WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ АКАДЕМИЧЕСКОГО БАКАЛАВРИАТА Под редакцией В. А. Попкова, А. В. Бабкова 4-е издание Рекомендовано Учебно-методическим отделом высшего образования в ...»

В. А. Попков, А. В. Бабков, Л. И. Трофимова, С. А. Пузаков

ПРАКТИКУМ

ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ДЛЯ АКАДЕМИЧЕСКОГО БАКАЛАВРИАТА

Под редакцией В. А. Попкова, А. В. Бабкова

4-е издание

Рекомендовано Учебно-методическим отделом

высшего образования в качестве учебного пособия

для студентов высших учебных заведений

Книга доступна в электронной библиотеке biblio-online.ru, а также в мобильном приложении «Юрайт.Библиотека»

Москва Юрайт 2019 УДК 54(075.8) ББК 24.1я73 П57

Авторы:

Попков Владимир Андреевич — доктор педагогических наук, доктор фармацевтических наук, заслуженный деятель науки РФ, заведующий кафедрой общей химии лечебного факультета Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова;

Бабков Александр Васильевич — доктор химических наук, профессор кафедры общей химии лечебного факультета Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова;

Трофимова Людмила Ивановна — старший преподаватель кафедры общей химии лечебного факультета Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова;

Пузаков Сергей Аркадьевич — кандидат фармацевтических наук, профессор, заведующий кафедрой химии медико-профилактического факультета Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова .



Рецензент:

Берлянд А. С. — доктор фармацевтических наук, кандидат химических наук, профессор .

Практикум по общей химии : учеб. пособие для академического бакалавриП57 ата / В. А. Попков, А. В. Бабков, Л. И. Трофимова, С. А. Пузаков ; под ред. В. А. Попкова, А. В. Бабкова. — М. : Издательство Юрайт, 2019. — 242 с. — (Серия : Бакалавр. Академический курс) .

ISBN 978-5-534-09071-0 Данный практикум составляет единый обучающий комплекс с изданиями «Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов» (под редакцией Ю. А. Ершова) и «Сборник задач и упражнений по общей химии» (авторы — С. А. Пузаков, В. А. Попков, А. А. Филиппова) .

В практикуме описаны методики выполнения лабораторных работ, а также физико-химические принципы проведения эксперимента и обработки результатов измерений. Содержание работ отражает методы, используемые в клинических и санитарно-гигиенических исследованиях. В конце книги приведены необходимые справочные материалы .

Соответствует актуальным требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования .

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по медицинским, биологическим, агр

–  –  –

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав .

Правовую поддержку издательства обеспечивает юридическая компания «Дельфи» .

–  –  –

Предисловие

Глава 1. Общие вопросы выполнения лабораторных работ .

..........10

1.1. Правила работы в химической лаборатории

1.2. Лабораторный журнал

1.3. Весы и правила взвешивания

1.4. Ошибки измерений

1.5. Стехиометрические понятия и правила

Глава 2. Элементы количественного анализа



2.1. Медико-биологическое значение химического анализа

2.2. Классификация методов количественного анализа

2.3. Теоретические основы титриметрического анализа

2.4. Оборудование титриметрического анализа

2.5. Приготовление стандартных растворов

2.6. Методика выполнения титриметрического анализа

2.7. Обработка результатов анализа

2.8. Кислотно-основные реакции в титриметрическом анализе.................33 Работа 2.1. Приготовление соляной кислоты заданной концентрации

Работа 2.2 .

Приготовление стандартного раствора тетрабората натрия

Работа 2.3 .

Стандартизация соляной кислоты по раствору тетрабората натрия

Работа 2.4 .

Определение массы гидроксида натрия в растворе (контрольно-аналитическая задача)

Работа 2.5 .

Определение массы гидроксида натрия и карбоната натрия при их совместном присутствии в растворе (контрольноаналитическая задача)

2.9. Реакции окисления-восстановления в титриметрическом анализе.....45 2.9.1. Перманганатометрия

Работа 2.6 .

Определение содержания железа(II) в растворе (контрольно-аналитическая задача)

Работа 2.7 .

Определение содержания пероксида водорода в растворе

Работа 2.8 .

Определение содержания дихромата калия в растворе......50 2.9.2. Иодометрия

Работа 2.9 .

Определение концентрации пероксида водорода в водном растворе

Работа 2.10 .

Определение массовой доли формальдегида в водном растворе

Работа 2.11 .

Определение содержания активного хлора в хлорной (белильной) извести

Глава 3. Элементы химической термодинамики

3.1. Теплоты химических процессов

3.2. Экспериментальное определение теплот химических процессов.........60

3.3. Расчеты теплоты и максимальной работы химических реакций..........61 Работа 3.1. Определение стандартной энтальпии (теплоты) реакции нейтрализации

3.4. Химическое равновесие

Работа 3.2 .

Исследование смещения химического равновесия.............68 Глава 4. Скорость химических реакций

4.1. Химическая кинетика в биологии и медицине

4.2. Определение констант скорости и кинетического порядка реакций...72 Работа 4.1. Определение кинетических характеристик реакции окисления ионов I– пероксидом водорода

Работа 4.2 .

Определение порядка и константы скорости реакции разложения пероксида водорода в присутствии комплексоната железа(III)

Работа 4.3 .

Определение константы скорости и порядка реакции гидролиза сахарозы

Глава 5. Растворы





5.1. Значение растворов

5.2. Коллигативные свойства растворов

Работа 5.1 .

