Тема: ПОРЯДОК  РОБОТИ І ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ В ХІМІЧНІЙ ЛАБОРАТОРІЇ. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ЗАКОНИ ХІМІЇ

 

І. ПРАВИЛА РОБОТИ В ЛАБОРАТОРІЇ

 

При роботі в хімічній лабораторії необхідно дотримуватись наступних правил:

1. Працювати старанно і уважно, дотримуватись тиші.

2. На робочому місці не повинно бути нічого зайвого. Портфелі, головні убори тощо повинні знаходитись в спеціально відведеному в лабораторії місці.

3. При виконанні експериментів дотримуватись порядку і послідовності операцій, вказаних в методичних рекомендаціях.

4. Уважно спостерігати за ходом досліду і відмічати кожну його особливість і зміни (випадання або розчинення осаду, зміну забарвлення, температури, виділення газу тощо).

5. Оформлення лабораторної роботи необхідно проводити відразу після закінчення досліду в лабораторному зошиті за наступною схемою:

1. Дата, номер і тема лабораторної роботи.

2. Номер і назва досліду.

3. Короткий зміст або умови проведення досліду.

4. Схема або малюнок приладу.

5. Спостереження і результати.

6. Рівняння реакцій.

7. Розрахунки.

8. Висновки.

6. Без дозволу викладача забороняється проводити експерименти, не вказані в інструкції.

7. Зберігати своє робоче місце чистим. Пролиту воду чи реактив витерти, дотримуючись обережності. Розбите скло, шматки паперу, залишки твердих речовин, металів, тощо викидати в урну чи в спеціальну посудину, але не у зливну раковину.

8. Після закінчення роботи привести до порядку своє робоче місце і здати його черговому, який виключає світло, газ, воду.

 

ІІ. ПРАВИЛА РОБОТИ З РЕАКТИВАМИ

 

1. На кожній склянці з реактивом повинна бути етикетка з назвою і концентрацією реактиву (для розчинів).

2. Реактиви слід витрачати економно. Сухі реактиви з баночок брати чистим шпателем чи спеціальною ложечкою. Наливаючи рідкі реактиви, склянку слід тримати етикеткою до себе.

3. Реактиви загального користування, що знаходяться на спеціальних поличках або у витяжних шафах, забороняється заносити на свої робочі місця.

4. Після використання реактиву склянку слід відразу ж щільно закрити тим самим корком і поставити на місце. Не можна тримати реактиви відкритими і, закриваючи, плутати корки.

5. Не зсипати і не зливати реактиви, що були взяті в надлишку, назад в склянку: це може зіпсувати весь реактив в склянці.

6. Якщо реактив відбирають піпеткою, то не можна тією ж піпеткою, не вимивши її, брати інший реактив.

7. Не виливати в раковини невикористані концентровані кислоти і луги, а також реактиви, що містять сполуки срібла, ртуті: їх треба зливати в спеціальні склянки.

 

ІІІ. ПРАВИЛА ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ

 

1. Всі досліди, при яких виділяються отруйні гази і пара, а також досліди з концентрованими кислотами проводити у витяжній шафі при включеній вентиляції.

2. Концентровані кислоти і луги наливати в пробірки обережно, слідкуючи за тим, щоб реактиви не попадали на руки і одяг.

3. При розбавленні концентрованих кислот, особливо сірчаної, вливати невеликими порціями кислоту в воду, а не навпаки.

4. Не нюхати гази, що виділяються, близько нахиляючись до посуду. При визначенні запаху газу чи рідини обережно вдихати повітря, злегка направляючи струмінь його від посуду до себе помахом руки.

5. Не працювати з легкозаймистими  речовинами поблизу запаленого пальника.

6. При наливанні реактивів не нахилятись над посудом з рідиною, щоб уникнути попадання реактиву на обличчя чи одяг.

7. Не нахилятися над посудом з рідиною, що нагрівається, тому що вона може вибризнути.

8. При нагріванні рідини в пробірці її треба тримати так, щоб отвір пробірки був направлений в бік від себе і від товаришів, що знаходяться поруч.

9. Не залишати шматків металічного натрію на повітрі, не викидати їх в раковину чи в урну з сміттям.

10. При загорянні горючих рідин негайно погасити вогонь, накинувши протипожежну ковдру або засипати полум’я піском.

11. Гарячі предмети брати тільки спеціальними щипцями.

