МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ З ДИСЦИПЛІНИ « АНАЛІТИЧНА ХІМІЯ» НА ТЕМУ: «ВИЗНАЧЕННЯ % КРИСТАЛІЗАЦІЙНОЇ ВОДИ В КРИСТАЛОГІДРАТІ»

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

З ДИСЦИПЛІНИ « АНАЛІТИЧНА ХІМІЯ»

НА ТЕМУ: «ВИЗНАЧЕННЯ % КРИСТАЛІЗАЦІЙНОЇ ВОДИ В КРИСТАЛОГІДРАТІ»

Анотація

Методичні рекомендації написано для студентів гео–екологічного відділення,спеціальності 5.04010602 «Прикладна екологія», спеціалізації 5.04010602.08 «Екологія геологічного та суміжного середовищ», що вивчають аналітичну хімію. В даній лабораторній роботі метою є вивчення властивостей кристалогідратів та спосіб розрахунку визначення % кристалічної води в кристалогідраті.Студенти повинні вивчити основні властивості кристалогідратів на прикладі  CuSO₄ · 5H₂O. В цій роботі описано досліди, які дозволять набути навичок роботи з хімічними реактивами, а також більш поглиблено засвоїти основні відомості про кристалогідрати. Також студенти мають змогу практично вирішити задачу, зі знаходження кристалічної води.

Лабораторна робота

Тема: Визначення % кристалічної води в кристалогідраті

Мета:Вивчити властивості кристалогідратів та спосіб розрахунку визначення % кристалічної води в кристалогідраті

Обладнання: порцелянова чашка, купрум (ІІ)сульфат, дистильована вода, предметне скло, спиртова горілка.

Завдання

1.Визначити % кристалічної води у кристалогідраті.

Теоретичні дані

Речовини при розчиненні не змінюються, після випарювання розчинів ми можемо отримати розчинену речовину у твердому стані. При розчиненні руйнується кристалічна ґратка розчиненої речовини і її частинки переміщаються в розчині, отже, розчинення — це фізичний процес. Для здійснення такого процесу необхідно витратити енергію.

Але коли молекули розчиненої речовини зв'язуються з молекулами води, то фактично утворюються нові хімічні сполуки. Ці молекулярні асоціати не мають постійного складу. Їхня загальна назва ― гідрати. Процес зв'язування речовин з водою називається гідратацією. При випарюванні розчинів відбувається руйнування гідратів і утворення кристалічної речовини. Однак деякі речовини здатні утворювати стійкі гідрати, які можуть містити воду навіть у кристалічному стані. Такі речовини називаються кристалогідратами. Їх можна виділити з розчину, обережно випарюючи воду. У формулах таких речовин кристалізаційна вода вказується після формули сполуки зі знаком множення. Наприклад: CuSO₄ · 5H₂O  ― мідний купорос, FeSO₄ · 7H₂O ― залізний купорос. Утворення гідратів, тобто нових речовин, свідчить, що розчинення — хімічний процес.

Розібратися в сутності процесу розчинення допомагає вивчення теплових явищ, що відбуваються при цьому. Відомо, що однією з ознак хімічних реакцій є виділення теплоти, а для фізичних явищ необхідно витрачати енергію. Розчинення сірчаної кислоти супроводжується сильним розігрівом розчину. Це результат хімічної взаємодії між молекулами води й розчиненої речовини — гідратація супроводжується виділенням енергії. А розчинення нітрату амонію супроводжується охолодженням розчину. У цьому випадку на фізичний процес руйнування кристалічної ґратки витрачається більше енергії, чим утворюється при одержанні гідратів.

Наведені факти говорять про те, що розчинення варто вважати фізико-хімічним процесом.

Розчинення — це складний фізико-хімічний процес, при якому відбувається взаємодія частинок розчинника та речовини, що розчиняється.

Рис 1.1 Природні кристали гіпсу

 Дослід №1

У маленьку парцелянову чашку помістіть трохи порошку купрум(ІІ) сульфату (сполука білого кольору) і добавте кілька крапель води.

Що спостерігаєте?

Добавляйте до сполуки воду (невеликими порціями) при перемішуванні до її повного розчинення. Поставте порцелянову чашку на кільце лабораторного штатива, запаліть спиртівку та обережно випарюйте з розчину воду до появи дрібних блакитних кристалів. У цьому досліді купрум (ІІ) сульфат перетворюється на нову речовину. Її хімічна формула — CuSO₄ · 5H₂O Тривіальна назва сполуки — мідний купорос, а хімічна — купрум(ІІ) сульфат, пентагідрат. У назвах таких речовин до слова «гідрат» додають префікс, що походить від грецької назви числа: моно  (1), ди (2), три(3), тетра(4), пента (5), гекса (6), гепта (7),окта (8), нона (9), дека (10) і т. д. Крапка в хімічній формулі означає, що мідний купорос — це сполука купрум (ІІ) сульфату і води, а не суміш цих речовин чи водний розчин купрум(ІІ) сульфату. У сполуці на кожну пару йонів — Cu2+ і SO4 ^2– — припадає 5 молекул води.

 Рис 1.2 Деякі кристалогідрати і безводні солі

Рівняння реакції утворення мідного купоросу:

CuSO₄ + 5H₂O = CuSO₄ · 5H₂O.

купрум(ІІ) сульфат, сульфат пентагідрат (безводна сіль)

Дослід№2

При нагріванні кристалогідрати розкладаються із виділенням води:

                        t                                       

CuSO₄ · 5H₂O = CuSO₄ + 5H₂O↑.

Випарювання можна здійснити на предметному склі. Необхідно

нанести на нього 2—3 краплі розчину і тримати скло над полум’ям

Розрахунки:

Знайти масову частку води в мідному купоросі.

Дано:

CuSO₄ · 5H₂О

w(Н₂О) — ?

Розв’язання

(1- й спосіб)

1. Обчислюємо молярну масу мідного купоросу:

М(CuSO₄ · 5H₂O) = М(CuSO₄) + 5М(H₂O) ;

М(CuSO₄ · 5H₂O) = 160 + 5 · 18 = 160 + 90 = 250 (г/моль).

2. Знаходимо масову частку води в кристалогідраті

за відповідною формулою:

                          5М(H₂O)                90

w(Н₂О) = —————————=———=0,36, або 36 %.

                 М(CuSO₄ · 5H₂O)           250

Відповідь: w(Н₂О) = 0,36, або 36 %.

ВИСНОВОК:

Контрольні питання:

1. Що таке кристалогідрат? Наведіть приклади таких сполук.

2. Запишіть формулу кристалогідрату, формульна одиниця якого скла-

дається з одного йона Be²⁺, двох йонів Cl^– і чотирьох молекул води.

Назвіть цей кристалогідрат.

3. Виконайте обчислення для кристалогідрату CuCl₂ · 2H₂O і заповніть

таблицю:

4. Яка маса барій гідроксиду міститься в його кристалогідраті массою 6,3г? Візьміть до уваги, що у складі формульної одиниці кристало_

гідрату — вісім молекул води.

5. Обчисліть приблизне співвідношення мас води і безводної сполуки

в кристалогідраті Al(NO₃)₃ · 9H₂O.

Література

1.Д.Д. Луцевич,А.С. Мороз, О.В. Рибальська «Аналітична хімія», - Київ.; “Медицина” 2009, с.265.

2. Я.Л. Гольдфарб, Ю.В. Ходаков, Збірник задач і вправ по хімії для  середніх шкіл.

3. М.М. Петров, Ю.Н. Кукушкін «Неорганічна хімія» Л, 1987р.