Определение понижения температуры замерзания раствора неизвестного вещества и расчет его молярной массы...........91 Работа 5.2. Наблюдение явлений плазмолиза и гемолиза эритроцитов

Глава 6. Основные типы равновесий и процессов

6.1. Протолитические равновесия и процессы

Работа 6.1 .

Определение pH раствора фотоэлектроколориметрическим методом

Работа 6.2 .

Изучение простых и совмещенных протолитических равновесий

Работа 6.3 .

Свойства буферных растворов

Работа 6.4 .

Буферная емкость растворов

6.2. Гетерогенные равновесия и процессы

Работа 6.5 .

Гетерогенные равновесия в растворах электролитов........113

6.3. Реакции замещения лигандов

Работа 6.6 .

Изучение реакций комплексообразования с неорганическими лигандами

Работа 6.7 .

Простые и совмещенные лигандообменные равновесия

6.4. Окислительно-восстановительные реакции и процессы

Работа 6.8 .

Окислительно-восстановительные свойства веществ .

Определение направления редокс-процессов

Работа 6.9 .

Изучение зависимости редокс-потенциала от соотношения концентраций окисленной и восстановленной форм

Работа 6.10 .

Изучение влияния лигандного окружения на редокспотенциал

Работа 6.11 .

Изучение влияния pH на редокс-потенциал

Работа 6.12 .

Изучение совмещенных равновесий и конкурирующих процессов разного типа

6.5. Совмещенные равновесия и конкурирующие процессы разных типов

Глава 7. Химия биогенных элементов .

Принципы качественного анализа

7.1. Дробный и систематический ход анализа

7.2. Групповые реакции катионов и анионов

Работа 7.1 .

Качественные и групповые реакции ионов

Работа 7.2 .

Анализ неизвестного вещества

Глава 8. Электрохимия

8.1. Кондуктометрия

Работа 8.1 .

Определение степени и константы ионизации слабого электролита

Работа 8.2 .

Кондуктометрическое титрование

8.2. Потенциометрия

Работа 8.3 .

Измерение pH раствора с помощью стеклянного электрода

Работа 8.4 .

Измерение концентрации бромид-ионов в растворе прямым потенциометрическим методом

Работа 8.5 .

Потенциометрическое титрование

Глава 9. Физическая химия поверхностных явлений

Работа 9.1 .

Построение изотермы поверхностного натяжения и изотермы адсорбции на поверхности раздела газ — жидкость........170 Работа 9.2. Измерение адсорбции уксусной кислоты на активированном угле

Работа 9.3 .

Влияние различных факторов на адсорбцию из растворов

Работа 9.4 .

Определение обменной емкости ионитов

Работа 9.5 .

Хроматография

Глава 10. Физическая химия дисперсных систем .

Коллоиднодисперсные системы

10.1. Медико-биологическое значение

10.2. Методы получения и очистки коллоидных растворов

10.3. Свойства коллоидных растворов, структура коллоидных частиц.....184

10.4. Устойчивость коллоидных систем. Коагуляция. Пептизация............186

10.5. Коллоидные поверхностно-активные вещества

Работа 10.1 .

Получение, очистка и свойства коллоидных растворов.... 189 Работа 10.2. Определение знака заряда коллоидных частиц .

Измерение электрокинетического потенциала методом электрофореза

Работа 10.3 .

Коагуляция золей электролитами. Определение порогов коагуляции. Пептизация

Работа 10.4 .

Определение критической концентрации мицеллообразования олеата калия

Глава 11. Физическая химия высокомолекулярных соединений и их растворов

11.1. Медико-биологическое значение

11.2. Набухание ВМС. Коллоидная защита

11.3. Вязкость растворов ВМС

Работа 11.1 .

Набухание ВМС. Определение ИЭТ желатина по набуханию. Коллоидная защита

Работа 11.2 .

Определение молярной массы ВМС вискозиметрическим методом

Приложение

1. Некоторые физические постоянные

2. Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их обозначения

3. Основные единицы международной системы измерений (СИ)............210

4. Коэффициенты Стьюдента t(p, f) при различных значениях заданной вероятности р и числа определений (n)

5. Плотности (, г/см3) и массовые доли (, %) растворов кислот при 20 С

6. Свойства важнейших кислотно-основных индикаторов

7. Термодинамические свойства некоторых веществ, применяемых в медицине

8. Теплоты сгорания (cH0, кДж/моль) некоторых органических веществ

9. Средняя удельная теплота полного окисления основных компонентов пищевых продуктов

10. Теплоты растворения в воде (sH0, кДж/моль) некоторых неорганических веществ, применяемых в медицине

11. Периоды полураспада некоторых радионуклидов, применяемых в медицине

12. Молярная активность некоторых ферментов

13. Константы некоторых жидкостей, применяемых в качестве растворителей

14. Коэффициенты активности f ионов в водных растворах

15. Средние значения водородного показателя (pH) биологических жидкостей

16. Ионное произведение воды Kw при различных температурах............224

17. Силовые показатели и константы ионизации кислот по реакции НВx + Н2О = Вx1 + Н3О+

18. Константы растворимости некоторых малорастворимых солей и гидроксидов (25 °C)

19. Константы нестойкости комплексных ионов в водных растворах (25 °C)

20. Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы (25 °C)

21. Формальные (мид-пойнт) потенциалы биологических окислительно-восстановительных пар (25 °C, pH 7)