12. Якщо  під час роботи пролито кислоту чи луг у великій кількості, негайно повідомити лаборанта чи викладача.

13. Після роботи в лабораторії треба старанно вимити руки.

 

IV. НАДАННЯ ПЕРШОЇ ДОПОМОГИ

 

1. При попаданні кислоти на руки або обличчя їх треба негайно витерти сухою ватою, старанно змити уражене місце сильним струменем води, а потім 5% розчином натрій гідрокарбонату (питної соди).

2. При попаданні лугу на руки або обличчя їх потрібно спочатку витерти ватою, змити водою, а потім – 2% розчином оцтової кислоти.

3. При попаданні лугу або  кислоти в очі треба добре помити очі великою кількістю води, а потім 3% розчином натрій гідрокарбонату, якщо в очі попала кислота, або 2% розчином борної кислоти, якщо в очі попав луг, і негайно звернутись до лікаря.

4. При опіках гарячими предметами треба прикласти на обпечене місце вату, змочену етиловим спиртом або 3-5% розчином калій перманганату і перев’язати бинтом. При серйозних опіках необхідно відразу звернутись до лікаря.

5. У випадку порізів рук слід насамперед видавити з рани осколки скла, потім змити кров 2% розчином калій перманганату, змастити рану 3% спиртовим розчином йоду, а тоді забинтувати.

6. При отруєнні необхідно відразу звернутись до лікаря.

 

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

Основні поняття хімії

Хімічний елемент – це певний вид атомів з однаковим позитивним зарядом ядра.

Атом – найменша частинка хімічного елемента, що зберігає його типові властивості.

Молекуланайменша частинка речовини, що зберігає її хімічні властивості і здатна до самостійного існування.

Прості речовини утворені з атомів одного елемента (Н2, N2, сірка, мідь, алмаз, графіт).

Складні речовини утворені з атомів різних елементів (Н2О, NaOH H3PO4, NaHCO3, K2Cr2O7, CuOHCl).

 

 

Кількість атомів елементів у молекулі позначаються нижнім правим цифровим індексом, наприклад: молекула K2Cr2O7 складається із 2 атомів Калію (K), 2 атомів Хрому (Cr), 7 атомів оксигену (O). Якщо в склад молекули входить лише один атом елемента, то правий нижній цифровий індекс не ставиться, наприклад: H2SO4дана молекула містить лише один атом сульфуру (S).

 

Групи атомів, що повторюються у складі молекул декілька разів, беруться у круглі дужки. Кількість таких груп вказується нижнім цифровим індексом після дужок. Наприклад: молекула Cr2(SO4)3 складається із трьох груп атомів SO4, кожна з яких складається із одного атома сульфуру та чотирьох атомів оксисену. В цілому, молекула Cr2(SO4)3, складатиметься з двох атомів Хрому (Cr), трьох атомів Сульфуру (S) та дванадцяти атомів Оксигену (O).

 

Кількість молекул у рівнянні реакції позначається стехіометричним коефіцієнтом – великою цифрою перед формулою речовини, наприклад у реакції:

2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 5Na2SO4+3H2O

взаємодіє дві молекули KMnO4, п’ять молекул Na2SO3 та три молекули H2SO4, в результаті проходження реакції утворюється дві молекули MnSO4, одна молекула K2SO4 (одиниця не пишеться), п’ять молекул Na2SO4 та три молекули H2O.

Вихідні речовини – речовини, які взаємодіють між собою, їх записують у лівій частині рівняння реакції.

Продукти реакції – речовини, що утворились внаслідок проходження хімічної реакції, їх записують у правій частині рівняння реакції.

Згідно закону збереження маси, кількість атомів кожного елемента до реакції дорівнює кількості атомів кожного елемента після реакції. Для вирівнювання цих кількостей користуються стехіометричними коефіцієнтами.

 

Відносна атомна маса хімічного елемента  – це маса атома, виражена в атомних одиницях маси. Вона показує, у скільки разів маса даного елемента більша за 1/12 маси атома Карбону :

.

Атомна одиниця маси [1 а.о.м.] складає 1/12 маси атома Карбону  та рівна 1,667×10-24 г.

Відносна молекулярна маса  – це відносна маса молекули, що виражена в атомних одиницях маси

Відносна молекулярна маса  чисельно рівна сумі відносних атомних мас всіх атомів, що входять до складу молекули речовини.

.

Моль – це кількість, що містить 6,02×1023 штук структурних одиниць.

