Химические основы производства

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2432 

Кафедра общей и неорганической химии

О.А. Брагазина 
Л.М. Авдонина 
В.Г. Лобанова 

Химические основы
производства 

 

Лабораторный практикум 

Под редакцией профессора В.И. Деляна 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 

Москва  2015 

УДК 66:62.0022 
 
Б87 

Р е ц е н з е н т  
доц. Ф.Т. Хайруллина 

Брагазина О.А. 
Б87  
Химические основы производства : лаб. практикум / О.А. Брагазина, Л.М. Авдонина, В.Г. Лобанова; под ред. В.И. Деляна. – 
М. : Изд. Дом МИСиС, 2015. – 54 с. 
ISBN 978-5-87623-870-2 

Практикум включает описание лабораторных работ по курсу химии, целью которых является определение основных характеристик и констант неорганических веществ и реакций (энтальпия реакции, скорость реакции, степень и константа диссоциации), а также изучение свойства главных переходных металлов. Для выполнения работ предусмотрено использование химического оборудования и современных методов обработки результатов. 
Выполнение предложенных лабораторных работ наряду с контрольными 
мероприятиями поможет получить базовые знания по химии, лежащие в основе химических и металлургических процессов. 
Практикум составлен в соответствии с программой дисциплины «Химические основы производства». 
Предназначен для студентов института ЭУПП, обучающихся по направлениям «Экономика», «Менеджмент», «Бизнес-информатика». 

УДК 66:62.0022 

 
ISBN 978-5-87623-870-2 
© О.А. Брагазина, 
Л.М. Авдонина, 
В.Г. Лобанова, 2015 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие .........................................................................................4 
Общие правила работы в лаборатории...............................................5 
Техника безопасности и меры предосторожности ............................5 
Общие требования к оформлению лабораторного журнала.............6 
Графическая обработка результатов эксперимента ..........................7 
ОБЩАЯ ХИМИЯ....................................................................................9 
Лабораторная работа 1. Определение энтальпии реакции 
нейтрализации.......................................................................................9 
Лабораторная работа 2. Скорость химической реакции 
и равновесие........................................................................................14 
Лабораторная работа 3. Определение концентрации раствора 
аскорбиновой кислоты методом титрования. Определение 
степени и константы диссоциации электролита..............................20 
Лабораторная работа 4. Изучение окислительновосстановительных реакций..............................................................28 
ХИМИЯ МЕТАЛЛОВ..........................................................................33 
Лабораторная работа 5. Свойства переходных металлов ...............33 
Лабораторная работа 6. Свойства железа и его соединений ..........39 
Лабораторная работа 7. Свойства соединений марганца................44 
Лабораторная работа 8. Свойства соединений хрома.....................48 
Приложения ........................................................................................52 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

При изучении химии большое значение имеет лабораторный 
практикум. Правильно поставленный эксперимент позволяет проследить закономерности химических процессов, исследовать влияние 
различных факторов на то или иное явление, запомнить свойства веществ, а также способствует выработке методологии химического 
мышления. В процессе лабораторных занятий по химии складываются навыки проведения химического эксперимента, организации рабочего места, сборки несложных приборов, соблюдения правил техники безопасности. 
Предлагаемый практикум составлен в соответствии с программой 
дисциплины «Химические основы производства» для подготовки бакалавров экономических специальностей НИТУ «МИСиС». В практикуме 
в доступной форме рассмотрены важнейшие теоретические разделы 
общей химии и химии металлов, а также дано описание выполняемых 
опытов по разделам, включенным в программу, и рекомендации к их 
оформлению. В конце каждой работы приводятся требования к отчету и 
контрольные вопросы для закрепления материала. 
Практикум предполагает предварительную самостоятельную работу студента по подготовке к выполнению лабораторных работ: 
обязательное изучение теоретического материала по теме лабораторной работы, ознакомление с порядком проведения эксперимента, 
оформление лабораторного журнала, выполнение домашнего задания 
по соответствующей теме. 
Приведены основные правила работы и техники безопасности в 
химической лаборатории, указания по ведению лабораторного журнала, оформлению опытов и результатов экспериментов. 
В приложениях приведены Периодическая система элементов и 
таблица растворимости веществ – необходимый справочный материал при изучении химии. 