22. Потенциалы электродов сравнения

23. Удельная электрическая проводимость водных растворов KCl (, Ом1 см1)

24. Предельная молярная электрическая проводимость ионов (, Ом1 см2 моль1)

25. Поверхностное натяжение жидкостей при 293 К

26. Поверхностное натяжение воды при различных температурах..........233

27. Золотые числа некоторых биосоединений — масса (мг), защищающая 10 мл золя золота с массовой долей 0,0006 % от коагуляции при добавлении 1 мл 10 %-ного раствора NaCl............233

28. Содержание технических элементов в организме человека в расчете на условную массу 70 кг

29. Природные изотопы важнейших биогенных элементов

Литература

Новые издания по дисциплине «Химия»

и смежным дисциплинам

Предисловие Общая химия, изучаемая в медицинских вузах, представляет собой комплексный курс, включающий как традиционные разделы общей химии — строение атома и химическая связь, энергетика и скорость химических реакций, растворы и электролитическая диссоциация, так и элементы аналитической, физической и коллоидной химии. Все эти разделы химической науки необходимы в качестве фундамента для последующего изучения биохимии, физиологии, терапии (включая методы диагностики) и других отраслей медицины .

Полноценное изучение химии — науки, базирующейся как на эксперименте, так и на теоретических представлениях, невозможно без параллельного изучения теории и практического освоения экспериментальных методов. В конечном счете, студент должен овладеть не только знаниями в области химии, но и практическими навыками. Очевидно, что выполнение лабораторных работ является необходимым средством приобретения практических навыков .

Отбор и последовательность лабораторных работ в практикуме соответствует действующей программе курса общей химии для медицинских вузов. Первая глава практикума представляет собой общее введение в химический эксперимент. К материалу этой главы студенту приходится обращаться как при проведении эксперимента, так и при обработке его результатов. Изложение теоретических основ и методик выполнения конкретных лабораторных работ начинается во второй главе, посвященной химическому анализу. Это важнейший прикладной раздел химии. Выполнение соответствующих лабораторных работ способствует выработке разнообразных практических навыков, необходимых и в дальнейших работах. В третьей и четвертой главах приводятся лабораторные работы по химической термодинамике и кинетике. Это важнейшие разделы теории химических процессов, и выполняемые лабораторные работы способствуют их освоению. Пятая глава посвящена свойствам растворов как важнейших систем, имеющих широкое практическое применение. В шестой главе дан цикл лабораторных работ по основным типам процессов и равновесий в растворах .

Относящиеся к этому разделу протолитические процессы, образование и распад комплексных соединений, гетерогенные процессы и перенос электронов имеют важнейшее биохимическое значение. Теоретической основой этих работ является уже изученная термодинамика. Лабораторные работы седьмой главы объединяют знания и навыки в области неорганической химии с аналитической химией на базе качественного анализа .

Восьмая — одиннадцатая главы посвящены лабораторным работам по избранным разделам физической и коллоидной химии. Это электрохимия, физическая химия поверхностных явлений, коллоидные растворы, растворы высокомолекулярных соединений. В лабораторных работах по этим разделам наиболее широко применяется измерительная аппаратура, навыки работы с которой и понимание принципов действия совершенно необходимы будущим врачам .

В четвертое издание практикума внесены некоторые исправления, уточнения и дополнения, которые, как надеются авторы, будут способствовать более успешному выполнению и осмыслению лабораторных работ студентами .

Авторы Глава 1 .

ОБЩИЕ ВОПРОСы ВыПОЛнЕнИя ЛАБОРАТОРныХ РАБОТ

1.1. Правила работы в химической лаборатории В химической лаборатории необходимо соблюдать правила поведения и работы, обеспечивающие безопасность людей. Поэтому на первом же занятии студент должен ознакомиться с правилами безопасной работы и расписаться в специальном журнале .

На время занятия в лаборатории назначается дежурный, который отвечает за соблюдение правил работы и поддержание порядка и чистоты. Все это необходимо не только для безопасности, но и успешного выполнения лабораторной работы. На рабочих столах не должно быть посторонних предметов, сумок, портфелей. Случайно рассыпанные на столе реактивы и разлитые растворы необходимо немедленно удалять. В лаборатории категорически запрещается принимать пищу .

На склянках с реактивами и растворами должны быть отчетливые надписи. Запрещается использовать вещества, находящиеся в склянках без этикеток .

Лабораторную работу можно начинать только после тщательного изучения методики и ознакомления с правилами работы на соответствующих приборах. Работать можно только с исправным оборудованием и приборами .

Неумелое и небрежное обращение с кислотами и щелочами может привести к несчастным случаям: повреждениям глаз, кожи рук и лица, дыхательных путей. Для защиты глаз при работе с концентрированными кислотами и щелочами необходимо надевать защитные очки .

При разбавлении концентрированных кислот необходимо соблюдать порядок смешивания: кислоту постепенно вливают в воду .

Опыты с едкими, ядовитыми или сильно пахнущими веществами разрешается проводить только в вытяжном шкафу .

Особой осторожности требует работа с соединениями мышьяка, ртути и другими ядами. Остатки, содержащие ядовитые вещества, нельзя бросать в раковины или корзины. Их собирают в особые склянки .

После окончания опытов необходимо тщательно вымыть руки .

Со стеклянной посудой и приборами (в том числе термометрами) следует обращаться бережно, не класть на край стола, не задевать локтями. Осколки разбитой посуды немедленно убирать .

