химиялық процестердің энергетикасы                 26

7   №6 зертханалық жұмыс. Химиялық реакциялардың кинетикасы                30

8   №7 зертханалық жұмыс. Химиялық тепе-теңдік                                            35

9   №8 зертханалық жұмыс. Тұздар гидролизі                                                     38

10 №9 зертханалық жұмыс. Гальваникалық элементтер                                    42

11 №10 зертханалық жұмыс. Электролиз                                                             45

12 Әдебиеттер тізімі                                                                                                49

   

2011 ж. негізгі жоспары, реті   12