Общие правила работы в лаборатории 

1. Работа в лаборатории проводится согласно требованиям техники безопасности. Студентов инструктируют по технике безопасности 
на вводном занятии. 
2. В лаборатории запрещается находиться в верхней одежде, принимать пищу. 
3. Приступать к выполнению работы следует только после разрешения преподавателя или лаборанта. В лаборатории запрещается 
проводить работы, не связанные с выполнением заданий, указанных 
преподавателем. 
4. На рабочем месте должно находиться только то, что необходимо для выполнения данной работы. 
5. Реактивы, предназначенные для общего пользования и содержащиеся в вытяжном шкафу, нельзя переносить на свое рабочее место. 
6. Твердые реактивы отбирают шпателем или фарфоровой ложкой. Жидкости отбирают специальными пипетками. 
7. По окончании работы необходимо навести порядок на своем 
рабочем месте. 
8. При возникновении в лаборатории нестандартной ситуации 
следует немедленно сообщить об этом преподавателю или лаборанту 
и покинуть помещение. 

Техника безопасности и меры предосторожности 

1. Следует быть внимательным, аккуратным и осторожным при 
проведении любых экспериментов в химической лаборатории. Необходимо соблюдать порядок, чистоту, тщательно планировать свои 
действия. 
2. К любой работе следует приступать только тогда, когда все ее 
этапы известны и не вызывают сомнений. 
3. Для защиты одежды от действий химических реактивов необходимо работать в халате. 
4. Опыты, связанные с применением или образованием ядовитых 
веществ, проводятся только в вытяжном шкафу. 
5. Реактивы следует брать в количествах, указанных в лабораторном практикуме. Склянки с реактивами следует сразу закрывать 
пробками и ставить на прежнее место. 

6. При нагревании жидкостей в пробирке следует использовать 
держатель. Отверстие пробирки не должно быть направлено в сторону работающих. 
7. Во избежание попадания брызг на лицо или одежду нельзя наклоняться над сосудом с кипящей жидкостью. 
8. Запах реактива определяют, направляя ладонью струю газа от 
горла склянки к себе. 
9. При разбавлении концентрированных растворов кислот и щелочей нужно медленно вливать их небольшими порциями в воду (не 
наоборот!), непрерывно перемешивая. 
10. При попадании на кожу концентрированного раствора кислоты следует промыть место ожога струей холодной воды, после чего обожженное 
место промыть 2…3%-ным раствором соды или вымыть с мылом. 
11. При попадании на кожу концентрированного раствора щелочи 
следует промыть обожженное место до тех пор, пока кожа не перестанет казаться скользкой, после чего промыть 1%-ным раствором 
уксусной или борной кислоты и снова водой. 
12. При термическом ожоге следует охладить пораженное место 
под струей холодной воды, после чего наложить мазь от ожогов. При 
сильных ожогах после оказания первой помощи необходимо обратиться к врачу. 
13. При попадании раствора любого реактива в глаза следует немедленно промыть их большим количеством воды и обратиться к врачу. 
14. При отравлении газообразными веществами (сероводородом, 
хлором, парами брома) следует выйти (вывести пострадавшего) на 
свежий воздух, а затем обратиться к врачу. 