По окончании занятия необходимо привести в порядок рабочее место, закрыть все газовые и водопроводные краны, выключить электроприборы .

Дежурный докладывает лаборанту, что в лаборатории все приведено в надлежащий порядок .

1.2. Лабораторный журнал Результаты лабораторного эксперимента оформляют в виде протокола в лабораторном журнале. Для ведения журнала наиболее подходит тетрадь объемом 96 листов, которые следует сразу же пронумеровать. Протокол каждой работы начинают с новой страницы, указывая в первую очередь дату и название работы. Далее протокол оформляют по следующему примерному плану:

• цель работы;

• задание;

• сущность работы и метод ее выполнения;

• предварительные расчеты;

• ход работы;

• обработка результатов;

• выводы .

Первые три пункта оформляют при домашней подготовке к работе, а остальные — на занятии по мере ее выполнения. В протокол могут быть внесены рисунки приборов, таблицы с экспериментальными данными и последующими расчетами, графики полученных зависимостей .

Запись результатов измерений в черновике с последующим переписыванием в протокол совершенно недопустима. Не допускается также записывать результаты измерений карандашом, исправлять и замазывать цифры белилами. Если результаты измерений оказались ошибочны, преподаватель может потребовать повторения всей работы или ее части. При этом все сделанные ранее записи остаются в протоколе .

1.3. Весы и правила взвешивания Взвешивание, т. е. определение массы, является одной из наиболее обычных и необходимых операций в химии. В зависимости от характера выполняемого эксперимента взвешивание производят с различной степенью точности, используя соответствующие весы. В работах по общей химии применяют технохимические весы (рис. 1.1), обеспечивающие точность взвешивания ±0,01 г. Весы состоят из равноплечего коромысла 1, к которому на призмах подвешены чашки 3. В середине коромысла укреплена призма, через которую оно опирается на колонку 4 .

Весы снабжены специальным устройством арретиром 5, позволяющим слегка приподнимать коромысло, разгружая этим опорную призму и предохраняя ее от износа. В нерабочем состоянии, а также при каждом изменении нагрузки весы должны быть арретированы. После помещения образца и разновесок на чашки весы переводят в рабочее положение плавным поворотом рукоятки арретира 5, и наблюдают качание коромысла по показаниям стрелки 6. Весы снабжены также регулировочными винтами 7 для горизонтальной установки по отвесу 8 и для настройки нуля при ненагруженных чашках .

–  –  –

К весам прилагается коробка с пинцетом и разновесами (гирями) следующего достоинства: 100; 50; 20; 10; 5; 2; 2; 1; 0,5; 0,2; 0,2; 0,1;

0,05; 0,02; 0,02; 0,01 г .

Правила взвешивания на технохимических весах. При взвешивании на технохимических весах следует соблюдать следующие правила .

1. Приготовьте лабораторный журнал для записи результатов взвешивания и положите его около весов .

2. Убедитесь, что весы установлены горизонтально и на чашках нет никаких предметов и разновесов .

3. Проверьте нулевую точку весов. Для этого плавно поверните рукоятку арретира и наблюдайте качание коромысла. Если стрелка отклоняется вправо и влево на одинаковое число делений, то нулевая точка весов совпадает с нулем шкалы. Если совпадения нет, то требуется регулировка весов (она производится лаборантом) .

4. На левую чашку весов помещают взвешиваемый предмет, а на правую — разновесы. Нельзя взвешивать загрязненные, мокрые или горячие предметы и насыпать вещества непосредственно на чашку весов. В качестве тары можно использовать бюксы, часовые стекла, химические стаканы. Летучие вещества взвешивают только в закрытой таре .

5. Класть на весы и снимать предметы и разновесы можно только в арретированном положении весов .

6. Разновесы ставят на чашку весов и снимают пинцетом. Каждый раз после установки или замены разновесов рукоятку арретира поворачивают и наблюдают отклонение стрелки. Если стрелка отклоняется вправо, то это значит, что масса разновесов меньше массы взвешиваемого предмета («мало»), если влево, то масса разновесов больше массы предмета («много») .

7. Признаком уравновешенности нагруженных весов являются равные отклонения стрелки весов вправо и влево при свободном качании .

8. Для быстрого уравновешивания подбор разновесов начинают с больших и кончают наименьшими. Например, требуется взвесить предмет массой 33,18 г (заранее это неизвестно). Взвешивание следует начать с разновеса, который несколько превышает массу предмета, например 50 г. Убедившись, что этот разновес велик, его снимают и заменяют следующим в порядке уменьшения массы. Весь процесс взвешивания будет выглядеть так:

Набор раз- 50 20 20 + 20 20 + 10 20 + 20 + 20 + 20 + новесов, г +10 + +10 + +10 + +10 + +5 + 2 +2 + 2 +2 + 1 Общая 50 20 40 30 35 32 34 33 масса, г Показание Много Мало Много Мало Много Мало Много Мало стрелки весов Аналогичным образом подбирают миллиграммовые разновесы до достижения равновесия .

9. Определив набор разновесов, при котором достигается равновесие, подсчитывают их массу и записывают полученное значение в лабораторный журнал. Запись можно проверить, подсчитав массу разновесов по пустым гнездам в коробке .



10. Запрещается использовать разновесы из других наборов и отходить от весов во время взвешивания .