Моль молекул речовини – це кількість речовини, що містить 6,02×1023 штук молекул даної речовини.

Моль атомів речовини – це кількість речовини, що містить 6,02×1023 штук атомів даної речовини.

Моль електронів – це кількість, що містить 6,02×1023 штук електронів.

Моль піску - це кількість, що містить 6,02×1023 штук часточок піску (піщинок).

Величина 6,02×1023 носить назву числа Авогадро NA, така кількість атомів міститься в 12  г ізотопу Карбону  ,

Стала Авогадро: . Це кількість атомів, молекул чи іонів у одному молі речовини.

Наприклад,

1 моль Карбону містить 6,02·1023    атомів   .

1 моль води містить 6,02·1023  молекул .

 отже:

Моль  це кількість речовини,  що  містить стільки структурних одиниць (молекул, атомів, іонів), скільки атомів міститься в 12  г ізотопу Карбону  .

 

Молярна маса М – маса одного моль (6,02·1023штук) даної речовини в грамах. Молярну масу вимірюють в грамах на моль [г/моль]. Числові значення молярної маси М та відносної молекулярної маси тієї або іншої речовини співпадають, але виражена  в атомних одиницях маси [а.о.м.], а М в грамах на моль [г/моль].

 

Молярна атомна маса MA – це маса одного моль атомів (6,02·1023штук атомів) даної речовини, виражена в грамах, вимірюють в грамах на моль [г/моль].

 

Молярна молекулярна маса M – це маса одного моль молекул (6,02·1023штук молекул) даної речовини, виражена в грамах, вимірюють в грамах на моль [г/моль].

 

Кількість речовини в молях визначається за формулою:

,          ,

де     – кількість речовини, моль;

         – маса речовини, г;

            молярна маса, г/моль;

об’єм газу, л;

        - молярний об’єм газу, л/моль.

 


Молярна маса сполуки AxByCz дорівнює сумі молярних атомних мас елементів, що складають молекулу, помножених на кількість атомів данного елемента, визначається за формулою:

 

M(AxByCz)=x∙MA(A)+y∙MA(B)+z∙MA(C), де

 

x, y, z – кількості атомів відповідних елементів у сполуці;

MA(A) – молярна атомна маса елемента А (г/моль);

MA(B) - молярна атомна маса елемента В (г/моль);

MA(С) - молярна атомна маса елемента С (г/моль).

 Значення молярних атомних мас елементів наведено в Періодичній системі (заокруглюються, крім атомної маси хлору, яка завжди береться 35,5 г/моль).

 

Наприклад: Одна молекула Ca3(PO4)2 складається з 3 атомів Кальцію a), 2  атомів Фосфору (P) та 8 атомів Оксигену (O), тому 1 моль (6,02·1023 штук) молекул Ca3(PO4)2 містить у собі 3 моль атомів Кальцію a), 2 моль атомів Фосфору (P) та 8 моль атомів Оксигену (O).

Знайдемо молярну масу Ca3(PO4)2:

 

M(Ca3(PO4)2) = 3MA(Ca) + 2MA(P) + 2*4MA(O) = 3*40 + 2*31 + 8*16 = 120+62+128 = 310 г/моль.

 

З аналізу знаходження молярної маси Ca3(PO4)2 маємо, що один моль Ca3(PO4)2 має масу 310 грам, з яких три молі атомів Кальцію складають 120 грам, два молі атомів фосфору – 62 грами, вісім моль атомів оксисену – 128 грам.

 

Молярний об'єм – об'єм 1 моля речовини у газоподібному стані,  (л/моль).

За нормальних умов (Р = 760 мм.рт.ст., Т = 273 К) молярний обєм складає 22,4 дм3 (літрів).

 

Еквівалент речовини – це така кількість речовини, яка сполучається з 1 молем атомів Гідрогену, або заміщає таку його кількість в хімічних реакціях.

Молярна маса еквівалента (еквівалентна  маса) – маса одного моля еквівалентів речовини   [г/моль-екв].(формули знаходження молярних мас еквівалента – див.заняття №2).

Еквівалентний об’єм – це об’єм, який займає за нормальних умов 1 моль еквівалентів газоподібної речовини, [л/моль-екв]. (формули знаходження еквівалентного об’єму –  див. заняття №2).

 .

 

Основні закони хімії

Закон збереження маси (Ломоносов 1748р., Лавуазьє 1789р.): маса речовин, що вступають у хімічну реакцію, дорівнює масі речовин, що утворились внаслідок реакцій:

.

(Згідно закону збереження маси, кількість атомів кожного елемента до реакції дорівнює кількості атомів кожного елемента після реакції. Для вирівнювання цих кількостей користуються стехіометричними коефіцієнтами.)

 

Закон еквівалентів (Ріхтер, 1803 р.): хімічні елементи і речовини реагують між собою в еквівалентних кількостях, а маси (об’єми) реагуючих речовин пропорційні їх еквівалентним масам (об’ємам):

де

m1 – маса першої взаємодіючої речовини, [г];

m2 – маса другої взаємодіючої речовини, [г];

– еквівалентна маса першої взаємодіючої речовини [г/моль-екв];

– еквівалентна маса другої взаємодіючої речовини [г/моль-екв];

V1– об’єм першої взаємодіючої речовини, якщо вона знаходиться в агрегатному стані газу, [л];

V2 – об’єм другої взаємодіючої речовини, якщо вона знаходиться в агрегатному стані газу, [л];

– еквівалентний об’єм першої взаємодіючої речовини, якщо вона знаходиться в агрегатному стані газу, [л/моль-екв];

– еквівалентний об’єм другої взаємодіючої речовини, якщо вона знаходиться в агрегатному стані газу, [л/моль-екв].

 

Закон сталості складу (Пруст, 1808р.): всяка речовина має сталий склад незалежно від способу її одержання і місця знаходження в природі.

Закон парціальних тисків (Дальтон): тиск суміші газів, що хімічно не взаємодіють один з одним, дорівнює сумі парціальних тисків газів, що складають суміш (парціальний -  тиск одного газу в складі суміші газів).

Закон Авогадро (1811р.): в однакових об'ємах різних газів за однакових умов (,) міститься однакова кількість молекул.

 

ПРИКЛАДИ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ

 

1. Визначити масу двох моль кальцій нітрату.

Розв’язання.

Обчислюємо молярну масу кальцій нітрату, яка дорівнює сумі атомних мас елементів, що складають молекулу:

Обчислюємо масу двох моль кальцій нітрату:

;

Відповідь: 328  г.

 

2. Відносна густина газу за повітрям 1,52. Визначити молярну масу газу.

Розв’язання.

Із закону Авогадро випливає, що при одному і тому ж тиску і температурі маси (m) рівних об’ємів газів відносяться як  їх молярні маси (М):

,

де – відносна густина першого газу за другим і позначається D.

Отже, за умовою задачі:

.

Середня молярна маса повітря  М2 = 29 г/моль.

Тоді: M1 =  D · M2 = 1,52 · 29 = 44 г/моль,  що  відповідає молярній масі, рівній  44 г/моль.

 

3. Визначити молярну масу газу, якщо при нормальних умовах 0,232 г газу займають об’єм 200 мл.

Розв’язання.

При нормальних умовах (н.у.) 1 моль будь-якого газу займає об’єм 22,4 л. Обчисливши масу 22,4 л. газу, ми визначимо його молярну масу:

 

0,232  г  газу займає об’єм 0,2  л

   x      - - - - - - - - - - -     22,4  л

.

Отже, молярна маса газу 26 г/моль, а його молекулярна маса - 26 а.о.м.

 

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ

 

1.  Із 9,58 г чотиривалентного металу отримали 15,98 г оксиду. Визначте, який це метал?

2.  Визначити масову частку Оксигену в оксидах карбону (ІІ) та (ІV) та воді.

3.  Яка маса кисню, який при температурі 15 оС і тиску 1 атм. займає об’єм 1 л?

4.  Визначити масу 5 моль кристалічної соди .

5.  Визначити масу магнію, що міститься у 100 г магній оксиду.

6.  Густина деякого газу за повітрям становить 2. Визначити густину цього газу за воднем.

7. При  н.у.  250 мл (см3) деякого газу мають масу 0,1898 г. Визначити  молярну масу і абсолютну масу однієї молекули цього газу в  грамах.

8. Скільки молекул міститься в 8,5 г  H2S. В якій кількості СО2 міститься стільки ж молекул?

9. При  н.у. 500 мл деякого газу важать 0,3805, а маса 250 мл кисню при тих же умовах 0,3572 г. Розрахувати молярну масу газу двома методами.

10.             Який об’єм займуть при н.у. 2,69 · 1022  молекул газу? Визначити молярну масу цього газу, знаючи, що шуканий об’єм має масу 1,25 г.