Общие требования к оформлению 
лабораторного журнала 

Отчет о выполнении лабораторной работы записывается в специальной тетради (лабораторном журнале). Запрещается вести записи 
на отдельных листах и в черновых тетрадях. 
На первой странице (титульном листе) необходимо записать: 
Лабораторный журнал 
по дисциплине «Химические основы производства» 
cтудента группы ………………………института ЭУПП 
 ……………………………………………………ФИО 
Преподаватель……………………………………ФИО 
 

Все записи в лабораторном журнале следует вести ручкой. Каждая работа начинается с новой страницы. В лабораторную тетрадь 
записываются следующие данные: 
– название работы; 
– дата ее выполнения; 
– номер опыта и его название; 
– наблюдения в течение опыта; 
– уравнения реакций;  
– расчетные формулы и вычисления. 
Количество опытов определяется преподавателем. 
Результаты опытов записываются в таблицу, оформляются в виде 
графиков или в другой рекомендуемой форме. Уравнения обменных 
реакций записываются в молекулярной и сокращенной ионной форме, а уравнения окислительно-восстановительных реакций сопровождаются электронным балансом или полуреакциями. 
После выполнения и защиты лабораторной работы журнал подписывается преподавателем. 

Графическая обработка результатов 
эксперимента 

Графиками пользуются для наглядного отображения результатов измерения, установления зависимости между двумя величинами. По оси 
абсцисс обычно откладывают независимую (задаваемую) переменную 
(аргумент), по оси ординат – измеряемую величину (функцию).  
Цена деления осей должна соответствовать единицам или значениям, умноженным на 10n (n – целое число), и выбирается с учетом получения наиболее наглядной графической зависимости. При нанесении шкалы на оси координат необязательно начинать отсчет с нулевого значения. Кривая должна занимать все поле чертежа (см. рисунок). 
Так как результаты опыта характеризуются определенной погрешностью, то всегда будет наблюдаться разброс точек. Экспериментальную кривую следует проводить таким образом, чтобы она 
была максимально приближена ко всем нанесенным точкам. Соединение точек прямой линией или плавной кривой показывает, что соотношение между двумя величинами носит не скачкообразный, а пропорциональный характер и описывается уравнением. Графическая обработка экспериментальных данных позволяет определить значение 
измеряемой величины как в интервале измеряемых величин – интерполяция, так и за его пределами – экстраполяция. 

Выбор масштаба осей графика 

 

α, % 

t, °С 
t, °С 

α, % 

Неправильно
Правильно

ОБЩАЯ ХИМИЯ 

Лабораторная работа 1 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНТАЛЬПИИ РЕАКЦИИ 
НЕЙТРАЛИЗАЦИИ 

1.1. Цель работы 

Закрепить знание основных термохимических понятий и законов, 
научиться измерять температуру с повышенной точностью, овладеть 
навыками проведения термохимических расчетов. 

1.2. Теоретическое введение 

Раздел химии, который занимается изучением тепловых эффектов 
химических реакций, называется термохимией. 
Изменение энтальпии системы в результате протекающей в ней 
химической реакции называют энтальпией реакции (тепловым эффектом реакции). Измеряют энтальпию реакции в килоджоулях 
(кДж), относя ее к одному молю продукта или к числу молей всех 
реагентов, указанных в уравнении реакции. 
Химические реакции, сопровождающиеся выделением теплоты 
(∆Н < 0), называются экзотермическими, а идущие с поглощением 
теплоты (∆Н > 0) – эндотермическими.  
Энтальпия прямой реакции равна по величине, но противоположна по знаку энтальпии обратной реакции. 
Основным термохимическим законом является закон Гесса, в соответствии с которым суммарная энтальпия ряда последовательных 
реакций равна суммарной энтальпии любого другого ряда реакций, 
если одинаковы исходные вещества и конечные продукты, а также 
их состояния. Последнее условие связано с зависимостью ∆Н реакции от того, в каком состоянии (например, жидком или газообразном) находятся реагенты. Поэтому в термохимических уравнениях 
реакций (в отличие от обычных) обязательно указывается фазовое 
состояние реагентов: «к» – кристаллическое, «ж» – жидкое, «г» – газообразное, «р» – раствор. Если реагент способен существовать в 
различных кристаллических модификациях (например, углерод – в 

виде графита или алмаза, сера – в виде ромбической, моноклинной 
или пластической модификаций), это также указывается соответствующим индексом. 
Законом Гесса пользуются для вычислений ∆Н реакций, которые не 
могут быть определены опытным путем. При этом с термохимическими уравнениями можно производить любые алгебраические действия: 
суммировать, вычитать, умножать на некоторое число и т.п. 
В термохимических расчетах широко используются величины 
стандартной энтальпии образования веществ 
обр
Н
Δ
(или 
f Н
Δ
). 