11. Если необходимо приготовить навеску, т. е. порцию вещества заданной массы, то сначала уравновешивают тару. Затем добавляют на чашку весов разновесы, по массе равные навеске. Тару снимают с весов и помещают в нее порцию вещества. Далее ставят тару на весы, проверяют показание стрелки, снова снимают ее и, добавляя или удаляя небольшие порции вещества, доводят весы до состояния равновесия .

12. После окончания взвешивания разновесы убирают в коробку и снимают с чашки взвешиваемый предмет. Проверяют, сохранилось ли состояние равновесия у ненагруженных весов .

В химическом анализе требуется повышенная точность взвешивания — до ±0,0001 г. Она достигается применением аналитических весов. При взвешивании на аналитических весах следует руководствоваться дополнительной инструкцией .

1.4. Ошибки измерений Физическая величина, полученная прямым или косвенным измерением, характеризуется точностью, т. е. числом надежно определенных цифр в ее численном выражении. Например, термометр, погруженный в раствор, показывает 23 °C, это не значит, что в истинном значении температуры не может содержаться еще сколько-то десятых, сотых, тысячных и т. д. долей градуса. Цена деления термометра реальной величины около 1 мм на шкале не позволяет определить температуру точнее, чем 0,2 °C («на глаз»). Если мы, внимательно глядя на термометр, снимем показание 23,4 °C, то первая цифра после запятой не вполне надежна, а последующие цифры с этим термометром определить вообще невозможно. Мы должны записать результат измерения как 23,4 ± 0,2 °C. Слагаемое ± 0,2 °C характеризует точность измерения. Для повышения точности измерения температуры потребовалось бы применить термометр с более растянутой шкалой и меньшей ценой деления. Однако измеренная температура может отличаться от истинной и более, если термометр плохо настроен при изготовлении или испорчен в процессе использования (сдвинулась шкала). Поэтому следует различать понятия точность и правильность измерения .

Правильность измерения — это совпадение измеренного значения физической величины с ее истинным значением в пределах точности измерения .

Чтобы нагляднее представить себе различие между точностью и правильностью результатов измерения, проведем ось, на которой будем откладывать какую-то переменную величину (рис. 1.2, а). Измерение всегда дает не точку, лежащую на этой оси, а некоторый отрезок, соответствующий точности измерения. Длина отрезка, на котором может лежать истинное значение величины (bс или bс, рис. 1.2, а), характеризует точность измерения. Чем меньше этот отрезок, тем выше точность .

В примере с термометром истинная температура может отличаться от измеренной на 0,2 °C в большую или меньшую сторону, а это значит, что мы определяем не точку 23,4 °C, а отрезок 23,2—23,6 °C. Если истинное значение величины (точка А) попадет в найденный при измерении отрезок bс, то результат является правильным. Если истинная величина лежит вне указанного отрезка (точка А), то результат неправильный .

Отклонение результата отдельного измерения от истинного значения величины называется абсолютной ошибкой определения, или просто ошибкой. Отношение абсолютной ошибки к измеряемой величине называется относительной ошибкой .

В зависимости от причин возникновения и числового значения ошибки измерений делят на три вида .

A A c b c b

–  –  –

Рис. 1.2. Точность и правильность измерений (а) и гауссово распределение случайных ошибок (б) Систематические ошибки связаны главным образом с особенностями применяемого метода измерений или с недостатками используемого оборудования. При наличии систематической ошибки результаты измерений отклоняются от истинного значения величины в одну сторону: они оказываются или завышенными, или заниженными. Систематические ошибки могут возникнуть, например, из-за смещения шкалы термометра относительно капилляра с ртутью, несоответствия массы разновески номинальному значению, изменения концентрации раствора при хранении и т. д .

Совершенствование метода измерения, тщательная настройка и калибровка приборов позволяют сводить систематические ошибки к минимуму .

Промахи или грубые ошибки возникают в результате измерений, сильно отличающихся от истинного значения определяемой величины .

Промахи могут возникать из-за неправильного отсчета показания прибора, ошибки при подсчете массы разновесок, поломки прибора и т. д .

Такие результаты нередко обнаруживаются своей неправдоподобностью. Промахи также выявляются при проведении параллельных измерений. Резкое несовпадение одного из результатов с другими, полученными в таких же условиях, означает, что это промах. При обработке результатов измерений промахи исключают из полученной совокупности данных .

Случайные ошибки характеризуются неопределенностью величины и знака. Они сопровождают любое измерение и связаны с теми отклонениями условий наблюдения от стандартных, которые уже не поддаются контролю. Из-за наличия случайных ошибок результаты параллельных измерений не совпадают между собой и образуют совокупность значений, лежащих на некотором отрезке. Случайные ошибки ограничивают точность измерений. Есть способы уменьшения случайных ошибок, но совершенно устранить их невозможно. Вероятность появления случайной ошибки тем больше, чем меньше эта ошибка по абсолютному значению, что выражается законом нормального распределения Гаусса (рис. 1.2, б). По горизонтальной оси откладывают измеряемую величину х, а по вертикальной оси — вероятность Р получения каждого данного значения хi, отличающегося от среднего значения х на х = хi х. График показывает, что чем больше отклонение х, тем меньше вероятность получения соответствующего хi. Отклонения от среднего значения в положительную и отрицательную стороны равновероятны .

Вычисления ошибок эксперимента .

Отклонения результатов измерений от истинных значений соответствующих величин неизбежны. Поэтому составной частью каждой работы должно быть вычисление ошибок. Результат эксперимента, для которого неизвестна величина ошибки, является неполным, и практическое значение его сильно снижено. Для вычисления ошибки необходимо получить не менее 4—5 результатов параллельных измерений. Среднее арифметическое этих измерений является наилучшим приближением к истинному значению х измеряемой величины.

Рекомендуется такая последовательность вычисления ошибок эксперимента:

а) среднее арифметическое

–  –  –

Пример 1.1. При определении молярной массы белка в шести параллельных опытах были получены следующие значения М (кг моль1):

44,7; 44,3; 43,9; 44,5; 43,4; 43,9. Требуется вычислить доверительный интервал для истинного значения молярной массы .

Решение.

Вычисляем среднее по результатам шести имеющихся измерений:

–  –  –

1.5. Стехиометрические понятия и правила Стехиометрией называют раздел химии, задачей которого является установление правил расчета масс, объемов, количества веществ при проведении реакций, приготовлении растворов и смесей, обработке результатов химических анализов .

Структурные единицы вещества — это наименьшие реальные (молекулы, атомы) или условные (формульные единицы) частицы, достаточное число которых образует порцию данного вещества. Элементный состав структурной единицы совпадает с составом вещества в целом. Число структурных единиц вещества X обозначают N(X) .

Молекула является структурной единицей вещества с молекулярной структурой. Для воды это молекула Н2О, газа этана — молекула С2Н6, для кислорода как вещества — молекула О2. Атом является структурной единицей простых веществ с атомной структурой. Структурная единица алмаза — атом С. У сложных веществ с атомными и ионными структурами условная частица — формульная единица. Это набор атомов или ионов, соответствующий составу вещества. У оксида кремния структурная единица SiO2 — атом кремния и два атома кислорода, условно выделенные в кристаллической структуре. На самом деле кремний соединен с четырьмя атомами кислорода, а кислород с двумя атомами кремния, и в структуре нет реальных молекул SiO2 .

Количество вещества п  — это мера числа структурных единиц в любой порции вещества, определяемая тождеством N (X ) n(X ), (1.6) NA где N(X) — число структурных единиц вещества X в реально или мысленно взятой порции вещества; NA = 6,02 1023 — постоянная (число) Авогадро .

За единицу количества вещества принят 1 моль — порция вещества, содержащая 6,02 1023 структурных единиц .

В химии рассматриваются также специальные структурные единицы, упрощающие некоторые расчеты и формулировки .

Эквивалент химический — реальная или условная частица вещества, обменивающая (присоединяющая) один однозарядный ион, или 1/2 двухзарядного иона, или 1/3 трехзарядного иона и т. д., или участвующая в  переносе одного электрона. Эквивалент обозначается формулой 1/zХ, где 1/z  — фактор эквивалентности, а число z равно суммарному заряду ионов одного знака, обмениваемых структурной единицей вещества, или числу электронов, принимаемых или отдаваемых структурной единицей .

В обменной реакции типа

–  –  –

эквивалент фосфорной кислоты совпадает с обычной структурной единицей. Однако фосфорная кислота имеет и другие эквиваленты:

1/2Н3РО4 и 1/3Н3РО4. В реакции окисления-восстановления 2KMnO4 + 10KВr + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5Br2 + 8H2O + 6K2SO4 +2 +7 эквивалент перманганата калия 1 5 KMnO4 (Mn + 5e =), a эквивалент Mn бромида калия совпадает с формульной единицей KВr (Вr е = Вr0) .

Смысл введения понятия эквивалент состоит в том, что, по определению, в реакции участвует равное число эквивалентов кислоты и основания, окислителя и восстановителя и т. д. Так, в последнем примере две структурные единицы KМnО4, составляющие 10 эквивалентов, принимают 10е. Для этого необходимы 10 эквивалентов восстановителя, что мы и видим в уравнении реакции .

Структурная единица реакции — обобщенная структурная единица, включающая все структурные единицы веществ с их стехиометрическими коэффициентами в уравнении реакции .

Оборот реакции («моль реакции») — 6,02 1023 структурных единиц реакции. Иначе можно сказать, что оборот реакции — это превращение, в котором участвует количество вещества, численно равное стехиометрическим коэффициентам .

Число оборотов реакции («количество вещества реакции») численно равно отношению количества любого из  веществ в  уравнении реакции к его стехиометрическому коэффициенту .

Пусть в результате реакции 2Н2 + О2 = 2Н2О образовалось 12,6 моль воды. Тогда = 12,6 : 2 = 6,3, т. е. осуществлено 6,3 оборота реакции .

Молярная масса вещества М (г/моль) — это отношение массы к количеству вещества:

–  –  –

Молярная масса зависит от подразумеваемой структурной единицы .

Поэтому совершенно необходимо каждый раз указывать формулу структурной единицы в скобках. Если мы говорим «молярная масса перманганата калия», то это может быть и M(KМnО4) = 158 г/моль, и M(1/5KМnО4) = 31,6 г/моль, и M(1/3KМnО4) = 52,7 г/моль. Для уточнения характера структурной единицы к соответствующему термину рекомендуется добавлять определение «эквивалента». Например, M(1/zХ) — молярная масса эквивалента, n(1/zХ) — количество вещества эквивалента, 1 моль 1/zX — один моль эквивалента. Использованием определения «эквивалента» полная однозначность данной величины не достигается, так как у веществ бывают переменные факторы эквивалентности. Поэтому записью формулы в скобках пренебрегать нельзя .

Закон эквивалентов — в  химической реакции участвует равное количество вещества эквивалента веществ:

–  –  –

где v — стехиометрический коэффициент при формуле вещества, а индексами 1, 2, 3 и т. д. обозначены вещества в уравнении реакции .

Концентрация — относительное содержание данного вещества в растворе или смеси. Для различных целей удобно использовать определенные способы выражения концентрации .

Массовая доля — отношение массы данного вещества к  общей массе раствора:

–  –  –

Масса раствора mi складывается из массы растворителя и масс всех растворенных веществ. Растворитель также может представлять собой смесь веществ. Если раствор состоит только из растворенного вещества 1 и растворителя 2, то формула принимает вид

–  –  –

Следует учитывать, что 1 + 2 = 1; 1 + 2 = 100 %. Кроме того, при массе раствора 100 г массы вещества численно равны массовым долям, выраженным в процентах. Массовая доля (%) широко применяется во всевозможных рецептурах .

Молярная доля х — это отношение количества вещества данного вещества к суммарному количеству вещества всех веществ в растворе:

–  –  –

Пример 1.2 .

Рассчитайте молярные доли веществ в 40 %-ном по массе водном растворе этанола .

Решение. Молярные массы компонентов: M(С2Н5ОН) = 46 г/моль (1), M(Н2О) = 18 г/моль (2).

Найдем молярные доли, взяв для простоты расчета 100 г раствора:

–  –  –

Молярная доля этанола оказалась меньше, чем массовая доля, так как его молекулы тяжелее, чем молекулы воды .

Молярная концентрация с  — отношение количества вещества к объему раствора:

–  –  –

Основной единицей измерения молярной концентрации является моль/л. Для разбавленных растворов применяются дольные единицы — ммоль/л и мкмоль/л. При известном объеме раствора и молярной концентрации количество вещества рассчитывают по формуле

–  –  –

Молярную концентрацию широко применяют в химическом эксперименте, аналитической химии, научной литературе по химии, биологии и медицине .

В гл. 2 и 5 встретятся и некоторые другие способы выражения концентрации .

Глава 2 .

ЭЛЕМЕнТы КОЛИчЕСТВЕннОГО АнАЛИзА

2.1. Медико-биологическое значение химического анализа Среди химических наук особое место занимает аналитическая химия, проникающая во все области человеческой деятельности. Задачей аналитической химии является разработка методов определения состава всевозможных объектов, встречающихся в природе или изготовленных искусственным путем. Методы химического анализа применяются в геологии (состав минералов и горных пород), в контроле за состоянием окружающей среды (количество кислорода и примесей в воздухе, качество воды, состав поверхностных загрязнений), в сельском хозяйстве, во всех отраслях промышленного производства, в криминологии, археологии и т. д. С особенно большим комплексом как относительно простых, так и чрезвычайно сложных веществ имеет дело биохимия, а также все другие биологические и медицинские науки, прямо или косвенно связанные с биохимией. Соответственно здесь возрастает и значение химического анализа. Диагностика множества заболеваний основана на сравнении результатов анализа крови, мочи, желудочного сока, спинномозговой жидкости и др., взятых у конкретного больного, с нормальным содержанием определенных компонентов в различных жидкостях и тканях организма. Поэтому в образовании врача необходимо ознакомление с основными принципами и методами аналитической химии. Рассмотрим некоторые разновидности химического анализа .

Качественный и количественный анализ. Под качественным анализом подразумевается определение или доказательство присутствия в изучаемом объекте отдельных химических элементов или химических соединений. Количественным анализом определяют количественный состав изучаемого объекта, т. е. доли или концентрации интересующих химических элементов и соединений .

Качественный анализ в принципе предшествует количественному, так как для выполнения количественного анализа требуется знать качественный состав. Однако непосредственно проводить качественный анализ приходится относительно редко, так как вещества, имеющиеся в изучаемом объекте, могут быть известны заранее. Например, в крови содержится гемоглобин. При анализе крови требуется определять количественное содержание гемоглобина. Результат такого анализа может выявить наличие патологии. То же самое относится и к содержанию в организме человека многих химических элементов — железа, цинка, меди, кобальта и др .

Один из важнейших методов анализа — спектральный анализ  — позволяет одновременно определять качественный и количественный состав. По характерным линиям в спектре поглощения или излучения анализируемой пробы устанавливают наличие определенных элементов, а по интенсивности этих линий — их количественное содержание .

Анализ индивидуальных веществ и смесей (растворов). Путем анализа индивидуального вещества определяют количественное содержание отдельных химических элементов и устанавливают его формулу .

Если формула вещества известна, то по результатам анализа судят о его чистоте. Отклонение данных анализа от теоретического состава бывает обусловлено наличием примесей в образце вещества, случайными и систематическими ошибками метода .

Анализом смесей устанавливают количественное содержание в них индивидуальных веществ. Например, в молоке определяют содержание белка, жира, сахара, витаминов. Большое практическое значение имеет анализ растворов, целью которого является определение концентрации растворенных веществ. Анализ растворов настолько удобен в экспериментальном отношении, что очень часто изучаемый образец переводят в растворенное состояние и анализируют полученный раствор .

2.2. Классификация методов количественного анализа Химические методы основаны на проведении реакций между изучаемым образцом и специально подобранными и приготовленными реактивами. По количеству затраченных реактивов или по количеству полученных продуктов реакции рассчитывают состав анализируемого образца .

Различают гравиметрический и титриметрический виды анализа .

Гравиметрический анализ основан на полном (количественном) выделении какого-либо компонента из анализируемого образца в виде строго определенного вещества и последующем точном его взвешивании. Этот вид анализа сыграл огромную роль в развитии науки. Он дает точные результаты, но очень трудоемок и длителен и поэтому вытесняется другими методами анализа .

Титриметрический анализ заключается в точном определении объема раствора химического реактива с известной концентрацией, который необходим для полного протекания реакции с данным объемом анализируемого раствора. Титриметрический анализ широко применяют в клинических и санитарно-гигиенических лабораториях для анализа крови, желудочного сока, мочи, пищевых продуктов, питьевых и сточных вод .

Физико-химические методы анализа основаны на количественном изучении зависимости состав  — физические свойства объекта .

При применении физико-химических методов анализа используют сложную и чувствительную аппаратуру. Достоинствами этих методов являются их объективность, возможность автоматизации и быстрота получения результатов, что дает существенное повышение производительности труда и расширяет возможности исследования .

Примером физико-химического метода анализа является потенциометрическое определение pH раствора с помощью измерительных приборов — потенциометров. Этот метод позволяет не только измерять, но и непрерывно следить за изменением pH при протекании в растворах каких-либо процессов .

В количественном анализе используют также различные оптические методы. Измеряют поглощение видимых, ультрафиолетовых, инфракрасных лучей, и по интенсивности поглощения определяют концентрацию соответствующего вещества. Каждый человек непосредственно во время взятия анализа крови может проследить, как аналитик определяет гемоглобин. Пробу крови из пипетки разбавляют жидкостью до получения окраски, совпадающей с эталоном. Объем полученного раствора пропорционален содержанию гемоглобина .

Химические и физико-химические методы анализа классифицируют в зависимости от массы и объема анализируемых проб (табл. 2.1) .

В практикуме работы проводят по полумикрометоду .

Таблица 2.1 Классификация методов анализа по массе и объему анализируемых образцов Метод анализа Масса навески, Объем раствора, г мл Макроанализ (грамм-метод) 1—10 10—100 Полумикроанализ (сантиграмм-метод) 0,05—0,5 1—10 Микроанализ (миллиграмм-метод) 10–3—10–6 10–1—10–4 Ультрамикроанализ (микрограмм- 10–6—10–9 10–4—10–7 метод) Субмикроанализ (нанограмм-метод) 10–9—10–12 10–7—10–10

2.3. Теоретические основы титриметрического анализа Применение закона эквивалентов. В параграфе 1.5 введено понятие химический эквивалент и другие связанные с ним понятия. На их основе сформулирован закон эквивалентов. Он является главной теоретической основой титриметрического (объемного) анализа. Пусть смешивают растворы двух реагирующих веществ X1 и Х2 с молярными концентрациями эквивалента с(1/z1X1) и с(1/z2Х2). Вещества прореагировали полностью






Похожие работы:

«Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена Universit de Genve Международный благотворительный фонд им . Д. С. Лихачева AHO "Поддержка культурного наследия" Федеральное агенство по культуре и кинематографии Комитет по науке и высшей школе Правительства Санкт-Петербург...»

«Г. И. Вергелес РАЗВИТИЕ ОБЩИХ ТВОРЧЕСКИХ СПОСОБНОСТЕЙ КАК ПРОБЛЕМА ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ПСИХОЛОГИИ В статье рассмотрена специфика общих творческих способностей, их отличие от способностей специальных, определена сущность таких общих творческих способностей, как вариативность, гипотетичность, импровизация и пере...»

«СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДЕНО Президент Федерации Протоколом Бюро ФКСР конного спорта Санкт№ _ Петербурга от "_" _2014г. А.А . Воробьев "_"_2014г С.В. Маслов Президент Федерации конного спорта России ПОЛОЖЕНИЕ О СОРЕВНОВАНИЯХ ПО Конкуру МЕЖДУНАРОДНЫЕ ДЕТСКИ Е ЗАОЧНЫЕ СОРЕВНОВАН ИЯ ПО ПРЕОДОЛЕНИЮ ПРЕПЯТСТ ВИЙ FEI ЗОЛОТОЙ И БРОНЗОВЫЙ ТУРЫ РЕ...»

«Учимся рассказывать: развитие связной речи детей дошкольного возраста (консультация для родителей) Разработчик: Масляева А.В., воспитатель МБДОУ – детский сад № 462 Дата проведения: 23.01.2013г. Одна из самых важных задач обучения дошкольников родному языку – развитие связной речи. Каждый ребенок должен уметь содержате...»

«ГЛАВА ПЕТРОПАВЛОВСК-КАМЧАТСКОГО ГОРОДСКОГО ОКРУГА ПОСТАНОВЛЕНИЕ от 19.10.2018 г. № 79 О назначении публичных слушаний по проекту межевания территории части квартала № 8 планировочного подрайона 3.2.1. Жилой райо...»

«К теории факторно делимых групп. I А. А. ФОМИН Московский педагогический государственный университет e-mail: alexander.fomin@mail.ru УДК 512.541 Ключевые слова: факторно делимая абелева группа. Аннотация В статье доказываются некоторые базовые теорем...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого" (ФГБОУ ВПО "ТГПУ им. Л.Н.Толстого")...»

«Отдел образования администрации Калининского района Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования г. Новосибирска "Центр детского творчества "Содружество" Объемная аппликация из бумаги на тему: Жостовский поднос Выполнила: Муратова Анастасия Дмитриевна Руководитель: Деркач Анастасия Сер...»




 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.