Для конкретного химического соединения она равна энтальпии реакции образования одного моля соединения из простых веществ, взятых в наиболее устойчивых состояниях, при стандартных условиях 
(Р = 1,013·105 Па, Т = 298 К). Например, стандартная энтальпия образования паров воды равна энтальпии следующего процесса, осуществленного при стандартных условиях: 

 
H2(г) + ½O2(г) = Н2О(г), 
f Н
Δ
= –242 кДж/моль. 

Стандартная энтальпия образования простого вещества принимается равной нулю, если это вещество находится в наиболее устойчивом агрегатном состоянии. 
Из закона Гесса следует, что энтальпию реакции, протекающей 
при условиях, близких к стандартным, можно вычислить как разность между суммой стандартных энтальпий образования продуктов 
реакции и суммой стандартных энтальпий образования исходных 
веществ (с учетом стехиометрических коэффициентов в уравнении 
реакции). 
Экспериментальное определение энтальпии различных реакций 
проводят с помощью калориметра. О тепловом эффекте судят по изменению температуры (∆Т) содержимого калориметра, а изменение 
энтальпии системы рассчитывают по формуле 

 
cm T
H
n
= −
Δ
Δ
, 
(1.1) 

где с – удельная теплоемкость раствора, кДж/(кг·К); 
m – масса раствора, кг; 
∆Т – изменение температуры, К; 
n – число молей продукта реакции. 

1.3. Приборы и реактивы 

Работу проводят в калориметре, который состоит из внешнего 
стакана, внутреннего реакционного стакана емкостью 150 мл, крышки с отверстием для загрузки веществ и малым отверстием для электронного термометра. Используют также магнитную мешалку, секундомер, мерные цилиндры на 50 мл. 
Реактивы: растворы едкого натра (1 М), соляной кислоты (1 М), 
азотной кислоты (1 М). 

1.4. Порядок выполнения эксперимента. 
Указания по технике безопасности 

При проведении работы необходимо определить значения энтальпии реакций взаимодействия растворов едкого натра с соляной и 
азотной кислотами и сравнить полученные значения с табличным 
значением энтальпии реакции нейтрализации. Выполняя работу, соблюдайте необходимые меры предосторожности, принятые при работе с кислотами и щелочами.  

Опыт 1. Определение энтальпии реакции нейтрализации 
с использованием соляной кислоты 
1. Во внутренний стакан калориметра налейте с помощью мерного 
цилиндра 50 мл раствора соляной кислоты с концентрацией 1 моль/л. 
Опустите в него сердечник магнитной мешалки и включите в розетку 
(220 В) блок питания (при этом на нем должна загореться зеленая 
лампочка). Закройте стакан крышкой и опустите в него термометр. 
2. Включите мешалку. Вращая ручку магнитной мешалки, добейтесь оптимальной скорости вращения ее сердечника (при вращении 
мешалки на поверхности раствора образуется воронка глубиной 
примерно 1…1,5 см). 
3. Пользуясь термометром в течение 3 мин с интервалом в 30 с, 
запишите показания начальной температуры раствора соляной кислоты. 
4. В другой цилиндр налейте 50 мл раствора щелочи (NaOH) с 
концентрацией 1 моль/л. Затем влейте его через отверстие в крышке 
в стакан с кислотой. Тут же приступайте к измерению температуры 
взаимодействующих растворов через каждые 15…20 с. После того 
как быстрый рост температуры прекратится, записывайте ее изменение еще в течение 3…4 мин с интервалом в 30 с. Результаты измерений записывайте в таблицу в следующей форме: