/
Автор: Гурвич Я.А.
Теги: химия нефть нефтяная промышленность техника безопасности методическое пособие
Год: 1964
Текст
Я. А. ГУРВИЧ
ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ
ОБУЧЕНИЕ ЛАБОРАНТОВ
ХИМИЧЕСКОЙ
И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
(МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ МАСТЕРОВ
ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОБУЧЕНИЯ)
ВСЕСОЮЗНОЕ
УЧЕБНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ПРОФТЕХИЗДАТ
Москва 1964
Методическое пособие по производственному обучению лабо-
рантов химической и нефтеперерабатывающей промышленности
освещает вопросы организации производственного обучения лабо-
рантов и взаимосвязь производственного обучения с теоретиче-
ским, вопросы организации работы лаборатории, техники безо-
пасности и противопожарной техники в лаборатории. В пособии
приведены основные сведения по изучению неорганической и ор-
ганической химии, аналитической химии, количественного анализа,
физико-химических методов анализа, технического анализа, а
также контроля производства.
Пособие составлено в соответствии с программой и предназ-
начено для мастеров производственного обучения профессиональ-
но-технических училищ. Кроме того, оно может быть полезно ли-
цам, занимающимся подготовкой рабочих непосредственно на про-
изводстве и преподавателям общеобразовательной школы.
Отзывы и пожелания просим направлять по адресу. Москва,
Ж-88, 1-я ул. Машиностроения, 5, Профтехиздат.
1<с> 5~Ч(о
ВВЕДЕНИЕ
Всемерное развитие химической промышленности, полное ис-
пользование достижений современной химии для нового подъема
народного хозяйства •— одна из важнейших задач советского на-
рода в деле создания материально-технической базы коммунизма.
В решениях XXII съезда КПСС и в решениях пленумов ЦК
КПСС подчеркивается огромное значение химической промыш-
ленности и намечаются конкретные пути ее дальнейшего разви-
тия.
В 1980 г. объем продукции химической промышленности воз-
растет по сравнению с 1960 г. в 17 раз. Во много раз возрастет
объем производства продуктов нефтехимического синтеза.
Выпуск синтетических смол и пластических масс увеличится
в 60 раз, выпуск искусственных и синтетических волокон — в
15 раз, производство минеральных удобрений — в 9—10 раз. Зна-
чительно увеличится производство аммиака, серной и соляной
кислоты, каустической и кальцинированной соды, продуктов тя-
желого органического синтеза, синтетических красителей, ядохи-
микатов и других химических продуктов.
Будет построено большое число новых предприятий и рекон-
струированы многие действующие предприятия.
Выполнение этих задач немыслимо без широкой и планомер-
ной подготовки кадров аппаратчиков и лаборантов. В этой под-
готовке большую роль призваны сыграть профессионально-техни-
ческие училища.
Высокие темпы развития химической и нефтеперерабатываю-
щей промышленности, внедрение новых технологических процес-
сов, в том числе непрерывных процессов, внедрение новых мето-
дов анализа и контроля, в том числе и физико-химических мето-
дов, предъявляют новые, повышенные требования к подготовке
кадров, в частности к подготовке лаборантов.
Подготовка в городских профессионально-технических учили-
щах на базе восьмилетней школы квалифицированных лаборан-
тов для химической и нефтеперерабатывающей промышленности
теперь будет осуществляться за три года.
Больше половины времени по учебному плану отведено на
производственное обучение, котцрое проводится в два этапа.
3
Первый этап проходит в лабораториях училища. Будущие ла-
боранты под руководством мастеров производственного обучения
овладевают практическими приемами работы в лабораториях не-
органической, органической и аналитической химии.
Обучение учащихся, проходящее у лабораторного стола, долж-
но быть производственным. Будущий лаборант должен,
выполняя опыт, приобрести определенные практические навыки:
овладеть новым приемом лабораторной работы, практически по-
знакомиться с новым видом оборудования или посуды и т. д. По-
этому не следует упрощать аппаратурное оформление работы;
нужно применять такие же посуду и оборудование, какие приме-
няют для аналогичных работ в производственных или исследова-
тельских лабораториях.
Второй этап производственного обучения проходит в цеховых,
заводских лабораториях, лабораториях отдела технического кон-
троля или в научно-исследовательских лабораториях. Здесь уча-
щиеся должны овладеть методиками анализов или синтезов, спе-
цифичных для данного предприятия или данной отрасли хими-
ческой промышленности, и к концу последней шестимесячной
практики на рабочем месте овладеть специальностью лаборанта.
Лаборант, окончивший училище, должен уметь вести не только
аналитическую, но и синтетическую работу, владеть всем арсена-
лом методов химического эксперимента.
В соответствии с возросшими требованиями в новой програм-
ме подготовки лаборантов расширен практикум по органическо-
му синтезу и введен практикум по физико-химическим методам
анализа.
Очень важно научить будущих лаборантов приемам безопас-
ной работы в лаборатории. Отдельный курс техники безопасно-
сти и противопожарной техники программой не предусмотрен.
Эти знания и, главное, навыки учащиеся должны приобрести в
процессе производственного обучения.
В процессе производственного обучения выполняется и другая
важная задача — воспитание у учащихся интереса и любви к
своей будущей специальности. Для этого мастер производствен-
ного обучения при выполнении учащимися отдельных лаборатор-
ных работ должен рассказывать им о значении полученных про-
дуктов или освоенных методик, о возможностях применения их
в технике. Современное развитие науки и техники, современные
достижения химии дают для этого богатый материал.
Нужно повседневно напоминать учащимся, что успехи хими-
ческой науки и промышленности достигаются в результате уси-
лий целых коллективов. Лаборант вместе с другими членами кол-
лектива: аппаратчиками, химиками и другими — входит в состав
производственной бригады или лаборатории и своим трудом по-
могает выполнению общего дела — производственного плана или
плана исследовательских работ. Воспитание у будущего лаборан-
4
та навыков работы в коллективе, чувства ответственности за по-
рученную работу, коммунистического отношения к труду и това-
рищам по работе — одна из главных задач производственного
обучения.
Производственное обучение лаборантов ведется по широкой
программе, включающей неорганическую и органическую химию,
качественный и количественньГй анализ, анализ органических сое-
динений, фйзико-химические методы анализа, основы техническо-
го анализа. Практикумов по этим предметам, составленным в
соответствии с программой профессионально-технических учи-
лищ, нет. По многим из этих предметов имеются лабораторные
практикумы, написанные в соответствии с программами средней
школы, техникумов, высших учебных заведений или предназна-
ченные для повышения квалификации специалистов. Списки их
приведены в конце глав.
Глава I
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ В ЛАБОРАТОРИИ
Правильная организация и четкий распорядок работы в учеб-
ной лаборатории призваны не только обеспечить успешное тече-
ние учебного процесса, но и приучить будущих лаборантов к про-
изводственной дисциплине, без строгого соблюдения которой не-
мыслима их дальнейшая работа.
В соответствии с программой и учебным планом учащиеся
проходят практику в лабораториях неорганической, органиче-
ской и аналитической химии.
Многие лабораторные работы, особенно в последних двух ла-
бораториях, длительны по времени, причем перерывы в работе
нежелательны (а в некоторых случаях просто недопустимы). По-
этому нецелесообразно отводить на занятия в лаборатории один
или два часа — учащиеся практически ничего не успеют сде-
лать. При составлении расписания следует предусмотреть лабо-
раторные дни — по шесть часов (кроме, может быть, первых за-
нятий в лаборатории неорганической химии).
За каждым учащимся должно быть закреплено на период
практикума постоянное рабочее место в лаборатории: лаборатор-
ный стол (или часть большого лабораторного стола) с ящиком
и шкафчиком в нижней части для хранения посуды и препара-
тов. Работу, при которой не требуется вытяжной шкаф, учащийся
проводит на своем рабочем столе.
По окончании рабочего дня учащиеся должны убрать свои ра-
бочие места и убедиться в том, что газовые горелки погашены,
тщательно закрыты газовые краны, краны на вакуумной линии,
вентили на водяной линии и выключены электронагревательные
приборы. Свое рабочее место учащийся сдает дежурному по груп-
пе, который затем проверяет и выключает сушильные шкафы,
муфельные печи и другие приборы и оборудование общего поль-
зования. После этого лаборант или мастер производственного
обучения вместе с дежурным обходят все рабочие места и, убе-
дившись в том, что все сделано правильно и в лаборатории не
осталось работающих, выключают моторы (вытяжной и приточ-
ной вентиляции, вакуум-насосов, воздуходувки и др.), закрыва-
6
ют общий кран на вводе газа в лабораторию, общий водяной
вентиль и выключают общий рубильник на щите.
Такой порядок не только повышает ответственность учащихся
за состояние рабочих мест и всей лаборатории в целом, но и
практически знакомит их с правилами внутреннего распорядка,
принятыми во многих производственных и исследовательских ла-
бораториях.
Нужно объяснить учащимся, что поддержание чистоты и по-
рядка на рабочем месте — неотъемлемая часть производственной
работы. Планируя время на выполнение той или иной работы,
нужно учитывать время для уборки.
Следует приучить будущих лаборантов не только тщательно
убирать свое рабочее место по окончании работы, но и поддер-
живать его в чистоте во время работы. Часть работ учащиеся
выполняют на общих участках — в вытяжных шкафах, пользу-
ются общелабораторными сушильными шкафами, муфельными
печами, вакуум-насосами, взвешивают в весовой комнате, моют
посуду у общих раковин и т. д. Нужно обратить внимание уча-
щихся на соблюдение чистоты на этих участках. Целесообразно
на каждое занятие назначать дежурных, отвечающих за эти
участки.
Около каждой раковины должны быть установлены бачки для
мусора. Сюда же следует выбрасывать ненужные осадки с филь-
трами (за исключением токсических и агрессивных веществ). Для
слива отходов токсических веществ, концентрированных кислот,
а также растворов нитритов, сульфидов, сульфитов и других ве-
ществ, которые при разложении могут выделять вредные газы,
следует установить специальные сосуды (лучше керамические).
На таких сосудах должны быть четкие надписи (например, «Для
слива кислот»). Сосуды нужно установить в вытяжном шкафу.
В этом же шкафу можно поместить раковину специально для
мытья посуды, за1'рязненной бензолом, толуолом, нитро- и амино-
соединениями и другими токсическими веществами. Понятно, что
никакой другой работы (синтетической или аналитической) в
этом шкафу не ведут.
Большую часть лабораторных работ учащиеся выполняют ин-
дивидуально. Некоторые работы, требующие более сложного обо-
рудования, например отдельные синтезы в лаборатории органи-
ческой химии, отдельные работы по анализу физико-химически-
ми методами или техническому анализу, могут выполняться
бригадой из двух или даже из трех человек. При комплектовании
таких бригад наиболее целесообразно исходить из принципа
добровольности. Профессор Верховский замечает по этому пово-
ду: «Система, когда звенья составляются преподавателем (на-
пример,- сильные прикрепляются к слабым), дает несравненно
худшие результаты. Работа звеньев в этом случае постоянно тор-
мозится вечно возникающими недоразумениями. Наоборот, даже
7
слабые .звенья, если такие образуются, начинают подтягиваться
за успевающими и иногда проделывают работу не хуже силь-
ных»*.
Бригадная работа ни в коем случае не должна становиться
системой производственного обучения. Ее можно рассматривать
как крайнюю, вынужденную меру, вызванную нехваткой обору-
дования или специализированных рабочих мест (например, вы-
тяжных шкафов). Во всех остальных случаях каждая работа
должна выполняться индивидуально.
Если из-за ограниченного количества какого-либо оборудова-
ния или посуды нельзя одновременно выполнять работу всей
группой, то можно разбить ее на подгруппы, выполняющие ра-
боты в разной последовательности. В частности, в лаборатории
аналитической химии следует чередовать работы таким образом,
чтобы все учащиеся могли пользоваться сушильными шкафами
и муфельными печами. Это же относится и к приборам для фи-
зико-химических методов анализа.
Оборудованию лабораторий посвящены специаль-
ные руководства**. Здесь мы коснемся только некоторых вопро-
сов, непосредственно связанных с организацией лабораторных
работ.
В лаборатории неорганической химии к ра-
бочим столам должны быть подведены газ и вода и установлены
сливные воронки и электрические штепсельные розетки. Большая
часть работ в практикуме по общей и неорганической химии не
требует сложного оборудования и посуды. Многие реакции
проводятся в пробирках, химических стаканах или плоскодон-
ных колбах. Здесь целесообразно, если позволяют условия,
большую часть посуды выдавать учащимся на все время прак-
тикума.
Приблизительный минимум посуды и оборудования:
колба круглодонная емкостью 100 мл . . . . 1 шт
колба коническая „ 250 „ . . . . 1 „
колба „ „ 100 .................1 „
стаканы химические „ 100 ...............2 „
пробирки.....................................10 „
воронка химическая...................... . . 1 „
чашка фарфоровая..................................1 „
палочки стеклянные................................2 „
штатив для пробирок...............................1 „
штатив металлический с набором колец, муфт и
лапок..............................................1 компл.
зажим деревянный для пробирок.....................1 шт.
♦Верховский В. Н. Техника и методика химического эксперимента
в школе. Т. I. М., Учпедгиз, 1959, стр. 44.
** Виноградов А. В. Организация заводских лабораторий в хими-
ческой промышленности. М.—Л., Госхимиздат, 1947. Верховский В. Н. Тех-
ника и методика химического эксперимента в школе. Т. I. М., Учпедгиз, 1959.
8
сетка железная асбестированная............1 шт.
промывалка (или колба для промывалки, с тем
чтобы учащийся сам подобрал пробку и согнул трубки) 1 „
Эту посуду учащиеся хранят в ящике своего лабораторного
стола. Остальную, более дефицитную посуду учащиеся должны
получать на каждом занятии и сдавать после его окончания. В
распоряжении учащихся должны быть стеклянные трубки раз-
ных диаметров, пробки, напильники, сверла и простейшие инстру-
менты для слесарных и паяльных работ. Для простейших работ
со стеклом нужно иметь насадки к газовым горелкам типа «лас-
точкин хвост». В лаборатории должно быть достаточно технохи-
мических весов с разновесами, аппаратов Киппа, газометров и
др. Для опытов с галогенами и их производными, сероводородом,
сернистым газом и т. п. в лаборатории должны быть вытяжные
шкафы.
В лаборатории органической химии ряд работ
связан с фильтрацией под вакуумом. Если нет возможности под-
вести вакуумные линии к каждому рабочему столу, нужно снаб-
дить лабораторию водоструйными насосами. В лаборатории, кро-
ме этого, необходимо иметь еще и вакуум-насос (например, мас-
ляный) для вакуум-перегонок. Многие органические синтезы тре-
буют длительного перемешивания. Для этого очень удобны ин-
дивидуальные электромоторчики для швейных машин (мощность
40 вт) с лабораторными регуляторами напряжения.
Для работ с вредными веществами необходимы вытяжные
шкафы.
Приблизительный минимум посуды:
колба круглодонная емкостью 500 мл ... . 1 шт.
колба круглодонная трехгорлая..................1 „
колба Вюрца емкостью 500 мл....................1 „
колба „ „ 250 .....................1 „
колбы конические емкостью 250 мл...............2 „
стакан химический емкостью 500 мл . . . . 2 „
„ ,, „ 200 „ .... 1 „
стакан фарфоровый „ 200 „ . . . . 1 „
чашка фарфоровая...............................1 „
воронка химическая ........................... 1 „
холодильник Либиха.............................1 „
шариковый холодильник........................ 1 „
штатив металлический с набором колец, муфт
и лапок............................................1 компл.
В лаборатории должно быть достаточно делительных и ка-
пельных воронок, воронок Бюхнера, колб Бунзена, дефлегмато-
ров, термометров, электронагревательных приборов, бань с раз-
личными теплоносителями.
Оснащение рабочих столов в лаборатории аналити-
ческой химии должно быть таким же, как и в лаборатории
9
органический химии. В лаборатории должна быть отдельная ком-
ната с вытяжными шкафами для работы с сероводородом. Кроме
того, для аналитических работ должна быть весовая комната
с укрепленными на кронштейнах столиками для аналитических
весов. В отдельном помещении следует расположить и приборы
для инструментального анализа: потенциометр, кондуктометр,
рефрактометр, фотоэлектроколориметр, спектрофотометр и др.
Нужно иметь в виду, что приборы эти чувствительны к влаге, к
кислым парам и газам. Помещение, где они расположены, долж-
но хорошо вентилироваться и не иметь резких перепадов темпе-
ратуры.
Большое число аналитических работ связано с переходом
окраски индикатора. Для возможности выполнения таких работ
и в вечернее время желательно установить в лабораториях лам-
пы дневного света. t
Практикум по аналитической химии включает в себя работы
по качественному и количественному анализу, анализу органи-
ческих веществ, техническому анализу и физико-химическим ме-
тодам анализа. Нужно тщательно продумать расписание занятий,
построив его таким образом, чтобы учащимся не приходилось
ждать, пока освободится тот или иной прибор, та или иная уста-
новка.
Каждый учащийся обязательно должен получить на руки мер-
ную посуду, прокалибровать ее и пользоваться ею до конца
практикума.
Приблизительный минимум посуды:
колба мерная емкостью 500 мл....................1 шт.
колба ,, „ 250 ................... 1 „
колба „ „ 100 „....................1 „
пипетка емкостью 50 мл..................... . 1 „
пипетка „ 25............................. 1 „
пипетка „ 10 ............................1 „
тигли ..........................................2 „
бюретки..........................................2 „
бюкс.............................................1 „
колбы конические емкостью 250 мл................2 „
промывалка.......................................1 „
эксикатор...................................... 1 „
чашка Петри......................................1 „
воронка химическая ............................ 1 „
стекла часовые...................................2 „
штатив металлический с кольцами, муфтами и
лапками.............................................1 компл.
Особое внимание следует уделить оснащению лаборатории
приборами и оборудованием для технического анализа. Этот раз-
дел практикума больше других приближается к производствен-
ной работе в заводской или цеховой лаборатории. Выполняемые
здесь работы представляют собой те же анализы, с которыми
учащиеся встретятся в практической работе, поэтому их нужно
10
познакомить с приборами и оборудованием, с которыми они
столкнутся на производстве. Здесь должно быть достаточное ко-
личество приборов Жукова для определения температуры засты-
вания, приборов Дина и Старка для определения влажности,
вискозиметров, приборов для определения температуры плавле-
ния, температуры вспышки и др.
Большое внимание нужно уделить физико-химическим мето-
дам анализа (потенциометрическому, кондуктометрическому,
спектрофотометрическому и др.), широко используемым сейчас
в производственных лабораториях.
Значительное количество анализов связано с сожжением и
прокаливанием до постоянного веса и высушиванием до постоян-
ного веса; для выполнения их необходимо соответствующее коли-
чество муфельных печей и сушильных шкафов.
В последние, годы в химической промышленности все шире
внедряются методы автоматического контроля и регулирования
производственных процессов по составу реакционной массы. Для
практического ознакомления учащихся со схемой такого контро-
ля целесообразно установить в лаборатории один из автоматиче-
ских регистрирующих приборов, например pH-метр с записы-
вающим устройством.
При оборудовании лаборатории весьма полезно использовать
опыт производственных лабораторий предприятий, с которыми
связано училище.
Хорошая организация работы в учебной лаборатории — за-
лог не только успешного выполнения учебного плана, но и безо-
пасности учащихся при выполнении лабораторных работ.
Глава II
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ПРОТИВОПОЖАРНАЯ
ТЕХНИКА В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ
В процессе производственного обучения будущих лаборантов
в лабораториях неорганической, органической и аналитической
химии мастер должен постоянно останавливаться на моментах
работы, требующих соблюдения тех или иных мер предосто-
рожности. Особое внимание следует обратить на токсичность ис-
ходных, промежуточных и готовых продуктов, их огне- и взрыво-
опасность. Не меньшее значение имеет и соблюдение правил тех-
ники безопасности и противопожарной техники при повседневной
работе с газовыми горелками, электронагревательными прибора-
ми, мытье химической посуды и т. п.
Важно, чтобы, рассказывая об опасности работы с тем или
иным веществом, мастер производственного обучения правильно
представлял размеры этой опасности и не преувеличивал ее;
преувеличение опасности может вызвать у учащихся некоторую
мнительность и излишнюю осторожность, затрудняющие работу.
Учащиеся должны усвоить, что работа в химической
лаборатории безопасна при соблюдении пра-
вил техники безопасности.
Нужно показать на конкретных примерах, что почти все слу-
чаи травматизма в лаборатории происходят вследствие наруше-
ния правил работы или требований техники безопасности.
Каждая химическая лаборатория: учебная, производственная,
исследовательская — должна иметь подробную, вывешенную на
видном месте инструкцию по технике безопасности и противопо-
жарной технике, а также по оказанию первой помощи при ожо-
гах, отравлениях, порезах и пр.
Производственное обучение будущих лаборантов следует на-
чинать с ознакомления их с инструкцией и подробного разбора
отдельных ее положений.
В этой главе в сжатом виде рассмотрены некоторые общие
вопросы техники безопасности и противопожарной техники в
химической лаборатории.
12
В конце главы приведен список литературы, которую мастер
производственного обучения может использовать при разборе от-
дельных вопросов техники безопасности и противопожарной тех-
ники.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Работа с агрессивными веществами
В лабораторной практике часто применяются концентриро-
ванные кислоты и щелочи. Эти вещества при попадании на кожу
могут вызвать химические ожоги. Особенно опасны химические
ожоги глаз.
Концентрированные кислоты и щелочи хранят в стеклянных
бутылях. При переноске бутыли с кислотой или щелочью в лабо-
ратории пользуются двуручными корзинами. Переносить корзи-
ны с бутылями следует с большой осторожностью, предохраняя
их от удара. Удобно пользоваться специальной тележкой или
носилками. Категорически запрещается переносить корзины с бу-
тылями на спине или переносить бутыль без корзины.
При переливании больших количеств кислоты или щелочи из
бутыли следует надеть резиновый фартук, защитные очки и ре-
зиновые перчатки, а затем, установив корзину с бутылью на под-
ставку, медленно наклонять бутыль вместе с корзиной. В горло
сосуда, куда наливают кислоту или щелочь, следует вставить
стеклянную воронку большого диаметра.
Гораздо удобнее и безопаснее наливать эти жидкости с по-
мощью сифона — стеклянной трубки, опущенной до дна бутыли.
Сифон заряжается с помощью вакуума.
При работе с концентрированными кислотами и щелочами
всегда нужно защищать глаза специальными очками.
Нужно следить, чтобы кислота и щелочь не попали на кожу
или одежду, а в случае попадания — немедленно принимать со-
ответствующие меры.
Пролитую на рабочий стол кислоту или щелочь следует ней-
трализовать (кислоту — содой, щелочь — слабым раствором
уксусной кислоты) и, лишь убедившись по индикаторной бумаге
в нейтрализации, приступить к уборке.
Если разлито большое количество щелочи, то следует сначала
засыпать ее песком и собрать совком, а после удаления жидкой
щелочи промыть это место раствором уксусной кислоты и водой.
Если разлито значительное количество соляной или азотной
кислоты, уборку производят в противогазе или защитив нос и
рот повязкой, пропитанной раствором соды.
При наполнении пипетки кислотой или щелочью ни в коем
случае нельзя засасывать жидкость ртом, нужно пользоваться
специальной резиновой грушей или вакуумом.
13
Те же меры предосторожности нужно соблюдать при работе
с другими агрессивными жидкостями: раствором хлористого цин-
ка, бромом, хлорокисью фосфора, концентрированными органи-
ческими кислотами (муравьиной, уксусной) и др.
Химические ожоги кожи дают и некоторые твердые вещества:
фенол, окись кальция (негашеная известь), хлорная известь, фос-
форный ангидрид, йод, гидрат окиси кальция (гашеная известь)
и др. Все эти вещества следует брать из банок, где они хранятся,
фарфоровым шпателем или ложкой.
Особенно осторожным нужно быть при работе с твердыми ще-
лочами. При измельчении их нужно обязательно надевать защит-
ные очки и резиновые перчатки.
Следует иметь в виду, что некоторые вещества, слабо дейст-
вующие на кожу, могут вызвать сильный ожог глаз (соляная
кислота, водный раствор аммиака и др.).
Сильные химические ожоги могут причинить при неосторож-
ном обращении пробы реакционной массы из производственных
аппаратов. Многие пробы, поступающие на анализ в производ-
ственные лаборатории, содержат большое количество кислоты
или щелочи, и при работе с ними нужно принимать соответст-
вующие меры предосторожности.
Некоторые химические вещества могут вызвать раздражение
кожи (экзему, дерматит). Среди них: 2,4-динитрохлорбензол,
нитрофенолы, аминофенолы, пиридин и др. При работе с этими
веществами нужно надевать резиновые перчатки, а по окончании
работы протирать руки ватой, смоченной органическим раство-
рителем.
Нужно категорически запретить учащимся применять для мы-
тья рук хлорную известь, объяснив им, что это может при-
вести к атрофии кожи. Для очистки рук, окрашенных органиче-
скими красителями, можно погрузить их на несколько минут в
0,2%-ный раствор марганцевокислого калия, а затем — в 1 %-ный
раствор бисульфита натрия. После исчезновения окраски мар-
ганцевокислого калия руки нужно вымыть с мылом, вытереть
досуха и смазать вазелином или специальным кремом.
При попадании на кожу кислоты необходимо немедленно об-
мыть пораженный участок большим количеством воды, а затем —
5%-ным раствором бикарбоната натрия. При попадании на кожу
концентрированной кислоты или реакционной массы (например,
сульфомассы, нитромассы) нужно сначала осторожно снять ее
куском сухой ваты.
Место, пораженное щелочью, следует промыть большим коли-
чеством воды до исчезновения мылкости, а затем — 2%-ным ра-
створом уксусной кислоты.
В случае попадания на кожу фенола, брома или йода нужно
обмыть пораженное место органическим растворителем (спиртом,
бензолом).
14
При тяжелом поражении после оказания первой помощи по-
страдавшего следует направить к врачу.
Одежду, облитую кислотой или щелочью, нужно снять, что-
бы агрессивная жидкость не попала на тело.
Работа с токсическими веществами
Многие химические вещества обладают токсическими свойст-
вами и при определенных условиях могут вызвать острое или
хроническое отравление. Нужно хорошо знать свойства тех ве-
ществ, с которыми ведется работа. Это особенно важно при рабо-
те с незнакомыми веществами, при переходе к новой теме.
Перед началом работы нужно познакомить учащихся со свой-
ствами веществ, с которыми им придется работать, и проинструк-
тировать их о порядке работы.
Токсические вещества могут проникнуть в организм разными
путями. Легче всего они проникают в организм через органы ды-
хания. Это прежде всего газы и пары летучих жидкостей. Дру-
гой путь проникновения в организм — через рот и пищеваритель-
ные органы. Возможно также проникновение токсических ве-
ществ через кожу.
Учащиеся должны твердо знать свойства наиболее часто
встречающихся в лабораторной практике и в производстве ток-
сических веществ.
Из газообразных токсических веществ чаще других встреча-
ются в лаборатории сероводород, хлористый водород, окислы
азота, хлор и некоторые другие. Многие из этих веществ приме-
няются в лабораторном практикуме как исходные или конечные
продукты. Кроме того, газообразные токсические вещества часто
образуются как побочные продукты в ходе основной реакции
(окислы азота — при нитровании ароматических углеводородов,
сероводород и фосфористый водород — при получении ацетиле-
на из карбида кальция, мышьяковистый водород — при раство-
рении технического цинка в соляной кислоте и т. д.).
Мастер производственного обучения должен учитывать эти
обстоятельства и соответственно инструктировать учащихся.
Многие токсические вещества при нормальных условиях на-
ходятся в жидком состоянии, но легко испаряются при нагрева-
нии, а иногда и при комнатной температуре. Среди них — бен-
зол, эфир, метиловый спирт, анилин, нитробензол и др.
Опасность для здоровья и жизни человека наступает тогда,
когда содержание токсических веществ в воздухе превысит опре-
деленный минимум — предельно допустимую концентрацию. В
табл. 1 приведены предельно допустимые концентрации некото-
рых веществ.
15
Таблица 1
Вещество Предель- но допу- стимая концентра- ция, мг/л Вещество Предель- но допу- стимая концентра- ция, мг/л
Аммиак 0,02 Дихлорэтан .... 0,01
Мышьяковистый водород 0,0003 Диэтиловый эфир . 0,3
Окислы азота (в пересчете Ксилол 0,05
на N2O5) 0,005 Нафталин 0,02
Окись углерода 0,02 Нитробензол .... 0,003
Ртуть металлическая . 0,00001 Спирт бутиловый . 0,2
Серная кислота, серный Спирт метиловый . 0,05
ангидрид 0,001 Спирт этиловый . 1,0
Сернистый ангидрид . 0.01 Стирол 0,05
Сероводород .... 0,01 Толуол 0,05
Сероуглерод .... 0,01 Уксусная кислота . 0.005
Фосген 0,0005 Фенол 0.005
Хлор 0,001 Формальдегид .... 0,001
Хлористый водород . 0.01 Хлорбензол .... 0.05
Цианистый водород . 0,0003 Хлористый винил . 0,03
Анилин 0,003 Четыреххлористый угле-
Ацетон 0,2 род 0,02
Бензол 0,02
Пользуясь таблицей, можно показать учащимся сравнитель-
ную токсичность различных веществ.
Можно сделать вместе с учащимися расчет такого типа:
сколько должно испариться ртути, чтобы в лаборатории разме-
ром 8X5X4 м3 возникла опасная концентрация?
Предельно допустимая концентрация ртути — 0,00001 ла/л;
объем помещения — 160 м3 или 160 000 л. Следовательно, коли-
чество ртути: 160 000-0,00001 Л1г=1,6л:г.
Распространение паров вещества происходит постепенно, и в
месте образования этих паров (например, над тем столом, где
пролита ртуть) концентрация токсического вещества обычно вы-
ше допустимого предела. Поэтому нюхать какие-либо вещества
в лаборатории нужно с большой осторожностью, ни в коем слу-
чае не наклоняя лицо к сосуду с веществом.
Для организма человека вредно присутствие в воздухе паров
токсических веществ и при содержании более низком, чем пре-
дельно допустимое. Поэтому каждый учащийся, работая с таки-
ми веществами, должен помнить о здоровье своих товарищей и
собственном здоровье и быть очень осторожным.
В лаборатории, где ведутся работы с токсическими вещества-
ми, должна непрерывно работать вытяжная и приточная венти-
ляция.
Всю работу с токсическими веществами ведут в вытяжных
16
шкафах. Перед началом работы нужно убедиться, что вытяжная
вентиляция хорошо работает. Если тяга слабая, работать нель-
зя. Даже при хорошо действующей вентиляции следует как мож-
но ниже опускать окна вытяжного шкафа (оставляя внизу щель
не шире 1 см); ни в коем случае нельзя наклоняться лицом к со-
суду, в котором происходит реакция. Всегда нужно помнить, что
в месте выделения токсического вещества его концентрация зна-
чительно превышает предельно допустимую.
При работе с токсическими веществами всегда должен быть
наготове противогаз соответствующей марки.
Для защиты организма от проникновения токсических ве-
ществ через кожу рук надевают резиновые перчатки. Особенно
осторожным нужно быть при работе с анилином, нитробензолом
и другими ароматическими амино- и нитросоединениями, диме-
тил- и диэтилсульфатом, цианистыми соединениями, солями рту-
ти, свинца, мышьяковистыми соединениями.
Для переливания токсических жидкостей пользуются сифо-
нами. Если пролито или рассыпано токсическое вещество, его
нужно собрать (сухое — собирают на шпатель, жидкость — за-
сыпают опилками и затем собирают) и промыть это место соот-
ветствующим растворителем.
__ При работе со ртутью под прибор нужно подставлять эмали-
рованный противень, с тем чтобы пролитая ртуть не растекалась
ч7 по комнате. Если капли ртути все же попали на стол или на пол,
^0 их собирают пипеткой, соединенной с вакуум-насосом, а мелкие
—“'капли — пластинками из меди или белой жести. Для более пол-
ного удаления ртути место, куда она попала, промывают затем
водным раствором хлорной извести и раствором многосернистого
натрия.
Токсические вещества нужно хранить отдельно от других ре-
активов в запертом шкафу.
Растворы, содержащие отработанные токсические вещества,
выливают не в общую раковину, а сливают в специальные кера-
мические или стеклянные сосуды, помещенные под тягой. На
каждом сосуде должно быть написано, для слива каких отходов
он предназначен.
Химическую посуду, в которой проводилась работа с токси-
ческими веществами, нужно тщательно промыть, принимая при
этом те же меры предосторожности, что и при работе.
Большое внимание следует уделять личной гигиене: не допу-
скать попадания токсических веществ на одежду, часто мыть
руки.
В помещениях, где ведется работа с токсическими вещества-
ми, категорически запрещается хранить и, тем более, принимать
пищу. Ни в коем случае нельзя использовать лабораторную по-
2—747
17
"1
* J
Работа со сжатыми газами
В лабораторной практике чаще других применяют газы: кис-
лород, азот, водород, углекислый газ, хлор.
Эти газы доставляют в лабораторию в стальных баллонах,
где они находятся в сжатом (кислород, азот, водород) или в
сжиженном (углекислый газ, хлор) состоянии. Баллоны рассчи-
таны и испытаны на определенное давление и окрашены в раз-
личные цвета в соответствии с видом газа, который в них содер-
жится (табл. 2). На баллоне написано название газа и в некото-
рых случаях нанесена цветная полоса.
Таблица 2
Газ Рабочее давление, ат Цвет баллона Надпись на баллоне Цвет надписи Цвет полосы
Кислород 150 Голубой Кислород Черный
Азот . 150 Черный Азот Желтый Коричне- вый
Водород ...... 150 Темно- зеленый Водород Красный —
Углекислый газ .... 425 Черный Углекис- лота Желтый —
Хлор 30 Защит- ный — — Зеленый
При работе с баллоном нужно соблюдать особые меры предо-
сторожности. Небрежность в обращении с ним может привести
к взрыву, а если в баллоне содержится ядовитый газ, то и к
отравлению.
При транспортировке баллонов в лаборатории нужно обере-
гать их от механических ударов. Категорически запрещается под-
нимать баллоны и переносить их на руках — падение баллона
может привести к взрыву. Для транспортировки баллонов при-
меняют специальные тележки, на небольшие расстояния их кан-
туют в слегка наклонном положении. При хранении баллоны за-
крепляют в специальных стойках хомутами. Таким же образом
закрепляют их в вертикальном положении на рабочем месте.
При повышении температуры давление сжатого газа на стен-
ки баллона резко возрастает. Особенно возрастает давление сжи-
женных газов, так как газ переходит из жидкого состояния в
газообразное. Поэтому категорически запрещается устанавли-
вать баллоны вблизи источников тепла.
В рабочих помещениях разрешается устанавливать баллоны
на расстоянии не менее 5 л от источников тепла с открытым ог-
нем (печей), не менее 1,5 м от газовых плит, не менее 1 м от ото-
пительных радиаторов. Если необходимо расположить баллон
ближе, источник тепла нужно экранировать.
В верхней части баллона имеется горловина, в которую ввер-
18
нут вентиль. При транспортировке и хранении баллона на боко-
вой штуцер вентиля навинчивают заглушку, а сам вентиль за-
щищают от загрязнений и повреждений предохранительным кла-
паном, навинченным до упора. Газ из баллона берут через ре-
дуктор, снижающий давление до рабочего в том приборе, куда
поступает газ из баллона. Для каждого вида газа используют
редуктор, предназначенный для данного газа и окрашенный в
тот же цвет, что и баллон.
При открывании вентиля баллона можно пользоваться клю-
чом с короткой ручкой, удары по ключу или вентилю не допу-
скаются.
Таким образом, важнейшие условия безопасной работы с бал-
лонами в условиях лаборатории следующие:
исключение механических ударов и возможности падения бал-
лонов;
исключение действия на баллоны повышенной температуры.
Большая осторожность требуется при работе с кислородными
баллонами; здесь недопустимы даже следы масла — наличие
масла, промасленных тряпок может привести к пожару и взрыву.
Работа с электроприборами
В производственных и учебных лабораториях применяется
различного вида электрооборудование: моторы, электронагрева-
тельные приборы, выпрямители, стабилизаторы и т. п. От сети
переменного тока 127 или 220 в питаются приборы для физико-
химических методов анализа: потенциометры, кондуктометры,
фотоэлектроколориметры и др.
Основная причина электрических травм в лаборатории —
прикосновение к находящимся под током неизолированным де-
талям электрооборудования.
Пусковые устройства электромоторов, воздушные рубильни-
ки должны быть заземлены. Если заземление нарушено, пользо-
ваться пусковым устройством запрещается. Перед пусковым уст-
ройством на полу должен лежать резиновый коврик. Человек,
включающий рубильник, должен стоять на коврике.
Заземлены должны быть те металлические части электрообо-
рудования, которые могут оказаться под напряжением при ко-
ротком замыкании или при повреждении изоляции. Заземление
особенно важно в химической лаборатории, в воздухе которой
часто присутствуют водяные пары и газы кислого характера, гу-
бительно действующие на изоляцию. Особо важно заземлить ме-
таллические корпуса термостатов, муфельных печей и моторов.
Заземляющий провод прикрепляют к заземляемому лаборатор-
ному оборудованию болтами. Место контакта рекомендуется про-
паять. Второй конец заземляющего провода прикрепляют (при-
паивают) к заземлителю.
2*
19
Особое внимание нужно обратить на изоляцию проводов,
соединяющих с сетью оборудование, стоящее на рабочих сто-
лах, — электроплитки и индивидуальные моторы. Провода, на-
ходящиеся на лабораторных столах, должны быть изолированы
резиновыми трубками. Ни в коем случае не обливать электро-
провода агрессивными жидкостями или водой.
Все соединительные провода должны быть снабжены исправ-
ными штепсельными вилками. Не разрешается включать в штеп-
сельную розетку провод без вилки.
Не разрешается пользоваться электроприборами, обнаружи-
вающими замыкание на корпус или искрение.
Ремонтировать электроприборы разрешается только после от-
ключения их от сети. Это относится и к ремонту приборов для
физико-химических методов анализа. Если необходимо проверить
под напряжением отдельные узлы прибора или всю схему, когда
сняты крышки или прибор вынут из корпуса, это делают с боль-
шой осторожностью, надев специальные резиновые перчатки и
пользуясь специальными инструментами с изолирующими руко-
ятками.
Заряжать аккумуляторы следует в отдельном помещении или
в вытяжном шкафу в общей комнате. В процессе зарядки обра-
зуется туман, состоящий из серной кислоты, сероводорода и окиси
свинца. Кроме того, выделяется водород, способный образовы-
вать с воздухом взрывчатую смесь. Поэтому аккумуляторы следу-
ет заряжать в хорошо вентилируемом помещении.
При поражении человека электрическим током прежде всего
необходимо оторвать его от источника тока или выключить ток.
Если это невозможно, нужно замкнуть провода накоротко. По-
страдавшего следует вынести на свежий воздух и сделать ему
искусственное дыхание, одновременно согревая его (одеялом,
грелками и т. п.).
Нужно объяснить учащимся, что при поражении электриче-
ским током промедление в оказании помощи может привести к
смерти. При оказании помощи в течение 1 мин. удается спасти
90% пострадавших, при задержке до 6 мин. — только 10%.
Работа со стеклом
Большая часть лабораторной посуды изготовлена из стекла,
и работа со стеклом занимает большое место в химической ла-
боратории.
Порезы рук стеклом происходят чаще всего при сборке при-
боров — начинающему лаборанту трудно соразмерить свое уси-
лие с прочностью стекла.
Следует сразу же показать учащимся правильные приемы ра-
боты со стеклом. Например, если нужно вставить стеклянную
трубку (или термометр) в пробку или резиновую трубку, нужно
20
держать стеклянную трубку возможно ближе к пробке и, вра-
щая, постепенно вдвигать ее в отверстие пробки. Нельзя сильно
сжимать трубку или нажимать на нее, сремясь вдвинуть ее в от-
верстие. Этим не ускорится сборка прибора, а трубка может
сломаться и поранить руку. Полезно смазать конец трубки гли-
церином или вазелином — тогда ее гораздо легче вставить.
Нельзя применять силу, чтобы вставить пробку в горло колбы
или другого тонкостенного сосуда. Если пробка (резиновая или
корковая) не входит, нужно слегка подшабрить ее напильником,
затем одной рукой взять колбу за горло (возможно ближе к его
концу) и, осторожно вращая пробку, постепенно вдвинуть ее в
горло. Ни в коем случае нельзя при этом держать колбу за дно
или за шар: колба может сломаться, а осколки — поранить руку.
Нельзя ставить колбу на стол и вставлять пробку, нажимая на
нее сверху.
Если нужно отрезать стеклянную трубку, ее следует сначала
надрезать напильником или ножом, положив на полотенце, а за-
тем взять двумя руками через полотенце и сломать, стараясь
как бы разорвать трубку. Если трубка не ломается при очень
небольшом усилии, значит надрез сделан недостаточно глубоко.
У разломанной таким образом трубки могут быть острые края —
их необходимо оплавить в пламени горелки.
При закреплении химической посуды в штативах при помощи
лапок нужно иметь в виду, что при сильном затягивании бараш-
ка стекло может треснуть. Во всех случаях под лапку должна
быть подложена упругая прокладка, например полоска резины.
Для прочного закрепления необходимо не только зажать сосуд
в цилиндрической части лапкой, но и подвести под него опору,
например металлическое кольцо. Несоблюдение этого правила,
стремление закрепить сосуд в вертикальном положении с по-
мощью одной лапки без нижней опоры может привести к трав-
матизму.
Без нижней опоры можно закреплять лапкой только колбы
небольшого объема. Лапку нужно подвести под отогнутые края
горловины так, чтобы колба как бы висела, опираясь на лапку
этими краями.
Тонкостенные стаканы, наполненные жидкостью, нельзя под-
нимать одной рукой. Если сосуд не нагрет, можно одну руку
подвести под дно, а другой придерживать его сверху. Еще удоб-
нее обхватить стакан за верхнюю часть так, чтобы отогнутые
края стакана опирались на широко расставленные большие и
указательные пальцы и стакан как бы висел. Ни в коем случае
нельзя поднимать наполненный стакан, обхватив его за среднюю
часть — он может выскользнуть; невольно, чтобы удержать его,
прилагается усилие, и стакан легко может быть раздавлен.
При вакуум-перегонке и других работах, связанных с приме-
нением глубокого и среднего вакуума, следует надевать предо-
21
хранительные очки, чтобы в случае разрыва сосуда защитить
глаза от осколков стекла.
При порезах и ранениях стеклом нужно удалить из раны ос-
колки стекла, продезинфицировать рану, наложить повязку (при
сильном кровотечении — жгут) и направить пострадавшего к
врачу.
Использование защитных приспособлений
Нужно показать учащимся, как пользоваться индивидуаль-
ными защитными приспособлениями.
Резиновые перчатки надевают при работе с агрес-
сивными и токсическими жидкими и твердыми веществами. Нуж-
но проверить, не повреждены ли перчатки — нет ли на них про-
колов или порезов. Для того чтобы их было легче надевать и
снимать, перчатки посыпают изнутри тальком. Перчатки нужно
натягивать на рукава халата так, чтобы капли жидкости не по-
падали под перчатку сверху. По окончании работы нужно тща-
тельно вымыть руки, не снимая перчаток, а затем осторожно их
снять, пересыпать тальком с обеих сторон и так хранить. Пер-
чатки с шероховатой поверхностью значительно удобнее для ра-
боты, чем гладкие, — в них надежнее держать в руках химиче-
скую посуду.
Для защиты глаз при работе с агрессивными веществами
пользуются защитными очками. Наиболее удобны очки
закрытого типа в чешуйчатой оправе с безосколочными стекла-
ми триплекс иди летно-шоферские очки. В химической лаборато-
рии, где ведется работа с нагревательными приборами, газовы-
ми горелками и пр., нежелательно применение мотоциклетных
очков из целлулоида ввиду его легкой воспламеняемости. При
определении температуры плавления можно для защиты глаз
воспользоваться экраном из безосколочного стекла или наголов-
ным щитком. При работе с ультрафиолетовым осветителем необ-
ходимо пользоваться темными очками для защиты глаз от уль-
трафиолетового излучения.
Нужно объяснить учащимся, что обычные медицинские очки,
которые постоянно носят некоторые из них, не являются защит-
ным приспособлением; они могут защитить глаз от прямого по-
падания брызг или осколков, но не от попадания снизу, сверху
или сбоку. Для некоторых работ (например, при дроблении твер-
дых щелочей) целесообразно надевать противогазный шлем без
коробки; он защищает от мелких кусочков твердой щелочи не
только глаза, но и все лицо.
При работе с газообразными токсическими веществами нужно
иметь наготове противогаз, чтобы надеть его в случае ава-
рии. Следует иметь в виду, что фильтрующий противогаз защи-
щает только от определенного газа или группы газов. Нужно по-
знакомить учащихся с марками промышленных противогазов
(табл. 3), правилами пользования ими и их хранения.
Таблица 3
Марка противо- газа Цвет коробки Поглощаемое вещество
А Коричневый Пары органических соединений (бензол, толуол, ксилол, хлорбензол, анилин, нитро- бензол, спирты, эфиры и др.) Кислые газы (сернистый газ, окислы азо- та, сероводород, синильная кислота, хлори- стый водород, фосген и др.)
В Желтый
Г Желтый с черной полосой Пары ртути
Е Черный Мышьяковистый и фосфористый водород
К Зеленый Аммиак
КД Серый Смесь аммиака и сероводорода
СО Белый Окись углерода
М Красный Все перечисленные выше пары и газы, но с меньшим временем защитного действия
Б КФ Защитный с белой вертикальной полосой Кислые газы, мышьяковистый водород, дымы и туманы
Для защиты органов дыхания от пыли, например при опреде-
лении тонины помола (степени измельчения) органических и не-
органических продуктов, пользуются респиратором. Нуж-
но показать учащимся приемы обращения с респиратором и объ-
яснить, в каких случаях следует его надевать.
ПРОТИВОПОЖАРНАЯ ТЕХНИКА
Основные причины пожаров в химической лаборатории — не-
осторожное обращение с нагревательными приборами и электро-
приборами, легковоспламеняющимися жидкостями и горючими
веществами, окислителями и веществами, склонными к самовоз-
горанию.
Работа с нагревательными приборами
Наиболее распространенные в лабораториях нагревательные
приборы — газовые горелки и электронагревательные приборы
(электрические плитки, электрические бани, тигельные и муфель-
ные печи, термостаты и др.). Реже применяются горелки, рабо-
тающие на жидком топливе: спирте, бензине или керосине.
Работа с нагревательными приборами связана с опасностью
возникновения пожаров, а также получения ожогов.
Нагревательные приборы нельзя ставить на деревянную по-
верхность стола, под них необходимо подкладывать листовой
23
асбест или другие теплоизоляционные материалы. Нагреватель-
ные приборы с высокой рабочей температурой (например, му-
фельные печи) следует помещать только на столах, выложенных
несгораемыми материалами — метлахской или кафельной плит-
кой.
При пользовании газовыми горелками нужно иметь в виду,
что опасность не только в возможности загорания; может воз-
никнуть пожар и взрыв при утечке газа и заполнении им лабо-
ратории. Нужно проверить плотность соединений горелки с газо-
вым краном. Малейшая неплотность между патрубком и соеди-
нительным шлангом может привести к утечке газа.
Нужно показать учащимся приемы обнаружения места утеч-
ки газа с помощью мыльного раствора. Следует запретить про-
верку герметичности газо-вой линии и соединений на ней заж-
женной спичкой; если имеется значительная утечка и газ- уже
проник в помещение, горящая спичка может вызвать вспышку и
взрыв.
Нужно следить, чтобы не было проскока пламени внутрь го-
релки. Следует объяснить учащимся большую опасность проско-
ка пламени: горелка сильно раскаляется, а это приводит к заго-
ранию; после проскока пламя может погаснуть и газ проникнет
в помещение. В случае проскока пламени нужно немедленно за-
крыть газовый кран, дать горелке остыть, уменьшить подачу воз-
духа (вращением диска или муфты) и снова зажечь горелку.
Все учащиеся должны твердо знать место расположения за-
порного устройства на вводе газа в помещение лаборатории и
при возникновении пожара немедленно его перекрыть.
При пользовании бензиновыми и керосиновыми горелками,
работающими под давлением, нужно следить, чтобы не нагрелся
резервуар с горючим; не проливать бензин или керосин при за-
правке горелки и не обливать им горелку; ни в коем случае не
добавлять горючее в неостывшую горелку.
Электронагревательные приборы могут явиться причиной по-
жара только при неправильной эксплуатации или при неисправ-
ности самого прибора или проводки.
В случае даже мелкой неисправности следует отключить при-
бор от сети и отдать в ремонт.
Следует помнить, что электропроводка рассчитана на опреде-
ленную нагрузку. Если нагрузка превышена, провода начинают
нагреваться, и это может привести к пожару. Для защиты от
перегрузки в электросети установлены плавкие предохранители
(пробки), рассчитанные на определенную силу тока. При пере-
грузке перегорают предохранители, а приборы, послужившие
причиной перегрузки, отключаются от сети.
Предохранители, рассчитанные на силу тока 10 а, позволяют
при напряжении 220 в включить в сеть приборы общей мощно-
стью 2,2 кет. При увеличении мощности приборов предохрани-
24
тель неминуемо перегорит. Поэтому нужно обращать внимание
на мощность каждого прибора, имеющегося в лаборатории, —
она указана в паспорте прибора. Установку дополнительных элек-
троприборов, особенно приборов большой мощности, следует сог-
ласовывать со специалистами-электриками.
Категорически запрещается устанавливать самодельные пре-
дохранители или предохранители на большую силу тока, чем
предусмотрено проектом.
В штепсельную розетку не следует включать более одного
прибора. Для включения приборов мощностью более 1 кет реко-
мендуется пользоваться пускателями и включать их через рео-
статы.
При сборке простейших схем: соединения лабораторного ав-
тотрансформатора с электроплиткой или индивидуальным мотор-
чиком, включения стабилизатора, выпрямителя, подключения
приборов для физико-химических методов анализа — следует об-
ращать внимание на плотность контактов. При неплотном взаим-
ном прилегании соединительных деталей (штеккеров, пластин, де-
талей штепсельного соединения и т. п.) они будут нагреваться
и могут стать причиной пожара. Даже при незначительном на-
гревании штепсельной вилки, розетки и других соединительных
деталей следует разомкнуть цепь и устранить неисправности.
При сборке схем соединительные провода следует подбирать
в соответствии с мощностью прибора. Ни в коем случае не при-
менять для подключения приборов большой мощности провода с
малым сечением. Подключение нового прибора, подбор соедини-
тельных проводов нужно поручать специалисту-монтеру.
Короткое замыкание и связанное с ним загорание проводов —
одна из возможных причин пожара в лаборатории. Нужно сле-
дить за состоянием проводки и ее изоляции. На вводе тока в по-
мещение лаборатории должен стоять общий рубильник, который
выключают при загорании проводов. Щит с рубильником и пре-
дохранителями целесообразно установить около входных дверей
в лабораторию.
Категорически запрещается уходить из лаборатории даже на
короткое время, оставляя без присмотра включенный нагрева-
тельный прибор или зажженную горелку. Если необходима круг-
лосуточная работа (например, при высушивании, прокаливании),
нужно обеспечить непрерывное наблюдение.
Работа с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями
Значительную пожарную опасность представляют горючие и,
особенно, легковоспламеняющиеся жидкости: бензол, эфир, спир-
ты, ацетон, сероуглерод и др.
В каждой лаборатории существуют нормы хранения легко-
воспламеняющихся и горючих веществ. Обычно количества их,
25
необходимые для одного-двух дней работы, хранят в лаборато-
рии в плотно закрывающемся железном ящике или шкафу; боль-
шие запасы хранят вне лаборатории в специально оборудован-
ном помещении. На рабочем столе можно держать только то
количество, которое необходимо для проведения данного опыта.
При работе с этими веществами вблизи рабочего места не
должно быть открытого огня. Если же работа ведется со значи-
тельными количествами легковоспламеняющейся жидкости, то
следует погасить все горелки в помещении лаборатории (особен-
но при переливании нагретой жидкости). Следует иметь в виду,
что эти жидкости легко испаряются, пары могут воспламениться
от горелки, находящейся на большом расстоянии от самой жид-
кости, и воспламенить жидкость.
Для нагревания колбы с легковоспламеняющейся жидкостью
нужно пользоваться электроплиткой закрытого типа или колбо-
нагревателем, для низкокипящих жидкостей следует пользовать-
ся водяной баней.
Если легковоспламеняющаяся жидкость прольется, следует
немедленно погасить все горелки, выключить нагревательные
приборы, закрыть двери, ведущие в другие помещения, открыть
окна и затем собрать тряпкой пролитую жидкость.
Одним из важных показателей степени пожарной опасности
жидкости является ее температура вспышки — наинизшая тем-
пература, при которой пары этой жидкости, нагреваемые в опре-
деленных условиях, образуют с воздухом смесь, вспыхивающую
при поднесении к ней пламени. Чем ниже температура вспышки
жидкости, тем больше требуется осторожности при работе с ней.
В табл. 4 приведены температуры вспышки легковоспламеняю-
щихся и горючих жидкостей из числа тех, с которыми учащиеся
встретятся во время лабораторных работ.
Таблица 4
Вещество Температура кипения, °C Температура вспышки, °C Пределы взрываемости, % по объему
Ацетон 56 — 17 2,9—13
Бензол 80,4 — 15 1,5—9,5
Бутиловый спирт 117 34 3,7—10,2
Метиловый спирт 64,7 — 1 6,0—36,5
Муравьиная кислота 1С0 60 —
Нитробензол 211 90 —
Сероуглерод 46 —25,5 1,9—81,3
Уксусный альдегид ..... 20,8 — 17 4,0—57,0
Уксусная кислота 118 40 Нижний
-4,0
Этиловый спирт 78 9—32 3,5—18
Этиловый эфир 35 —41 2,3—7,7
26
Пары многих легковоспламеняющихся и горючих жидкостей,
находясь в воздухе в определенных концентрациях, образуют с
воздухом смеси, взрывающиеся от искры, открытого огня и т. п.
В табл. 4 приведены пределы взрываемости для паров некоторых
жидкостей. Чем шире интервал между нижним и верхним преде-
лами, тем большую опасность представляет данное вещество.
Работа с окислителями и веществами, склонными
к самовозгоранию
Некоторые химические вещества при несоблюдении условий
хранения или правил обращения могут самовозгораться (то есть
загораться без соприкосновения с открытым пламенем) и явить-
ся причиной пожара. Такими веществами, например, являются
некоторые окислители, легко окисляющие органические вещест-
ва. Процесс этот сопровождается большим выделением тепла,
что приводит к самовозгоранию. Сюда же относятся пирофорные
металлы (алюминиевая пудра, цинковая пыль), белый фосфор,
вещества, реагирующие с водой с выделением горючих газов, и
вещества, реагирующие с водой с выделением большого количе-
ства тепла. Некоторые из этих веществ настолько активны хими-
чески, что реакции их иногда сопровождаются взрывом.
Эти особенности следует учесть как при организации хране-
ния этих веществ, так и при работе с ними. Ниже приводятся при-
меры веществ, знакомство с которыми имеет практическое зна-
чение для производственного обучения лаборантов и их будущей
работы.
Азотная кислота — сильный окислитель. При действии
азотной кислоты на солому, стружку, бумагу, скипидар они за-
гораются. Это следует учесть при хранении и транспортировке
бутылей с концентрированной азотной кислотой в лаборатории.
Бром — окислитель. При соприкосновении с органическими
веществами может вызвать их самовозгорание. При соприкосно-
вении с бромом самовозгораются также фосфор, олово, сурьма.
Бертолетова соль — сильный окислитель. Смеси ее с
органическими веществами, способными окисляться (например,
с сахаром), а также с серой, фосфором, углеродом (сажей) обла-
дают взрывчатыми свойствами и способны воспламеняться от
трения, удара, огня.
Двухромовокислый калий в смеси с сернистым нат-
рием при наличии влаги сильно разогревается и может быть
причиной пожара.
Марганцевокислый калий самовозгорается при сое-
динении с глицерином и с концентрированной серной кислотой,
причем в последнем случае возможен взрыв. Взрывчатые смеси
образует он и с рядом твердых органических веществ. Следует
27
иметь в виду, что при пожаре марганцевокислый калий как силь-
ный окислитель поддерживает горение.
Хлорная известь разлагается в присутствии кислорода
и влаги и может вызвать загорание дерева и других горючих ма-
териалов.
Перекись натрия и перекись калия в присут-
ствии капель воды могут воспламенить порошки серы, угля и алю-
миния. Ацетон, глицерин, метиловый спирт загораются при вза-
имодействии с перекисью натрия или калия.
Хромовый ангидрид — сильный окислитель, вызываю-
щий воспламенение многих органических веществ.
Хромовокислый калий — окислитель, с органически-
ми веществами образует взрывчатые смеси, чувствительные к
удару.
Цинковая пыль при хранении в сырой атмосфере само-
возгорается; особую опасность представляет цинковая пыль, об-
литая водой: вода реагирует с цинковой пылью с выделением во-
дорода, причем тепловой эффект реакции настолько велик, что
цинковая пыль может загореться.
Алюминиевая пудра способна к самовозгоранию в
присутствии влаги. Подобно цинковой пыли, она разлагает воду
с выделением водорода. С окислителями образует взрывчатые
смеси.
Известь негашеная при соприкосновении с водой вы-
деляет большое количество тепла, способное зажечь бумагу, со-
лому, стружки и другие горючие вещества.
Карбид кальция при соединении с водой выделяет аце-
тилен — горючий и взрывоопасный газ. Неполностью разложив-
шийся карбид кальция настолько разогревается, что при сопри-
косновении с воздухом выделившийся ацетилен самовоспламе-
няется. Поэтому карбид кальция необходимо оберегать от влаги,
его нельзя хранить вместе с окислителями.
Металлический натрий и калий разлагают воду
с выделением большого количества тепла. Образующийся при
этом водород в смеси с воздухом самовоспламеняется. Натрий и
калий хранят под слоем керосина или минерального масла в
плотно закрытых сосудах.
Белый фосфор самовоспламеняется на воздухе. Его
хранят под водой, и нужно следить, чтобы вода из сосуда не вы-
текла — в этом случае пожар неизбежен. В связи с большой
ядовитостью и пожароопасностью белого фосфора следует избе-
гать работы с ним в учебной лаборатории.
Этиловый эфир (серный эфир) представляет большую
пожарную опасность, так как при длительном хранении в нем
образуются перекиси, присутствие которых может вызвать само-
возгорание эфира.
Склонны к самовозгоранию волокнистые вещества, пропитан-
28
ные маслом. Поэтому обтирочные концы, тряпки, используемые
при уборке, обтирании масляных насосов, приводов и т. п., сле-
дует уничтожать. Сухие концы и тряпки нужно хранить в желез-
ном ящике.
Остатки веществ, склонных к самовозгоранию, и отходы, со-
держащие эти вещества, ни в коем случае нельзя выбрасывать
в раковину или в общий бачок для мусора. Их, как и токсические
вещества, следует складывать в специальные банки с крышками
и затем уничтожать в соответствии с инструкциями.
Использование средств тушения пожаров
При возникновении пожара в лаборатории необходимо немед-
ленно начать его тушить с помощью подручных средств и одно-
временно вызвать пожарную команду.
Первичные средства тушения пожара должны быть в каждой
лаборатории: асбестовые одеяла, шерстяные кошмы, ящики с
песком, огнетушители. В лаборатории имеется противопожарный
водопровод с кранами и рукав для тушения пожара.
Учащиеся должны уметь пользоваться средствами тушения
пожаров и знать, в каком случае какое средство применить.
При загорании даже небольшого количества легковоспламе-
няющейся или горючей жидкости нужно немедленно выключить
электронагревательные приборы, погасить горелки и убрать от
места загорания горючие предметы.
Если загорелась жидкость в колбе или в стакане, следует
прикрыть сосуд сверху мокрым полотенцем, фарфоровой чашкой
или чем-то другим, прекращая доступ воздуха к месту горения.
Если загорелась жидкость, разлитая по столу или по полу, нужно
набросить на пламя влажную кошму или асбестовое одеяло.
Жидкости, нерастворимые в воде, нельзя тушить водой. Для
тушения загоревшегося бензола, эфира, бензина и т. п. можно
использовать песок или четыреххлористый углерод. Последний
испаряется, и его тяжелые пары изолируют место горения от воз-
духа.
Для тушения жидкостей, растворимых в воде (этиловый
спирт, ацетон), можно применять воду.
Категорически запрещается применять воду, если в зоне за-
горания находятся такие вещества, как металлический натрий
или калий, карбид кальция и другие вещества, реагирующие с
водой с выделением горючих газов. В этом случае можно приме-
нить сухой песок или четыреххлористый углерод (из склянки или
из специального огнетушителя).
Если произошло загорание в вытяжном шкафу, нужно прежде
всего выключить вентиляцию, а затем приступить к тушению по-
жара.
При загорании электрических проводов или электрооборудо-
29
вания (например, электромотора) нужно прежде всего обесто-
чить сеть, выключив рубильник или вывернув предохранитель.
После этого можно гасить пламя любыми подручными средства-
ми (применение воды нежелательно — она может испортить
электрооборудование). При тушении электрических проводов или
оборудования, находящихся под током (в случае невозможности
обесточивания сети), нужно соблюдать крайнюю осторожность,
чтобы не быть пораженным током. В этом случае исключается
применение воды и пенных огнетушителей. Разрешается тушить
песком, углекислотой или четыреххлористым углеродом.
При загорании одежды на человеке нужно закутать его в
мокрую плотную ткань или одеяло. Иногда в момент загорания
одежды у человека возникает инстинктивное стремление бежать.
Это крайне опасно, так как способствует усилению пламени.
При возникновении пожара в лаборатории необходимо выне-
сти в безопасное место баллоны со сжатыми или сжиженными
газами. Инертные газы (азот, углекислый газ) можно просто вы-
пустить из баллонов. Углекислый газ может быть использован
для тушения пожара.
ЛИТЕРАТУРА
Безуглов П. Т. Оправочная таблица огнеопасных веществ. М., Гостоп-
техиздат, 1950.
Верховский В. Н. Техника химического эксперимента в школе. Т. I.
М., Учпедгиз, 1959, стр. 44—57.
Корф Э. И., К а ц М. И. Техника безопасности и противопожарная тех-
ника в химической промышленности. М., изд-во «Высшая школа», 1961.
Лазарев Н. В. Вредные вещества в промышленности. Т. I и II. М.,
Госхимиздат, 1954.
Сапожников А. В. Безопасность труда в химической лаборатории. М.,
1934.
Селиванов М. П. Безопасность работ в химических лаборатораях. М.,
Медгиз, 1954.
Соловьев Н. В., Ермилов П. И., Стрельчук Н. А. Основы тех-
ники безопасности и противопожарной техники в химической промышленности.
М., Госхимиздат, 1960.
Э г л и, Р ю с т. Несчастные случаи при химических работах. Л., 1926.
Глава Ill
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Неорганическая химия — единственный раздел программы,
по которому учащиеся приобретают некоторые практические на-
выки уже в средней школе. Практикум по неорганической хи-
мии — первая ступенька в овладении трудной и ответственной
профессией лаборанта. Здесь учащиеся знакомятся с оборудо-
ванием технической лаборатории, приобретают навыки работы с
химической посудой, учатся собирать несложные приборы, вы-
полняют первые химические операции. Очень многое в дальней-
шей работе зависит от того, овладеют ли учащиеся правильными
приемами фильтрации, сушки, выпаривания и др. Здесь же про-
изводятся и первые химические расчеты. Большую часть ошибок
в расчетах лаборанты делают не от неумения считать, а вследст-
вие поспешности или невнимательности. Между тем, ошибка в
расчете результатов производственного анализа может повлечь
за собой самые тяжелые последствия. Научить будущих лаборан-
тов правильно считать и привить им глубокое уважение к хими-
ческим расчетам — важная задача этого этапа обучения.
Цель практикума по неорганической химии — не только за-
крепить знания, полученные в классе, но и научить будущих ла-
борантов элементарным приемам работы в лаборатории. Мастер
производственного обучения должен добиваться, чтобы учащие-
ся не просто выполнили ту или иную работу, но и практически
овладели приемами работы, необходимыми будущему лаборан-
ту. В каждом разделе намечены основные практические вопросы,
например, в разделе «Кислород» — работа с газометром и бал-
лонами со сжатыми газами, «Водород» — техника работы с ап-
паратом Киппа, «Галогены» — сборка прибора для получения
хлористого водорода и проверка его герметичности и т. д.
Лаборатория неорганической химии •— первая лаборатория,
куда приходят будущие лаборанты. Нужно строго следить, чтобы
с первого дня работы они неуклонно соблюдали правила тех-
ники безопасности и правила внутреннего распорядка в ла-
боратории.
31
ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ОБОРУДОВАНИЕМ ЛАБОРАТОРИИ И РАБОЧЕГО
МЕСТА. НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ПРИЕМЫ РАБОТЫ
Первое занятие в лаборатории неорганической химии следует
посвятить вопросам организации работы (закрепление рабочих
мест за учащимися, выдача посуды и пр.) и ознакомлению с
оборудованием рабочего места и лаборатории.
Программой теоретического обучения предусмотрен специаль-
ный курс «Оборудование химических лабораторий», включающий
сведения о лабораторном оборудовании, мебели, водо- и электро-
снабжении лаборатории, выводе сточных вод, газовом и вакуум-
ном хозяйстве, а также об организации хранения реактивов. Но
курс этот будет прочитан учащимся только на втором году обу-
чения, и поэтому во время лабораторных работ целесообразно не
только показать учащимся оборудование лаборатории, но и рас-
сказать (хотя бы вкратце) о его назначении, устройстве и пра-
вилах обслуживания. Особенно важно это по отношению к га-
зовому хозяйству лаборатории.
Учащийся должен четко знать назначение всех коммуника-
ций, подведенных к его рабочему месту. Во избежание ошибок
целесообразно окрасить коммуникации в цвета, установленные
для производственных трубопроводов.
В начальный период обучения полезно повесить на краны
таблички •— «газ», «вода», «вакуум». Такие же таблички следует
повесить на магистральных вентилях и кранах, установленных
на вводе в лабораторию газа и воды.
Газовый краник с наконечником для шланга, подводящего
газ к горелке, имеется на каждом рабочем месте. Наибольшим
распространением в производственных и учебных лабораториях
пользуются газовые горелки Теклю и Бунзена. Нужно показать
учащимся детали горелок, объяснить их назначение, научить их
правильно зажигать горелку и регулировать пламя. Следует
показать, каким образом возникает проскок пламени горелки
и как надо его ликвидировать. Эти приемы должен по нескольку
раз воспроизвести каждый учащийся, и только после этого его
можно допустить к работе с газовой горелкой. Далее следует
познакомить учащихся с расположением кранов, перекрывающих
отдельные газовые линии (если таковые есть), и главного крана
на вводе газа в лабораторию.
Если газ в лабораторию подается не от централизованной
сети, а от карбюрационной установки, нужно показать учащимся
эту установку и рассказать о принципе ее действия. Обслужива-
ние такой установки требует опыта и знаний и может быть пору-
чено только квалифицированному работнику (слесарю или спе-
циально выделенному лаборанту).
К каждому рабочему столу подведена водяная линия, закан-
чивающаяся на рабочем месте разводкой с вентилем и наконеч-
32
ником для надевания каучука. Нужно объяснить учащимся на-
значение этой линии. Вода подводится к рабочим местам почти
исключительно для подачи ее в холодильники или в водоструй-
ные вакуум-насосы. Вода, вытекающая из холодильника или во-
доструйного насоса, поступает в сливную воронку, вделанную в
лабораторный стол здесь же на рабочем месте. Воронка эта
предназначена только для стока воды, но не для слива отходов.
Если холодильником не пользуются, вентиль должен быть
плотно закрыт. Пользоваться этой линией для наливания воды,
мытья рук, посуды и т. и. не разрешается. Для этих целей служат
водяные линии, подведенные к раковинам. Раковины обычно
устанавливаются в торцовой части рабочего стола. Кроме крана,
расположенного на обычной высоте, над лабораторной раковиной
обычно установлен еще один кран на высоте 60—70 см — для
наливания воды в высокие сосуды (например, цилиндры) и уста-
новки водоструйного вакуум-насоса.
Иногда над раковиной устанавливают пароводосмеситель для
получения горячей воды. Следует иметь в виду, что неосторожное
обращение с этим устройством может привести к ожогу паром.
Нужно показать приемы пуска в смеситель воды и пара и регу-
лирования температуры воды.
Необходимо объяснить учащимся правила пользования рако-
винами и.показать бачки для мусора и сосуды для слива агрес-
сивных и токсических веществ. Наконец, нужно показать место
расположения главного вентиля на вводе воды в лабораторию.
В хорошо оборудованной учебной лаборатории имеется под-
водка вакуума к каждому рабочему месту. Для проведения ла-
бораторных работ по неорганической химии в этом нет необхо-
димости, можно подвести вакуум к двум-трем общелабораторным
рабочим местам. Нужно показать учащимся приемы включения
вакуум-насоса (если он установлен в лаборатории) и пользова-
ния мановакуумметром. Следует иметь в виду, что для филь-
трации под вакуумом достаточно остаточного давления 100—
200 мм рт. ст. Более глубокое разрежение опасно, так как может
разорвать отсосную склянку. Более подробно с правилами об-
служивания вакуум-насосов и работы с вакуумом учащиеся по-
знакомятся позднее, в лаборатории органической химии.
На рабочих местах установлены штепсельные розетки, питаю-
щиеся от сети переменного тока (напряжение 127 или 220 в).
Нужно показать учащимся расположение электросборки и щита
с рубильником для включения и выключения тока в лаборатории,
а также расположение выключателей световых точек.
Нужно познакомить учащихся с устройством лабораторного
стола и вытяжного шкафа, рассказать о назначении полок и ящи-
ков в столах и настольных полок. Особое внимание учащихся
нужно обратить на правила работы в вытяжном шкафу. Следует
объяснить учащимся, что во время проведения опытов в вытяж-
3-747
33
ном шкафу шторки его должны быть опущены так, чтобы под
ними оставалась щель для притока воздуха. Если во время про-
ведения опыта нужно провести в шкафу какие-либо операции,
поднимают на короткое время одну шторку. Перед началом ра-
боты нужно убедиться, что в шкафу имеется хорошая тяга (если
ее нет, нельзя начинать опыт) и защелки, фиксирующие шторки
шкафа в приподнятом положении, надежны. Некоторые вытяж-
ные шкафы имеют расположенную у задней стенки шахту, по
которой в случае необходимости можно отсасывать воздух и га-
зы не из верхней части шкафа, а почти с рабочей плоскости шка-
фа. Этой шахтой удобно пользоваться при проведении опытов
с выделением паров и газов, значительно более тяжелых, чем
воздух, — они отсасываются непосредственно от прибора. Кроме
того, в отверстие шахты можно провести трубку для удаления
паров и газов. Нужно показать учащимся приемы- переключения
задвижек для отсоса воздуха и газов из нижней или из верхней
части шкафа.
При помощи вентиляторов отсасывается воздух из вытяжных
шкафов и в лабораторию подается свежий воздух. Нужно пока-
зать учащимся вентиляционные установки и познакомить их со
схемой вытяжки и притока воздуха.
На первом занятии учащимся выдают химическую посуду для
лабораторных работ.
Первая лабораторная работа — мытье химической посуды.
Нужно показать будущим лаборантам правильные приемы поль-
зования ершами и щетками для мытья посуды. Посуду, выдан-
ную учащимся в лаборатории неорганической химии, достаточ-
но вымыть теплой водой. Если не удается отмыть ее теплой во-
дой, можно применить мыло или хромовую смесь. Хромовая
смесь (5%-ный раствор двухромового кислого калия в концент-
рированной серной кислоте) — эффективное моющее средство.
Чтобы вымыть колбу, в нее наливают хромовую смесь прибли-
зительно на четверть объема; осторожно поворачивая сосуд, сма-
чивают стенки; взяв сосуд за нижнюю часть и продолжая осто-
рожно поворачивать его (чтобы полностью смочить верхнюю
часть стенок и горльГшко колбы), выливают хромовую смесь в
склянку, где она хранится. Колбе дают постоять две-три минуты,
а затем промывают ее водой. Следует помнить, что хромовая
смесь — агрессивная жидкость; попадание ее на кожу может
причинить сильный ожог. Если хромовая смесь попала на кожу,
необходимо пораженное место обмыть сначала сильной струей
воды, а потом — раствором соды.
Существуют и другие способы мытья посуды: органическими
растворителями, растворами щелочей, подкисленным раствором
марганцевокислого калия и пр.
Для очистки от загрязнений жировыми веществами посуду
обрабатывают паром. С этим способом мытья посуды учащиеся
34
познакомятся практически позднее, в лаборатории аналитической
химии.
Мытье посуды, полученной из препараторской, не представ-
ляет большой сложности, и работа эта имеет в основном методи-
ческое значение. В дальнейшем учащиеся должны взять себе за
правило: сразу по окончании опыта мыть посуду. Это особенно
важно в практикуме по органической химии, где остатки смоли-
стых веществ и легкоокисляющихся соединений могут образовать
трудноудаляемые пленки. Во всех случаях при выборе моющего
средства нужно исходить из свойств загрязняющего вещества.
Механическая очистка сопряжена с некоторым риском разбить
посуду (например, проткнуть ее дно ершом) и поранить руки;
чтобы избежать этого, нужно соблюдать осторожность. Ни в
коем случае нельзя мыть посуду водой с песком — на стекле
остаются царапины, которые при нагревании превращаются в
трещины. Посуду, загрязненную нитро- и аминосоединения-
ми и другими токсическими веществами, следует мыть под
тягой.
Вымытую посуду ополаскивают дистиллированной водой, вы-
сушивают (например, поместив её вверх дном на деревянную
штативную доску или в сушильный шкаф) и убирают в стол.
Мастер производственного обучения должен показать учащимся,
как наиболее рационально расположить в ящиках и на полках
стола химическую посуду.
Для плотного закрывания пробирок, склянок, колб и других
сосудов в лаборатории применяют корковые, стеклянные и рези-
новые пробки. Нужно познакомить учащихся с различными проб-
ками и рассказать им, в каком случае следует применять ту или
иную пробку. Например, для работы с газами (кислородом, во-
дородом и др.) можно пользоваться корковыми или резиновыми
пробками. Резиновые пробки обеспечивают большую герметич-
ность, чем корковые, но они не применимы при работе со многи-
ми органическими растворителями, в которых резина набухает
или растворяется.
Притертые стеклянные пробки применяют в тех случаях, ког-
да требуется герметичность при работе с веществами, действую-
щими на резиновые и на корковые пробки.
В производственных лабораториях широко пользуются рези-
новыми пробками; их особенно целесообразно применять в при-
борах, которые не разбираются после каждого опыта. Резиновые
пробки выпускаются стандартных размеров — диаметр узкого
конца от 8 до 45 мм. Пробка должна входить в горлышко сосуда
на половину своей высоты (чтобы не раздавить сосуд — без уси-
лий, но плотно!).
При сборке приборов часто оказывается необходимым про-
сверлить в пробке отверстие для стеклянной трубки. Корковые
пробки сверлят после обжимания. Для этого пробку ставят на
3*
35
доску из мягкого дерева узким концом вверх и специальным свер-
лом из латунной трубки просверливают отверстие несколько
меньшего диаметра, чем та трубка, которая в него будет вставле-
на. При сверлении резиновых пробок для облегчения работы ко-
нец сверла смазывают глицерином. Отверстие должно проходить
по центру пробки, параллельно ее оси.
ОЧИСТКА ВЕЩЕСТВ
Перед началом лабораторных работ следует напомнить уча-
щимся, что каждое вещество характеризуется определенными
свойствами. Основные физические свойства: агрегатное состоя-
ние, цвет, запах, температура плавления, температура кипения,
плотность, растворимость и т. д.
Нужно уметь правильно описать физические свойства веще-
ства, например:
поваренная соль — твердое вещество белого цвета, без запа-
ха, хорошо растворимое в воде;
бензол — бесцветная жидкость с характерным запахом, ки-
пит при температуре 80°С, плотность 0,88 г/мл, в воде нераство-
рим и не смешивается с ней;
аммиак — бесцветный газ с резким удушливым запахом, хо-
рошо растворим в воде.
В качестве примеров нужно брать те вещества, которые чаще
всего применяются в производстве или лабораториях предприя-
тий, с которыми связано училище, описывать их основные свой-
ства и учить будущих лаборантов распознавать их.
Знакомиться с запахом неизвестного газа или жидкости нуж-
но осторожно, а испытание на вкус следует категорически запре-
тить, во избежание несчастных случаев.
Физические свойства многих веществ приведены в справоч-
никах. Нужно приучить учащихся пользоваться простейшими
справочниками (например, Перельман В. И. Краткий спра-
вочник химика. М., Госхимиздат, 1956; Лурье Ю. Ю. Расчет-
ные и справочные таблицы для химиков. М., Госхимиздат,
1962).
Следует особо подчеркнуть, что температура плавления и ки-
пения, плотность и растворимость — показатели очень важные
для характеристики химического сырья и готовой продукции.
Очистка веществ имеет большое практическое значение, осо-
бенно в химико-фармацевтической и пищевой промышленности,
а также в производстве химических реактивов.
Химические вещества, выпускаемые промышленностью, как
правило, -содержат примеси. Например, технический сульфат
натрия первого сорта содержит 95% Na2SO.j и около 5% приме-
сей; пищевая поваренная соль высшего сорта — 98% NaCl и
около 2% примесей. Чистота химических веществ, выпускаемых
36
промышленностью, достаточна для большинства технических
целей. Для исследовательских и аналитических работ, а также
для специальных целей требуются вещества высокой степени
очистки. Их выпускает в сравнительно небольших количествах
промышленность химических реактивов.
В зависимости от степени чистоты реактивы подразделяют на
«чистые» (сокращенно обозначают буквой ч.), «чистые для ана-
лиза» (ч. д. а.) и «химически чистые» (х. ч.). Наименьшее ко-
личество примесей содержится в реактивах марки х. ч. Изготов-
ление реактивов высшей степени чистота сложно, они дороги и
применять их нужно только в тех случаях, когда они действи-
тельно необходимы.
По этому разделу можно рекомендовать следующие лабора-
торные работы:
1. Очистка технической поваренной соли (бузуна).
2. Дистилляция воды.
3. Очистка серы методом возгонки.
4. Очистка воздуха от углекислого газа баритовой водой.
1. Первая из названных работ особенно ценна в методиче-
ском отношении. Она включает ряд важных практических прие-
мов: растворение твердого вещества, фильтрация, упаривание
и ДР-
Здесь следует помнить, что растворимость хлористого нат-
рия в воде с повышением температуры возрастает незначительно
(в 100 мл воды при 25° С растворяется 36,1 г, при 100° С—39,6 г).
Поэтому нет необходимости перед очистной фильтрацией нагре-
вать раствор до кипения, фильтровать его можно на обычной
химической воронке (без обогрева). Нужно показать учащимся
приемы подготовки бумажного фильтра и вкладывания его в во-
ронку и обратить их внимание на детали работы, обеспечиваю-
щие успешную фильтрацию. Раствор в воронку следует прили-
вать по стеклянной палочке, уровень жидкости в воронке дол-
жен быть ниже края бумажного фильтра, носик воронки должен
касаться стенки стакана или колбы — приемника фильтрата.
Фильтрат помещают в фарфоровую чашку и осторожно упа-
ривают.
Такая очистка освобождает поваренную соль только от при-
месей, нерастворимых в воде (песка, древесных опилок и т. п.).
Эти‘примеси остаются на фильтре. Растворимые примеси, в част-
ности хлористый магний, таким путем не удаляются. Такую
очистку иногда называют перекристаллизацией — это неверно.
С перекристаллизацией поваренной соли из водного раствора,
насыщенного хлористым водородом, учащиеся познакомятся
позднее, в практикуме по количественному анализу.
2. Большое практическое значение имеет работа по дистил-
ляции воды. Чистой воды в природе нет, в воде всегда содержат-
37
ся примеси минеральных солей. Для лабораторной работы,- осо-
бенно в аналитической лаборатории, воду нужно очищать.
Основной способ очистки воды от нерастворимых примесей
(частиц песка, глины и пр.) — отстаивание или фильтрование.
Для очистки воды от растворенных солей ее дистиллируют. Для
выполнения этой работы целесообразно разбить учащихся на
бригады по 2—3 человека. Каждая бригада под руководством
преподавателя собирает прибор для дистилляции воды. Пере-
гонку можно вести из колбы Вюрца или из круглодонной колбы
с соединительной трубкой.
Перегонную колбу и холодильник (с муфтой для водяного
охлаждения) закрепляют на штативах при помощи лапок. Меж-
ду лапкой и стеклом должна быть резиновая прокладка; если
такое покрытие на внутренней поверхности лапки отсутствует,
под лапку подкладывают полоску резины. Для холодильников
следует применять специальные лапки. Завертывать барашек,
зажимая лапку, нужно осторожно, чтобы не раздавить стекло.
На патрубки холодильника надевают каучуковые трубки:
нижнюю соединяют с водопроводным краном, верхнюю, отводя-
щую воду, опускают в раковину или в воронку для стока воды.
Воду в холодильник следует Пускать несильной струей, чтобы не
сорвало трубку. Каучуковые трубки должны лежать свободно,
изломы на них недопустимы. Дистилляцию воды ведут при сла-
бом кипении. Для равномерного кипения в воду можно опустить
кипятильные камешки (кусочки пористой керамики) или запаян-
ные с одного конца короткие капилляры. Воздух, находящийся в
кипятильных камешках или в капиллярах, мельчайшими пузырь-
ками выходит наружу, и вода кипит равномерно, без толчков.
В приемнике собирается дистиллированная вода, которую
учащиеся могут попробовать на вкус (конечно, при условии, что
холодильник и приемник были идеально чистыми).
Следует объяснить учащимся, что дистилляция широко при-
меняется в лабораторной практике, что ее ведут при разной тем-
пературе и разном давлении. В соответствии с этим могут изме-
няться конструкции отдельных узлов установки, но основные ча-
сти: перегонная колба, холодильник и приемник — сохраня-
ются.
Нужно рассказать учащимся о применении дистиллированной
воды в лаборатоирии, в частности в аналитической лаборатории.
В ряде случаев нужно иметь воду, освобожденную от раство-
ренных в ней газов, например от кислорода или углекислого га-
за. Для этого воду кипятят и затем охлаждают в условиях, ис-
ключающих попадание в нее этих газов. Освобожденную от угле-
кислого газа воду применяют, например, в количественном ана-
лизе для приготовления точных растворов щелочи. Обычно такую
воду используют сразу после кипячения — ее называют свеже-
прокипяченной.
38
Для получения большого количества дистиллированной воды
пользуются специальными аппаратами с электрообогревом. Сле-
дует познакомить учащихся с устройством и работой аппарата
для получения дистиллированной воды типа ПК-2. Основные ча-
сти аппарата: камера испарения (куб), конденсатор и устрой-
ство для автоматического поддержания уровня воды в кубе
(уравнитель). Нужно показать учащимся приемы подготовки
аппарата к работе: присоединение шлангом к водопроводной се-
ти, укрепление шлангов для слива дистиллированной воды и для
отвода избытка воды из аппарата, заземление корпуса аппарата,
заполнение куба водой, включение электрообогрева.
Особенность конструкции аппарата заключается в том, что
вода, поступающая в куб, предварительно проходит через верх-
нюю камеру конденсатора, где она подогревается парами воды,
выходящими из куба; пары воды конденсируются в нижней ка-
мере конденсатора и стекают в приемник дистиллированной
воды.
В течение всего процесса дистилляции в аппарат непрерыв-
но поступает вода из водопроводной сети; небольшой избыток ее
сливается через уравнитель. Нужно разобрать с учащимися
устройство уравнителя. Такого рода конструкции применяют для
поддержания постоянного уровня и в других лабораторных при-
борах, например в водяных банях.
Учащиеся должны твердо запомнить порядок пуска аппарата
в работу: сначала — наполнение водой, затем — включение элек-
трообогрева. По окончании дистилляции сначала выключают
электрообогрев, затем закрывают воду.
3. Возгонку серы можно провести в вертикально расположен-
ной длинной пробирке, закрытой сверху ватным тампоном. Что-
бы опыт был более эффектным, для возгонки следует взять серу
с повышенным содержанием битумов или загрязненную землей,
песком. В этом случае особенно заметна разница между грязной
исходной серой и серным цветом — возогнанной серой, отлага-
ющейся на стенках верхней части пробирки.
4. Очистка газов от примесей имеет большое значение при
выполнении многих лабораторных работ. В воздухе постоянно со-
держится углекислый газ; для очистки от него воздух можно про-
пустить через водный раствор щелочи, связывающей углекислый
газ. Чтобы сделать это более наглядным, следует взять известко-
вую или баритовую воду, в которых при поглощении углекислоты
образуется белый осадок (или происходит помутнение раствора).
В пробирку, наполненную наполовину известковой или барито-
вой водой, опускают до дна стеклянную трубку и делают в нее
выдох — раствор в пробирке мутнеет. В воздухе, выдыхаемом
из легких, содержится около 4% углекислого газа, поэтому по-
мутнение раствора очень заметно. В атмосферном воздухе около
0,03% углекислого газа и, чтобы наступило заметное помутнение,
39
нужно пропустить через известковую или баритовую воду боль-
шое количество воздуха. В лабораторной практике для связыва-
ния углекислого газа обычно применяют натронную известь
(смесь окиси кальция с твердым едким натром, содержащую,
кроме того, 10—15% воды). Пористые гранулы натронной изве-
сти можно поместить в U-образную трубку, вставить в оба ко-
лена пробки со стеклянными трубками и одну из них соединить
с трубкой, опущенной в пробирку с баритовой водой. Если те-
перь сделать медленный выдох в трубку, вставленную во второе
колено, то можно убедиться, что воздух, прошедший через на-
тронную известь, не содержит углекислого газа — баритовая
вода не мутнеет. Выдох нужно делать медленно, при резком вы-
дохе возможен проскок углекислого газа через натронную из-
весть. Это простейший прием очистки газа. Позднее учащиеся
познакомятся с другими реактивами и приборами для очистки и
высушивания газов.
Следует иметь в виду, что натронная известь очень гигроско-
пична (ее используют для связывания не только углекислого
газа, но и паров воды) и хранить ее нужно в стеклянной банке
с притертой пробкой, залитой парафином. Обращаться с ней
нужно осторожно, так как при попадании на кожу она может
причинить ожог. Натронную известь, попавшую на кожу, нужно
удалить, а пораженное место обмыть сначала большим количе-
ством воды, а затем 1%-ным раствором уксусной кислоты.
КИСЛОРОД
При изучении получения и свойств кислорода нужно отме-
тить способность газов проникать через малейшие неплотности
и необходимость тщательно герметизировать приборы для полу-
чения и сосуды для хранения газа. Учащиеся должны освоить
приемы работы с газометрой и баллонами со сжатыми газами.
В этом разделе они используют и свой, пока еще небольшой,
опыт работы со стеклом — собирают прибор для получения кис-
лорода.
В лаборатории кислород получают разложением бертолето-
вой соли или марганцовокислого калия.
Простейший прибор для получения кислорода — пробирка,
закрытая пробкой, в которую вставлена стеклянная газоотвод-
ная трубка. Такой прибор должен собрать каждый учащийся под
руководством мастера производственного обучения. Работу эту
можно выполнить на занятиях по неорганической химии или по
стеклодувному делу.
Собранный прибор нужно проверить на герметичность. Если
прибор негерметичен, нужно подобрать новую пробку.
Необходимо категорически запретить учащимся закрывать
неплотности менделеевской замазкой, сургучом и др. Исходное
40
вещество (бертолетову соль или марганцевокислый калий) по-
мещают на дно пробирки и слегка подогревают.
При получении кислорода разложением бертолетовой соли
нужно объяснить учащимся сущность реакции и на ее примере
показать роль катализатора. Для этого можно провести два
опыта: 1) нагревание бертолетовой соли без добавки двуокиси
марганца — выделение кислорода очень слабое; 2) нагрева-
ние смеси бертолетовой соли с двуокисью марганца (весовое со-
отношение 3:1) — бурное выделение кислорода. Следует пом-
нить о способности бертолетовой соли образовывать смеси,
взрывающиеся от трения. Перед приготовлением смеси бертоле-
товой соли с двуокисью марганца нужно убедиться, что, во-пер-
вых, это двуокись марганца, а не какое-либо другое вещество и,
во-вторых, взятая двуокись марганца не содержит примеси сажи.
Примесь сажи, внесенная с двуокисью марганца в бертолетову
соль, может привести к взрыву. Нужно предварительно смешать
в ступке небольшие количества бертолетовой соли и двуокиси
марганца и нагреть маленькую порцию этой смеси в пробирке.
При хранении бертолетовой соли следует принять меры, чтобы
она не могла рассыпаться и смешаться с серой, сажей, сахаром
и другими веществами, способными окисляться.
Можно получить кислород нагреванием марганцевокислого
калия. При хранении марганцевокислого калия и при работе с
ним следует помнить, что это сильный окислитель, соединение
которого с глицерином, этиленгликолем и серной кислотой при-
водит к пожару и взрыву.
Для получения больших количеств кислорода разложение
бертолетовой соли или марганцевокислого калия ведут не в про-
бирке с газоотводной трубкой, а в реторте. Нужно показать уча-
щимся приемы работы с ретортой.
Выделившийся кислород можно собрать над водой в пере-
вернутый стеклянный цилиндр и использовать для изучения его
свойств.
Если для работы в лаборатории нужно большое количество
кислорода, его доставляют с кислородного завода в стальных
баллонах, где он находится под давлением 150 ат. Баллоны со
сжатыми и сжиженными газами: кислородом, азотом, углекис-
лым газом, хлором и другими — широко используются в лабо-
раториях, и учащиеся должны овладеть приемами транспорти-
ровки баллонов в лаборатории, установки на рабочих местах и
работы с ними.
Приемы работы следует показать учащимся на пустом бал-
лоне. Баллон доставляют к рабочему месту на тележке (или кан-
туют вручную) и закрепляют в вертикальном положении спе-
циальным хомутом, отвинчивают предохранительный колпак и
защитную заглушку бокового штуцера. Нужно объяснить уча-
щимся устройство редуктора и показать приемы работы с редук-
41
тором. Редуктор навинчивают на боковой штуцер вентиля бал-
лона и затягивают накидную гайку. Для кислородного баллона
можно применять только специальные редукторы, окрашенные,
как и баллон, в голубой цвет. Затем осторожно открывают вен-
тиль баллона. Если его не удается открыть рукой, берут ключ с
коротким рычагом. Нужно следить, чтобы вместе со штоком не
вывернулась сальниковая гайка. Если вентиль не удается от-
крыть, баллон следует вернуть на склад, пользоваться им
нельзя.
Далее нужно показать приемы регулирования давления газа
(на выходе) с помощью пружинного клапана и регулирования
расхода с помощью вентиля на выходе из камеры низкого дав-
ления.
После того как учащиеся освоят все эти приемы, можно пе-
рейти к работе с баллоном, наполненным кислородом. Нужно
следить, чтобы на поверхности баллона не было масляных пя-
тен. Баллон нужно протереть чистой сухой тряпкой. Ни в коем
случае нельзя смазывать маслом нарезку редуктора или приме-
нять для уплотнения промасленные прокладки.
При открывании вентиля баллона первый манометр на ре-
дукторе показывает давление кислорода в баллоне, второй —
давление в камере низкого давления после редукции. Регули-
руют скорость истечения кислорода из баллона, надевают на па-
трубок редуктора чистый резиновый шланг и направляют кисло-
род в заранее подготовленные сосуды или газометры. После на-
полнения сосудов закрывают вентиль баллона и отсоединяют
шланг.
Для проведения опытов с кислородом удобно предварительно
наполнить им газометры. Газометр — прибор для собирания и
хранения газа — состоит из. двух основных частей: сосуда для
хранения газа и воронки с водой для вытеснения газа. Сосуд
имеет нижний тубус для приема газа и слива воды и газоотвод-
ную трубку с краном в верхней части. Нужно показать учащимся
приемы заполнения газометра газом и выпуска из него газа.
Перед началом работы нужно убедиться в герметичности
всех соединений: пробки с газоотводной трубкой; шлифа, на ко-
тором вставлена воронка; кранов под воронкой и крана на газо-
отводной трубке. Сосуд и воронку заполняют водой, закрывают
краны под воронкой и на газоотводной трубке и вынимают проб-
ку из нижнего тубуса. Если все соединения герметичны, вода из
тубуса не выливается. Тогда в тубус вставляют трубку, соеди-
ненную с баллоном, и кислород начинает заполнять газометр,
вытесняя воду, которая выливается через тубус. После напол-
нения газометра вынимают трубку, плотно закрывают пробкой
тубус и приступают к наполнению следующего газометра. Меж-
ду баллоном и газометром ставят пустую двугорлую склянку.
Для выпуска кислорода из газометра открывают газоотвод-
42
ный кран и кран под воронкой. По мере выпуска кислорода вода
из воронки стекает в сосуд. По объему воды в сосуде можно су-
дить о количестве оставшегося в нем кислорода. Для прекра-
щения выпуска газа перекрывают оба крана.
Стеклянные газометры удобны для собирания и хранения га-
зов, не растворяющихся в воде и не реагирующих с водой, и ши-
роко используются в лабораториях.
Скорость газа, выходящего из баллона или газометра, при-
близительно определяют по количеству пузырьков, проходяще-
му за одну минуту в специальном приборе — счетчике пузырь-
ков. Этот прибор применим только при небольших скоростях. Для
более точного определения скорости газа служат реометры. Эти
приборы пригодны для измерений при большой скорости газо-
вого потока. Нужно познакомить учащихся с этими приборами
и объяснить принцип их действия.
Опыты по сжиганию веществ в кислороде желательно про-
водить в широких цилиндрах или стаканах, на дно которых мож-
но насыпать немного песку ^цля защиты от раскаленных частиц
продуктов сгорания (это недопустимо, если продукты сгорания
нужны для дальнейшего исследования). Обычно при изучении
процессов горения сжигают серу, уголь, магний, железо, фос-
фор.
Вещество помещают в железную ложечку, которую по мере
сгорания вещества постепенно погружают в цилиндр.
Следует познакомить учащихся с сосудами Дьюара, приме-
няющимися для транспортировки и хранения жидкого кисло-
рода, воздуха и других газов. Так как лабораторные сосуды
Дьюара изготовлены из стекла, их необходимо предохранять от
толчков и ударов. Наполненные жидким газом сосуды устанав-
ливаются в специальные штативы. Нужно следить, чтобы внутрь
сосуда не попала влага, органические вещества и другие загряз^
нения. Следует обратить внимание учащихся на то, что сосуды
Дьюара не закрывают, поэтому газ из них может испаряться сво-
бодно и давление в сосуде не повышается.
ВОДОРОД
Водород обычно получают, действуя на гранулированный
цинк разбавленной серной или соляной кислотой. Реакцию про-
водят в аппарате Киппа. Этот аппарат широко применяется в
лабораториях. Учащиеся должны хорошо изучить его устройство
и уметь с ним работать.
’ Объяснение лучше всего начать с общей характеристики
реакций, протекающих в аппарате Киппа — реакций между
твердыми веществами и жидкостями с образованием газообраз-
ных продуктов. Затем объяснить назначение его отдельных ча-
стей и показать приемы подготовки к работе нового аппарата
43
Киппа. Газоотводную трубку с краном вставляют в тубус сред-
него резервуара на резиновой пробке. Нужно очень тщательно
подобрать и укрепить пробку и трубку с краном. При работе с
соляной кислотой отверстие верхнего резервуара закрывают
пробкой с водяным затвором, исключающим проникновение хло-
ристого водорода в помещение лаборатории. Особо плотно нуж-
но закрыть отверстие для слива отработанной кислоты. Если к
нему имеется притертая пробка, ее нужно смазать вазелином,
плотно вставить и закрепить проволокой. Если притертой проб-
ки нет, нужно подобрать плотно вставляющуюся резиновую
пробку и тоже закрепить ее проволокой. Предосторожность эта
необходима, так как пробка находится под давлением.
После этого нужно показать приемы зарядки аппарата. Гра-
нулированный цинк загружают в средний шар аппарата (вынув
воронку и расположив прибор горизонтально), а затем, вставив
воронку и поставив прибор вертикально, заряжают аппарат кис-
лотой. Реакция начинается в тот момент, когда кислота вступает
в соприкосновение с цинком. Выделяющийся водород уходит че-
рез газоотводную трубку (при открытом кране). Если закрыть
кран, то водород, не имея выхода, создаст давление в среднем
шаре, вытеснит из него кислоту и реакция прекратится. Если
приоткрыть кран, часть водорода выйдет, часть жидкости из во-
ронки перейдет в нижний резервуар, откуда — в средний, и
реакция возобновится.
Таким образом, аппарат Киппа — это автоматически дей-
ствующий прибор для получения газа. В нем можно получать не
только водород, но и углекислый газ (из мрамора и соляной кис-
лоты), сероводород (из сернистого железа и соляной кисло-
ты) и др.
Для зарядки аппарата Киппа нужно отобрать достаточно
крупные гранулы цинка. Мелкие гранулы могут провалиться в
нижний резервуар и там начнется реакция с выделением газа.
В этом случае может возникнуть довольно значитетьное давле-
ние и кислота может быть выброшена через воронку. Чтобы ис-
ключить попадание твердого вещества в нижний резервуар, в
отверстие между нижним и средним резервуаром вставляют ре-
зиновый диск с отверстием для трубки воронки. В нем проре-
зают несколько мелких отверстий, через которые свободно мо-
жет пройти жидкость, но не провалятся гранулы цинка.
Иногда необходимо добавить цинк, не разряжая полностью
аппарат. Для этого подбирают пробку для верхнего отверстия
воронки и, вытеснив жидкость в воронку, плотно его закрывают.
Затем осторожно вынимают пробку с газоотводной трубкой и
через это отверстие добавляют гранулы цинка.
По окончании отбора газа следует не сразу закрыть кран, а
несколько раз приоткрыть его, чтобы выпустить избыток газа.
Для полной разрядки аппарат Киппа ставят в раковину водо-
44
провода, пускают сильную струю воды и открывают отверстие
для слива.
Если выделение водорода идет медленно, можно для уско-
рения реакции добавить к соляной кислоте 0,5 мл раствора хлор-
ной меди.
Следует подчеркнуть, что из аппарата Киппа выходит газ,
увлажненный водой, и если для работы нужен сухой газ, его вы-
сушивают, пропуская, например, через концентрированную сер-
ную кислоту. Для высушивания газов применяют и другие веще-
ства: прокаленный хлористый кальций, силикагель. Прокален-
ный хлористый кальций измельчают и помещают в стеклянные
U-образные трубки, через которые пропускают газ. Трубки с
хлористым кальцием другой формы используют для защиты ве-
ществ от атмосферной влаги. Следует познакомить учащихся с
хлоркальциевыми трубками и показать приемы их снаряжения.
Для опытов, проводимых в практикуме, высушивание водоро-
да не является необходимым.
Опыты с водородом нужно проводить осторожно, так как он
образует с воздухом гремучую смесь. Перед опытами с поджига-
нием водорода обязательна проба его «на чистоту», то есть на
отсутствие примеси воздуха. Для этого наполняют водородом
пробирку (перевернутую вверх дном) и подносят ее к пламени
горелки. Чистый водород загорается бледно-голубым пламенем
и спокойно сгорает; при наличии примеси воздуха происходит
небольшой взрыв. Такую пробу должен уметь делать каждый
учащийся.
Водород — сильный восстановитель. Это можно показать па
примерах восстановления водородом окислов металлов. В труб-
ку из тугоплавкого стекла помещают немного окиси меди или
окиси железа, нагревают горелкой и пропускают водород из ап-
парата Киппа. Затем прекращают нагревание и охлаждают по-
лученный металл в токе водорода.
окислы, ОСНОВАНИЯ, кислоты и соли
На материале этого раздела учащиеся должны закрепить
знание свойств основных классов неорганических веществ.
Экспериментальные работы здесь не сложны и не требуют спе-
циального оборудования,
В этом разделе следует уделить особое внимание работам,
демонстрирующим взаимосвязь различных классов неорганиче-
ских соединений.
Окислы. С получением окислов учащиеся познакомились
при изучении свойств кислорода. Важнейшее свойство окислов
(солеобразующих) — способность образовывать соли. Кислот-
ные окислы образуют соли при реакции с основаниями, основ-
ные — при реакции с кислотами. Это можно показать на приме-
45
ре уже знакомой ученикам соли — сернокислой меди. К нагре-
тому почти до кипения 20 %-ному раствору H2SO4 постепенно до-
бавляют маленькими порциями порошок окиси меди — раствор
окрашивается в синий цвет. Окись меди добавляют до тех пор,
пока не израсходуется вся кислота, о чем можно судить по появ-
лению осадка окиси меди, не вступившей в реакцию. Образова-
ние сернокислой меди легко доказать следующим образом: ре-
акционную массу охлаждают, разбавляют вдвое водой, отфиль-
тровывают осадок окиси меди, а фильтрат осторожно упари-
вают — выпадают синие кристаллы сернокислой меди.
Уравнение основной реакции:
CuO + H2SO4 = C11SO4 + Н2О.
Окись кальция можно получить прокаливанием углекислого
кальция. Тонкоизмельченный порошок мела помещают в про-
бирку с газоотводной трубкой и нагревают пробирку в пламени
горелки. Выделяется углекислый газ, в пробирке остается окись
кальция. В этом можно убедиться, бросив кусочек вещества,
оставшегося в пробирке, в стаканчик с водой — произойдет ре-
акция, известная в технике под названием «гашение извести».
Основания. Нужно познакомить учащихся с важнейши-
ми основаниями, применяющимися в промышленности; показать
им образцы гидратов окисей натрия и калия (в виде раствора
и в плавленом виде), гидрата окиси аммония (техническую ам-
миачную воду), гидрата окиси кальция, бария, меди, желе-
за и др. Важно, чтобы учащиеся почувствовали разницу между
растворимыми и нерастворимыми в воде основаниями. С этой
целью они проводят опыты по растворению в воде гидратов оки-
сей натрия, калия, меди и железа (меры безопасности при работе
с едкими щелочами!) и отмечают разницу в свойствах этих осно-
ваний.
Характерное свойство растворимых в воде оснований — ще-
лочная реакция на фенолфталеин и другие индикаторы. Нужно
познакомить учащихся с важнейшими индикаторами и индика-
торными бумагами (бриллиантовый желтый, метиловый оран-
жевый, лакмус, фенолфталеин и др.) и показать приемы распо-
знавания щелочи с их помощью.
Гидрат окиси меди легко растворяется в серной или в соля-
ной кислоте. При этом образуются растворимые соли — серно-
кислая медь и хлорная медь:
Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O;
Cu(OH)2+2HC1 = CuC12 + 2H2O.
Нерастворимые в воде основания учащиеся получают из соот-
ветствующих солей действием щелочи. К раствору хлорного же-
леза или сернокислой меди приливают по капле раствор едкого
натра — выпадают хлопьевидные осадки: голубой — гидрат оки-
46
си меди и бурый — гидрат окиси железа (уравнения реак-
ций!).
Осадки отфильтровывают, голубой осадок гидрата окиси ме-
ди нагревают в фарфоровой чашке, он превращается в черное
вещество — окись меди (уравнение реакции!).
Кислоты. Целесообразно начать с показа образцов кис-
лот: серной, соляной, азотной, фосфорной. Учащиеся должны
твердо усвоить характерные свойства кислот: кислая реакция,
способность реагировать с металлами, окислами металлов и ос-
нованиями с образованием солей.
Один из важных способов получения кислот — соединение с
водой кислотных окислов (ангидридов). Можно, например, та-
ким путем получить фосфорную кислоту, прибавив к 4—5 мл
воды в пробирке кусочек фосфорного ангидрида (уравнение
реакции!).
Учащиеся должны убедиться, что кислоты растворяются в
воде (меры предосторожности, особенно при растворении серной
кислоты!) и растворы имеют кислую реакцию на конго, лакмус
и метиловый оранжевый.
Металлический цинк реагирует с разбавленной серной или
соляной кислотой с выделением водорода. Если по окончании
реакции отфильтровать не вошедший в реакцию цинк и упарить
фильтрат, выпадут белые кристаллы сернокислого или хлори-
стого цинка,
В отличие от цинка медь не реагирует с разбавленной сер-
ной и с соляной кислотами; это легко показать, повторив
предыдущий опыт, взяв вместо цинка медь.
Одна из важнейших реакций кислот — реакция нейтрализа-
ции. Поскольку эта реакция имеет большое практическое значе-
ние, ее нужно разобрать подробно. Для выполнения ее удобно
взять 0,5 н. растворы соляной кислоты и едкого натра. Можно
провести нейтрализацию щелочи кислотой в присутствии фе-
нолфталеина или метилового оранжевого. При нейтрализации
кислоты щелочью переход окраски менее резок, и учащиеся мо-
гут сразу не уловить его. Нейтрализацию удобно вести, приливая
кислоту или щелочь из бюретки. Можно объяснить учащимся,
что таким же образом выполняются многие производственные
анализы. Легко убедиться, что действительно произошла ней-
трализация:
NaOH + HCl = NaCl + H2O.
Если упарить нейтрализованный раствор, выпадут кристаллы по-
варенной соли.
Соли. Нужно напомнить учащимся о классификации солей
и показать образцы средних, кислых и основных солей.
Существует ряд способов получения солей, со многими из
них учащиеся уже знакомы. Например, они получали соль взаи-
47
модействием: металла и металлоида (сернистое железо из серы
и железа), окисла металла и кислоты (сернокислую медь из
окиси меди и серной кислоты), ангидрида кислоты и основания
(углекислый кальций из гидрата окиси кальция и углекислого
газа), основания и кислоты (сернокислая медь из гидрата окиси
меди и серной кислоты), металла и кислоты (сернокислый цинк
из цинка и серной кислоты).
Нужно показать еще два важных способа — взаимодействие
металла с солью другого металла и обменное взаимодействие со-
лей.
При нагревании раствора сернокислой меди с цинком, взя-
тым в избытке, раствор обесцвечивается и выделяется металли-
ческая медь. Можно отфильтровать осадок и упарить фильтрат,
при этом выпадают кристаллы сернокислого цинка.
На примерах реакций обменного взаимодействия солей мож-
но показать, что таким путем особенно легко получить соли, не-
растворимые в воде. В качестве примеров можно привести взаи-
модействие хлористого бария и сернокислого натрия, азотнокис-
лого серебра и хлористого натрия, хлористого кальция и угле-
кислого натрия и др. (уравнения реакций’).
Получение кислой соли можно показать на примере превра-
щения карбоната бария в бикарбонат при пропускании избытка
углекислого газа через баритовую воду (уравнение реакций!).
Образование основной соли можно показать на примере об-
разования основной сернокислой меди. Если к раствору серно-
кислой меди прибавить небольшой избыток едкого натра, обра-
зуется осадок гидрата окиси меди, который при нагревании чер-
неет, превращаясь в окись меди. При прибавлении небольшого
количества едкого натра (без избытка по отношению к серно-
кислой меди) выпадает осадок, уже не изменяющийся при нагре-
вании, это — основная соль Cu2(OH)2SO4.
В качестве заключительных работ по этой теме учащиеся вы-
полняют комплексную работу по взаимному превращению сое-
динений различных классов.
Можно предложить ряд вариантов такой работы, например:
CuO^ CnSO4—>- Cii(OH)2->-CiiC12;
NaOH —> Na2SO4—> BaSO4;
HCl-^NaCl-^AgCl;
Zn^ZnCI2 --Zn (OH)2 -> Zn (NO3)2 и др.
Получив задание, учащийся составляет план работы, показы-
вает его мастеру и приступает к выполнению. Учащийся может
сделать приблизительный расчет количества реактивов, необхо-
димых для проведения той или иной реакции. В отдельных слу-
чаях можно рассчитать ожидаемый выход конечного продукта и
сравнить его с фактическим.
48
РАСЧЕТЫ ПО ФОРМУЛАМ И УРАВНЕНИЯМ ХИМИЧЕСКИХ
РЕАКЦИЙ
Любая лабораторная работа в химической лаборатории свя-
зана с расчетами. Очень важно, чтобы расчеты эти лаборант вы-
полнял сознательно, а не механически. Особое значение для ла-
борантов имеют точные расчеты результатов анализа. Они бу-
дут рассмотрены позднее. В этом разделе речь пойдет о простей-
ших расчетах, без которых невозможен переход к более слож-
ным расчетам загрузки исходных веществ для синтеза или рас-
четам результатов анализа.
Расчеты по формулам
а) Нахождение молекулярного веса.
Сам расчет не представляет никаких трудностей. Нужно на-
помнить учащимся, что молекулярный вес складывается из атом-
ных весов элементов, входящих в состав молекулы, умноженных
на количество атомов данного элемента. Важно приучить буду-
щих лаборантов к определенной системе записи, например:
М. в. H2SO4 = 1 Х2 + 32Х 1 + 16X4 = 98.
Учащиеся должны твердо усвоить разницу между молекуляр-
ным весом и весом грамм-молекулы и помнить, что последний
выражается в граммах:
М. в. H2SO4 = 98;
1 г-моль H2SO4 = 98 г.
В химической промышленности имеют дело с большими коли-
чествами веществ и наряду с понятием грамм-молекулы (г моль)
нужно дать учащимся представление о килограмм-молекуле
(кг • моль).
Для практических расчетов следует пользоваться таблицами
округленных атомных весов. В них приведены атомные веса, вы-
численные с точностью до 0,1.
Решение большинства практических и учебных задач начи-
нается с нахождения молекулярного веса.
б) Вычисление весового содержания эле-
мента в определенном количестве вещества.
Пример. Сколько граммов бария содержится в 459 г окиси бария?
Решение.
1. Вычисляем молекулярный вес.
М. в. ВаО = 137+16= 153,
отсюда 1 г-моль ВаО=153 г.
2. Вычисляем количество граммов бария, содержащееся в 459 г окиси ба-
рия: в 1 г-моль окиси бария (153 г) содержится 1 г • атом бария (137 г); какое
количество бария находится в 459 г окиси бария?
153 г ВаО— 137 г Ва,
459 г ВаО — X г Ва,
4—747
49
отсюда
в) Вычисление количества вещества, в ко-
тором содержится определенное количество
элемента.
Пример. Сколько килограммов окиси алюминия потребуется для полу-
чения из нее 108 кг алюминия?
Решение.
1. Находим по формуле молекулярный вес и вес 1 кг-моль окиси алю-
миния.
М. в. А12О3 = 27Х2+ 16X3= 102,
1 кг • моль А12О3 = 102 кг.
2. Находим количество окиси алюминия, нужное для получения 108 кг
алюминия: в 1 кг моль окиси алюминия (102 кг) содержатся 2 кг • атом алю-
миния (54 кг). В каком количестве окиси алюминия содержится 108 кг алю-
миния?
54 кг А1 — 102 кг А12О3,
108 кг А1 — X кг А120з,
отсюда
54 im
108 “ X ’ Х=204 кг-
г) Вычисление процентного состава слож-
ного вещества.
Пример. Каково процентное содержание серы в железном колчедане?
Решение.
1. Находим по формуле молекулярный вес железного колчедана.
М. в. FeS2=56X 1+32X2= 120.
2. Вычисляем процентное содержание серы в железном колчедане, то есть
количество весовых частей серы в 100 весовых частях железного колчедана.
В 120 в. ч. FeS2 — 64 в. ч. S,
в 100 в. ч. FeS2 — X в. ч. S,
отсюда
Х= 641-2-0— =53,3%.
Иногда задача может быть сформулирована так: вычислить процентный
состав сернокислого натрия.
Решение.
1. Вычисляем молекулярный вес сернокислого натрия.
М. в. Na2SO4=2X23+1X32 + 4X16= 142.
2. Вычисляем процентное содержание натрия.
142 в. ч. Na2SO4 — 46 в. ч. Na,
100 в. ч. Na2SO4 — X в. ч. Na,
50
3. Вычисляем процентное содержание серы.
142 в. ч. Na2SO4 — 32 в. ч. S,
100 в. ч. Na2SO4—X в. ч. S,
отсюда Х=22,5°/о.
4. Содержание кислорода можно вычислить по разности:
100 % - (32,4 % + 22,5 %) = 45,1 %.
Расчеты по уравнениям реакций
Уравнение химической реакции дает точное представление о
весовых соотношениях между исходными веществами и продук-
тами реакции. Если известно количество исходного вещества, то
по уравнению реакции можно вычислить количество вещества,
которое образуется в результате реакции. Можно решить и об-
ратную задачу: по количеству продукта реакции определить ко-
личество исходного вещества. Обе эти задачи имеют большое
значение в повседневной работе в лаборатории.
а) Вычисление tколичества исходных ве-
ществ, если известно количество продуктов
реакции.
Пример. Какое количество железа потребуется для получения 508 г
хлористого железа при взаимодействии железа .с соляной кислотой?
Решение.
1. Прежде всего надо написать уравнение реакции, расставить коэффи-
циенты и подчеркнуть интересующие нас вещества — железо и хлористое
железо:
Fe+2HCl = Fe С12+Н2.
2. Над формулами этих веществ записываем данные из условий: над
FeCl2 — 508 г, над Fe — X г:
X г 508 г
Fe+2HCl = Fe С12+Н2.
3. Затем вычисляем молекулярные (атомные) веса и величины грамм-
молекул (соответственно грамм-атомов) хлористого железа и железа и запи-
сываем их под формулами этих веществ:
X 508 г
Fe + 2HCl = Fe С12 + Н2.
~56г 127 г
4. Для получения 127 г хлористого железа требуется 56 г железа; какое
количество железа нужно для получения 508 г хлористого железа?
127 г FeCl2 — 56 г Fe ,
508 г FeCl2 — X г Fe ,
отсюда
_£ь_ = ; Х=224 г
X 508
б) Вычисление количества продуктов реак-
ции, если известно количество исходного ве-
щества.
4*
51
Пример. Какое количество сернистого газа получится при обжиге 22 г
железного колчедана?
Решение. Ход решения задачи такой же, как и в предыдущем примере.
1. Записиваем уравнение реакции, расставляем коэффициенты, подчерки-
ваем интересующие нас вещества и выписываем над ними данные из условий
задачи: 22 а Хг
4 Fe Sa-f-11 О2=2 Fe2 Оз+ 8SO2.
2. Вычисляем молекулярные веса и величины грамм-молекул и выписываем
их с учетом коэффициентов:
1 г • моль FeS2 = 88 г,
1 г • моль SO2 = 64 г,
4 г • моль FeS2 = 352 г,
8 г • моль SO2 = 512 г,
22 г Хг
4 Fe S2+11 О2=2 Fe2 O3+8 SO2
352 г 512 г
3. Из 352 г железного колчедана образуется 512 г сернистого газа, сколько
сернистого газа образуется из 22 г железного колчедана?
352 г FeS2 —512 г SO2,
22 г FeS2 — X г SO2, -
отсюда
512
X
3'52 v „„
22 ’ А-32г-
Если в условиях задачи дается не весовое, а объемное коли-
чество одного из газообразных продуктов, то ход решения
остается таким же, но учащиеся
1 г • моль газообразного вещества при нормальных условиях
(давление 760 мм рт. ст.,
22,4 л.
Пример. Сколько литров газообразного хлора, взятого при нормальных
условиях, потребуется, чтобы перевести в хлорную медь 128 г меди?
Решение.
должны вспомнить, что
температура 0°С) занимает объем
128 г
Си
64 г
Хл
С12 г,
——- =Си С12.
22,4 л
Чтобы перевести в хлорную
перевести в хлорную медь 128 г меди, нужно X л хлора.
64 г Си — 22,4 л С12,
128 г Си ”
медь 64 г меди, нужно 22,4 л хлора; чтобы
— ХлС12,
отсюда
64
. 128
22,4
—; Х=44,8л.
Л
нормальных условиях, то его нужно
Если объем дан не при
привести к нормальным условиям с помощью уравнения Менде-
леева—Клапейрона.
В рассмотренных примерах мы исходили из того, что все взя-
тые вещества полностью переходят в продукты реакции. Мы
считали, например, что из 352 г железного колчедана образует-
52
ся 512 г сернистого газа. Действительно, такое количество долж-
но было бы образоваться по теории, на основании уравнения
реакции. На практике же образуется несколько меньшее количе-
ство сернистого газа, так как часть железного колчедана не сго-
рает до конца, некоторое количество уносится с продуктами го-
рения и т. д. Из 352 г железного колчедана практически обра-
зуется около 490 г сернистого газа. Таким образом, практиче-
ский выход составляет:
ер? • 100% =95,7% от теоретического.
Выход, рассчитанный в процентах от теоретического, — важ-
ная величина, характеризующая технологические процессы. Эта
величина входит во многие расчеты, имеющие большое практи-
ческое значение.
Пример. Сколько окиси кальция образуется при обжиге 500 кг извест-
няка, если выход окиси кальция составляет 95% от теоретически возможного
выхода?
Решение.
500 кг X кг
СаСО3=СаО+СО2
100 кг 56 кг
1 кг • моль СаСОз= 100 кг,
1 кг-моль СаО = 56 кг.
Составляем пропорцию:
100 кг СаСОз — 56 кг СаО,
500 кг СаСОз — X кг СаО,
_100_ = _; Х=280 кг.
500 X
280 кг — теоретически возможный выход. Фактически выход составляет 95%
от теоретического, то есть:
280'=266 кг.
ГАЛОГЕНЫ
В этом разделе учащиеся должны познакомиться со спосо-
бами получения хлористого водорода и со свойствами соляной
кислоты.
Получение хлора и работа с ним требует большой осторож-
ности. Всю работу проводят в вытяжном шкафу. При отсутствии
эффективной вытяжной вентиляции опыты с хлором проводить
нельзя.
Простейший способ получения хлора в лаборатории — окис-
ление хлористого водорода. В качестве окислителя можно взять
марганцевокислый калий, двуокись марганца или двухромово-
53
кислый калий. Методика работы очень проста: к окислителю, по-
мещенному в колбу с газоотводной трубкой, постепенно прили-
вают концентрированную соляную кислоту. При работе с мар-
ганцевокислым калием реакция идет без нагревания, при работе
с другими окислителями колбу нужно подогреть. Выделяющий-
ся хлор собирают в банки с притертыми пробками и сразу же ис-
пользуют для опытов; часть хлора можно собрать в склянки с
водой, получив таким образом хлорную воду.
Хлор, даже в небольших количествах, сильно раздражает ды-
хательные пути; вдыхание больших количеств хлора вызывает
удушье и даже смертельный исход.
Если для работы в лаборатории нужны большие количества
хлора, его не получают на месте, а привозят в специальных бал-
лонах. Нужно показать учащимся такой баллон и объяснить
правила работы с ним.
В отличие от кислородных, баллоны с хлором имеют внутри
сифонную трубку, доходящую до дна баллона. Баллон устанав-
ливают вентилем вниз в специальный штатив. Редуктор на бал-
лон с хлором не ставят, а выпуск газа регулируют двумя венти-
лями — основным запорным и микровентилем. Иногда хлорный
баллон не имеет сифонной трубки, тогда его устанавливают
обычным образом — вентилем вверх. Следует иметь в виду, что
при неправильной установке баллона хлор из него не пойдет.
Баллон с хлором нужно особенно тщательно оберегать от на-
гревания.
Все приемы работы с хлорными баллонами следует показы-
вать на пустом баллоне. При этом нужно соблюдать все меры
предосторожности, поскольку в «пустом» баллоне остается неко-
торое количество хлора.
Хлор — сильный окислитель, он легко вступает в реакцию с
многими металлами. Эти опыты проводят так же, как сжигание
веществ в кислороде: в банки, наполненные хлором, вносят по-
рошок сурьмы, тонкую медную или железную проволоку (пред-
варительно нагретую) и др. Продукты горения — хлориды соот-
ветствующих металлов.
Большое значение имеет реакция горения водорода в хлоре—
она лежит в основе промышленного синтеза хлористого водорода
и соляной кислоты. Эту реакцию можно воспроизвести в лабора-
тории. Для этого нужно поджечь струю водорода, вытекающую
из газоотводной трубки (например, аппарата Киппа) и опустить
конец газоотводной трубки в банку с хлором; пламя при этом
становится голубым, образуется газ с резким запахом — хлори-
стый водород.
Другой способ получения хлористого водорода (сульфатный)
более удобен в лабораторных условиях, хотя свое промышлен-
ное значение он уже утратил. Здесь к поваренной соли, помещен-
ной в колбу с газоотводной трубкой, прибавляют постепенно кон-
54
центрированную серную кислоту. Колбу осторожно нагревают,
выделяется хлористый водород. Он хорошо растворим в воде и
его можно уловить в поглотительных сосудах. Так можно полу-
чить соляную кислоту невысокой концентрации. Образование ее
легко доказать соответствующим индикатором и реакцией с
азотнокислым серебром. При действии азотнокислого серебра на
соляную кислоту и растворы ее солей выпадает характерный бе-
лый осадок хлористого серебра (уравнения реакций!). Азотно-
кислое серебро — реактив на соляную кислоту и ее соли.
С растворами солей йодисто- и бромистоводородной кислоты
азотнокислое серебро тоже образует осадки. Учащиеся должны
провести эти реакции и отметить цвет осадков хлористого, бро-
мистого и йодистого серебра.
йод находит широкое применение в химических лаборато-
риях. Основной способ очистки йода — возгонка. Эту операцию
должен проделать каждый учащийся, соблюдая меры предосто-
рожности. Всю работу с йодом следует вести под тягой.
В присутствии йода крахмал становится синим. Таким обра-
зом, крахмал является реактивом на свободный йод. Учащиеся
могут убедиться, что йодистоводородная кислота и её соли —
йодиды не дают этой реакции, йодистоводородная кислота легко
окисляется до свободного йода. Эта реакция широко исполь-
зуется в аналитической химии.
РАСТВОРЫ
На материале этого раздела учащиеся должны закрепить тео-
ретические знания о растворах и освоить ряд приемов практиче-
ской работы, прежде всего взвешивание на технохимических ве-
сах и приготовление растворов заданной концентрации.
Особое внимание нужно уделить примерам расчетов концен-
трации, различным способам выражения концентрации и перехо-
ду от одного способа выражения концентрации растворов к дру-
гому.
Нужно напомнить учащимся, что существуют два основных
способа выражения концентрации растворов: весовая концен-
трация — количество вещества, находящееся в определенной на-
веске раствора (например, в 1 кг), и объемная — количество ве-
щества, находящегося в определенном объеме раствора (напри-
мер, в 1 л, в 1 мл).
Весовой концентрацией удобно пользоваться, когда раствор
взвешивают на весах и берут навеску раствора; объемной —
когда раствор отмеривают цилиндром или пипеткой.
Весовую концентрацию обычно выражают в весовых процен-
тах, которые численно совпадают с количеством граммов веще-
ства, содержащимся в 100 г раствора.
55
Объемную концентрацию выражают несколькими способами:
а) количеством граммов вещества, находящимся в 1 л раст-
вора;
б) количеством грамм-молекул вещества, находящимся в 1 л
раствора (молярная концентрация);
в) количеством грамм-эквивалентов вещества, находящимся
в 1 л раствора (нормальная концентрация);
г) количеством граммов вещества, находящимся в 1 мл раст-
вора (титр раствора).
Учащиеся должны знать, где применяют различные выраже-
ния концентрации (весовые проценты и г/л — в технических рас-
четах; г/мл, г экв/л, г-моль/л— в аналитических расчетах), и
уметь перевести весовую концентрацию в объемную и объемную
в весовую.
С приготовлением нормальных растворов, вычислением титра
раствора и соответствующими расчетами учащиеся познакомятся
позднее, в практикуме по количественному анализу.
В разделе «Растворы» следует сделать упор на приготовле-
ние процентных и молярных растворов и на все связанные с этим
расчеты. Следует обратить внимание на такое выражение кон-
центрации, как г/л. Это выражение имеет широкое распростране-
ние в промышленности, оно фигурирует в производственных
регламентах и расчетах.
Концентрацию растворов, особенно часто встречающихся в
производстве, иногда обозначают при помощи плотности. Выра-
жения «азотная кислота с плотностью 1,41 г/мл» или «серная кис-
лота с плотностью 1,84 г/мл» так же характеризуют концентра-
цию кислоты, как и весовая или объемная концентрация. Зави-
симость плотности от концентрации для ряда веществ приведена
в специальных таблицах. Нужно показать учащимся, как поль-
зоваться такими таблицами.
Расчет — важная часть практической работы по приготовле-
нию растворов. При планировании учебного времени нужно оста-
вить достаточное число часов для решения типовых задач и вы-
полнения расчетов, наиболее часто встречающихся на практике.
Пример. 1. Сколько граммов азотнокислого натрия и воды нужно взять
для приготовления 200 г 10%-ного раствора?
Решение.
В 100 г раствора содержится 10 г азотнокислого натрия, следовательно,
для приготовления 200 г раствора нуж>но:
100 — 10
200 — X; Х=20 г.
Для приготовления раствора нужно взять 20 г азотнокислого натрия и
180 г воды.
Пример 2. Сколько граммов хлористого натрия нужно взять для при-
готовления 0,5 л 10%-иого раствора?
66
Решение.
1. Из таблиц находим плотность 10%-ного раствора хлористого натрия —
1,073 г! мл.
2. Вычисляем вес 500 мл 10%-ного раствора:
500-1,073=536,5 г.
3. Вычисляем количество хлористого натрия, необходимое для приготов-
ления 0,5 л 10%-ного раствора:
100 — 10
536,5 — X; Х=53,65 г.
Пр имер 3. Сколько граммов едкого натра нужно взять для приготов-
ления 1 л 0,1 М раствора?
Решение.
1. Подсчитываем молекулярный вес NaOH — 40.
2. Вычисляем количество едкого натра, необходимое для приготовления
1 л 0,1 М раствора:
1 М — 40
0,1 М — X; Х=4 г:
Пр и м е р 4. Сколько литров 5 М раствора серной кислоты нужно взять
для приготовления 2 л 0,5 М раствора серной кислоты?
Решение.
1. Подсчитываем молекулярный вес серной кислоты — 98.
2. Вычисляем количество граммов серной кислоты, необходимое для при-
готовления 2 л 0,5 М раствора:
1 л — 98 • 0,5 г
2 л — X; Х=98 г.
3. Вычисляем количество литров 5 М раствора серной кислоты, необхо-
димое для приготовления 2 л 0,5 М раствора:
1 л — 98 • 5 г
X — 98 г; Х=0,2 л.
Пример 5. Какова молярная концентрация (молярность) 16%-ного рас-
твора соляной кислоты (плотность — 1,080 г!мл)?
Решение.
1. Вычисляем вес 1 л раствора.
1000-1,080=1080 г.
2. Вычисляем количество граммов хлористого водорода в 1 л раствора:
-1080' 16 = 172,8 г.
100
3. Вычисляем молярную концентрацию раствора:
М. в. НС1=36,5;
36,5 — 1 М
172,8 —X; Х=4,73М.
Пример 6. Какова процентная концентрация 2М раствора едкого натра
(плотность 1,080 г/мл)?
Решение.
1. Вычисляем вес 1 л раствора:
1000-1,080=1080 г.
57
2. Вычисляем содержание едкого натра в 1 л раствора (м. в. NaOH=40):
40-2 = 80 г.
3. Вычисляем процентную концентрацию раствора:
1080 — 80
100 — X; Х = 7,4%.
Пример 7. Выразить концентрацию 10%-ного раствора сернокислой
меди (плотность 1,11 г/мл) ъг]л:
Решение.
1. Вычисляем вес 1 л раствора:
1000-1,11 = 1110 г.
2. Вычисляем количество граммов сернокислой меди в 1 л раствора:
100 — 10
1110 — X; Х= 111 г.
Концентрация раствора — 111 г/л.
Пример 8. Сколько миллилитров 40%-ного раствора едкого натра
(плотность 1,437 г/мл) нужно взять для приготовления 200 мл 0,5 М раствора?
Решение.
1. Вычисляем количество граммов едкого натра, необходимое для при-
готовления 200 мл 0,5 М раствора:
40 • 0,5 - 200 _ .
1000
2. Вычисляем содержание едкого натра в 1 мл 40%-ного раствора:
1'1,437-40 = 575 г
100
3. Вычисляем количество миллилитров 40%-ного раствора едкого иатра,
необходимое для приготовления 200 мл 0,5 М раствора::
4 ~
Л -.-г- =- 7 мл.
0,5 7о
Растворы готовят двумя способами: либо растворяют в воде
навеску чистого вещества, либо разбавляют водой раствор более
высокой концентрации.
Последовательность операций в обоих случаях одинакова:
1) расчет;
2) взвешивание чистого вещества (или отмеривание раствора
более высокой концентрации);
3) отмеривание воды;
4) растворение.
Взвешивание с достаточной точностью можно выполнить на
технохимических весах. Учащиеся должны освоить приемы ра-
боты на этих весах. Технохимические весы устанавливают на
столе таким образом, чтобы стойка весов была строго верти-
кальна.
Весы оборудованы арретирующим приспособлением. В нера-
бочем состоянии весы должны быть арретированы. Арретир
58
опускают только в момент взвешивания. Все вспомогательные
операции: установка разновесов, установка чашки со взвеши-
ваемым веществом, снятие разновесов и пр. — производят при
поднятом арретире. Перед началом работы проверяют весы и,
если стрелка весов отклоняется в одну сторону больше, чем
в другую, весы регулируют до равновесия, передвигая по вин-
товой нарезке на конце коромысла специальную регулировоч-
ную гайку.
Нужно приучить будущих лаборантов взвешиваемый предмет
всегда ставить на левую чашку весов, а разновесы — на правую,
доставая их из футляра пинцетом.
Сразу же после взвешивания записывают полученный вес.
Сыпучие вещества взвешивают в тарированной (то есть предва-
рительно взвешенной) чашке или стаканчике. Иногда сухое ве-
щество взвешивают на листке фильтровальной бумаги, уравно-
вешенном другим таким же листком. Жидкие вещества взвеши-
вают в тарированном стаканчике или бюксе. Особую осторож-
ность следует соблюдать при взвешивании кислот; серную, со-
ляную или азотную кислоту взвешивают в бюксе с крышкой.
Взятую навеску полностью переносят в сосуд для приготовления
раствора.
Для приготовления раствора весовой концентрации взвешен-
ное вещество помещают в сосуд, добавляют туда заранее отме-
ренное (по объему) количество воды и размешивают стеклянной
палочкой.
Растворы объемной концентрации готовят обычно в градуиро-
ванной посуде (мензурке) или особой мерной посуде (мерных
колбах). Туда вносят навеску вещества, прибавляют часть рас-
считанного количества воды и после растворения разбавляют
раствор до заданного объема.
Мерные колбы применяют обычно для приготовления точных
растворов для аналитических работ. В этом разделе практикума
учащиеся готовят растворы с приблизительной концентрацией,
поэтому можно обойтись мензурками или цилиндрами.
Нагревание и перемешивание ускоряют растворение. Нужно,
однако, помнить, что при нагревании объем раствора увеличи-
вается и измерять объем следует только при комнатной темпе-
ратуре (около 20°С).
Приготовление раствора методом разбавления раствора бо-
лее высокой концентрации выполняют так же, только вместо
навески твердого вещества берут по расчету определенную навес-
ку или объем концентрированного раствора. Если разбавляют
концентрированную серную кислоту, следует вливать ее в воду,
но не наоборот.
Для приготовления насыщенного раствора берут твердого ве-
щества на 10—15% больше, чем нужно по расчету (исходя из
его растворимости), приливают рассчитанное количество воды,
59
подогревают до 40—45° С и оставляют для охлаждения и отстаи-
вания. Из раствора выпадают кристаллы, которые можно отде-
лить фильтрованием или декантированием. Различные вещества
растворяются в воде по-разному. Данные о растворимости раз-
личных веществ сведены в таблицы; нужно показать учащимся,
как пользоваться такими таблицами.
В качестве лабораторных работ можно предложить следую-
щие:
1. Приготовление определенного весового количества 10%-но-
го раствора азотнокислого натрия, серной кислоты и сернокислой
меди из чистых веществ.
2. Проверка процентной концентрации приготовленного раст-
вора серной кислоты с помощью ареометра и нахождение про-
центного содержания H2SO4 в растворе с помощью таблиц.
3. Приготовление определенного объема децимолярного ра-
створа едкого натра, соляной кислоты и сернокислого натрия
из растворов более высокой концентрации.
Обратить внимание учащихся на кристаллизационную воду,
входящую в состав многих солей: CuSO4-5H2O; FeSO4-7H2O;
BaCU • 2Н2О; Na2SO4 • ЮН2О и др.
Можно показать, что кристаллизационная вода удаляется при
прокаливании: по мере прокаливания и отшепления кристалли-
зационной воды синие кристаллы CuSO4-5H2O превращаются в
белый порошок. Если обезвоженную сернокислую медь облить
водой, снова образуются синие кристаллы.
Кристаллизационную воду нужно учитывать при приготовле-
нии растворов. Распространенная ошибка: нужно затлгзить по
расчету 100 г CuSOi, а учащийся берет 100 г CuSOi-5H-O.
Разбавление серной кислоты — весьма ответственная опера-
ция. Никогда нельзя приливать воду к серной кислоте. Первые
капли воды, попав в концентрированную серную кислоту, бурно
реагируют с выделением большого количества тепла; это может
привести к выбросу серной кислоты.
‘ Для разбавления серной кислоты ее приливают тонкой струей
при непрерывном размешивании к рассчитанному количеству
воды.
Все работы с растворами кислот, щелочей и другими агрес-
сивными жидкостями ведут в защитных очках.
Нужно показать учащимся правильные приемы измерения
плотности раствора ареометром. Цилиндр, в который наливают
раствор, не должен быть слишком узким, чтобы ареометр не ка-
сался стенок цилиндра. В набор входит несколько ареометров
для разных интервалов плотности, нужно выбрать соответствую-
щий ареометр и осторожно погрузить его в раствор. Величину
плотности отсчитывают, когда прекращается качание ареометра;
при этом метки жидкости и отсчетное деление ареометра должны
быть на уровне глаза.
60
Для третьей работы целесообразно подготовить исходные
растворы процентной концентрации, с тем чтобы учащиеся сде-
лали соответствующий пересчет.
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ
Электролитическая диссоциация — сложный раздел в теоре-
тическом отношении. От усвоения учащимися материала этого
раздела в значительной степени зависит усвоение последующего
материала и, в частности, курса качественного анализа и весово-
го анализа. Кроме того, в этом разделе рассматривается элек-
тролиз расплавов и растворов — вопрос весьма важный с прак-
тической точки зрения. В программе теоретического обучения на
этот раздел отведено всего 4 часа. Для более глубокого усвоения
материала целесообразно провести ряд лабораторных работ. Во
время этих занятий учащиеся должны не только провести опыты,
но и научиться составлять уравнения реакций в ионной форме.
Ошибкой было бы начать лабораторные работы с опытов, де-
монстрирующих электропроводность растворов электролитов. Это
иногда вызывает ошибочное представление об электролитической
диссоциации, как о процессе, идущем под влиянием электриче-
ского тока.
Нужно начать с краткого вступления и подчеркнуть, что дис-
социация на ионы происходит под влиянием молекул воды и в
растворах кислот, щелочей, солей присутствуют не молекулы этих
соединений, а их ионы. В качестве примера можно привести соли
соляной или серной кислоты. Например, молекулы хлористого
натрия, хлористого калия, хлористого бария, хлористого магния
в растворе диссоциированы на ионы металла и улорид-ионы.
Если к раствору каждой из этих солей прибавить несколько ка-
пель раствора азотнокислого серебра, во всех случаях выпадает
белый осадок хлористого серебра. Из уравнений реакций,
написанных в ионной форме, видно, что образование этого осад-
ка возможно, только если во всех растворах присутствует ион
хлора. Можно взять растворы сернокислого натрия, сернокислого
калия, сернокислой меди и прибавить к ним раствор хлористого
бария.
Только после того, как учащиеся выполнят несколько подоб-
ных опытов, напишут и объяснят уравнения соответствующих ре-
акций, можно перейти к опытам, обнаруживающим электропро-
водность растворов электролитов. Для этого используют поо-
стейший прибор, состоящий из двух медньи электронов (т^-ютая
проволока или стержни) и патрона с электрической лампочкой
(127 или 220 в). Электроды погружают поочередно в лшти~пи-
рованную воду, растворы сахара и спирта в дистиллированной
воде, растворы едкого натра, соляной кислоты, поваренной соли
(не забыть ополоснуть электроды дистиллированной водой перед
61
каждым опытом!). Учащиеся видят качественную сторону яв-
ления: если в растворе имеются ионы — переносчики зарядов,
раствор проводит ток и лампочка загорается. В растворе спирта,
сахара, в чистой дистиллированной воде ионов нет — лампочка
не горит. На этих примерах учащиеся убеждаются, что не все
вещества в растворе распадаются на ионы, что это — свойства
электролитов: кислот, оснований и солей.
Не все электролиты диссоциируют одинаково. У одних распа-
даются на ионы почти все молекулы, у других — половина, у
третьих — только несколько процентов.
Степень распада электролита в растворе на ионы называют
степенью диссоциации и выражают в процентах. В зависимости
от степени диссоциации в 0,1 н. растворах электролиты делят на
сильные (степень диссоциации более 30%), средние (от 2 до
30%) и слабые (ниже 2%).
О степени диссоциации можно судить по электропроводности
раствора определенной концентрации. Для этого нужно собрать
установку по следующей схеме: аккумулятор — реостат — ам-
перметр — угольные электроды. В сосуд наливают последова-
тельно 1 н. растворы соляной, серной и уксусной кислоты; за-
тем — растворы едкого натра и гидрата окиси аммония. По по-
казанию амперметра можно сделать вывод о сравнительной силе
кислот и оснований. Диссоциация протекает только в водных
растворах. В этом легко убедиться, если последовательно заме-
рять электропроводность концентрированной серной кислоты, а
затем кислоты, разбавленной в 25, 50 и 250 раз. Не следует
включать ток на длительное время во избежание вторичных про-
цессов на электродах.
Все кислоты при диссоциации образуют ионы водорода (Н+),
и химическая активность кислоты зависит от концентрации ионов
водорода в растворе. Если в три пробирки с одинаковыми коли-
чествами 1 н. растворов соляной, серной и уксусной кислот бро-
сить по кусочку цинка, энергичнее всего будет выделяться водо-
род в первой пробирке.
Химическая активность оснований зависит от концентрации
гидроксил-ионов (ОН'). Это видно на примере осаждения гидра-
та окиси кальция из раствора хлористого кальция равными объе-
мами 2 н. раствора едкого натра и гидрата окиси аммония.
То, что принято называть «кислой» или «щелочной» реакци-
ей раствора, обусловлено присутствием ионов Н+ или ОН-. В
этом легко убедиться, приливая к пробам дистиллированной во-
ды в пробирке растворы различных индикаторов, а затем добав-
ляя в одни пробирки растворы соляной, азотной, серной и фос-
форной кислот, а в другие — растворы едкого кали, едкого нат-
ра, гидрата окиси бария и отмечая в каждом случае изменение
окраски индикатора.
В дистиллированной воде одинаковое количество ионов Н+ и
62
ОН- — реакция нейтральная; в растворах кислот — избыток
ионов Н+ — реакция кислая; в растворах щелочей — избыток
ионов ОН- — реакция щелочная.
Кислоты при диссоциации образуют в качестве положительно
заряженных ионов (катионов) только ионы водорода; основания
образуют в качестве отрицательно заряженных ионов только
гидроксильные ионы. Амфотерные электролиты образуют одно-
временно и Н+ и ОН-. Например, гидрат окиси цинка Zn (ОН)г
диссоциирует и как кислота и как основание. Если к раствору
сернокислого цинка прибавить немного щелочи, выпадет белый
осадок гидрата окиси цинка. Жидкость с осадком нужно взбол-
тать и разделить пополам: к одной половине прибавить раствор
соляной кислоты, к другой — раствор едкого натра (в избытке).
В обоих случаях осадок гидрата окиси цинка растворяется. Вы-
полнив этот опыт, учащиеся должны написать уравнения реак-
ции в молекулярной и ионной формах и объяснить причину раст-
ворения осадка. Такие же опыты можно провести с хлористым
алюминием, сернокислым железом, сернокислой медью.
Некоторые соли, растворяясь в воде, дают кислую или ще-
лочную реакцию, хотя, судя по формуле этих солей, они не об-
разуют при диссоциации ионов Н+ или ОН-. Явление это, наз-
ванное гидролизом, можно показать на примерах растворов сер-
нокислой меди (кислая реакция), углекислого натрия (щелочная
реакция), хлорного железа (кислая реакция). В отличие от них
растворы хлористого натрия, азотнокислого калия, сернокислого
натрия имеют нейтральную реакцию. Гидролиз усиливается при
нагревании: раствор уксуснокислого натрия на холоду не дает
щелочной реакции на фенолфталеин, а при нагревании — дает.
.Если через раствор электролита пропускать постоянный элек-
трический ток, ионы начнут двигаться в определенном направле-
нии: катионы — к катоду, анионы — к аноду. На катоде и аноде
произойдут окислительно-восстановительные реакции, в резуль-
тате которых образуются новые соединения. В лаборатории мож-
но воспроизвести электролиз раствора поваренной соли или хло-
ристого калия. Для этого удобен простой прибор, представляю-
щий собой U-образную трубку с электродами, вставленными в
верхнюю часть обоих колен. Электроды — угольные, их можно
изготовить из угольных стержней обычной батарейки для кар-
манного фонаря. Источником тока служит аккумулятор (необхо-
димое напряжение — 4—6 в). В сосуд наливают 0,5 М раствор
хлористого калия, добавляют 4—5 капель раствора фенолфтале-
ина и пропускают ток в течение 8—10 мин. У катода образуется
щелочь (об этом можно судить по изменению окраски раствора)
и выделяются пузырьки водорода. У анода выделяется хлор. Это
можно доказать, прибавив к раствору в анодном пространстве
2—3 капли йодокрахмального раствора, — появляется синее ок-
рашивание.
63
Учащиеся должны уметь объяснить все процессы, протекаю-
щие на аноде и на катоде, и написать уравнения соответствую-
щих реакций.
СЕРА
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатор-
ные работы:
1. Получение сероводорода и изучение его свойств.
2. Получение сернистого газа и изучение его свойств.
3. Изучение свойств серной кислоты.
1. Прежде всего нужно познакомить учащихся с различными
сортами серы: комовой, черенковой, газовой и серным цветом.
Сероводород можно получить различными способами. Про-
стейший из них — действие серной кислоты на сульфид железа
в аппарате Киппа. Для ряда опытов можно использовать не се-
роводород, а сероводородную воду; ее получают, насыщая серо-
водородом охлажденную кипяченую воду. Для получения устой-
чивого раствора сероводорода к нему добавляют концентриро-
ванную соляную кислоту (в количестве 0,5% от веса раствора).
Сероводород — яд, и все работы с ним нужно проводить под
тягой.
Химические свойства сероводорода можно показать на сле-
дующих примерах:
а) горение его на воздухе с образованием воды, серы и отча-
сти сернистой кислоты (уравнение реакции!);
б) осаждение солей тяжелых металлов: свинца, кадмия, меди
и др.; эта реакция применяется для анализа;
в) восстановление брома (или йода) сероводородной водой—
восстановительные свойства сероводорода.
Полоска фильтровальной бумаги, смоченная раствором уксус-
нокислого или азотнокислого свинца чернеет от сероводорода.
Так обнаруживают присутствие сероводорода в воздухе (урав-
нение реакции!).
Из кислородных соединений серы наибольшее практическое
значение имеют сернистый газ, серный ангидрид и серная кис-
лота.
2. В лаборатории сернистый газ легче всего получить, раз-
лагая сульфит натрия серной кислотой или действуя медью на
концентрированную серную кислоту. В промышленности его по-
лучают обжигом железного колчедана FeSz или сжиганием серы.
Для получения сернистого' газа разложением сульфита нат-
рия собирают прибор, состоящий из колбы Вюрца (круглодон-
ной колбы с газоотводной трубкой) и капельной воронки. В кол-
бу помещают раствор сульфита натрия или кристаллический
сульфит натрия и из капельной воронки прибавляют по капле
30%-ный раствор серной кислоты. Реакция идет достаточно энер-
64
гично, реакционную смесь можно не подогревать. Образующий-
ся сернистый газ по газоотводной трубке можно направить в при-
емник с водой или на сжижение. Сернистый газ легко сжижает-
ся; для этого достаточно пропустить его через U-образную труб-
ку, погруженную в сосуд с охлаждающей смесью (смесь снега с
поваренной солью). Сернистый газ растворяется в воде; полу-
ченный раствор — сернистая кислота; ею можно нейтрализовать
раствор едкого натра (контроль — исчезновение окраски фенол-
фталеина).
Сернистая кислота — восстановитель; если к раствору бром-
ной воды прилить раствор сернистой кислоты, бромная вода обес-
цвечивается.
Каталитическим окислением сернистого газа в лаборатории
можно получить серный ангидрид. Окисление можно провести
в приборе, в котором, как и в промышленном контактном ап-
парате, сернистый газ и кислород проходят через слой ката-
лизатора. Катализатором служит окись хрома или пятиокись
ванадия.
При подготовке лаборантов для сернокислотной промышлен-
ности выполнение этой работы обязательно.
3. Серная кислота широко применяется в химических лабо-
раториях и в химическом производстве. Нужно показать учащим-
ся все виды серной кислоты, применяющиеся в промышленности:
моногидрат, купоросное масло, олеум — и рассказать о прави-
лах обращения с этими продуктами. Для изучения свойств сер-
ной кислоты нужно взять концентрированную кислоту (квалифи-
кации ч. или ч. д. а.). Прежде всего нужно показать учащимся,
как правильно разбавлять серную кислоту водой: приливать сер-
ную кислоту к воде, а не наоборот. Концентрированная серная
кислота жадно поглощает воду, она способна отнимать элементы
воды у органических соединений, это можно наблюдать на при-
мере обугливания лучины, погруженной в серную кислоту. Сер-
ная кислота — окислитель; она окисляет уголь до углекислого га-
за (уравнение реакции!). Большинство металлов растворяется в
концентрированной серной кислоте, при этом сама кислота вос-
станавливается до сернистого газа, серы или сероводорода (в
зависимости от природы металла и условий реакции). Это можно
показать на примерах взаимодействия серной кислоты с медью,
цинком, железом. Концентрированная серная кислота не дейст-
вует на железо; это позволяет вести химические процессы с уча-
стием концентрированной серной кислоты в аппаратах из обыч-
ной стали. Разбавленная кислота взаимодействует с железом,
образуя сернокислое железо (уравнение реакции!).
Реактивом на ион SO42~ (сульфат-ион) является ион Ва2+.
Если прилить немного раствора хлористого бария в пробирки,
содержащие растворы серной кислоты и ее растворимых солей,
во всех случаях выпадает белый осадок сернокислого бария. Оса-
5—747
65
док сернокислого бария не растворяется при добавлении соляной
кислоты (в отличие от осадка сернистокислого бария).
Следует познакомить учащихся еще с одним важным соеди-
нением серы — тиосульфатом натрия. При подкислении серной
кислотой водного раствора тиосульфата последний разлагается
с выделением коллоидной серы и сернистого газа.
Тиосульфат натрия — сильный восстановитель. Это можно по-
казать на примере обесцвечивания им йодной воды. Реакция эта
широко применяется в аналитической химии.
В заключение можно предложить учащимся первую аналити- -
ческую задачу: отличить серную кислоту от соляной в выданных
преподавателем пробах. Для этого анализа следует приготовить
разбавленные растворы кислот. Таким же образом учащиеся мо-
гут отличить сульфаты от хлоридов.
АЗОТ И ФОСФОР
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатрр-
ные работы:
1. Получение аммиака разложением соли аммония и изуче-
ние его свойств.
2. Получение азотной кислоты действием серной кислоты на
азотнокислый натрий; изучение свойств азотной кислоты.
3. Получение аммиачной селитры.
4. Получение сульфата аммония.
5. Получение аммофоса.
6. Получение суперфосфата.
1. Аммиак — одно из важнейших соединений азота. В учеб-
ной лаборатории трудно воспроизвести промышленный метод по-
лучения аммиака (из азота и водорода). Для получения неболь-
ших количеств аммиака в лаборатории можно воспользоваться
свойством солей аммония разлагаться под действием щелочи.
Смесь хлористого аммония и гидрата окиси кальция помеща-
ют в пробирку с газоотводной трубкой, на обращенный вверх
конец газоотводной трубки надевают сухую пробирку и слегка
нагревают смесь. Как только в воздухе появится запах аммиака,
пробирку осторожно снимают и, не переворачивая, закрывают
пробкой, а на ее место помещают пустую пробирку. Нагревание
следует вести осторожно, чтобы избежать возгонки хлористого
аммония. Аммиак хорошо растворим в воде. Это можно показать,
погрузив в стакан с водой перевернутую вверх дном пробирку с
аммиаком, — вода сейчас же начнет входить в пробирку, и рас-
твор обнаружит щелочную реакцию на лакмус; образуется гидрат
окиси аммония. Раствор можно нейтрализовать разбавленной со-
ляной кислотой. Если по достижении нейтральной реакции (по
лакмусу) осторожно выпарить раствор, остаются белые кристал-
66
лы хлористого аммония (уравнение реакции!). Гидрат окиси ам-
мония легко разлагается при нагревании. Если кипятить его
раствор в течение 5—10 мин., щелочная реакция на лакмус ис-
чезает (уравнение реакции!). Разложение солей аммония при
действии щелочей лежит в основе качественной реакции на ион
аммония. К раствору хлористого или сернокислого аммония при-
ливают немного раствора едкого натра и нагревают до кипе-
ния — появляется запах аммиака, и красная лакмусовая бумага,
внесенная в пары, синеет. Соли аммония разлагаются при нагре-
вании. В пробирку помещают немного хлористого аммония и на-
гревают в пламени горелки. Вскоре на холодных стенках в верх-
ней части пробирки появляется белый налет, а на дне пробирки
ничего не остается. Учащиеся должны объяснить происходящие
явления и написать уравнения соответствующих реакций.
2. Азотную кислоту в лаборатории можно получить действи-
ем серной кислоты на азотнокислый натрий.
В реторту помещают азотнокислый натрий, приливают к нему
концентрированную серную кислоту и осторожно нагревают.
Отвод реторты вставляют глубоко в горло колбы-приемника, по-
мещенной в баню с холодной водой. Вскоре на дне приемника на-
чинает конденсироваться азотная кислота.
Азотная кислота — сильный окислитель. Это можно показать
на следующих примерах: уголь загорается при нагревании в
азотной кислоте, сера окисляется до серной кислоты, сероводо-
род — до серы; органические вещества разрушаются. Многие
металлы окисляются азотной кислотой с образованием соответ-
ствующих солей азотной кислоты. В отличие от других металлов,
алюминий устойчив к действию азотной кислоты.
Азотистая кислота также является сильным окислителем.
Это можно показать на примере окисления йодистого калия до
йода. К раствору йодистого калия, подкисленному серной кисло-
той, добавляют раствор азотистокислого натрия — выделяется
свободный йод. Эта реакция используется в аналитической хи-
мии. При действии сильных окислителей (например, марганцево-
кислого калия) азотистая кислота может окисляться. Вся работа
с аммиаком и окислами азота проводится под тягой. Азотная
кислота при попадании на кожу вызывает сильные ожоги. Азо-
тистокислый натрий — яд; попадание его в организм (например,
через пищеварительный тракт) может привести к смерти.
3. Для проведения следующих трех работ (получение амми-
ачной селитры, сульфата аммония и аммофоса) собирают при-
бор, состоящий из кодбы с газоотводной трубкой (или колбы
Вюрца) и приемника — конической или плоскодонной колбы или
большой пробирки. Конец газоотводной трубки доходит почти до
дна приемника. Приемник помещают в баню с холодной водой
или со снегом. В колбу наливают водный раствор аммиака, в
приемник, соответственно, азотную, серную или фосфорную кис-
67
5*
лоту, и нагревают колбу с водным раствором аммиака. Выделяю-
щийся аммиак поглощается раствором кислоты.
Для получения аммиачной селитры в приемник помещают
азотную кислоту. С химической точки зрения — это процесс
нейтрализации азотной кислоты аммиаком. О конце реакции мож-
но судить по изменению цвета полоски красной лакмусовой бу-
маги, опущенной в приемник. Следует иметь в виду, что если
прекратить нагревание, отняв горелку, то давление в колбе с
раствором аммиака может стать меньше, чем в приемнике, и
жидкость из приемника может засосать в колбу. Поэтому по
окончании работы нужно сначала отнять приемник, а затем уже
прекратить нагревание.
Раствор из приемника переносят в фарфоровую чашку и осто-
рожно упаривают до появления кристаллов азотнокислого ам-
мония — аммиачной селитры. Осадок отфильтровывают и высу-
шивают между листами фильтровальной бумаги.
4. Для получения сульфата аммония в приемник помещают
серную кислоту. По окончании реакции раствор упаривают до
начала кристаллизации, затем отфильтровывают и отжимают
кристаллы сульфата аммония.
5. Таким же образом получают аммофос — смесь одно- и дву-
замещенных фосфатов аммония. В этом случае в приемник по-
мещают фосфорную кислоту. Конец процесса определяют по по-
явлению запаха аммиака, уже. не поглощающегося фосфорной
кислотой.
6. Суперфосфат — одно из важнейших минеральных удобре-
ний. Его получают действием серной кислоты на фосфат кальция.
Фосфат кальция тонко измельчают и просеивают, получая так
называемую фосфоритную муку. Нужно объяснить учащимся,
что в данном случае реакция протекает не в растворе, а на по-
верхности твердого вещества (гетерогенная реакция), и для уско-
рения ее нужно как можно тоньше измельчить твердое вещество.
Серную кислоту берут в количестве 2 г • моль на 1 г-моль фосфа-
та — для получения простого суперфосфата по уравнению:
Саз (РОД 2 + 2H2SO4 = С а (Н2РО4) 2 + 2CaSO4.
Серную кислоту (концентрация 62—64%) нагревают в фар-
форовом стакане до 50—60° С и небольшими порциями
к ней прибавляют при размешивании тонкоизмельченный
фосфат кальция. Смесь перемешивают еще 5—7 мин. и помеща-
ют на 1 час в сушильный шкаф с температурой НО—115° С. За-
тем полученный суперфосфат охлаждают и измельчают.
Следует познакомить учащихся с простейшими приемами ка-
чественного определения ионов, входящих в состав синтезиро-
ванных соединений.
Нитрат-ион открывают, переведя соответствующую азотнокис-
лую соль в азотную кислоту и окисляя образовавшейся кислотой
68
металлическую медь. С этой целью анализируемое вещество (на-
пример, аммиачную селитру) помещают в пробирку, добавляют
немного концентрированной серной кислоты, вносят кусочек мед-
ной проволоки или стружки и осторожно нагревают в пламени
горелки под тягой (предохранительные очки!). Выделение бурых
паров двуокиси азота — доказательство присутствия нитрат-ио-
на. Учащиеся должны написать уравнение реакции.
Фосфат-ион можно открыть по образованию желтого осадка
с молибденовокислым аммонием. Если вещество, в котором хо-
тят открыть фосфат-ион, находится в растворе, то к раствору до-
бавляют небольшие количества азотной кислоты, раствора азот-
нокислого аммония и молибденовокислого аммония. При наличии
фосфат-ионов осадок фосфоромолибдата аммония появляется
уже на холоду. Нагревание способствует выпадению осадка.
С приемами качественного определения ионов аммония'и суль-
фат-ионов учащиеся уже знакомы. Следует иметь в виду, что
фосфат-ион образует осадок с хлористым барием, но этот осадок,
в отличие от осадка сернокислого бария, частично растворим в
уксусной кислоте.
Можно предложить учащимся доказать, пользуясь всеми эти-
ми приемами, наличие сульфат-, нитрат-, фосфат-ионов и ионов
аммония в синтезированных ими удобрениях. Эту работу можно
построить иначе: предложить учащимся открыть присутствие этих
ионов в выданных им пробах удобрений под номерами и на ос-
новании анализа определить состав удобрения.
УГЛЕРОД И КРЕМНИЙ
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатор-
ные работы:
1. Адсорбция древесным углем различных веществ.
2. Получение углекислого газа в аппарате Киппа и изучение
его свойств.
3. Определение молекулярного веса углекислого газа.
4. Получение карбонатов и бикарбонатов и их взаимные пре-
вращения.
5. Получение цементного раствора и бетона.
1. Нужно показать учащимся аллотропические модификации
углерода — графит, аморфный углерод (и технический алмаз,
если он имеется в лаборатории). Важнейшее свойство аморфного
углерода (способность адсорбировать газы, пары и растворенные
вещества) можно показать на примере исчезновения бурой ок-
раски двуокиси азота при встряхивании с активированным уг-
лем; другие примеры — исчезновение запаха сероводорода в се-
роводородной воде, обесцвечивание раствора йода или брома
после обработки активированным углем.
69
Активированный уголь хранят в хорошо закупоренной банке.
Можно убедиться, что при нагревании адсорбированные вещест-
ва могут десорбироваться. После поглощения брома уголь насы-
пают в пробирку и нагревают — появляются пары брома (рабо-
тать в вытяжном шкафу!).
Активированный уголь широко применяют в химических ла-
бораториях для очистки различных веществ, в частности для очи-
стки органических веществ от смолистых примесей.
2. Углекислый газ получают действием соляной кислоты на
углекислый ^кальций в аппарате Киппа. Для зарядки берут мра-
мор; известняк менее удобен, так как он легко крошится и про-
валивается в нижний резервуар аппарата Киппа.
Серная кислота непригодна для получения углекислого газа;
с углекислым кальцием она образует нерастворимый сернокис-
лый кальций, который осаждается на углекислом кальции и за-
трудняет его взаимодействие с кислотой.
Другой источник углекислого газа — баллоны с углекислым
газом, сжатым до давления 125 ат.
Нужно показать приемы работы с баллоном: транспортиров-
ка баллона к рабочему месту, установка баллона, снятие защит-
ного колпака, установка редуктора на баллон, регулирование
скорости истечения газа из баллона (см. стр. 18).
Для проведения опытов углекислый газ можно собрать в ста-
каны или банки и закрыть картоном.
Углекислый газ тяжелее воздуха и его легко переливать из
сосуда в сосуд. Он не горит и не поддерживает горения боль-
шинства горючих веществ. В нем гаснет зажженная лучина или
вата, смоченная спиртом.-Однако зажженный магний продолжа-
ет гореть в атмосфере углекислого газа (уравнение реакции!).
Углекислый газ растворим в воде; раствор имеет кислую реак-
цию — образуется угольная кислота. При кипячении раствора
кислая реакция исчезает (уравнение реакции!).
3. Для определения молекулярного веса углекислого газа им
наполняют плоскодонную колбу с узким горлом емкостью 250 мл.
Колбу предварительно моют, высушивают и подбирают пробку,
плотно входящую в нее. Колбу с пробкой взвешивают на техно-
химических весах (с точностью до 0,01 г). Затем в колбу до
дна вставляют газоотводную трубку и заполняют колбу углекис-
лым газом из аппарата Киппа или из баллона. Для очистки и вы-
сушивания газа его пропускают последовательно через склянки
с водой и серной кислотой. Колбу закрывают пробкой, взвеши-
вают, снова пропускают в нее углекислый газ и еще раз взвеши-
вают. По достижении постоянного веса (расхождение не более
чем на 0,01 г) записывают этот вес и определяют объем колбы,
заполнив ее водой и измерив затем объем воды мерным цилинд-
ром. Отмечают температуру и давление воздуха и вычисляют мо-
70
лекулярный вес углекислого газа, пользуясь уравнением Менде-
леева — Клапейрона.
4. Карбонаты получают, пропуская через раствор соответст-
вующего основания ток углекислого газа. В пробирку или стакан
наливают известковую воду, опускают газоотводную трубку и
пропускают углекислый газ — выпадает осадок углекислого
кальция (уравнение реакции!). При более длительном пропуска-
нии углекислого газа образовавшийся осадок растворяется —
средняя соль превращается в кислую — образуется кислый угле-
кислый кальций, растворимый в воде (уравнение реакции!). При
кипячении кислая соль снова превращается в среднюю: стакан
с раствором нагревают до кипения, и через несколько минут ра-
створ мутнеет вследствие образования углекислого кальция
(уравнение реакции!).
Для получения углекислого и кислого углекислого натрия
можно воспользоваться реакцией между углекислым аммонием,
хлористым натрием и углекислым газом. В колбу наливают ра-
створы хлористого натрия и углекислого аммония и пропускают
через смесь углекислый газ (уравнения реакций!). Выпавший
осадок кислого углекислого натрия отфильтровывают, промыва-
ют небольшим количеством холодной воды и высушивают.
Для получения углекислого натрия нужно прокалить кислую
соль. В пробирку с газоотводной трубкой помещают кислый угле-
кислый натрий и нагревают в пламени горелки. Если конец газо-
отводной трубки поместить в сосуд с известковой водой, вода
помутнеет. Получение углекислого натрия (карбоната натрия)
прокаливанием кислого углекислого натрия (бикарбоната нат-
рия) известно в промышленности под названием кальцинации;
отсюда название технического углекислого натрия —• кальцини-
рованная сода.
Помутнение известковой воды — характерная реакция на уг-
лекислый газ.
Все карбонаты и бикарбонаты разлагаются при действии
сильных кислот с образованием углекислого газа; это — харак-
терная реакция на ион СО32- и НСОз ~.
5. Для приготовления цементного раствора перемешивают
две весовые части цемента с шестью частями песка до получения
однородной смеси. Затем эту смесь переносят на кусок фанеры,
прибавляют одну весовую часть воды и тщательно перемешива-
ют — цементный раствор готов. Для испытания его вяжущих
свойств можно скрепить им два небольших куска кирпича. По-
верхность кирпича смачивают водой, затем накладывают слой
цементного раствора и второй кирпич, поверхность которого то-
же смочена водой. Схватывание происходит довольно быстро, а
через два-три дня раствор затвердевает, прочно соединяя кир-
пичи.
Если в цементный раствор добавить мелкий щебень или гра-
71
вий, получается бетон. Можно провести опыт, иллюстрирующий
применение бетона в строительном деле: свежеприготовленным
бетоном наполняют небольшую картонную или фанерную короб-
ку и вставляют в бетон несколько кусков стальной проволоки.
Через два-три дня разламывают коробку и убеждаются, что бе-
тон затвердел, прочно схватив проволоку. На свойстве бетона
прочно схватываться со стальной арматурой основано примене-
ние железобетонных конструкций.
В конце лабораторных работ можно предложить учащимся
контрольные задачи, охватывающие несколько разделов (комп-
лексные работы), например:
а) распознавание солен соляной, серной, угольной и фосфор-
ной кислот;
б) распознавание кислот — соляной, серной, угольной и фос-
форной;
в) распознавание растворов щелочей — едкого натра и гид-
рата окиси аммония.
Для выполнения каждой задачи учащийся получает несколь-
ко пробирок с растворами под номерами. С помощью известных
аналитических приемов учащийся анализирует растворы, запи-
сывает результаты в лабораторный журнал и показывает их ма-
стеру производственного обучения. Для этих задач нужно брать
3—5%-ные растворы кислот, щелочей и солей.
Далее можно предложить учащимся ряд комплексных работ
по неорганическому синтезу, например:
СаСОз-> СаС12-> Са3 (РО4)2-
Углекислый кальций нерастворим в воде. Его измельчают,
помещают в стакан или в пробирку, приливают осторожно раз-
бавленную соляную кислоту и размешивают до полного раство-
рения углекислого кальция. Если раствор мутный, его отфиль-
тровывают, нагревают до кипения (для удаления избытка соля-
ной кислоты и остатка углекислого газа), а затем охлаждают;
получают водный раствор хлористого кальция. К раствору хло-
ристого кальция приливают при размешивании раствор фосфор-
ной кислоты или фосфорнокислого натрия до полного осаждения
иона кальция в виде фосфорной соли. Выпавший осадок отфиль-
тровывают и промывают водой. Можно высушить осадок, взве-
сить его и, зная вес взятого углекислого кальция, рассчитать вы-
ход в процентах от теоретического выхода.
Другая серия превращений:
NH4C1^NH3~>NH4OH.
Хлористый аммоний растворяют в воде, раствор переносят в
пробирку с боковым отводом или в колбу Вюрца и добавляют
в него несколько капель спиртового раствора фенолфталеина. В
72
горло пробирки или колбы вставляют на пробке капельную во-
ронку с разбавленной щелочью. Конец газоотводной трубки сое-
диняют с трубкой, погруженной в сосуд с холодной водой, поме-
щенный в охлаждающую баню. К раствору хлористого аммония
по капле приливают щелочь и одновременно подогревают колбу.
Хлористый аммоний при действии щелочи разлагается с вы-
делением аммиака. Газообразный аммиак поглощается в прием-
нике водой, образуя гидрат окиси аммония. Щелочь приливают
до появления в колбе явно щелочной реакции.
Можно предложить и такие превращения:
СО2-> СаСОз->Са(НСО3)2->СаСО3.
NaHCO3->- СО2 NaHCO3.
МЕТАЛЛЫ
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатор-
ные работы:
1. Получение металлов из их окислов.
2. Обучение приемам работы с металлическим натрием и ка-
лием.
3. Получение хлористого кальция.
4. Устранение временной и постоянной жесткости воды.
5. Работа с алюминием и его соединениями.
6. Работа с железом и его соединениями.
7. Электролиз хлорной меди.
8. Нанесение металлических покрытий гальваническим спосо-
бом.
1. С восстановлением металлов из окислов действием углеро-
да можно познакомиться на примерах окислов свинца или олова.
Тонкоизмельченный порошок окисла смешивают с древесным
углем. Уголь предварительно измельчают в крошку и отсеивают
от пыли. В фарфоровый тигель насыпают слой угля, затем смесь
угля и окисла металла и сверху снова слой угля в 2—3 см. Затем
тигель закрывают крышкой и ставят в тигельную печь. Восста-
новление ведут 10—12 мин. при температуре 1100° С. Тигельные
печи обычно не имеют термопары или термометра для измерения
температуры. О температуре в печи можно приближенно судить
по цвету нагретого керамического муфеля: темно-красное кале-
ние — 700° С; ярко-красное — 950° С; желтое — 1100° С. Через
10—12 мин. тигель осторожно вынимают, захватив его тигельны-
ми щипцами. Расплавленный металл можно вылить в фарфоро-
вую чашечку или на керамическую пластинку. Эту операцию це-
лесообразно выполнять без задержки, не давая тиглю охладить-
ся. При охлаждении металл может иногда приплавиться к тиглю
и тогда его трудно извлечь, не разбив тигель. Для восстановле-
73
ния выбраны окислы низкоплавких металлов (температура плав-
ления свинца 327° С, олова 232° С), с тем чтобы можно было в
лабораторных условиях получить расплавленный металл.
При проведении этого опыта нужно остерегаться ожогов брыз-
гами расплавленного металла. При выливании металла из тигля
нужно надевать предохранительные очки.
Другой способ получения металлов из окислов — восстанов-
ление газообразным водородом. С этим способом учащиеся уже
знакомились при изучении свойств водорода. Здесь можно про-
вести опыт получения металлического железа из окислов же-
леза.
С получением металлов путем вытеснения одного металла
другим из раствора его соли можно познакомить учащихся на
следующих примерах: в пробирки наливают растворы азотнокис-
лого свинца, сернокислой меди, азотнокислого серебра. В каж-
дую пробирку опускают очищенную железную проволоку и на-
блюдают через некоторое время выделение металлического свин-
ца, меди, серебра. Таким же образом проводят вытеснение этих
металлов цинком, опуская в растворы кусочки цинка или полос-
ки оцинкованного железа. Проводя эти опыты, учащиеся долж-
ны связать происходящие реакции с положением металлов в ря-
ду активности и написать уравнения реакций.
2. Основная цель работы с металлическим натрием и калием—
научить будущих лаборантов приемам обращения с этими метал-
лами.
В лабораторной практике металлический натрий и калий при-
меняют для некоторых органических синтезов, при абсолютиро-
вании спирта, для высушивания некоторых растворителей, для
аналитических работ (например, качественные реакции на азот
или серу в органических соединениях) и др. Поэтому каждый ла-
борант должен уметь выполнять необходимые операции: открыть
банку с металлическим натрием или калием, щипцами вынуть
кусок металла из-под слоя керосина, удалить фильтровальной
бумагой керосин с его поверхности, отрезать ножом нужный ку-
сок, убрать остаток в банку, очистить отрезанный кусок от окис-
лившегося металла, взвесить, загрузить в реакционный сосуд,
обезвредить или убрать обрезки, сжечь фильтровальную бумагу,
убрать банку с рабочего стола.
Все эти операции следует выполнять в предохранительных оч-
ках. Металлический калий и натрий на воздухе в присутствии
влаги могут загореться. Поэтому их хранят в условиях, исклю-
чающих доступ кислорода воздуха и влаги, — под слоем керо-
сина. Стеклянная банка для хранения этих металлов должна
быть толстостенной с плотно закрывающейся крышкой. Для пре-
дохранения от толчков и ударов эту банку целесообразно ставить
в цилиндрическую металлическую банку. Хранить эти банки сле-
дует в специальном железном ящике или в шкафу в помещении
74
для хранения огнеопасных веществ. На рабочем столе банка
должна находиться только в течение того времени, пока из нее
отбирают необходимое для данной работы количество металла.
Обрезки, представляющие собой окислившийся металл, не имеют
ценности. Если их выбросить в ведро для мусора, они могут
послужить причиной загорания. Эти обрезки можно складывать
в специальную банку с керосином, с тем чтобы впоследствии
уничтожить или обезвредить их, обработав 15—20-кратным ко-
личеством спирта или осторожно разложить водой. Для этого
нужен сосуд большого объема и с большой поверхностью. В со-
суд наливают воду и осторожно маленькими кусочками кладут
обрезки. Пока не прореагировал один кусочек, нельзя класть
другой. Работу следует выполнять в очках; обрезки натрия нужно
класть в воду, но не бросать. На фильтровальной бумаге, кото-
рой обтирали металлический натрий от керосина, могут остаться
частицы натрия. Эту бумагу нужно поместить в железную баню
и сжечь.
Натрий (или калий), приготовленный для синтеза или анали-
за, не следует долго держать на воздухе; его нужно побыстрее
внести' в реакционный сосуд, в колбу, с растворителем и т. п.
Нужно показать учащимся качественные пробы на ионы нат-
рия и калия — окрашивание пламени горелки и научить их вы-
полнению этого определения. Пробу твердого вещества вносят
в пламя горелки с помощью платиновой проволоки, предвари-
тельно прокаленной в пламени. Реакция окрашивания пламени
очень чувствительна, и для ее выполнения достаточно ничтожно
малого кристаллика. Для анализа раствора прокаленную плати-
новую проволоку погружают в раствор и затем вносят в пламя.
Если растворы соединений калия разбавлены, окрашивание пла-
мени может быть не очень отчетливым.. Нужно познакомить уча-
щихся с приемами наблюдения за окрашиванием пламени через
кобальтовое стекло или синюю индиговую призму.
3. Для получения хлористого кальция можно воспользовать-
ся реакцией взаимодействия окиси кальция или гидрата окиси
кальция с соляной кислотой. В стакан наливают небольшое коли-
чество воды, прибавляют к ней окись кальция или гидрат окиси
кальция и размешивают стеклянной палочкой. К этой смеси при-
ливают при размешивании соляную кислоту до кислой реакции
на индикаторную бумагу конго. При этом раствор становится
прозрачным. Его нагревают до кипения и кипятят 10—15 мин.,
затем охлаждают, фильтруют от мути и фильтрат упаривают.
При охлаждении упаренного фильтрата из него выпадают Кри-
сталлы СаС12-6Н2О. Если перенести фильтрат в фарфоровую
чашку,.выпарить досуха и остаток прокалить, то можно получить
безводный хлористый кальций — эффективное высушивающее
средство.
4. Жесткость воды обусловлена присутствием в ней раство-
75
ренных солей кальция и магния: временная — присутствием кис-
лых углекислых солей, постоянная — хлористых и сернокислых
солей. Иногда встречаются другие обозначения жесткости: кар-
бонатная (временная) и некарбонатная (постоянная). Смягчение
(или умягчение) воды, то есть освобождение ее от солей кальция
и магния имеет большое практическое значение.
Для проведения этой работы целесообразно подготовить воду
с повышенной жесткостью, например растворив в дистиллирован-
ной воде определенные количества солей кальция и магния. Пе-
ред умягчением воды определяют временную и общую жесткость
ее. Поскольку учащиеся еще не владеют методикой этого анали-
за, им нужно дать для этой работы жесткую воду с анализом и
показать, как проводится расчет загрузки реагентов (соды и из-
вести) После загрузки реагентов склянку с водой взбалтывают
и затем фильтруют воду через складчатый фильтр. На фильтре
остается осадок, содержащий углекислые соли кальция и магния,
нерастворимые в воде.
Если вода содержит только временную жесткость, ее можнс
устранить кипячением. При этом бикарбонаты превращаются в
карбонаты и выпадают в осадок.
Нужно объяснить учащимся, что полностью устранить жест-
кость воды содово-известковым методом не удается, но такая
очистка вполне достаточна для ряда технических нужд.
В том, что вода заметно умягчилась, учащиеся могут убедить-
ся, отобрав небольшие пробы воды до и после умягчения и намы-
лив в них мыло.
5. Следующая серия опытов знакомит учащихся со свойст-
вами алюминия и его соединений.
Металлический алюминий покрыт окисной пленкой, защищаю-
щей его от дальнейшего окисления. При разрушении пленки алю-
миний легко окисляется на воздухе. Полоску алюминия зачища-
ют наждачной бумагой и на очищенную поверхность осторожно
наносят каплю раствора азотнокислой ртути. Наблюдают за из-
менением цвета поверхности, смоченной раствором соли ртути
и, когда она посереет, стряхивают каплю. Вскоре начинается
окисление, сопровождающееся образованием рыхлой массы.
Азотнокислая ртуть — яд, работать с ней нужно крайне осто-
рожно.
Окисная пленка разрушается щелочью. Алюминиевая прово-
лока не взаимодействует с водой. Если погрузить ее в раствор
щелочи, затем вынуть, вытереть досуха фильтровальной бу-
магой и погрузить в воду, то можно наблюдать образование
рыхлой массы гидрата окиси алюминия и выделение пузырь-
ков водорода.
Алюминий растворяется в щелочи с выделением родорода.
Это можно наблюдать, если в 30%-ный раствор едкого натра
76
опустить кусочки алюминиевои проволоки или алюминиевую
стружку.
Взаимодействие алюминия с кислотами можно наблюдать на
следующих примерах: в пробирки наливают 2 н. растворы соля-
ной, серной и азотной кислот и опускают в каждую по кусочку
алюминиевой проволоки. Нужно обратить внимание учащихся
на бурную реакцию в пробирке с соляной кислотой и на отсут-
ствие реакции в пробирке с азотной кислотой. Азотная кислота
пассивирует алюминий. В этом можно убедиться, погрузив алю-
миниевую проволоку сначала в азотную кислоту (на 5—10 мин.),
а затем — в соляную кислоту; на алюминий, обработанный азот-
ной кислотой, соляная кислота почти не действует. Следует
иметь в виду, что в концентрированной азотной кислоте при на-
гревании алюминий растворяется.
Гидрат окиси алюминия получают, действуя раствором амми-
ака на раствор сернокислого или хлористого алюминия. Выпав-
ший осадок отфильтровывают и высушивают между листами
фильтровальной бумаги. Гидрат окиси алюминия имеет разви-
тую поверхность и обладает высокой адсорбирующей способно-
стью. В этом можно убедиться на следующих примерах: осадок
гидрата окиси алюминия, полученный, как описано выше, после
фильтрации промывают водой и оставляют на фильтре. Через
осадок профильтровывают воду, окрашенную органическим кра-
сителем (например, метиловым фиолетовым). Пройдя через слой
гидрата окиси алюминия, вода обесцвечивается — краситель ад-
сорбируется. Можно внести в пробирку с водой, окрашенной али-
зарином или метиловым фиолетовым, гидрат окиси алюминия и
взболтать — краситель адсорбируется гидратом окиси алюминия,
а раствор обесцвечивается.
Одна из важнейших солей алюминия — двойная соль
A1K(SO4)2- 12 Н2О — алюминиевокалиевые квасцы. Их получа-
ют, приливая к раствору сернокислого алюминия рассчитанное
количество горячего насыщенного раствора сернокислого калия.
Выпавшие кристаллы отфильтровывают, отжимают и высушива-
ют между листами фильтровальной бумаги.
Алюминий — хороший проводник электричества; гидрат окиси
алюминия тока не проводит. На этом различии основано устрой-
ство электролитического выпрямителя с алюминиевым анодом.
Катодом может быть железо, свинец, уголь. Электролитом слу-
жит насыщенный раствор углекислого аммония. Такой выпрями-
тель могут собрать сами учащиеся. В качестве сосуда можно
взять консервную банку, которая будет служить и катодом.
Анод делают из алюминиевой проволоки, причем на верхнюю
часть надевают резиновую трубку, оставляющую открытым толь-
ко нижний конец проволоки. Нужно объяснить учащимся, что с
помощью этого выпрямителя можно получить не непрерывный, а
пульсирующий ток, протекающий в одном направлении; в мо-
77
мент, когда алюминиевая проволока становится положительным
полюсом, на ее поверхности образуется пленка гидрата окиси
алюминия и ток прерывается. Такой выпрямитель или батарею,
собранную из нескольких выпрямителей, можно использовать
для опытов по электролизу.
Нужно познакомить учащихся с приемами выполнения каче-
ственной пробы на ион алюминия. К раствору хлористого или
сернокислого алюминия добавляют аммиак, затем несколько ка-
пель раствора ализарина и нагревают до кипения. Ализарин об-
разует с гидроокисью алюминия красный осадок. Раствор охлаж-
дают и добавляют к нему немного уксусной кислоты. Неисчезаю-
щая красная окраска осадка — доказательство присутствия алю-
миния.
6. Лабораторные работы с железом следует начинать с опы-
тов по отпуску и закалке стали. Стальную иглу или лезвие брит-
вы вносят в пламя горелки и нагревают до красного каления,
через 5—7 мин. вынимают из пламени и убеждаются после
охлаждения, что сталь теперь легко сгибается. Отпущенную сталь
можно снова закалить: ее нагревают докрасна в пламени горел-
ки и быстро опускают в холодную воду. Сталь снова становится
твердой.
Последний опыт повторяют, взяв железную проволоку, и
убеждаются в том, что ее нельзя закалить.
Взаимодействие железа с кислотами можно наблюдать на
примерах реакций с концентрированными и разбавленными со-
ляной, серной и азотной кислотами. Реакции эти проводят в
пробирках. В тех случаях, когда реакция на холоду не идет, про-
бирку нагревают. Для этих опытов можно взять железные опил-
ки или кусочки железной проволоки. Учащиеся должны описать
в своих лабораторных журналах наблюдаемые явления.
При взаимодействии с растворами солей меди железо восста-
навливает ион меди до металла. В пробирку с раствором серно-
кислой меди опускают железный гвоздь или кусок железной про-
волоки, гвоздь и проволоку нужно тщательно зачистить наж-
дачной бумагой. Вскоре можно наблюдать изменение цвета
железа: выделяющаяся медь откладывается на железе тонким
слоем.
Подобно алюминию, железо при действии азотной кислоты по-
крывается окисной пленкой. Пленка эта непрочна и легко отва-
ливается. В пробирку с дымящей азотной кислотой вносят на
2—3 мин. очищенную железную проволоку (или гвоздь). Затем
проволоку осторожно вынимают, промывают водой и вносят
в раствор сернокислой меди. Медь не выделяется — этому
препятствует окисная пленка. По проволоке ударяют стеклян-
ной палочкой и снова погружают ее в раствор сернокислой
меди; от удара окисная пленка разрушается, и на железе вы-
деляется медь.
78
Нужно познакомить учащихся с качественными реакциями на
ионы двух- и трехвалентного железа. Более подробное изучение
условий проведения этих реакций (как и реакции на ион алюми-
ния) предусмотрено в практикуме по качественному анализу. В
практикуме по неорганической химии учащиеся должны научить-
ся с помощью растворов железосинеродистого калия (красной
кровяной соли) и железистосинеродистого калия (желтой кровя-
ной соли) распознавать ионы двух- и трехвалентного железа в
растворах, содержащих одно соединение. Целесообразно вклю-
чить сюда и качественную реакцию на трехвалентное железо с
роданистым калием.
Далее нужно познакомить учащихся с приемами работы при
синтезе солей железа: соли Мора, хлористого железа, сернокис-
лого окисного, азотнокислого окисного. Соль Мора получают вза-
имодействием растворов железного купороса и сернокислого ам-
мония. Готовят насыщенные при 70°С растворы этих солей и сли-
вают их в молярном соотношении 1 : 1. К полученному раствору
добавляют немного серной кислоты, нагревают до 70° С и выли-
вают в кристаллизатор. При медленном охлаждении раствора
(самоохлаждении) выпадают крупные кристаллы. При быстром
охлаждении раствора (например, холодной водой) образуются
мелкие кристаллы. Кристаллы отфильтровывают на воронке Бюх-
нера, промывают небольшим количеством холодной воды и высу-
шивают между листами фильтровальной бумаги.
Хлористое, сернокислое окисное и азотнокислое окисное желе-
зо можно получить, растворяя металлическое железо при нагре-
вании соответственно в соляной, серной или азотной кислоте. В
первом случае берут избыток железа, чтобы образующаяся соль
двухвалентного железа не окислилась в соль трехвалентного же-
леза (хлорное железо). Железо нагревают с концентрированной
соляной кислотой, отфильтровывают от избытка железа и охлаж-
дают фильтрат в условиях, исключающих доступ кислорода воз-
духа (например, в атмосфере азота или углекислого газа). Вы-
павшие кристаллы отфильтровывают и высушивают при 25—
30°С в струе углекислого газа или азота.
Для получения солей трехвалентного железа берут избыток
серной или азотной кислоты, с тем чтобы окислить железо до
трехвалентного. Сернокислое окисное железо можно получить
окислением раствора железного купороса. Учащиеся должны
уметь написать уравнения всех проведенных реакций.
7. Электролиз раствора хлорной меди можно провести в U-об-
разной трубке с угольными электродами (см. раздел «Электро-
литическая диссоциация»), В трубку наливают 5%-ный раствор
хлорной меди и пропускают постоянный ток в течение 10—15 мин.
Источником тока может быть аккумулятор. Можно использовать
и пульсирующий ток, полученный с помощью алюминиевого вы-
прямителя. По окончании электролиза цепь размыкают и осто-
79
рожно вынимают из трубки электроды. На катоде отложилась
медь, которую можно счистить ножом. Чтобы очистить катод
полностью, его погружают в разбавленную азотную кислоту —
медь растворяется. Затем катод споласкивают водой. На аноде
выделяется хлор, который можно обнаружить по посинению
йодокрахмального раствора. Учащиеся должны составить схему
прибора для электролиза и написать уравнения всех происходя-
щих при электролизе реакций.
8. С практикой получения металлических покрытий гальвани-
ческим способом можно познакомить учащихся на примере цин-
кования, никелирования или хромирования. Если в лаборатории
нет специальных стеклянных сосудов прямоугольной формы, то в
качестве ванны можно использовать широкий химический стакан
или кристаллизатор. В качестве анода используют пластину из
того материала, которым производят покрытие. Обычно в ванну
вводят два последовательно соединенных анода. Катодом служит
предмет, на который хотят нанести покрытие, — стальная пласти-
на или гвоздь. Катод и анод удобно подвесить на стеклянные
палочки, положенные на борта ванны. Источником тока служит
аккумулятор. Для получения хорошего покрытия нужно контро-
лировать и регулировать силу тока. С этой целью в цепь гальва-
нической ванны включают амперметр, вольтметр и реостат.
Стальную отполированную пластинку подготовляют для покры-
тия: подвергают травлению — обработке 20 %-ной серной кисло-
той. Это необходимо для удаления окислов с поверхности метал-
ла. Протравленную пластинку промывают и затем обезжирива-
ют, погружая в горячий раствор, содержащий едкий натр, соду
и фосфорнокислый натрий. После этого пластинку промывают,
погружают на 1—2 мин. в 3%-ную серную кислоту и снова про-
мывают. Последняя обработка (декапирование) нужна, чтобы
удалить с поверхности металла следы окислов и тем самым об-
легчить кристаллизацию на ней металла.
Учащиеся должны уметь рассчитать необходимую силу тока
исходя из заданной плотности тока. Для цинкования плотность
тока 1—1,5 а/дм2, для никелирования — 0,6—1,0 а)дм2, для хро-
мирования — 10—15 а!дм2. Если источник тока не обеспечивает
нужной плотности, следует взять для покрытия пластину мень-
шей площади.
Для цинкования готовят ванну, содержащую сернокислый
цинк, сернокислый алюминий, сернокислый натрий и декстрин.
Для никелирования в ванну вносят сернокислый никель, бор-
ную кислоту, сернокислый натрий, хлористый натрий.
Учащиеся должны понимать назначение каждого компонента.
Не следует опускать в ванну катод до пуска тока — покры-
тие может получиться рыхлым. Ток пропускают в течение
20—25 мин., затем выключают ток, вынимают пластину, промы-
вают ее водой и протирают мягкой тканью.
80
В заключение можно предложить учащимся комплексные ра-
боты, охватывающие несколько разделов:
а. Распознавание ионов натрия, калия, алюминия, двух- и
трехвалентного железа. Каждый учащийся получает две-три про-
бирки с растворами под номерами и известными аналитическими
приемами определяет присутствие перечисленных ионов.
б. Аналитическое определение состава неизвестного твердого
кристаллического вещества (проба под номером). Здесь можно
использовать следующие вещества: сернокислый натрий, калий,
аммоний, алюминий, железо (окисное и закисное); хлористый
натрий, калий, железо; азотнокислое железо и др.
в. Работы по комплексу превращений неорганических соеди-
нений.
CuSO4 • 5Н2О -> Си (ОН) 2 СиО.
Сернокислую медь растворяют в воде, осаждают гидрат окиси
меди добавлением щелочи, отфильтровывают, высушивают и про-
каливают осадок.
FeCl3->Fe(OH)3^Fe(NO3)3.
Хлорное железо растворяют в воде, добавлением щелочи осаж-
дают гидрат окиси железа, отфильтровывают его и растворяют
в азотной кислоте.
А1->А1С1з->А1(0Н)3->ЫаА102.
Металлический алюминий растворяют в соляной кислоте, добав-
лением избытка аммиака осаждают гидрат окиси алюминия, от-
фильтровывают осадок и растворяют его в растворе едкого
натра.
Pb->Pb(NO3)2^PbSO4.
Окись свинца растворяют в азотной кислоте и к раствору прили-
вают серную кислоту. Выпавший осадок сернокислого свинца от-
фильтровывают, промывают и высушивают.
ZnO—>-ZnCl2 —>-ZnS.
Окись цинка растворяют в соляной кислоте и нагревают до ки-
пения. К охлажденному раствору приливают раствор сернистого
аммония и затем отфильтровывают выпавший осадок сернистого
цинка.
CuO -> CuSO4 -> Си (ОН) 2 СиО.
Окись меди растворяют в серной кислоте, затем щелочью
осаждают гидрат окиси меди, отфильтровывают, сушат и прока-
ливают.
6—747
81
Можно предложить еще ряд синтезов, например:
Fe—>-FeCl2—>-Fe(OH)2—>-Fe(OH)3;
FeCl3 -+ Fe (ОН) 3->Fe2 (SO4) 3;
FeCl2 FeCl3-^ Fe (OH) 3 Fe2O3;
ZnCl2->- Zn (OH)2->- Na2ZnO2.
ЛИТЕРАТУРА
Балезин С. А., Разумовский Г. С., Филько А. И. Практикум по
неорганической химии. М., изд-во «Советская наука», 1954.
Верховский В. Н. Техника и методика химического эксперимента
в школе. М„ Учпедгиз, т. I, 1959; т. II, 1960.
Воскресенский П. И. Техника лабораторных работ. М., Госхимиздат,
1962
Ключников Н. Г. Практические задачи по химической технологии. М.,
Учпедгиз, 1960.
Левант Г. Е., Р а йцы н Г. А. Практикум по общей химии. М., изд-во
«Высшая школа», 1961.
Полосин В. С. Школьный эксперимент по неорганической химии. М.,
Учпедгиз, 1959.
Ф е л ь д т В. В. Техника и методика химического эксперимента в средней
школе. М., Учпедгиз, 1949.
Глава IV
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
При прохождении этой темы учащиеся получают новые, более
сложные теоретические представления, знакомятся с широкой
номенклатурой органических соединений, встречаются с более
сложными приемами работы (экстракцией, фракционированной
перегонкой, вакуум-перегонкой) и с новой для них химической
посудой.
Вначале они выполняют простейшие синтезы, а затем перехо-
дят к более сложным. К концу практикума по органической хи-
мии учащийся должен уметь самостоятельно рассчитать загрузки
и по прописи выполнить синтез средней сложности (в две-три ста-
дии). Очень важно сразу привить учащимся «производственное»
отношение к выполняемым синтезам; на конкретных примерах
дать представление о расходе сырья, о выходе продуктов реак-
ции, о технологических потерях и их причинах. Лабораторные
работы нужно выбирать, по возможности, близкие к тем произ-
водствам, где будут работать учащиеся.
Перед началом практикума по органической химии мастер
производственного обучения должен рассказать учащимся о не-
которых особенностях выполнения органических реакций. Эти
особенности связаны с физическими и химическими свойствами
органических веществ.
Во многих синтезах практикума по органической химии в ка-
честве реагентов используются спирты, ацетон, эфир, хлороформ,
бензол, нитробензол, анилин и другие токсические вещества. Ра-
бота с ними требует большой осторожности.
Органические вещества значительно более летучи, чем мине-
ральные, и легко загораются. Поэтому реакции проводят обычно
не в открытых сосудах (стаканах, пробирках и пр.), а в колбах,
и избегают нагревания голым огнем.
Многие органические реакции требуют сложного температур-
ного режима: ступенчатое нагревание, выдержка при различной
температуре, чередование нагревания и охлаждения и т. п.
Реакции между органическими веществами протекают значи-
6* 83
тельно медленнее, чем между неорганическими. Для их завер-
шения требуются многие часы, а иногда дни.
Реакции между органическими веществами редко протекают
в одном направлении. Почти всегда наряду с основной реакцией
протекают и побочные. Подбирая условия реакции, можно на-
править ее в нужную сторону, но полностью избежать побочных
реакций не удается.
Очень важно строго соблюдать заданные условия реакции
(температуру, давление, катализаторы, соотношение реагентов и
пр.), отклонение от них часто приводит к снижению выхода ос-
новного продукта.
В продуктах реакции, наряду с основным веществом, всегда
присутствуют примеси. Выделение основного продукта реакции в
чистом виде, очистка его от примесей — сложная задача, требую-
щая особых приемов: перегонки, возгонки, экстракции и др.
Основную массу реактивов, применяемых в лаборатории ор-
ганической химии, следует хранить в специально отведенном по-
мещении и выдавать учащимся только в количествах, необходи-
мых для выполнения данного синтеза. Особенно это относится
к токсическим и горючим веществам.
В лаборатории органической химии много отходов, содержа-
щих токсические или горючие вещества, и здесь нужно особенно
внимательно следить за выполнением правил слива этих отходов.
Перед началом рабочего дня мастер производственного обу-
чения должен лично проверить работу вентиляции. При плохой
работе вытяжной вентиляции синтетическую работу вести нельзя.
Большое внимание следует уделить ведению записей в лабо-
раторном журнале. От учащегося нужно требовать таких записей,
чтобы человек, не знакомый с данной работой, смог бы по записи
в лабораторном журнале воспроизвести ее. Ценны не переписан-
ные из книги выводы, а наблюдения, сделанные учащимся в ходе
синтеза: за изменением цвета или консистенции реакционной
массы, моментом вспенивания, загустением и т. д.
Иногда учащиеся не записывают тех отклонений или наруше-
ний, которые были допущены ими в ходе синтеза. Нужно объяс-
нить им, что в лабораторном журнале должна быть отражена
работа так, как она проходила в действительности, и точные за-
писи помогут избежать отклонений при повторении работы. Это
важно не только для работы в учебной лаборатории, но и для
всей будущей работы лаборанта на производстве.
По окончании синтеза учащийся сдает мастеру производствен-
ного обучения синтезированное соединение и дает на подпись ла-
бораторный журнал. Соединения, синтезированные учащимися,
могут быть в ряде случаев использованы как исходны? вещества
для других синтезов или как учебный материал для аналитиче-
ских работ.
После выполнения учащимися основных работ практикума по
84
органической химии целесообразно предложить им контрольные
синтезы.
К выполнению этих работ мастер производственного обучения
должен предъявлять повышенные требования, поскольку учащие-
ся уже имеют опыт работы по органическому синтезу. Учащийся
должен составить план синтеза, сделать необходимые расчеты,
подготовить исходные вещества, подвергнув их, если требуется,
очистке (перегонке, высушиванию и др.) и определить качество
исходных и конечных веществ известными методами.
В конце этого раздела приведено описание некоторых работ,
которые могут быть использованы в качестве таких контрольных
синтезов.
ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
В этот раздел целесообразно включить три лабораторные ра-
боты, связанные с получением галоидопроизводных предельных
углеводородов:
1. Получение йодистого этила из спирта действием йода и
фосфора.
2. Получение бромистого этила из спирта действием броми-
стого калия и серной кислоты.
3. Получение хлороформа.
Эти синтезы включают важнейшие методы получения галоидо-
производных жирного ряда, применяемые в промышленности.
Все полученные здесь соединения и исходные вещества летучи,
и поэтому при сборке приборов для синтеза нужно обратить вни-
мание на герметичность соединений.. Основной реакционный со-
суд — круглодонная колба, соединенная с холодильником (пря-
мым или обратным).
1. Для первого синтеза нужно приготовить спирт, не содер-
жащий воды (абсолютный спирт). Целесообразно поручить двум
более сильным ученикам под непосредственным руководством
мастера производственного обучения приготовить в один или два
приема все количество абсолютного спирта, необходимое для
труппы (из расчета 50 Л1.7 на один синтез).
Для удаления воды спирт сначала кипятят с прокаленной
окисью кальция в колбе с обратным холодильником, затем спирт
сливают, обрабатывают его металлическим натрием для полного
удаления воды и перегоняют. При перегонке нужно исключить
возможность проникновения в спирт влаги из воздуха (плотное
соединение, хлоркальциевые трубки). Этиловый спирт огнеопа-
сен, работу с ним следует вести вдали от открытого огня. Работа
с красным фосфором не требует особых мер предосторожности,
йод нужно предварительно растереть. Эту операцию следует ве-
сти в вытяжном шкафу, надев защитные очки. Синтез йодистого
этила ведут в колбе с обратным водяным холодильником при
85
температуре, близкой к температуре кипения этилового спирта
(нагревают на кипящей водяной бане). Необходимо следить за
поступлением воды в холодильник. По окончании реакции обрат-
ный холодильник заменяют прямым и отгоняют йодистый этил.
Прямой холодильник и переходную трубку с пробками подбира-
ют заранее, чтобы избежать потерь йодистого этила при переклю-
чении холодильников. Йодистый этил собирают в колбочку, про-
мывают разбавленной щелочью, затем водой и перегоняют. Мож-
но показать, что продукт реакции содержит йод. Для этого к 1 мл
йодистого этила в пробирке осторожно добавляют 1 мл концен-
трированной азотной кислоты и нагревают — выделяются окис-
лы азота и фиолетовые пары йода, образующие кристаллы на
стенках пробирки.
2. Бромистый этил получают из этилового спирта, действуя
на него бромистоводородной кислотой, образующейся здесь же,
в реакционной массе, из бромистого калия и серной кислоты.
Для такой реакции пригоден обычный спирт-ректификат, содер-
жащий 5—6% воды. В отличие от предыдущего синтеза после
загрузки всех компонентов реакционную колбу сразу соединяют
с прямым холодильником и начинают отгонку продуктов реак-
ции. Можно вести синтез в колбе Вюрца, соединенной с прямым
холодильником. В приемник помещают воду со льдом и по окон-
чании отгонки содержимому приемника дают расслоиться. Бро-
мистый этил промывают концентрированной серной кислотой и
осторожно перегоняют из маленькой колбочки Вюрца. Темпера-
тура кипения его 38° С; поэтому его нельзя оставлять надолго
в открытом сосуде. Хранят его в толстостенных склянках.
Галоидопроизводные углеводородов не реагируют с азотно-
кислым серебром. Это можно показать на примерах бромистого
этила, йодистого этила и других галоидопроизводных, имеющих-
ся в лаборатории. Предварительно нужно убедиться по пробе с
водной вытяжкой, что вещества не содержат ионов галоида.
При нагревании со щелочью атомы галоида отщепляются.
Если бромистый или йодистый этил нагреть с трех-четырехкрат-
ным объемом 10%-ного раствора щелочи, то при прибавлении
азотнокислого серебра (после подкисления) выпадает осадок
галоидного серебра (уравнения реакций!).
3. Хлороформ получают при взаимодействии этилового спир-
та с хлорной известью. В колбу Вюрца, связанную с прямым хо-
лодильником, загружают воду и хлорную известь и к получен-
ной суспензии добавляют спирт. Реакционную массу подогревают
до начала реакции, после чего процесс идет экзотермически.
В приемнике собирается смесь воды с хлороформом (если отгон-
ка замедляется, реакционную колбу вновь подогревают). Хлоро-
форм отслаивают от воды и промывают. В связи с ядовитостью
хлороформа следует ограничиться получением сырого продукта
и не подвергать его перегонке.
86
НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
Свойства непредельных углеводородов можно показать на
примере этилена и ацетилена.
Этилен получают дегидратацией этилового спирта.
Получение больших количеств этилена целесообразно прово-
дить в колбе Вюрца, снабженной капельной воронкой. В колбу
загружают одну весовую часть спирта, шесть весовых частей сер-
ной кислоты и две весовые части мелкого сухого песка. Песок
следует предварительно промыть разбавленной соляной кисло-
той, затем водой и высушить. Содержимое колбы быстро нагре-
вают до 160°С. Быстрое нагревание необходимо, чтобы избежать
побочной реакции образования диэтилового эфира, протекаю-
щей при температуре 140°С. При 160°С начинается выделение
этилена. К реакционной массе из капельной воронки прибав-
ляют постепенно смесь шести весовых частей спирта и двенадца-
ти весовых частей серной кислоты. Этилен очищают, пропуская
его через промывные склянки с концентрированной серной кис-
лотой (очистка от спирта и диэтилового эфира) и 10%-ным раст-
вором щелочи (очистка от сернистого газа). Сернистый газ обра-
зуется за счет частичного восстановления серной кислоты. Очи-
щенный этилен можно собрать в газометр или в цилиндры и ис-
пользовать для изучения его свойств.
При пропускании этилена через раствор марганцевокислого
калия или через бромную воду последние обесцвечиваются. Нуж-
но сопоставить результаты этих опытов и аналогичных опытов с
метаном и указать, что бром является реактивом на непредель-
ные углеводороды.
Следует иметь в виду, что сернистый газ тоже обесцвечивает
бромную воду и раствор марганцевокислого калия и поэтому
нужно полностью очистить от него этилен. Можно поджечь со-
бранный в пробирку этилен, он сгорает светящимся пламенем
(в отличие от метана).
Небольшие количества этилена можно получить в пробирке
с газоотводной трубкой. При быстром нагревании смеси спирта
- с серной кислотой до 160°Си выше выделяется этилен. Для рав-
номерного течения реакции в пробирку помещают несколько ку-
сочков пемзы или другого пористого материала.
Таким образом, наряду с основным продуктом реакции —
этиленом образуются побочные продукты: диэтиловый эфир,
сернистый газ, углекислый газ, окись углерода, углерод. Углерод
вызывает почернение массы в колбе.
Образование большинства побочных продуктов связано с
окисляющим действием концентрированной серной кислоты при
высокой температуре.
Ацетилен может быть легко получен действием воды на
карбид кальция. Для этого удобно использовать пробирку с га-
87
зоотводной трубкой, имеющую в дне небольшое отверстие. На
дно пробирки помещают стеклянную вату, на нее — несколько
кусочков карбида кальция. Закрывают зажим на газоотводной
трубке и подводят под пробирку стакан с водой. Если теперь от-
крыть зажим, вода через нижнее отверстие проникнет в пробир-
ку и вступит в реакцию с карбидом кальция (уравнение реак-
ции!). Образующийся ацетилен выходит через газоотводную
трубку. Если закрыть зажим и помешать выходу газа, он вы-
теснит из пробирки воду. Этот способ получения ацетилена ана-
логичен способу, известному в промышленности под названием
«карбид на воду». Другой вариант получения ацетилена — при-
бавление к карбиду кальция, помещенному в колбу Вюрца, во-
ды из капельной воронки (способ «вода на карбид»). Для всех
опытов, связанных с поглощением ацетилена растворами, сле-
дует получать его вторым способом.
Ацетилен обесцвечивает раствор марганцевокислого калия и
бромную воду легче, чем этилен; это объясняется его большей
непред ельностью.
Если поджечь ацетилен на воздухе, он горит коптящим пла-
менем, но если в пламя вдувать воздух, оно становится ослепи-
тельно ярким и температура его значительно возрастает. Нужно
рассказать учащимся, что на этом принципе основано примене-
ние ацетилена при газовой сварке и резке металлов.
Ацетилен, полученный из карбида кальция, всегда содержит
ядовитые примеси: сероводород и фосфористый водород. Поэто-
му все опыты с ацетиленом нужно проводить в вытяжном
шкафу.
Ацетилен способен образовывать металлические производ-
ные. Если пропустить его через аммиачный раствор закиси меди,
выпадет характерный красный осадок ацетиленистой меди
(уравнение реакции!). Ацетиленистая медь в сухом виде легко
разлагается со взрывом, поэтому хранить ее не следует. После
опыта остатки ацетиленистой меди следует обязательно уничто-
жить, обработав их соляной кислотой.
Из многочисленных синтезов на основе ацетилена в практи-
кум можно включить получение уксусного альдегида по реак-
ции Кучерова. Синтез целесообразно провести с небольшим ко-
личеством исходных веществ (10—12 г карбида кальция, то есть
3—4 л ацетилена). Реактором может служить пробирка с при-
паянной в верхней части отводной трубкой. Через пробку почти
до дна пробирки опущена трубка для ввода ацетилена. Избыток
ацетилена и летучие продукты реакции по отводной трубке ухо-
дят в приемник — пробирку, содержащую немного льда или
снега и охлаждаемую снаружи смесью снега с солью. В реактор
помещают 8 мл воды, 4 мл концентрированной серной кислоты,
0,4 г окиси ртути; реактор помещают в водяную баню, нагретую
почти до кипения, и медленно пропускают ацетилен. Вскоре в ре-
88
акторе образуются белые хлопья промежуточного соединения
ацетилена с сернокислой ртутью, а в приемнике собирается жид-
кость с характерным запахом уксусного альдегида (водный
раствор уксусного альдегида). На этом этапе обучения учащиеся
не знакомы еще с реакцией серебряного зеркала и не могут при-
менить ее для обнаружения полученного альдегида.
Следует напомнить учащимся, что проведенная реакция (один
из многочисленных синтезов на основе ацетилена) широко ис-
пользуется в промышленности для получения уксусной кислоты.
НЕФТЬ
В этом разделе можно предложить учащимся три лаборатор-
ные работы:
1. Фракционная разгонка нефти.
2. Каталитический крекинг солярового масла.
3. Термический крекинг керосиновой фракции.
Эти процессы широко применяются в нефтеперерабатываю-
щей промышленности.
1. Для фракционной разгонки нужно брать нефть с неболь-
шим содержание:*! воды. Целесообразно перед разгонкой высу-
шить нефть, профильтровав ее при 50° С через слой свежепрока-
ленной крупнокристаллической поваренной соли.
Нужно рассказать учащимся, что фракционная разгонка при-
меняется в нефтеперерабатывающей промышленности как в про-
изводственном масштабе — для получения нефтепродуктов пря-
мой гонки, так и в лаборатории — для определения фракцион-
ного состава нефти. Нужно напомнить учащимся, что нефть пред-
ставляет собой смесь углеводородов различного строения с раз-
личными температурами кипения.
Для разделения нефти на фракции можно вести перегонку из
колбы Вюрца, но такая перегонка не дает хорошего разделения
на узкие фракции. Целесообразно из колбы Вюрца провести
предварительную перегонкуд-отобрав широкую -фракцию- «свет-
лых» нефтепродуктов (с температурой кипения до 300° С), а за-
тем подвергнуть ее фракционной разгонке с дефлегматором. На
этом этапе обучения учащимся трудно еще усвоить теоретиче-
ские основы ректификации. Достаточно объяснить им, что деф-
легматор в известной степени воспроизводит работу ректифика-
ционной колонны: на внутренней поверхности дефлегматора ча-
стично конденсируются проходящие пары; при прохождении че-
рез этот конденсат менее летучие компоненты паров конденси-
руются, а более летучие компоненты конденсата испаряются. По
мере прохождения через дефлегматор пары все более обогаща-
ются летучими компонентами. Конденсат (он называется в тех-
89
нике флегмой — отсюда название «дефлегматор») стекает вниз,
в колбу, а пары через отводную трубку проходят в холодильник
и приемник. Нужно следить, чтобы дефлегматор не заполнился
жидкостью, тогда никакого разделения не будет. Иногда оказы-
вается полезной термоизоляция дефлегматора (например, асбе-
стовой нитью); это особенно целесообразно при разгонке ве-
ществ, кипящих при 150° С и выше. Обычная ошибка начинаю-
щих лаборантов — форсирование перегонки интенсивным нагре-
ванием колбы. Нужно помнить, что хорошее разделение дости-
гается только при небольшой скорости перегонки.
По результатам предварительной перегонки из колбы Вюр-
ца можно рассчитать содержание в нефти светлых нефтепродук-
тов (бензиново-керосиновой фракции). Обычно 300 мл нефти
помещают в предварительно взвешенную колбу Вюрца (ем-
костью 500 мл) и снова взвешивают. Перегонку ведут до дости-
жения температуры в парах 300°С или же до прекращения по-
ступления дистиллята в приемник. Зная вес нефти, взятой для
разгонки, вес дистиллята в приемнике и вес остатка в колбе, мож-
но составить баланс перегонки. Иногда нефть содержит газы,
которые улетучиваются при перегонке. При расчете их можно
отнести к потерям при перегонке. Запись может выглядеть так:
Взято
Получено
Нефть сырая .............. г Дистиллят (до 300° С).....г,..%
Остаток .............г, %
Газ и потери ........г, %
Фракционную разгонку ведут из круглодонной колбы с де-
флегматором. Фракции собирают в колбочки и затем взвеши-
вают. Можно собрать фракции в следующих интервалах темпе-
ратур:
до 70° С — петролейный эфир;
70—90° С — легкий бензин;
90—120° С — средний бензин;
120—150° С — лигроин;
150—300° С — керосиновая фракция.
Можно вести разгонку и на стандартные фракции, принятые
для группового анализа: до 60° С, 60—95° С, 95—122° С, 122—
150° С, 150—175° С, 175—200° С, 200—250° С, 250—300° С.
Разгонку нужно вести под тягой. Следует иметь в виду, что
легкокипящие фракции нефти не только легко воспламеняются,
но и образуют с воздухом взрывчатые смеси. Поэтому разгонку
следует вести вдали от открытого огня, для нагревания можно
использовать электроплитку с закрытой спиралью или колбона-
греватель.
90
Баланс перегонки можно составить таким же образом, как
при предварительной разгонке:
Взято Получено
Светлые нефтепродукты г. I фракция (от °C до °C) г, %
II фракция (от °C до °C) г, %
III фракция (от °C до .°C) г, %
Остаток г, %
Можно подвергнуть фракционной разгонке с дефлегматором
сырую нефть. Если в лаборатории нет сырой нефти, можно приго-
товить для этой работы искусственную смесь петролейного эфи-
ра, бензина различных сортов и керосина.
Учащиеся могут убедиться в различии свойств отдельных
фракций нефти. Если в две фарфоровые чашечки налить по
10 мл фракции 70—90° С и керосиновой фракции и поднести го-
рящие лучинки, жидкость в первой чашке воспламенится, а во
второй нет. Если во вторую чашку погрузить горящую лучину,
то лучина погаснет.
2. Каталитический крекинг позволяет получить бензин и ке-
росин из более высококипящих нефтяных фракций. В настоящее
время каталитический крекинг является одним из основных про-
цессов нефтепереработки. Рекомендуемая работа по каталити-
ческому крекингу солярового масла в присутствии хлористого
алюминия не может дать представления об аппаратурном офор-
млении современных процессов крекинга (установки с движу-
щимся шариковым катализатором или с пылевидным катализа-
тором в кипящем слое), но простота лабораторной установки,
возможность проведения процесса при атмосферном давлении
и умеренных температурах, наглядность протекающих процес-
сов позволяют включить эту работу в практикум по органической
химии.
В качестве реактора можно использовать круглодонную кол-
бу из стекла пирекс или металлический (стальной, медный) ба-
чок емкостью 500 мд. В реактор вставляют насадку с отводной
трубкой (к холодильнику Либиха) и термометром. В реактор
загружают соляровое масло (200 а), безводный хлористый алю-
миний (20 г) и начинают осторожно нагревать. Постепенно тем-
пература в парах повышается, и в приемник начинают поступать
продукты крекинга. Когда температура в парах достигает 180° С,
нагревание прекращают и реактору дают охладиться до 20—
25° С. После этого снова ведут нагревание и собирают вторую
порцию продуктов крекинга.
Продукты крекинга промывают раствором соды, водой, су-
шат над прокаленным хлористым кальцием, взвешивают и раз-
гоняют на фракции (до 70°С, 70—90°С, 90—120°С, 120—150°С и
91
150—200°С). При крекинге образуется большое количество газо-
образных продуктов, которые в условиях опыта не улавливаются.
Вместо солярового масла можно взять твердый парафин (на-
резать стружкой).
Можно объяснить учащимся, что теперь в промышленности
вместо хлористого алюминия применяют более дешевые алюмо-
силикатные катализаторы и крекинг ведут при температуре
400—500°С; крекинг с хлористым алюминием высококипящих
нефтепродуктов сыграл важную роль в обеспечении бензином
Советской республики в 1918—1920 гг., когда были отрезаны
Баку и Грозный.
Безводный хлористый алюминий — важный реактив, приме-
няющийся во многих реакциях органического синтеза. Хранить
его нужно в склянке с хорошо притертой стеклянной пробкой,
так как при действии влаги он разлагается (с выделением хло-
ристого водорода).
3. Для термического крекинга керосиновой фракции нужна
трубчатая печь с электрообогревом. Если такой печи в лаборато-
рии нет, можно провести крекинг в стальной трубке, обогревае-
мой снаружи газовыми горелками. Для этого удобны тонкостен-
ные трубки (например, велосипедные). Длина трубки 50—60 см,
диаметр — около 2 см. Трубку наполняют железной стружкой
и прочно укрепляют на штативе. В один конец трубки на проб-
ке вставляют тонкий конец алонжа, в широком конце которого
укреплен носик капельной воронки. Второй конец трубки соеди-
няют с приемником. Для соединений можно использовать корко-
вые пробки, обмазанные жидким стеклом. Приемником может
служить U-образная трубка, погруженная в стакан с водой.
Если процесс ведут в печи, снабженной термометром, печь
нагревают до 550—600° С; если термометра нет, трубку нагре-
вают до начала красного каления и начинают по капле.вводить
в нее керосиновую фракцию нефти. Скорость подачи невелика—
8—10 капель в минуту. Собранные в приемнике продукты кре-
кинга можно подвергнуть разгонке и показать, что при терми-
ческом крекинге образуются низкокипящие продукты. Можно
показать непредельный характер этих продуктов — проба с
бромной водой. Чтобы эта проба была более наглядной, целе-
сообразно керосиновую фракцию перед крекированием очистить
от непредельных примесей, обработав ее концентрированной
серной кислотой, щелочью и водой, и затем показать, что непре-
дельные углеводороды образовались в результате крекинга.
При термическом крекинге также образуются газообразные
продукты, которые трудно уловить количественно в условиях
опыта. Можно собрать некоторое количество газов в перевер-
нутый цилиндр над водой и убедиться в их непредельном ха-
рактере. Следует иметь в виду, что перевернутый цилиндр с во-
дой представляет собой довольно значительное сопротивление
92
для потока газа (гидравлический затвор) и в трубке может воз-
никнуть некоторое избыточное давление. Чтобы газы не прорва-
лись через капельную воронку во время крекинга, следует брать
воронку с длинным отводом и помещать в нее большее количе-
ство керосиновой фракции.
АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатор-
ные работы:
1. Нитрование бензола.
2. Возгонка нафталина.
3. Сухая перегонка каменного угля.
1. Нитрование бензола можно провести в маленькой колбе
или пробирке большого диаметра. Поскольку цель этого опы-
та — показать способность бензола образовывать нитросоеди-
нения при действии азотной кислоты (процесс нитрования и
свойства нитросоединений будут изучаться позднее), целесооб-
разно проводить его с небольшими количествами исходных ве-
ществ, без очистки продукта реакции. В колбе готовят смесь
концентрированных серной и азотной кислот (нитрующую смесь)
и охлаждают ее до комнатной температуры. К смеси по капле
добавляют бензол. Колбочку все время встряхивают, чтобы до-
биться эмульгирования бензола в- кислоте. Для завершения
реакции можно нагреть колбочку на водяной бане до 60° С, а
затем вылить реакционную массу в стакан с водой; на дне ста-
кана собирается желтый слой нитробензола, который отделяют
в делительной воронке и промывают водой.
Нитробензол ядовит. Следует стараться не вдыхать его пары.
При попадании нитробензола на кожу пораженное место нужно
сейчас же промыть водой (не горячей!), а-затем протереть'ва-
той, обильно смоченной спиртом.
2. Возгонка — хороший способ очистки нафталина. Чтобы
эффект был более наглядным, для опыта следует взять неочи-
щенный технический,нафталин. На _дно_ стакана помещают наф-
талин, ставят на стакан круглодонную колбу, наполненную хо-
лодной водой, и стакан нагревают. На холодном дне колбы оса-
ждаются кристаллы нафталина.
3. Важнейшие источники получения ароматических углеводо-
родов — каменноугольная смола и сырой бензол, полученные
при сухой перегонке (коксовании) каменного угля. Одновре-
менно образуется кокс, необходимый металлургической промыш-
ленности.
В лаборатории можно воспроизвести в упрощенном виде про-
цесс коксования. Для этого пригодна трубчатая печь, подобная
той, что применялась при термическом крекинге нефти. В труб-
93
ку помещают кусочки каменного угля, одно отверстие плотно
закрывают пробкой, а другое соединяют с приемником. Прибор
нужно тщательно проверить на герметичность, так как выделяю-
щиеся при коксовании газообразные продукты могут образовы-
вать с воздухом взрывчатые смеси. Трубку нагревают до начала
выделения газа, а затем продолжают осторожно нагревать, что-
бы ток газа был не слишком сильным.
В условиях опыта можно уловить каменноугольную смолу и
часть сырого бензола, конденсирующихся в первом приемнике
(колбе Вюрца или U-образной трубке, погруженной в охлаж-
дающую смесь). Для более полного улавливания можно соеди-
нить последовательно два приемника.
В следующей ловушке водой поглощается аммиак. Здесь
можно использовать склянку Тищенко или вертикальную колон-
ку с насадкой из обрезков стеклянных трубок. В верхней части
такой колонки помещают капельную воронку с водой, в ниж-
ней — спускной патрубок с краном. Вода по каплям поступает
в колонку, орошает насадку и в виде аммиачной воды стекает
в нижнюю часть колонки. Газ поступает снизу, проходит через
насадку из стеклянных колец, орошаемую водой, и, отмытый от
аммиака, поступает в газометр. Можно показать горючие свой-
ства собранного газа и наличие в нем непредельных соединений
(проба с бромной водой).
Смолу из первого приемника можно перенести в колбу Вюр-
ца и разогнать на фракции. Целесообразно собрать для разгон-
ки смолу от четырех-пяти опытов. После охлаждения трубки из
нее извлекают кокс и сравнивают с исходным каменным углем.
В промышленности обычно разгоняют смолу на следующие
фракции:
до 170° С — легкое масло (бензол, толуол, .ксилолы);
170—230° С — среднее масло (фенол, крезолы, нафталин);
230—270° С —тяжелое масло;
270—300° С — антраценовое масло.
Можно напомнить учащимся, что в продуктах сухой пере-
гонки каменного угля содержится более трехсот ароматических
соединений, но большинство находится в столь незначительных
количествах, что выделять их технически нецелесообразно.
На коксохимических заводах из смолы и сырого бензола вы-
деляют бензол, толуол, ксилолы, нафталин, смесь фенолов и
другие вещества. Выделение их требует большого числа опера-
ций: ректификации, промывки, химической очистки, кристалли-
зации и др. Часть продуктов коксования используют в промыш-
ленности в виде смеси, без разделения на индивидуальные веще-
ства: тяжелое масло (после выделения нафталина) для пропит-
ки шпал, некоторые низкокипящие фракции как моторное топ-
ливо.
В лаборатории можно при разгонке отобрать следующие
94
фракции: до 100° С, 100—150° С, 150—180° С, 180—230° С, 230—
270° С. Из последних двух фракций при охлаждении выпадают
кристаллы нафталина. Баланс перегонки составляют так же, как
при перегонке нефти (см. стр. 91).
Следует иметь в виду, что коксование каменного угля ведут
при температуре 700—800° С, а окончательный выжиг кокса (то
есть полное удаление из него летучих продуктов) происходит
при 900—1000° С. Если вести процесс при температуре 350—
500° С, то вместо каменноугольной смолы образуется первичный
деготь, который почти не содержит ароматических продуктов.
Такой процесс носит в технике название полукоксования. Если
лабораторная трубчатая печь не оборудована устройством для
измерения температуры, то для приближенной оценки темпера-
туры можно использовать следующую зависимость между цве-
том раскаленного тела и его температурой:
начало красного каления . ..... 525° С.
темно-красное каление.................... 700° С
вишнево-красное каление..................850° С
светло-красное каление .................. 950° С’
желтое каление...........................1100°С
начало белого каления ................... 1300°С
белое каление............................ 1500° С
СПИРТЫ, ФЕНОЛЫ, ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатор-
ные работы:
1. Получение этилового спирта из бромистого этила.
2. Получение этилового спирта брожением сахара.
3. Получение этилового эфира из этилового спирта.
4. Получение пикриновой кислоты нитрованием фенола.
5. Получение этилового эфира бета-нафтола.
1. Замена атома галоида в галоидалкиле на гидроксильную
группу — один из простейших способов получения спиртов. Та-,
кое превращение легко осуществить нагреванием смеси броми-
стого этила с водным раствором едкого кали. Смесь помещают
в колбу с обратным водяным холодильником и кипятят до полу-
чения однородного раствора (уравнение реакции!). Реакцион-
ную массу перегоняют из колбы с дефлегматором и собирают
фракцию, кипящую при 76—80° С. (Рассчитать выход спирта).
Следует объяснить учащимся, что этот метод не имеет про-
мышленного значения, но весьма важен для препаративной рабо-
ты, для синтеза новых соединений и установления их строения.
2. Этиловый спирт может быть получен брожением сахара.
Процесс проводят в колбе с газоотводной трубкой. К водному
раствору сахара добавляют дрожжи, растертые в воде, и пита-
95
тельный раствор, содержащий минеральные соли (хлористый
магний, азотнокислые кальций и калий, двузамещенный фосфор-
нокислый калий). Питательный раствор ускоряет процесс бро-
жения. Смесь подогревают до 30—35° С на водяной бане. О на-
чале процесса брожения можно судить по выделению пузырь-
ков углекислого газа. Если соединить газоотводную трубку со
склянкой, содержащей баритовую или известковую воду, послед-
няя мутнеет. Колбу оставляют на сутки в теплом месте.
Нужно иметь в виду, что на процессе брожения неблагоприятно
отражается и повышение и понижение температуры. О конце
брожения можно судить по прекращению выделения углекислого
газа. Реакционную массу переносят в колбу Вюрца и перего-
няют, отбирая фракцию 75—85° С. Эту фракцию перегоняют еще
раз из колбы с дефлегматором. Здесь также следует рассчитать
выход, считая загруженный сахар чистой глюкозой.
Нужно напомнить учащимся, что сейчас в промышленности
применяются другие методы получения спирта, не требующие
пищевого сырья: гидратация этилена или гидролиз и бро-
жение целлюлозы, причем последняя стадия получения спир-
та из целлюлозы — брожение — протекает аналогично бро-
жению сахара.
3. Синтез этилового эфира можно провести в колбе Вюрца,
снабженной капельной воронкой и термометром, погруженным
в реакционную массу. Синтез этот напоминает получение этилена
из этилового спирта, но благодаря более низкой температуре
реакции и другому соотношению реагентов реакция идет в сто-
рону образования этилового эфира .(уравнение реакции!). Смесь
спирта и концентрированной серной кислоты нагревают до 135—
140° С, при этой температуре начинает отгоняться эфир. В этот
момент из капельной воронки начинают добавлять спирт, причем
скорость подачи спирта должна быть равна скорости отгонки
эфира (объем жидкости в колбе должен оставаться постоянным).
Температура в колбе не должна подниматься выше 140° С. Пары
эфира проходят через холодильник и поступают в приемник.
Приемником может служить пробирка для отсасывания или кол-
ба Бунзена, на боковой .отросток которой надета резиновая
трубка. Приемник помещен в баню со льдом или с охлаждаю-
щей смесью. Свободный конец резиновой трубки помещают в
вытяжной шкаф или за окно. Это необходимо, поскольку эфир,
имеющий температуру кипения 39° С, не конденсируется пол-
ностью в холодильнике и приемнике и пары его могли бы попасть
в помещение.
В приемнике собирается эфир, загрязненный примесью спир-
та, воды и сернистого газа. Содержимое приемника переносят в
делительную воронку, эфир промывают раствором щелочи, во-
дой и, наконец, высушивают над прокаленным хлористым каль-
цием.
96
Этиловый эфир ядовит и огнеопасен. Работать с ним нужно
вдали от открытого огня.
4. Фенол легко вступает в реакцию с азотной кислотой, обра-
зуя нитросоединения. Действием избытка азотной кислоты при
нагревании можно получить тринитрофенол — пикриновую кис-
лоту. Для получения пикриновой кислоты в концентрированную
азотную кислоту (в стаканчике или в пробирке) вносят посте-
пенно смесь фенола и серной кислоты. Реакционную массу на-
гревают до кипения, затем добавляют еще азотную кислоту и
кипятят до образования прозрачной жидкости. Весь процесс ве-
дут в вытяжном шкафу. Реакционную массу выливают в стакан
с холодной водой, и через 30 мин. отфильтровывают выпавшие
кристаллы пикриновой кислоты на воронке Бюхнера, вставлен-
ной вколбу Бунзена; фильтрацию ведут под разрежением, созда-
ваемым водоструйным насосом или насосом другой конструкции.
Правильные приемы фильтрации на воронке Бюхнера дол-
жен показать мастер производственного обучения. Бумажный
фильтр вырезают таким образом, чтобы он закрывал все отвер-
стия дна воронки, но не касался стенок. Перед включением на-
соса обязательно смачивают фильтр водой. Когда насос вклю-
чен, переносят на фильтр суспензию и полностью отсасывают ма-
точный раствор. Затем кристаллы отжимают на фильтре шпате-
лем или стеклянной пробкой, промывают небольшими порциями
воды и снова отжимают.
Размер воронки должен соответствовать количеству осадка;
если осадка слишком мало и дно воронки не закрыто им, невоз-
можно полностью отсосать маточник и отжать кристаллы. Между
колбой Бунзена и водоструйным насосом обязательно ставят
предохранительную склянку.
У начинающих лаборантов часто в фильтрат попадают кри-
сталлы. Это происходит потому, что фильтр неправильно выре-
зан или прорвался в начале фильтрации. В этом случае нужно
перенести содержимое колбы Бунзена в стакан, вырезать новый
фильтр и снова провести фильтрацию. Мастер производственного
обучения должен рассказать и о других возможных неполадках
и о путях их предотвращения?----------------.
5. Оксисоединения ароматического ряда подобно спиртам
способны образовывать простые эфиры. Простые эфиры бета-
нафтола имеют душистый запах и применяются в парфюмерии.
В маленькую колбочку с обратным водяным холодильником по-
мещают бета-нафтол, спирт, йодистый этил и твердый едкий
натр и нагревают смесь в течение 15—20 мин. на водяной бане.
Затем отгоняют большую часть спирта, размешивают реакцион-
ную массу с горячей водой (70—80° С), охлаждают и отфиль-
тровывают выпавшие кристаллы этилового эфира бета-нафтола.
Полученный продукт имеет приятный запах и известен в пар-
фюмерии под названием неролин-2, или бромелия.
7—747
97
АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатор-
ные работы:
1. Получение формальдегида каталитическим окислением ме-
тилового спирта.
2. Получение уксусного альдегида окислением этилового
спирта.
3. Взаимодействие альдегидов с аммиачным раствором оки-
си серебра (реакция серебряного зеркала).
4. Получение уротропина.
5. Конденсация формальдегида с фенолом.
6. Получение ацетона из уксуснокислого кальция.
1. Каталитическое окисление метилового спирта — важней-
ший промышленный способ получения формальдегида (уравне-
ние реакции!). В этой работе учащиеся получают практическое
представление о каталитических процессах в промышленности
органического синтеза. Для работы берут колбу Вюрца ем-
костью 250 мл, отводная трубка которой несколько отогнута
кверху (под углом 15—20° С) и на конце оттянута в капилляр
диаметром около 2 мм. Конец отводной трубки вставлен на
пробке в трубку из тугоплавкого стекла, внутрь которой поме-
щен катализатор — спираль из медной проволоки или медная
сетка, свернутая в трубку. Длина спирали — 4—5 см, располо-
жена она на расстоянии 6 см от конца капилляра. Второй конец
трубки из тугоплавкого стекла соединен со змеевиковым (или
шариковым) холодильником. К холодильнику присоединены по-
следовательно два приемника (например, пробирки для отсасы-
вания). Отвод последнего приемника подключен к вакуум-насосу.
Приемники помещены в баню с охлаждающей смесью. В колбу
помещают 100 мл метилового спирта и закрывают ее пробкой со
стеклянной трубкой, доходящей почти до дна колбы; через эту
трубку просасывается воздух.
Метиловый спирт ядовит. Проникновение его в организм, да-
же в небольших дозах, приводит к тяжелому отравлению. Ме-
тиловый спирт огнеопасен. Перед началом, работы нужно тща-
тельно проверить герметичность соединений прибора. Колбу по-
мещают в водяную баню, нагретую до 47—48° С, и начинают
просасывать через прибор воздух. Одновременно горелкой подо-
гревают ту часть трубки, где расположен медный катализатор.
Когда медь нагреется докрасна, нагревание прекращают. Даль-
ше процесс идет экзотермически — на медной сетке пары мети-
лового спирта реагируют с кислородом просасываемого воздуха
с образованием формальдегида.
Нужно обратить внимание учащихся на способ подачи спир-
та на окисление. Воздух просасывается через слой спирта, насы-
98
щается его парами и образовавшаяся спирто-воздушная смесь
поступает на окисление. Если увеличить скорость просасывания
воздуха, он не будет успевать насытиться парами спирта, на ка-
тализатор попадет более бедная смесь, окисление пойдет менее
интенсивно. Окисление протекает только на катализаторе, и об
интенсивности окисления можно судить по температуре катали-
затора. Скорость просасывания воздуха регулируют так, чтобы
медная спираль все время оставалась накаленной (это можно
ясно увидеть на фоне листа черной бумаги).
Процесс ведут до испарения всего спирта, причем темпера-
тура водяной бани не должна снижаться до конца опыта. Одно-
временно с формальдегидом образуется вода, и в приемник сте-
кает водный раствор формальдегида. К концу опыта в прием-
никах собирается около ПО мл водного раствора формальдегида,
который можно использовать в последующих работах. Водный
раствор формальдегида известен в технике под названием
формалина.
2. Уксусный альдегид можно получить окислением этилового
спирта. Простейшая схема его получения такова: в маленькую
колбу Вюрца (или пробирку с газоотводной трубкой) всыпают
тонкорастертый двухромовокислый калий, приливают разбав-
ленную серную кислоту, спирт и перемешивают. Затем закреп-
ляют колбу в лапке штатива, закрывают пробкой, а отвод-
ную трубку соединяют с трубкой, опущенной почти до дна про-
бирки-приемника, содержащего несколько миллилитров холод-
ной воды. Приемник помещают в стакан со льдом. Реакционную
смесь осторожно нагревают, добиваясь равномерного кипения,
без перебросов. Через 3—5 мин. объем жидкости в приемнике
значительно увеличивается. Тогда прекращают нагревание и
сразу разбирают прибор.
В приемнике наряду с водным раствором уксусного альде-
гида, содержатся этиловый спирт, уксусная кислота и некоторые
другие побочные продукты. Уксусный альдегид является здесь
главным продуктом, и раствор можно использовать в последую-
щих опытах.
___3. Качественная реакция на альдегиды реакция восстанов- -
ления аммиачного раствора окиси серебра. Реакция эта, извест-
ная под названием «реакция серебряного зеркала», широко при-
меняется в лабораторной практике.
Для этой реакции предварительно готовят аммиачный раст-
вор окиси серебра: к водному раствору азотнокислого серебра
(концентрация —• 2%) постепенно приливают 3%-ный раствор
аммиака. Сначала выпадает осадок гидрата окиси серебра, ко-
торый при дальнейшем прибавлении раствора аммиака перехо-
дит в раствор.
Перед выполнением реакции «серебряного зеркала» пробир-
ки (или колбы) нужно тщательно вымыть хромовой смесью и
7*
99
дистиллированной водой, загрязнения на стенках могут поме-
шать образованию зеркала. В пробирку наливают 10—12 мл
аммиачного раствора окиси серебра, осторожно вливают около
1 мл раствора формальдегида и помещают пробирку в стакан с
горячей водой. Вскоре на стенках пробирки образуется блестя-
щее зеркало — тонкий слой серебра (уравнение реакции!). Если
сосуд плохо очищен, серебро может выпасть в виде рыхлого чер-
ного осадка.
Вместо формальдегида для реакции можно взять раствор ук-
сусного альдегида.
4. При взаимодействии формалина с аммиаком образуется
кристаллическое вещество — гексаметилентетрамин, известное в
технике под названием уротропина. Для получения его к форма-
лину добавляют при размешивании концентрированный раствор
аммиака до появления неисчезающего запаха аммиака. Смесь
нагревают, а затем упаривают досуха на водяной бане. В чашке
остается кристаллическое белое вещество — уротропин. Можно
напомнить учащимся, что это вещество широко применяется в
производстве пластмасс, в медицине, а также в качестве без-
дымного горючего («твердый спирт»).
5. Огромное практическое значение имеет способность фор-
мальдегида конденсироваться с фенолом с образованием фе-
нолформальдегидных смол. В зависимости от соотношения фенола
и формальдегида и от выбранного катализатора, можно полу-
чить смолы с различными свойствами.
В круглодонную колбу помещают 25 г фенола, 50 мл форма-
лина, 5 мл раствора едкого натра и в течение часа нагревают с
обратным водяным холодильником. Масса постепенно окраши-
вается в красный цвет и густеет. Вязкую массу можно разлить
в пробирки, где после охлаждения она застывает в твердый по-
лимер.
6. Ацетон применяется в промышленности как растворитель
многих органических веществ и как сырье для некоторых произ-
водств. Один из способов его получения — термическое разло-
жение уксуснокислого кальция. Предварительно кристалличе-
ский уксуснокислый кальций нужно обезводить нагреванием в
фарфоровой чашке до 120—130° С и измельчить.
Разложение удобно вести в реторте или в колбе из тугоплав-
кого стекла. Опыт с небольшим количеством уксуснокислого
кальция можно провести в пробирке. Соль помещают в пробир-
ку, которую устанавливают затем горизонтально и закрывают
пробкой с газоотводной трубкой. Конец трубки опускают почти
до дна в пробирку-приемник с небольшим количеством холодной
воды. Ацетон кипит при сравнительно низкой температу-
ре (56° С), поэтому приемник целесообразно поместить в ледя-
ную воду. Уксуснокислый кальций осторожно нагревают газовой
горелкой, доводя его до красного каления. Продукты разложе-
100
ния собираются в приемнике. По окончании прокаливания раз-
бирают прибор, а содержимое приемника фильтруют. Фильтрат,
представляющий собой водный раствор ацетона, обрабатывают
поташом; фильтрат расслаивается: верхний слой — ацетон,
нижний — водный раствор поташа.
Можно показать, что остаток в пробирке после прокаливания
представляет собой углекислую соль: при добавлении к нему
(после охлаждения) разбавленной серной или соляной кислоты
выделяется углекислый газ. Можно рассказать учащимся, что и
другие соли карбоновых кислот разлагаются подобно уксусно-
кислому кальцию, образуя кетоны (уравнение реакции!). При
этом образуются и побочные продукты (метан, этилен, окись
углерода, углекислый газ и др.), которые в условиях нашего
опыта не выделялись.
ОРГАНИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫ И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ
В этом разделе рассматриваются свойства карбоновых кис-
лот и некоторых их производных: солей, ангидридов, хлорангид-
ридов; и кроме того — свойства ароматических сульфокислот.
По этому материалу можно рекомендовать следующие лабора-
торные работы:
1. Получение уксусной кислоты окислением этилового
спирта.
2. Получение уксусного ангидрида.
3. Получение муравьиной кислоты термическим разложением
щавелевой кислоты.
4. Получение мыла из стеарина.
5. Перекристаллизация бензойной кислоты.
6. Получение бензофенона по реакции Фриделя-Крафтса.
7. Получение бензолсульфокислоты.
1. Учащиеся уже знакомы с реакцией окисления этилового
спирта в уксусный альдегид. Если окисление этилового спирта
вести в присутствии большего количества окислителя, то обра-
--------- зуюшийся - альдегид здесь же окисляется в уксусную кислоту.’
Чтобы добиться этого, в колбу Вюрца загружают серную кисло-
ту и двухромовокислый калий, нагревают и к нагретой хромовой
смеси добавляют по капле (из капельной воронки) смесь этило-
вого спирта и воды. Нужно обратить внимание учащихся на этот
прием — постепенное добавление окисляемого вещества (в дан-
ном случае, спирта) к избытку окислителя. Отводную трубку
колбы Вюрца присоединяют к воздушному холодильнику; обра-
зующаяся уксусная кислота (вместе с водой) отгоняется из кол-
бы и собирается в приемнике. Опыт ведут, пока не будет при-
бавлено все рассчитанное количество спирта.
В приемнике собирается водный раствор уксусной кислоты с
101
небольшой примесью уксусного альдегида и уксусноэтилового
эфира. Присутствие альдегида можно доказать реакцией сереб-
ряного зеркала. Если учащиеся уже знакомы с реакцией образо-
вания сложных эфиров, они смогут объяснить причину образо-
вания уксусноэтилового эфира.
2. Для синтеза уксусного ангидрида нужно приготовить без-
водный уксуснокислый натрий. С этой целью кристаллическую
соль, содержащую три молекулы кристаллизационной воды, на-
гревают в железной или фарфоровой чашке до температуры
120—130° С. Расплавленной массе дают застыть, еще теплую
массу измельчают в порошок. Безводная соль гигроскопична.
Хранить ее нужно в склянке с плотно закрывающейся крыш-
кой.
Уксусный ангидрид образуется при взаимодействии уксусно-
кислого натрия с хлористым ацетилом (уравнение реакции!).
Реакция эта идет с выделением тепла, и подогревание здесь не
требуется. Только по окончании реакции нагревают реакционную
массу, чтобы отогнать образовавшийся уксусный ангидрид. Син-
тез ведут в колбе Вюрца, соединенной с воздушным холодильни-
ком. В колбу загружают уксуснокислый натрий и из капельной
воронки прибавляют хлористый ацетил. Когда половина рассчи-
танного количества хлористого ацетила прибавлена, воронку на
короткое время вынимают, массу перемешивают стеклянной па-
лочкой, а затем прибавляют вторую половину хлористого аце-
тила. Хлористый ацетил кипит при 55° С и приливать его нужно
с такой скоростью, чтобы он успевал войти в реакцию, а не испа-
рялся за счет реакционного тепла.
По окончании реакции отгоняют уксусный ангидрид и соби-
рают его в приемнике. Исходные вещества и продукт реакции не
должны соприкасаться с влагой воздуха, поэтому все части при-
бора должны быть высушены, соединения герметичны, а прием-
ник — снабжен хлоркальциевой трубкой.
Несмотря на то что для синтеза берут избыток ускуснокис-
лого натрия, ввести в реакцию весь хлористый ацетил не удает-
ся, часть его отгоняется с уксусным ангидридом и попадает в
приемник. Чтобы превратить этот хлористый ацетил в уксусный
ангидрид, к жидкости в приемнике добавляют несколько грам-
мов уксуснокислого натрия и перегоняют ее. Уксусный ангидрид
хранят в склянке с плотно закрывающейся крышкой.
Можно напомнить учащимся, что в промышленности уксус-
ный ангидрид получают каталитической дегидратацией уксус-
ной кислоты при температуре 600° С.
3. Муравьиную кислоту в промышленности получают взаимо-
действием окиси углерода и едкого натра при повышенном дав-
лении. В учебной лаборатории удобнее получить муравьиную
кислоту другим способом, имевшим ранее промышленное значе-
ние: термическим разложением щавелевой кислоты в присут-
102
ствии глицерина. Щавелевая кислота при нагревании разла-
гается, причем образуется муравьиная кислота и углекислый
газ. Однако сама муравьиная кислота при высокой температуре
разлагается, образуя воду и окись углерода (уравнения реак-
ций!). Глицерин стабилизирует образующуюся муравьиную кис-
лоту, предохраняя ее от разложения.
В колбу Вюрца, соединенную с воздушным холодильником и
приемником, помещают глицерин и щавелевую кислоту, закры-
вают колбу пробкой с термометром, шарик которого погружен
в реакционную массу, и осторожно нагревают до 110° С. Когда
появляются первые капли отгоняющейся жидкости, нагревание
приостанавливают, в колбу вводят еще порцию щавелевой кис-
лоты и продолжают нагревать. В приемнике собирается отго-
няющаяся муравьиная кислота. Нагревание ведут до тех пор,
пока смесь глицерина и щавелевой кислоты в колбе Вюрца не
почернеет.
Можно убедиться, что муравьиная кислота легко окисляется,
образуя углекислый газ. Если в пробирку с газоотводной труб-
кой поместить 1 мл муравьиной кислоты (чистой или получен-
ной, как описано выше), 1 мл серной кислоты и 1 мл раствора
марганцевокислого калия и нагреть до кипения, то раствор мар-
ганцевокислого калия обесцветится, а проба с известковой во-
дой обнаружит выделение углекислого газа.
4. В отличие от низших карбоновых кислот жирного ряда
(муравьиной, уксусной) высшие кислоты (например, стеарино-
вая) в воде не растворяются. Натриевые соли высокомолекуляр-
ных кислот растворяются в воде, но высаливаются при добавле-
нии поваренной соли. В этом можно убедиться, нагревая в ста-
кане воду и стеарин. Стеарин не растворяется даже в кипящей
воде. Если добавить в стакан раствор едкого натра, стеарин
растворится: стеариновая кислота • перешла в натриевую соль
(уравнение реакции!). Можно объяснить учащимся, что на этой
реакции основано промышленное производство мыла из синте-
тических жирных кислот.
Стеариновая кислота слабая и действием сильной кислоты
может быть вытеснена из своих солей. Если к полученному ра-
нее нагретому раствору стеариновокислого натрия добавить сер-
ную кислоту, из раствора выделится стеариновая кислота, кото-
рая всплывет наверх. Тот же эффект можно наблюдать, если
приготовить раствор простого мыла в воде и подкислить его сер-
ной кислотой.
Моющее действие мыла в значительной степени обусловлено
его способностью эмульгировать жиры и диспергировать твер-
дые частицы грязи. В этом можно убедиться на примерах. В две
пробирки помещают по 0,5 мл растительного масла, добавляют
в одну 5 мл мыльного раствора, в другую 5 мл воды и взбалты-
вают. В первой пробирке образуется устойчивая эмульсия, во
103
второй жидкости быстро расслаиваются. Если приготовить та-
ким же образом две суспензии сажи, то можно убедиться, что
суспензия в мыльном растворе настолько устойчива, что при
фильтрации ее часть сажи проходит через поры фильтра.
5. Бензойная кислота — простейшая карбоновая кислота аро-
матического ряда. Она применяется для синтеза красителей, для
получения перекиси бензоила — важного химиката для произ-
водства пластмасс, а также в медицине и пищевой промышлен-
ности. Получают ее в промышленности окислением толуола или
омылением бензотрихлорида. Одним из способов очистки техни-
ческой бензойной кислоты является перекристаллизация. На
примере бензойной кислоты учащиеся должны освоить этот важ-
нейший прием очистки твердых органических веществ. В 100 мл
воды растворяют при нагревании до кипения 2 г технической
бензойной кислоты и быстро фильтруют горячий раствор. Горя-
чую фильтрацию ведут через специальные воронки с обогревом
(электрической спиралью или газовой горелкой). Фильтрат де-
лят на две части. Половину быстро охлаждают, например, поме-
стив колбочку в холодную воду; из раствора выпадают мелкие
кристаллы бензойной кислоты. Вторую половину фильтрата
оставляют медленно охлаждаться и наблюдают постепенное вы-
падение крупных кристаллов бензойной кислоты, имеющих фор-
му пластинок. Кристаллы отфильтровывают, высушивают и взве-
шивают. По разности весов взятой и полученной бензойной кис-
лоты определяют потери при перекристаллизации.
Нужно рассказать учащимся о различных приемах работы
при кристаллизации.
Кристаллизацию можно ускорить введением «затравки» —
небольшой порции кристаллов того же вещества.
Иногда для кристаллизации нужно дать испариться части
растворителя. Тогда раствор выливают в кристаллизатор — ши-
рокий сосуд, где одновременно происходит охлаждение и испа-
рение.
Иногда, стремясь ускорить выпадение кристаллов, учащиеся
испаряют растворитель почти полностью. Нужно объяснить, что
при этом вместе с кристаллами вещества выпадают и примеси,
от которых мы стремимся избавиться при кристаллизации. Нуж-
но помнить, что для кристаллизации каждого вещества спе-
циально подбираются условия растворения и кристаллизации
(температура, количество растворителя, вид растворителя, ре-
жим охлаждения и т. д.), при которых максимальное количество
примесей и загрязнений остается в растворе и удаляется с ма-
точником при фильтрации. Только при соблюдении этих условий
можно получить кристаллы чистого вещества.
6. Хлорангидриды карбоновых кислот в присутствии хлори-
стого алюминия конденсируются с ароматическими углеводоро-
дами. Реакции такого типа (известные под названием реакций
104
Фриделя-Крафтса) имеют большое значение в органической хи-
мии. Все реакции конденсации с хлористым алюминием требуют
полного отсутствия влаги, поэтому реакционную колбу нужно
тщательно высушить. С приемами проведения этих реакций уча-
щиеся знакомятся, проводя получение бензофенона. В сухую кол-
бу вносят бензол, хлористый бензоил и при сильном встряхивании
добавляют тонкоизмельченный хлористый алюминий. Затем кол-
бу закрывают пробкой с обратным холодильником и выдержи-
вают ее при 50° С (на водяной бане) до прекращения выделения
хлористого водорода. Обычная продолжительность конденса-
ции — 2—3 часа (уравнение реакции!).
Реакционную массу переносят в колбу Вюрца, отгоняют бен-
зол, а остаток выливают в большую колбу на воду со льдом.
Хлористый алюминий при этом гидролизуется, для растворения
гидрата окиси алюминия в колбу добавляют немного соляной
кислоты и нагревают. Выделившийся бензофенон извлекают эфи-
ром; эфирную вытяжку промывают щелочью и водой, высуши-
вают хлористым кальцием и отгоняют эфир.
Здесь учащиеся должны освоить новый прием работы — эк-
стракцию (извлечение вещества органическим растворителем).
Из водных растворов экстракцию ведут эфиром, бензолом,
хлороформом. Названные растворители огнеопасны и ядовиты,
поэтому работать с ними нужно с большой осторожностью.
Экстракцию обычно ведут в делительной воронке. В нее по-
мещают реакционную массу и прибавляют несколько миллилит-
ров эфира. Воронку закрывают пробкой, переворачивают, в пе-
ревернутом положении открывают на несколько секунд кран,
чтобы выпустить пары эфира, закрывают кран и энергично встря-
хивают воронку (придерживая одной рукой кран, а другой —
пробку). Затем воронку устанавливают вертикально (закрепляют
в штативе), вынимают пробку и после отстаивания и расслое-
ния через кран сливают в стаканчик нижний водный слой.
К эфирному раствору добавляют водный раствор щелочи и пов-
торяют ту же операцию. Затем таким же образом промывают
эфирный раствор водой. Отделив водный слой, эфирный слой
осторожно выливают черрз верхнее отверстие воронки и осто-
рожно испаряют эфир в фарфоровой чашке на теплой водяной
бане, вдали от огня. После испарения эфира в чашке остается из-
влеченный эфиром продукт. Вместо испарения можно провести
отгонку растворителя из колбы Вюрца.
После экстракции из водных растворов часто необходимо уда-
лить следы'боды из раствора вещества в органическом раствори-
теле. Для этого к раствору добавляют вещества, связывающие
воду и не реагирующие ни с растворителем, ни с растворенным
веществом. Эфирные растворы, например, сушат обычно прока-
ленным хлористым кальцием; если в растворе находятся амины,
для сушки используют безводный сернокислый натрий. В других
105
случаях применяют прокаленный поташ, плавленое едкое кали
и др. Нужно познакомить учащихся с применением различных
высушивающих средств и с правильными приемами работы.
Высушивающие средства нужно хранить в склянках с притер-
тыми пробками. Распространенная ошибка — прибавление слиш-
ком большого количества высушивающего средства. Этого нужно
избегать. После высушивания органический раствор осторожно
сливают или отфильтровывают; отработанный хлористый каль-
ций, сернокислый натрий, сернокислую медь, поташ и другие
можно обезводить нагреванием до 200—250° С и снова использо-
вать для сушки.
Сернокислая медь может служить не только высушивающим
средством, но и индикатором на присутствие воды. Если прибав-
ленная к раствору безводная сернокислая медь не меняет цвет,
значит раствор практически не содержит влаги. В присутствии
влаги сернокислая медь приобретает синюю окраску.
7. Бензолсульфокислоту получают сульфированием бензола.
В качестве сульфирующего агента применяют дымящую серную
кислоту, содержащую 5—8% серного ангидрида. Сульфирование
широко применяется в промышленности органического синтеза.
Такую кислоту готовят, смешивая рассчитанные количества мо-
ногидрата и 20%-ного олеума. Работу с этими веществами сле-
дует проводить в вытяжном шкафу, а при взвешивании, смеши-
вании и загрузке надевать защитные очки и резиновые перчатки.
Синтез ведут в двугорлой круглодонной колбе. В централь-
ную горловину вставляют резиновую пробку, через которую про-
пущена короткая стеклянная трубка. Через эту трубку проходит
вал мешалки. В зависимости от оснащения лаборатории мешалка
приводится в движение индивидуальным мотором (например, мо-
тором для швейной машины мощностью 40 вт) или передачей от
трансмиссионного привода. Вторая горловина служит для за-
грузки компонентов реакции. Колбу помещают в баню с холод-
ной водой.
Сначала в колбу загружают серную кислоту и олеум, разме-
шивают и по достижении комнатной температуры постепенно при-
бавляют из капельной воронки бензол. Реакционную массу раз-
мешивают до исчезновения бензольного слоя. Бензол нераство-
рим в серной кислоте. Исчезновение бензольного слоя свидетель-
ствует о том, что бензола в реакционной массе нет, что сульфи-
рование окончено. Можно проделать пробу на полноту сульфиро-
вания: в пробирку наливают 5—6 мл воды и стеклянной палоч-
кой вносят пробу реакционной массы; появление му^и означает,
что сульфирование еще не окончено.
Следующая стадия — выделение бензолсульфокислоты. В
промышленности ее обычно выделяют не в виде свободной суль-
фокислоты, а в виде ее натриевой соли.
Для этого реакционную массу (называемую обычно сульфо-
106
массой) постепенно, при размешивании выливают в стакан с
охлажденным насыщенным раствором поваренной соли. Следует
помнить, что сульфомасса может причинить такие же ожоги, как
и серная кислота, и обращаться с ней нужно с большой осторож-
ностью.
Через 1—2 часа из раствора начинают выпадать кристаллы
натриевой соли бензолсульфокислоты. Кристаллизацию можно
ускорить потиранием стенок стакана стеклянной палочкой. Через
4—5 час. осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера и промы-
вают двумя-тремя порциями насыщенного раствора поваренной
соли. Промывка водой недопустима, так как продукт растворим
в воде. Осадок отжимают на фильтре, выгружают и высушивают
в сушильном шкафу при 110° С.
Натриевая соль бензолсульфокислоты является промежуточ-
ным продуктом промышленного синтеза фенола.
СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ. ЖИРЫ
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатор-
ные работы:
1. Синтез уксусноэтилового эфира.
2. Омыление жиров.
3. Экстракция растительных масел органическим растворите-
лем.
1. В основе получения сложных эфиров лежит реакция пря-
мой этерификации. Реакция между карбоновой кислотой и спир-
том обратима, т. е. продукты реакции взаимодействуют между
собой с образованием исходных веществ.
Д'°
CH3cf + с2н5он^сн3с^ +н2о.
ХОН ХОС2Н5
Чтобы полученный сложный эфир не мог взаимодействовать
с водой, синтез ведут так, что эфир отгоняется и собирается
в приемнике. Для ускорения реакции вводят катализатор —вер-
ную кислоту.
Синтез ведут в колбе Вюрца, в которую вставлена капельная
воронка. Отводная трубка колбы соединена с прямым водяным
холодильником и приемником. Для нагревания используют мас-
ляную баню. В колбу загружают часть этилового спирта и сер-
ную кислоту, нагревают до 140° С и при этой температуре посте-
пенно добавляют из капельной воронки смесь уксусной кислоты
и этилового спирта. В приемнике собирается дистиллят, состоя-
щий из уксусноэтилового эфира с примесью спирта и уксусной
кислоты. Эфир промывают раствором соды (для удаления уксус-
ной кислоты) и концентрированным водным раствором хлористо-
107
го кальция (для удаления спирта), высушивают плавленым хло-
ристым кальцием и перегоняют.
Можно предложить другой вариант синтеза: спирт, уксусную
и серную кислоты нагревают в колбе с обратным холодильником
на водяной бане, а затем из колбы Вюрца с водяным холодиль-
ником отгоняют на кипящей водяной бане все летучие продукты.
Дистиллят в приемнике обрабатывают, как описано выше.
Следует обратить внимание учащихся на роль серной кислоты
в различных синтезах с участием спиртов: дегидратация этило-
вого спирта при получении этилена (1), получение диэтилового
эфира (2), получение сложных эфиров (3). Нужно рассказать,
что серная кислота со спиртом образует промежуточный продукт
реакции — этилсерную кислоту:
С2Н5ОН + H2SO4 C2H5OSO2OH + Н2О,
которая в зависимости от условий реакции (температуры, соот-
ношения реагентов, порядка их прибавления) может реагировать
по-разному:
н У C2H5OSO2OH-^C2H4 + H2SO4; (1)
C2H5OSO2OH + С2Н5ОН -> С2Н5ОС2Н5 + H2SO4; (2)
/7°
C2H5OSO2OH + CH3COOH^CH3C< +H2SO4. (3)
ХОС2Н5
На этих примерах следует еще раз подчеркнуть необходи-
мость строгого соблюдения заданных условий синтеза, так как
отклонения могут привести к образованию побочных продуктов.
2. Реакцию, обратную этерификации, — омыление (или гид-
ролиз) сложных эфиров, можно показать на примере омыления
жиров. Жиры представляют собой смесь сложных эфиров трех-
атомного спирта глицерина и высокомолекулярных кислот: стеа-
риновой, пальмитиновой и олеиновой. При нагревании с раство-
ром едкого натра сложный эфир гидролизуется: образуется нат-
риевая соль высокомолекулярной кислоты (мыло) и глицерин
(уравнение реакции!). Эти опыты можно провести с различными
жирами: говяжьим, свиным или бараньим салом, коровьим мас-
лом. Жир расплавляют в фарфоровой чашке, приливают к нему
концентрированный раствор едкого натра и кипятят при разме-
шивании, добавляя дистиллированную воду по мере упаривания
раствора. Нагревание продолжают до тех пор, пока проба массы
не будет полностью растворяться в воде. По достижении полно-
ты омыления к массе добавляют при перемешивании горячий
насыщенный раствор поваренной соли и охлаждают ее. Всплыв-
ший наверх слой мыла отделяют, заворачивают в кусочек ткани
и отжимают.
Из водного слоя можно выделить глицерин. Для этого его
108
подкисляют соляной кислотой до слабокислой реакции на конго,
отфильтровывают выпавший осадок высокомолекулярных кис-
лот, фильтрат нейтрализуют содой и упаривают в фарфоровой
чашке на водяной бане до получения сиропообразного раствора
глицерина. Глицерин содержит примесь поваренной соли. Для
получения более чистого глицерина нужно при выпадении кри-
сталлов поваренной соли приостановить упаривание, охладить
массу, размешать ее с небольшим количеством спирта, отфильт-
ровать от поваренной соли и упарить фильтрат.
3. Жиры и масла хорошо растворяются в органических раст-
ворителях. Это их свойство используется, например, при извле-
чении масла из семян и при удалении жировых пятен с одежды.
В качестве растворителей здесь используются эфиры, дихлорэтан,
четыреххлористый углерод и др.
Для извлечения масла из семян льна или подсолнуха в лабо-
ратории удобен экстрактор Сокслета. Этот прибор широко при-
меняется в лабораторной практике, и учащиеся должны уметь
с ним работать. Аппарат Сокслета состоит из колбы, экстрактора
с сифонной трубкой и холодильника. В колбу наливают раство-
ритель, в экстрактор помещают бумажный патрон с навеской
вещества (в данном случае измельченные в ступке семена). Если
нет готового патрона, его легко приготовить из фильтровальной
бумаги. Затем в холодильник пускают воду и начинают нагре-
вать колбу. Пары растворителя поднимаются по боковой трубке,
конденсируются в холодильнике, растворитель стекает на патрон
с веществом и постепенно заполняет экстрактор. Когда уровень
жидкости поднимается до верхнего края сифонной трубки, сифон
заполняется и жидкость, растворившая часть вещества из навес-
ки, стекает в колбу. Затем растворитель снова испаряется, и весь
процесс повторяется. Постепенно растворимое вещество (в дан-
ном случае масло) извлекается из навески. В зависимости от
растворимости вещества в данном растворителе экстрагирование
продолжается от 2 до 12 час. (а иногда и больше).
По окончании экстрагирования нагревание прекращают, со-
держимое колбы переносят в колбу Вюрца, присоединяют холо-
дильник и отгоняют растворитель. В колбе Вюрца остас-тся из-
влеченное вещество. Иногда отгонку ведут непосредственно из
колбы прибора Сокслета, присоединяя к ней насадку, соединен-
ную с холодильником. Нужно познакомить учащихся с упрощен-
ным экстрактором — подвесной гильзой (прибор Зайченко).
НИТРОСОЕДИНЕНИЯ
Нитросоединения имеют большое значение в производстве
красителей, лекарственных препаратов и военной химии. Получа-
ют их в промышленности реакцией нитрования — действием ни-
трующих агентов на углеводороды или их производные.
109
Одним из важнейших нитросоединений ароматического ряда
является нитробензол.
Предлагаемый метод синтеза нитробензола приближается к
производственной технологии его получения (в отличие от опыта
нитрования, поставленного при изучении свойств ароматических
углеводородов).
Следует обратить внимание учащихся на сборку прибора. Син-
тез ведут в трехгорлой колбе, помещенной в водяную баню. Кол-
ба снабжена мешалкой, обратным холодильником, термометром
и капельной воронкой. Чтобы разместить в трехгорлой колбе ме-
шалку, холодильник, термометр и капельную воронку, нужно ис-
пользовать двурогий форштосс (например, для холодильника и
капельной воронки). Жидкостный затвор для мешалки не обяза-
телен. Достаточное уплотнение достигается с помощью кусочка
резиновой трубки длиной около 2 см и внутренним диаметром
0,4—0,5 см. Через резиновую пробку пропускают стеклянную
трубку, внутренний диаметр которой на 1,5—2 мм больше, чем
диаметр мешалки. Эта трубка должна выступать вниз на
0,5—1 см и вверх на 2—2,5 см. На верхний выступающий конец
натягивают резиновую трубочку (лучше эластичный каучук крас-
ного цвета) так, чтобы половина ее (примерно 1 см) выступала
над стеклянной трубкой, образуя как бы ее продолжение. Вал
мешалки слегка смачивают глицерином и вставляют снизу в
стеклянную и резиновую трубки, а затем пробку вставляют в
среднюю горловину колбы. Таким образом, резиновая трубка об-
разует эластичный переход, не препятствующий вращению ме-
шалки и в достаточной степени герметичный.
Нитрование ведут смесью серной и азотной кислот. Следует
объяснить учащимся роль серной кислоты в реакции.
Нитрование протекает с выделением тепла. Строгое соблюде-
ние заданного температурного режима при нитровании обяза-
тельно. Температура регулируется скоростью прибавления нит-
рующей смеси. Недопустимо повышать температуру нитрования.
Большое значение имеет размешивание реакционной массы.
Без размешивания нельзя прибавлять нитрующую смесь.
В колбу загружают бензол и при размешивании добавляют к
нему по капле смесь азотной и серной кислот. При этом темпе-
ратура не должна подниматься выше 45—50° С. Затем массу
размешивают еще 2 часа, постепенно поднимая температуру до
60—70° С.
Реакционную массу охлаждают, переносят в делительную во-
ронку и после отстаивания отделяют кислотный слой. Нитробен-
зол промывают водой, затем раствором соды и снова водой до
нейтральной реакции на лакмус. Промытый нитробензол окрашен
в желто-коричневый цвет. Чтобы получить бесцветный продукт,
его перегоняют в вакууме. Перегонка при уменьшенном давле-
нии позволяет значительно понизить температуру кипения орга-
110
нического вещества. Это особенно важно для веществ, которые
разлагаются при своей температуре кипения или полимеризуют-
ся (например, стирол).
Необходимое разрежение создается масляным насосом (до
1—2 мм рт. ст.) или водоструйным насосом (10—20 мм). Для
перегонки нитробензола достаточен вакуум водоструйного насо-
са. Прибор для перегонки в вакууме состоит из перегонной колбы,
холодильника и приемника. Перегонной колбой служит колба
Кляйзена — двугорлая колба с отводной трубкой. От колбы Вюр-
ца она отличается наличием еще одной горловины для стеклян-
ного капилляра.
Приемниками могут служить круглодонные колбы или колбы
с отводами (типа колбы Вюрца). Если ведут фракционирован-
ную вакуум-перегонку, то для смены приемников без нарушения
вакуума в приборе применяют специальную насадку. Это широ-
кая трубка с несколькими отростками, к которым на резиновых
пробках присоединены круглодонные колбы. В трубку на пробке
вставлен конец холодильника. Поворачивая пробку вокруг оси,
можно подставлять под конец холодильника разные колбы-при-
емники.
Если нет необходимости отбирать несколько фракций (как в
случае перегонки нитробензола), в качестве приемника исполь-
зуют колбу Вюрца, на отвод которой одевают толстостенную ре-
зиновую трубку, присоединенную к вакуум-насосу. Между при-
емником и насосом устанавливают укороченный ртутный мано-
метр (вакуумметр) для измерения остаточного давления и
трехходовой стеклянный кран, позволяющий соединять прибор с
вакуумметром или с атмосферой.
Перед началом работы прибор нужно проверить на герметич-
ность, т. е. на способность сохранить созданное вакуум-насосом
разрежение в течение нужного времени.
Затем в перегонную колбу загружают нитробензол. Колбу
наполняют не более чем на половину объема. Чтобы не допу-
стить перегрева во время вакуум-перегонки, через жидкость все
время просасывают пузырьки воздуха. Для этого в колбу на
— пробке вставляют-стеклянную трубку, -оттянутую-ва-конце в-тов-- -
кий капилляр, доходящий до дна колбы. На наружный конец
капиллярной трубки надевают кусок резиновой трубки с винто-
вым зажимом.
Перегонку нитробензола ведут на масляной бане. Сначала
включают насос и после того, как в приборе установится нуж-
ное давление, начинают подогревать колбу. Одновременно при
помощи винтового зажима регулируют подачу воздуха через
капилляр. Когда жидкость закипает, регулируют нагрев таким
образом, чтобы в приемник капала примерно одна капля в се-
кунду. Если отбирают несколько фракций, то в соответствии с
показаниями термометра и вакуумметра по достижении опре-
111
деленной температуры переключают приемники. При перегонке
нитробензола нет необходимости отбирать несколько фракций.
Первую фракцию, содержащую воду и незначительную по объе-
му, можно принять в тот же приемник, что и основной погон.
Нитробензол нельзя отгонять досуха. В перегонной колбе нужно
оставить остаток не менее 5—6 мл.
По окончании перегонки выключают горелку, отнимают ба-
ню, закрывают кран на вакуумметре, открывают зажим на ка-
пилляре и отключают прибор от вакуум-насоса. После этого
очень осторожно открывают кран манометра. Затем можно при-
ступить к разборке прибора.
Перегонка в вакууме — важный прием лабораторной работы,
и будущие лаборанты должны хорошо его освоить.
Нитробензол ядовит, поэтому все работы с ним должны ве-
стись в вытяжном шкафу. Избегать вдыхания паров нитробен-
зола! При попадании на кожу снять его ватным тампоном, про-
мыть пораженное место водой (не горячей) и спиртом. При пер-
вых признаках отравления нитробензолом (слабость, головокру-
жение, головная боль, посинение губ и ногтей) вывести постра-
давшего на свежий воздух, а затем отправить его в медпункт.
АМИНОСОЕДИНЕНИЯ
В этом разделе можно рекомендовать две лабораторные ра-
боты:
1. Получение анилина восстановлением нитробензола в кис-
лой среде.
2. Получение сульфаниловой кислоты.
1. Реакция получения анилина из нитробензола имеет боль-
шое практическое значение. Следует сообщить учащимся, что
открытый Н. Н. Зининым синтез анилина восстановлением
нитробензола открыл путь создания современной промышлен-
ности органических красителей и промежуточных продуктов.
Один из способов восстановления нитробензола до анилина
заключается в нагревании анилина с железными опилками (или
железной стружкой) в среде соляной кислоты.
Железная стружка из-за большой плотности падает на дно
реакционного аппарата, поэтому в промышленности, где ведут
восстановление железной стружкой, аппараты оборудуют мощ-
ными мешалками, которые поднимают стружку со дна. В лабо-
ратории восстановление удобнее всего вести в чугунном котелке
с мешалкой. Восстановление в стеклянной колбе ведут обычно
без мешалки, сильно встряхивая колбу, чтобы перемешать реак-
ционную массу. Для этого удобно взять небольшую круглодон-
ную колбу с длинным горлом. В колбу емкостью 200 мл, снаб-
112
женную обратным холодильником и капельной воронкой, поме-
щают 20 г мелких железных стружек (или опилок), 30 мл воды
и 4 мл концентрированной соляной кислоты. Смесь кипятят
5—10 мин. и затем в течение 30—40 мин. прибавляют 12,3 г ни-
тробензола. Во время добавления нитробензола колбу взбалты-
вают для перемешивания содержимого. -После этого реакцион-
ную массу кипятят еще 3 часа с обратным холодильником.
В конце восстановления из холодильника стекает бесцветный
конденсат.
К реакционной массе осторожно прибавляют соду (или ще-
лочь) до явно щелочной реакции по бриллиантовой желтой бу-
маге. В осадок выпадают соединения железа. Нужно убедиться,
что в растворе не осталось ионов двухвалентного железа. Для
этого делают пробу на вытек с раствором сернистого натрия.
Если в месте соприкосновения вытеков нет черного окрашива-
ния, приступают к перегонке анилина с водяным паром.
Перегонку ведут из круглодонной колбы с длинным горлом
емкостью 1 л. В колбу переносят реакционную массу и закры-
вают ее резиновой пробкой, в которую вставлены две стеклян-
ные трубки. Одна из них доходит до дна колбы, к ней присоеди-
няют резиновую трубку для подачи пара. Другая, короткая труб-
ка (она обрезана на 1—2 см ниже пробки), согнута под углом и
присоединена к прямому холодильнику с водяным охлаждением.
Пар, необходимый для перегонки, получают в лабораторном па-
рообразователе, представляющем собой тонкостенный металли-
ческий цилиндр с плоским днищем и приварной конической
крышкой. В верхней части крышки имеется отверстие для зали-
ва воды и рядом с ним патрубок для отвода пара. На цилиндри-
ческой части установлено водомерное стекло. В сосуд наливают
воду примерно на-половину объема (по мерному стеклу) и от-
верстие для залива воды закрывают пробкой со стеклянной
трубкой. Эта трубка, доходящая до дна сосуда и поднимаю-
щаяся над ним на 30—40 см, играет роль предохранитель-
ного клапана. Сосуд нагревают на газовой горелке или
электроплитке, вода закипает и образующийся пар выходит
через патрубок. — --- ----- --- ---------
Колбу с реакционной массой предварительно подогревают, а
затем соединяют с нагретым парообразователем и пропускают
через нее пар. Перегонка с водяным паром основана на том, что
многие вещества с высокими температурами кипения при про-
пускании через них водяного пара увлекаются им и вместе с ним
отгоняются. Анилин кипит при 184° С, но он легко отгоняется с
водяным паром, имеющим температуру 100° С. Перегонку ведут
до получения прозрачного отгона. В колбе остаются соединения
железа, называемые железным шламмом.
Пары анилина и воды конденсируются в холодильнике и сте-
кают в приемник. Образуются два слоя: внизу — анилин, на-
8—747
113
верху — вода. Для полного отделения анилина от воды к ди-
стилляту прибавляют поваренную соль и после отстаивания от-
деляют в делительной воронке анилин. Сырой анилин можно
высушить над твердым едким натром и перегнать, добавив в
перегонную колбу небольшое количество цинковой пыли (для
предотвращения окисления).
Анилин почти нерастворим в воде, но если к эмульсии ани-
лина в воде добавить соляную кислоту, образуется прозрачный
раствор солянокислого анилина.
Качественная реакция на анилин — появление фиолетового
окрашивания при действии хлорной извести. В пробирке взбал-
тывают 2—3 капли анилина с 10 мл воды, полученную анилино-
вую воду переносят в стакан, добавляют 10 мл воды и 2—3 мл
профильтрованного водного раствора хлорной извести — появ-
ляется фиолетовое окрашивание. Следует иметь в виду, что эту
реакцию дают только водные растворы свободного анилина, но
не его солей.
2. Сульфаниловую кислоту получают, сульфируя анилин кон-
центрированной серной кислотой. Сначала образуется сернокис-
лая соль анилина, которая при высокой температуре превра-
щается в сульфаниловую кислоту.
В круглодонную колбу помещают анилин и при перемеши-
вании прибавляют концентрированную серную кислоту. Масса
сначала затвердевает, но при нагревании становится жидкой.
Смесь выдерживают при температуре 170—180° С (в массе) в
течение 5 час. Нагревание ведут на масляной бане. Можно кон-
тролировать температуру не в массе, а в бане; она должна быть
в пределах 180—190° С. После выдержки берут пробу на полно-
ту реакции; несколько капель реакционной массы помещают в
пробирку с водой и добавляют немного щелочи. В случае пол-
ноты реакции анилин не выделяется.
Реакционную массу охлаждают и осторожно выливают (при
размешивании) в стакан с холодной водой. Сульфаниловая кис-
лота не растворяется в холодной воде и выпадает в осадок. Ее
отфильтровывают, промывают на фильтре холодной водой и от-
жимают.
Нужно помнить, что сульфомасса может причинить сильные
ожоги, поэтому работать с ней нужно крайне осторожно.
Анилин и другие ароматические амины — яды, действующие
на кровеносную систему. Подобно нитросоединениям они могут
проникнуть в организм человека не только через дыхательные
пути, но и через кожные покровы. Синтез анилина и сульфани-
ловой кислоты следует вести в вытяжном шкафу. При попада-
нии анилина на кожу пораженное место необходимо промыть
разбавленной уксусной кислотой (концентрация 3—5%), а затем
водой.
114
ДИАЗО- И АЗОСОЕДИНЕНИЯ
Эти соединения имеют большое значение как промежуточные
и конечные продукты в производстве органических красителей.
Реакции получения этих соединений — реакции диазотирования
и азосочетания — широко используются и в аналитической хи-
мии при анализе органических соединений, поэтому приемы ра-
боты при диазотировании и азосочетании должны быть хорошо
усвоены учащимися.
Можно рекомендовать следующие лабораторные работы:
1. Диазотирование сульфаниловой кислоты и сочетание полу-
ченной диазобензолсульфокислоты с бета-нафтолом в содовой
среде (синтез красителя кислотный оранжевый).
2. Бисдиазотирование бензидина и сочетание с нафтионовой
кислотой в кислой среде (синтез красителя конго красный).
1. Диазотирование ведут в конической колбе или в толсто-
стенном стакане (стеклянном или фарфоровом). Если диазотиро-
вание проходит быстро, массу можно размешивать стеклянной
палочкой; если диазотирование длится более 10 мин., необходи-
мо механическое размешивание.
К раствору амина в минеральной кислоте прибавляют раст-
вор нитрита натрия. Если амин не растворяется в кислоте, как,
например, сульфаниловая кислота и другие амины, содержащие
сульфогруппу, то растворяют в воде его натриевую соль; при до-
бавлении минеральной кислоты (обычно берут соляную кисло-
ту) амин выпадает в осадок в мелкодисперсной форме, раствор
нитрита прибавляют к этой суспензии.
Реакция идет между твердым веществом и раствором, и по-
этому хорошее размешивание имеет особенно большое зна-
чение.
Нужно обратить внимание учащихся на нестойкость диазо-
соединений. Легко разлагаются они при нагревании, поэтому
диазотирование в большинстве случаев ведут при охлаждении
льдом. Можно использовать охлаждающую баню или вносить
кусочки льда непосредственно в чиазотируе\пдй р;н:твор. В л;то-
раторной практике полученные диазосоединения большей
частью сразу же сочетают с азосоставляющими (или подвергают
иным превращениям). При сочетании большое значение имеет
реакция среды. Ее нужно контролировать, добавляя в случае
необходимости уксуснокислый натрий, соду и т. д.
Нужно так спланировать работу, чтобы диазотирование и со-
четание провести в один день. На следующий день можно пере-
нести выделение красителя.
Нитрит натрия — ядовитое вещество. При взаимодействии с
кислотой он разлагается с выделением окислов азота. Окислы
азота могут выделяться и в процессе диазотирования, особенно
8*
115
при быстром прибавлении раствора нитрита или при повышен-
ной температуре. Поэтому диазотирование ведут в вытяжном
шкафу, соблюдая меры предосторожности.
Для получения кислотного оранжевого в стакан загружают
воду, сульфаниловую кислоту (в виде натриевой соли) и разме-
шивают до растворения сульфаниловокйслого натрия. Раствор
охлаждают льдом до 0° С и при размешивании приливают к не-
му серную кислоту. Сульфаниловая кислота выпадает в осадок
в мелкокристаллической форме. К полученной суспензии посте-
пенно при энергичном размешивании и охлаждении приливают
раствор нитрита натрия. В течение всего процесса диазотирова-
ния температура не должна подниматься выше 15° С. Во время
прибавления раствора нитрита натрия проверяют наличие кис-
лой реакции (по бумаге конго) и наличие избытка нитрита нат-
рия (по йодокрахмальной бумаге). Для этого стеклянной палоч-
кой наносят на индикаторную бумагу каплю реакционной массы
и по изменению цвета бумаги делают соответствующие выводы.
Нужно иметь в виду, что цвет йодокрахмальной бумаги изме-
нится только при кислой реакции. Если нет избытка кислоты,
йодокрахмальная бумага останется белой даже в присутствии
избытка нитрита натрия.
После прибавления раствора нитрита натрия снова прове-
ряют наличие кислой реакции и избытка нитрита, размешивают
суспензию образовавшейся диазосульфаниловой кислоты
5—10 мин. и передают на сочетание.
Бета-нафтол растворяют при нагревании в водном растворе
щелочи (на 1 г-моль бета-нафтола берут обычно 1,1 г • моль
едкого натра), раствор охлаждают и переносят в стакан для со-
четания — толстостенный фарфоровый стакан с мешалкой и тер-
мометром. К полученному раствору бета-нафтолята прибавляют
раствор соды (или сухую соду), лед и при температуре 15—20° С,
интенсивно размешивая, приливают суспензию п-диазобензол-
сульфокислоты. Раствор должен иметь щелочную реакцию по
бриллиантовой желтой бумаге. В противном случае прибавляют
еще соду. Реакционную массу размешивают в течение часа и
проверяют, не осталось ли в растворе не вошедшее в реакцию
диазосоединение. Для этого на полоску фильтровальной бумаги
помешают щепотку тонкоизмельченной поваренной соли, на соль
наносят каплю реакционной массы. В центре образуется окра-
шенное пятно от выделившегося красителя, а вокруг него бес-
цветный вытек. Рядом с этим вытеком наносят палочкой каплю
раствора бета-нафтола (аналогичного взятому для сочетания).
При наличии в реакционной массе не вошедшей в реакцию диа-
зосоставляющей в месте слияния вытеков образуется оранжевая
полоса. В этом случае к реакционной массе добавляют неболь-
шое количество раствора бета-нафтолята, размешивают и де-
лают повторную пробу. Нужно объяснить учащимся, что диазо-
116
соединения в сухом виде взрывоопасны и в красителе не должно
оставаться непрореагировавшего диазосоединения.
Для полного выделения красителя к раствору добавляют при
размешивании поваренную соль и затем отфильтровывают кра-
ситель на воронке Бюхнера. Пасту красителя сушат в сушиль-
ном шкафу при температуре 40—50° С.
2. Краситель конго красный уже знаком учащимся как инди-
катор. Получают его сочетанием бисдиазотированного бензидина
(диазосоставляющая) с нафтионовой кислотой (азосоставляю-
щая).
Бензидин растворяют при нагревании в соляной кислоте, раз-
бавляют раствор водой и охлаждают до 0—2° С. При этой тем-
пературе в течение одной минуты приливают раствор нитрита
натрия. Заранее готовят водный раствор азосоставляющей —
нафтионовокислого натрия. К раствору добавляют уксуснокис-
лый натрий и охлаждают до 1—3° С.
- К охлажденному раствору при размешивании добавляют раст-
вор диазосоединения. Образующийся краситель выпадает в оса-
док, масса принимает сине-черный цвет. Краситель выделяется
в форме свободной кислоты. К реакционной массе прибавляют
соду и нагревают; краситель переходит в раствор —' образуется
растворимая в воде натриевая соль красителя красного цвета.
Раствор фильтруют и из фильтрата высаливают краситель не-
большим количеством поваренной соли. Выпавший краситель
фильтруют на воронке Бюхнера и сушат при 40—50° С.
Из полученного красителя можно приготовить индикаторную
бумагу конго. В 100 мл дистиллированной воды растворяют
0,05 г конго красного и раствор наливают в кювету. Листы филь-
тровальной бумаги разрезают на полоски шириной 6—7 см, по-
гружают их в кювету с раствором на 1 —1,5 мин. и затем высу-
шивают на воздухе. Бумага пропитана раствором натриевой со-
ли конго красного и имеет красный цвет. При действии сильных
кислот: серной, соляной, азотной — натриевая соль красителя
превращается в свободную кислоту, имеющую синюю окраску.
На этом основано применение конго красного как индикатора.
УГЛЕВОДЫ
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатор-
ные работы:
1. Получение крахмала из картофеля.
2. Гидролиз крахмала под действием минеральных кислот.
3. Получение нитроклетчатки.
1. Крахмал встречается в растениях, для которых он являет-
ся запасным питательным веществом. В клубнях картофеля со-
117
держится около 20% крахмала (и 75% воды), в зернах пшени-
цы — около 70% крахмала.
Следует напомнить учащимся, что для получения крахмала
в промышленности используют картофель. Его измельчают, из-
мельченную массу промывают водой. Зерна крахмала уносятся
водой, а при отстаивании оседают. Их отфильтровывают, про-
мывают и высушивают.
Для получения крахмала в лаборатории клубни картофеля
отмывают от грязи, натирают на терке и замешивают с двойным
по объему количеством воды. Полученную массу процеживают
через сложенную в два слоя марлю, остаток на марле промы-
вают водой и присоединяют к процеженной жидкости (крахмаль-
ному молоку). Через 2 часа из него оседают зерна крахмала. Их
трижды промывают водой, декантируя промывную воду, затем
отфильтровывают и сушат на воздухе.
Крахмал дает характерное синее окрашивание при действии
йода. Окрашивание исчезает при нагревании раствора. Эта ре-
акция имеет огромное значение в аналитической химии. Харак-
терно, что окраска появляется только при действии элементар-
ного йода, но не йодид-иона. В этом можно убедиться, прилив
к раствору крахмала раствор йодистого калия. Изменение цвета
индикаторной йодокрахмальной бумаги основано на том, что
при действии окислителей (нитрита натрия, брома и др.) йодид-
ионы окисляются до йода и образующийся йод с крахмалом дает
синее окрашивание.
2. Крахмал является важнейшим углеводом пищевых про-
дуктов (хлеба, круп, картофеля). Большие его количества пере-
рабатываются в патоку и глюкозу. Получение глюкозы и патоки
из крахмала основано на гидролитическом его расщеплении под
действием минеральных кислот. Удобнее всего использовать
здесь серную кислоту, так как ее легко удалить в виде гипса
после обработки мелом.
Первая стадия работы — приготовление крахмального клей-
стера. Его помещают в круглодонную колбу, добавляют неболь-
шое количество серной кислоты, закрывают пробкой с обратным
воздушным холодильником и кипятят. Через 30 мин. после на-'
чала кипения отбирают пробу — 1 мл, охлаждают ее и добав-
ляют каплю раствора йода. Такие пробы делают затем каж-
дые 10 мин. до отрицательной реакции на крахмал. Отсут-
ствие синей окраски с йодом говорит о том, что гидролиз
закончен.
Раствор охлаждают и при размешивании добавляют к нему
тонкоизмельченный мел или известковое молоко для нейтрали-
зации серной кислоты. Выпавший осадок отфильтровывают и
фильтрат упаривают в фарфоровой чашке на кипящей водяной
бане (во избежание пригорания глюкозы). Если во время упа-
ривания выпадает осадок гипса, его снова отфильтровывают.
118
Жидкость упаривают до получения густого сиропа — патоки. Из
патоки постепенно выпадают кристаллы глюкозы.
3. Большое практическое значение имеют азотнокислые эфи-
ры целлюлозы — нитроклетчатка. В зависимости от содержания
азота нитроклетчатку используют для приготовления бездым-
ного пороха (содержание азота свыше 13%) или коллодия, цел-
лулоида и нитролаков.
Нитроклетчатку получают обработкой клетчатки смесью
азотной и серной кислот. В лаборатории ее можно получить, по-
гружая вату в смесь концентрированной азотной и серной кис-
лот. Для ускорения реакции смесь кислот нагревают до 60—
70° С на водяной бане. Затем вату вынимают, промывают водой,
отжимают и высушивают в фарфоровой чашке на водяной бане.
Нужно отметить различие свойств целлюлозы до и после об-
работки смесью азотной и серной кислот.
Вата не растворяется в обычных органических растворите-
лях; нитроклетчатку можно растворить в смеси спирта и эфира;
при этом образуется вязкий раствор — коллодий, применяющий-
ся в медицине.
Нитроклетчатка, если ее поджечь, вспыхивает и сгорает поч-
ти мгновенно; вата горит значительно медленнее. Этот опыт мож-
но провести, взяв маленькие кусочки ваты и нитроклетчатки.
Высушенную нитроклетчатку нужно использовать для опы-
тов на том же занятии. Она огнеопасна (и взрывоопасна) и хра-
нить ее не следует.
Обработку ваты концентрированными кислотами следует ве-
сти под тягой, глаза должны быть защищены предохранитель-
ными очками.
СИНТЕТИЧЕСКИЕ СМОЛЫ И ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
Процессы полимеризации, ведущие к образованию важней-
ших полимеров: полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида
и некоторых других, требуют сложной аппаратуры, работающей
при повышенном давлении и высоких температурах, и воспроиз-
вести эти -процессы в учебной лаборатории органической химии
не представляется возможным.
Для лабораторного практикума можно рекомендовать рабо-
ты по полимеризации стирола или метилметакрилата.
Легче воспроизвести в лабораторных условиях поликонденса-
ционные процессы, например поликонденсацию формальдегида с
анилином или мочевиной. С методической точки зрения обе эти
работы равноценны, но получение мочевиноформальдегидной
смолы связано с многосуточным термостатированием, в то время
как анилиноформальдегидную смолу можно получить за одно
занятие.
Для получения полистирола нужно предварительно перегнать
119
стирол в вакууме. Стирол — бесцветная, подвижная жидкость,
весьма склонная к полимеризации. Для предохранения ее от по-
лимеризации при хранении к ней добавляют 0,3—0,5% гидро-
хинона — ингибитора полимеризации. Эта добавка, необходи-
мая для сохранения стирола (особенно в летнее время), может
в процессе полимеризации обрывать реакционные цепи, поэтому
предварительная перегонка необходима. Стирол полимеризуется
при нагревании выше 100° С. Поэтому перегонку следует
вести под вакуумом, с тем чтобы температура кипения его
не превышала 80° С (это соответствует остаточному давлению
90 мм рт. ст.).
Один из промышленных способов получения полистирола —
термическая полимеризация стирола.
В лаборатории этот процесс можно осуществить следующим
образом: в толстостенную стеклянную пробирку помещают
5—10 г свежеперегнанного стирола, вытесняют азотом воздух и
запаивают пробирку. Запаянную пробирку помещают в термо-
стат и выдерживают 2 часа при температуре 100° С, затем 4 часа
при температуре 115—125° С и, наконец, 4 часа при 135—140° С.
После этого ампулу вынимают из термостата, охлаждают, осто-
рожно вскрывают и разбивают; внутри пробирки находится
твердая стекловидная масса — полистирол. Следует рассказать
учащимся, что по этому же принципу в промышленности полу-
чают полистирол блочным способом (по непрерывной схеме при
более высокой температуре).
При проведении этого синтеза нужно строго придерживаться
принципа ступенчатого подъема температуры. Если сразу на-
греть запаянную пробирку до температуры, близкой к темпера-
туре кипения стирола (145° С при 760 мм рт. ст.), пробирку мо-
жет разорвать. Для безопасности работающих целесообразно
завернуть пробирку в кусок металлической сетки. Разбивать
пробирку следует, обернув ее куском ткани. Вместо воздушного
термостата'можно использовать масляную баню, обогреваемую
электроплиткой с терморегулятором. Мастер должен показать
приемы подключения к электронагревательному прибору (элек-
троплитке, бане и др.) реле и контактного термометра. К термо-
регулированию прибегают всегда, когда требуется в течение дли-
тельного времени поддерживать в реакторе определенную темпе-
ратуру. В цепь нагревательного прибора включают реле, связан-
ное, в свою очередь, с контактным термометром, установ-
ленным в бане. С помощью магнитной головки контактный
термометр устанавливают на необходимую температуру (на-
пример, 120° С).
По достижении столбиком ртути деления, соответствующего
120° С, ртуть замыкает цепь реле и плитка выключается. После
прекращения нагревания температура в бане начинает снижать-
ся, соответственно опускается ртутный столбик, цепь реле раз-
120
мыкается и электроплитка вновь включается. Таким образом,
заданная температура поддерживается автоматически, и лабо-
рант, освобожденный от необходимости постоянно следить за
температурой и регулировать ее, может более внимательно ве-
сти другие наблюдения или заняться другой работой. Следует
иметь в виду, что контактный термометр служит только для ре-
гулирования температуры. Для точного контроля температуры
в бане или в реакционном сосуде должен быть проверенный хи-
мический термометр.
Другой способ полимеризации стирола, применяемый в про-
мышленности, — эмульсионная полимеризация. Этот
процесс идет в присутствии особых веществ-инициаторов.
В качестве инициаторов могут быть использованы перекись бен-
зоила, перекись водорода, надсернокислый аммоний или ка-
лий и др.
Эмульсионную полимеризацию в лаборатории проводят в
трехгорлой круглодонной колбе с мешалкой, обратным холо-
дильником и капельной воронкой. В колбу загружают 1%-ный
раствор едкого натра и олеиновую кислоту и размешивают при
50—60° С до получения однородного раствора олеата натрия.
В этот раствор при сильном размешивании из капельной ворон-
ки добавляют свежеперегнанный стирол. Стирол не растворяет-
ся в воде и не образует с водой устойчивой эмульсии. Добавка
олеата натрия (эмульгирующего средства) приводит к образо-
ванию устойчивой водно-стирольной эмульсии. К эмульсии при-
бавляют свежеприготовленный 0,5%-ный раствор надсернокис-
лого аммония или калия, заменяют капельную воронку термо-
метром и, не прекращая размешивания, постепенно нагревают
реакционную массу до 70° С; размешивают при этой темпера-
туре 1 час, затем поднимают температуру до 85° С и размеши-
вают 4—5 час. при этой температуре. Полистирол образуется в
мелкодисперсной форме, причем присутствие олеата натрия пре-
пятствует выпадению его в осадок. Массу охлаждают доь 60° С и
добавляют к ней при размешивании раствор алюмокалиевых
квасцов. При этом эмульсия разрушается, полистирол выпадает
а осадок. Его отфильтровывают, промывают водой и высуши-
вают на воздухе.
При нагревании до 300° С полистирол деполимеризуется —
подвергается термической деструкции с образованием низкомо-
лекулярных продуктов. В маленькую колбу Вюрца (или в боль-
шую пробирку с газоотводной трубкой) помещают небольшое ко-
личество полученного полистирола, соединяют отводную трубку
с воздушным холодильником и приемником и нагревают сосуд
с полистиролом. Полимер постепенно размягчается и стекает на
дно сосуда. В приемнике собирается желтоватая жидкость. Если
подвергнуть ее вакуум-разгонке, можно получить исходный сти-
рол в количестве 60—70% от веса взятого полистирола.
121
Стирол токсичен и огнеопасен. Все работы с ним следует ве-
сти в вытяжном шкафу.
С получением высокомолекулярного соединения методом по-
ликонденсации учащиеся уже познакомились при изучении
свойств фенола и формальдегида.
В этом разделе целесообразно предложить работу по поли-
конденсации анилина и формальдегида.
Рассчитанные количества свежеперегнанного анилина и вод-
ного раствора формальдегида помещают в широкогорлую склян-
ку с притертой пробкой, плотно закрывают и взбалтывают 1,5—2
часа. Анилин не растворяется в воде, и нужно интенсивное пере-
мешивание, чтобы он вступил во взаимодействие с растворен-
ным в воде формальдегидом. Постепенно жидкость в склянке
превращается в белый порошок — промежуточное соединение
анилина и формальдегида. Порошок промывают сначала водой,
затем небольшим количеством метилового спирта, отжимают и
переносят в фарфоровую чашку. К влажному порошку прибав-
ляют рассчитанное количество уксусной кислоты, перемешивают
массу и нагревают ее, постепенно поднимая температуру до
130—140° С в массе. Реакция эта экзотермична и иногда сопро-
вождается вспениванием массы. Ее следует вести в чашке та-
кого размера, чтобы вспенивание не могло привести к потерям
реакционной массы. Через 15—20 мин. масса сплавляется в проз-
рачную смолу желтого или оранжевого цвета. Смолу выдержи-
вают при 130—140° С еще 2 часа, выливают на небольшой ме-
таллический противень и охлаждают.
Весь синтез следует вести в вытяжном шкафу. Особенно
осторожным нужно быть в обращении с анилином и метиловым
спиртом.
СИНТЕТИЧЕСКИЕ КАУЧУКИ
В этом разделе можно рекомендовать:
1. Синтез тиокола А — одного из синтетических полисуль-
фидных каучуков.
2. Опыты, знакомящие с некоторыми свойствами каучуков.
1. Для синтеза тиокола А нужно приготовить раствор много-
сернистого натрия (полисульфида). Готовят его, растворяя при
нагревании серу в растворе сернистого натрия. Горячий раствор
фильтруют в колбу и добавляют туда же немного водного раст-
вора мыла, играющего роль эмульгатора. В цилиндр наливают
рассчитанное количество дихлорэтана, доводят температуру
раствора в колбе до 70—75° С и при сильном перемешивании
или встряхивании колбы по капле приливают к нему дихлор-
этан.
Колбу встряхивают еще 3—5 мин., затем охлаждают, отстаи-
122
вают (на дно выпадают желтые хлопья) и декантируют жид-
кость. К остатку добавляют холодную воду, размешивают и под-
кисляют разбавленной соляной кислотой до слабокислой реак-
ции. Тиокол выпадает на дно в виде губчатого сгустка грязно-
белого цвета. Жидкость сливают, тиокол выкладывают на филь-
тровальную бумагу, разминают и промывают под струей
воды.
Энергичное встряхивание при конденсации необходимо, так
как дихлорэтан нерастворим в воде и реакция его с полисульфи-
дом идет только на поверхности раздела фаз. Продукт конден-
сации образуется в виде капель, которые при подкислении коа-
гулируют.
Тиоколу А присущ своеобразный запах, который сохраняется
и у изделий из него.
Следует помнить о токсических свойствах дихлорэтана и всю
работу с ним проводить в вытяжном шкафу.
2. Одним из важных свойств резины является устойчивость
ее к органическим растворителям, в частности к бензину, керо-
сину, бензолу. Можно показать, что этим свойством обладают
вулканизированные каучуки. В две колбы помещают по 50 мл
бензина и вносят в одну 3—5 г мелконарезанного сырого невул-
канизированного каучука, а в другую резину. Через сутки кау-
чук растворяется, а резина только набухает.
Каучук обладает непредельным характером. Известно, что
бром является реактивом на двойную связь: бромная вода обес-
цвечивается при взаимодействии с непредельными соединения-
ми. В круглодонную колбу помещают 100 мл бензола, 5 г сырого
каучука и нагревают 1 час с обратным водяным холодильником
на кипящей водяной бане. Несколько миллилитров полученного
раствора каучука помещают в пробирку, приливают бромную
воду и энергично взбалтывают — бромная вода обесцвечивается.
Энергичное взбалтывание здесь необходимо, так как каучук не
растворяется в воде. Можно вместо бромной воды взять
50%-ный раствор брома в бензоле. Здесь происходит присоеди-
нение брома по двойным связям молекулы каучука, ____ „
ХИМИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА
В этом разделе можно рекомендовать для лабораторного
практикума получение медноаммиачного волокна. Получение
других волокон требует сложного оборудования, применения
высоких температур, большого количества органических раство-
рителей.
Оборудование для получения медноаммиачного волокна не-
сложно, эту работу можно провести в учебной лаборатории.
123
Получение медноаммиачного волокна основано на способно-
сти аммиачного раствора окиси меди растворять целлюлозу. По-
лученный прядильный раствор разбавляют водой и пропускают
через фильтры с отверстиями диаметром 0,5—1 мм. Раствор коа-
гулирует, и медноаммиачное соединение целлюлозы вытягивает-
ся в нити. Нити обрабатывают раствором серной кислоты. Мед-
ноаммиачный комплекс целлюлозы разрушается. Шелковистые
целлюлозные нити промывают и сушат.
Работа в лаборатории состоит из трех этапов:
1) приготовление раствора медноаммиачной соли;
2) приготовление прядильного раствора;
3) прядение волокна.
Для получения раствора медноаммиачной соли можно пред-
варительно получить гидрат окиси меди действием щелочи на
раствор сернокислой меди. Щелочь прибавляют постепенно, не
доводя реакцию до щелочной. Осадок дважды промывают де-
кантацией и фильтруют. Можно воспользоваться реактивным
гидратом окиси меди. В колбу вносят концентрированный
раствор аммиака, добавляют гидрат окиси меди и размешивают
до полного растворения.
В приготовленный раствор медноаммиачной соли вносят рас-
считанное количество медицинской ваты и перемешивают до
полного ее растворения. Целесообразно оставить вату на не-
сколько часов для набухания, тогда она легче растворится. От
нерастворившегося остатка ваты освобождаются, фильтруя
раствор через слой стеклянной ваты. Профильтрованный вязкий
раствор является готовым прядильным раствором. Техничес-
кие прядильные растворы имеют следующий состав: 9,5—10%
целлюлозы, 7—8% аммиака, 4,2—4,3% меди. Лабораторный
раствор содержит обычно меньше целлюлозы и поэтому ме-
нее вязок.
Прядение осуществляют различными приемами. В качестве
осадительной ванны можно использовать кювету с 25—30%-ным
раствором едкого натра. Дозировку прядильного раствора ведут
из бюретки, носик которой оттянут в капилляр. Для этого при-
годны бюретки со сменным носиком, укрепленным на каучуке с
винтовым зажимом. При прядении носик бюретки должен быть
погружен в раствор щелочи. Капли целлюлозного раствора, по-
пав в ванну, коагулируют. Их нужно захватить пинцетом и мед-
ленно вести через ванну, вытягивая в нить. Можно установить
рядом с ванной катушку от швейных ниток, вращающуюся око-
ло горизонтальной оси (гвоздя, зажатого лапкой), и выведен-
ную из ванны нить наматывать на Катушку. Полученная таким
путем нить представляет собой еще медноаммиачный комплекс
целлюлозы; она окрашена в синий цвет. Ее погружают в ста-
кан с 2—3%-ным раствором серной кислоты, затем промывают
водой и сушат.
124
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
В основе работ, рекомендуемых в качестве дополнительных
синтезов, лежат знакомые учащимся реакции. Большинство этих
реакций уже выполнялось в той или иной форме в ходе лабора-
торного практикума. Исключение составляют реакция нитрози-
рования (выполнение которой имеет внешнее сходство с выпол-
нением реакции диазотирования) и реакция Вюрца с примене-
нием металлического натрия.
Вместе с тем выделение продуктов синтеза в большинстве
случаев требует применения таких приемов, как перекристаллиза-
ция, перегонка при пониженном давлении, экстрагирование (иног-
да многократное), перегонка с водяным паром и др. В некото-
рых работах необходимо применение нескольких таких прие-
мов.
Кроме того, сюда включено несколько работ, дающих прак-
тическое представление о некоторых промышленных процессах,
в частности о процессах переработки природного сырья.
По усмотрению мастера в каждом конкретном случае можно
использовать этот материал в качестве контрольных синтезов
(взяв отсюда работы повышенной сложности) или дополнить им
отдельные темы основного практикума.
Получение метана из уксуснокислого нат-
рия. Простейший вариант этого синтеза — нагревание смеси
безводного уксуснокислого натрия с твердым едким натром. Од-
нако этот вариант не самый удобный: твердый едкий натр гигро-
скопичен; для синтеза следует использовать натронную из-
весть — смесь едкого натра и окиси кальция. В этой работе уча-
щийся должен предварительно подготовить исходные вещества.
Кристаллический уксуснокислый натрий содержит кристаллиза-
ционную воду (CH3COONa • 3 Н2О); его нужно обезводить осто-
рожным нагреванием в фарфоровой чашке. Кристаллы сначала
растворяются в кристаллизационной воде, затем затвердевают
и, наконец, расплавляются. Расплав охлаждают в эксикаторе и
измельчают. Натронную известь тоже прокаливают в фарфоровой
чашке, охлаждают в эксикаторе и измельчают._ . _ ....
Синтез можно вести в большой пробирке с газоотводной труб-
кой или в небольшой колбе Вюрца. В абсолютно сухой реакцион-
ный сосуд вносят смесь исходных веществ, предварительно тон-
корастертую в ступке, и нагревают.
Учащийся должен с помощью известных реакций показать
химические свойства газа, выделяющегося в этой реакции (про-
ба с бромной водой, раствором марганцевокислого калия, проба
на загорание, отсутствие черного пятна сажи на фарфоровой
пластинке, внесенной в пламя). Пробу на загорание нужно вы-
полнять очень осторожно, проведя предварительно пробу на чи-
стоту. Следует иметь в виду, что при сильном перегреве могут
125
образоваться побочные продукты: непредельные углеводороды,
ацетон, углекислый газ.
Получение диизоамила. Это первый синтез Вюрца,
выполняемый учащимися. Исходное вещество — бромистый
изоамил — высушивают над прокаленным хлористым кальцием
и перегоняют (темп. кип. 12ГС). Металлический натрий осто-
рожно вынимают щипцами из банки, где он хранится под слоем
керосина, кладут на фильтровальную бумагу, быстро отрезают
кусочек нужного размера, а остальной натрий убирают в банку.
С отрезанного кусочка металлического натрия удаляют фильтро-
вальной бумагой следы керосина, затем срезают ножом тонкий
окислившийся слой и взвешивают на технохимических весах.
Для синтеза нужно взять 4—5 г металлического натрия (на
18—20 г бромистого изоамила). Если отрезанный кусок весит
несколько больше или меньше,, не следует отрезать или добав-
лять натрий, нужно соответственно уменьшить или увеличить
количество бромистого изоамила. Обрезки металлического нат-
рия немедленно положить в банку с керосином, а фильтроваль-
ную бумагу, на которой его отрезали, передать лаборанту для
уничтожения. Всю работу с металлическим натрием учащиеся
выполняют в защитных очках. Стол, на котором ведется эта
работа, должен быть абсолютно сухим. Банку с металлическим
натрием нужно сразу же вернуть в хранилище.
В сухую круглодонную колбу помещают бромистый изоамил,
вносят туда же разрезанный на кусочки металлический натрий,
закрывают пробкой с обратным воздушным холодильником и на-
гревают несильным пламенем горелки до начала реакции. Реак-
ция протекает медленно, поэтому целесообразно реакционную
массу оставить на сутки, после чего перенести жидкость в колбу
Вюрца и разогнать. Фракция 155—165° С содержит основной про-
дукт реакции — диизоамил (темп. кип. 159°С). Повторной пе-
регонкой можно выделить более узкую фракцию. Остаток метал-
лического натрия уничтожают, либо приливая в колбу неболь-
шими порциями спирт, либо осторожно выливая содержимое
колбы в большую баню с водой. Эта операция, как и подготовка
металлического натрия, должна проводиться в присутствии ма-
стера.
Получение этилена каталитической де-
гидратацией этилового спирта на окиси алю-
миния. Этот синтез построен по типу промышленных катали-
тических процессов. В специальную трубку (такую же, как при
термическом крекинге керосиновой фракции) помещают катали-
затор — окись алюминия, перемешанную с кусочками пористой
керамики, измельченной до размера 3—5 мм. Смесь в соотноше-
нии 1 : 1 помещают в стальную трубку и нагревают для полного
высушивания. При общей длине трубки 50—60 см катализатор
следует поместить в центральную часть трубки слоем, закрываю-
126
щим не.более 2/з сечения трубки и протяженностью 20—25 см.
Чтобы катализатор не высыпался, можно поместить в трубку
тампоны из стеклянной ваты.
Испарителем служит колба Вюрца, куда помещают 80—
100 мл этилового спирта. Установку проверяют на герметичность
и затем нагревают трубку с катализатором. Дегидратация эти-
лового спирта на окиси алюминия протекает при 350—400° С.
Когда трубка нагрета, нагревают до кипения спирт в колбе Вюр-
ца. Для того чтобы кипение шло равномерно, в колбу нужно по-
местить запаянные с одного конца капилляры или кипятильные
камушки. Образующийся этилен собирают в перевернутый ци-
линдр над водой. Если кипение идет слишком интенсивно, пары
спирта не успевают дегидратироваться, они просто конденсиру-
ются и растворяются в воде в приемнике.
Учащийся должен собрать несколько цилиндров этилена и с
помощью известных реакций показать его химические свойства.
Перегонка мазута с водяным паром. При
фракционной разгонке нефти в перегонной колбе остается оста-
ток, кипящий при температуре выше 300° С. Перегонка при та-
кой температуре неизбежно привела бы к разложению органи-
ческих веществ, входящих в состав мазута. Для отделения их
в технике используют перегонку с водяным паром.
Для выполнения этой работы в лаборатории собирают при-
бор, аналогичный тому, что использовали для перегонки анили-
на с водяным паром. Поскольку органические соединения, вхо-
дящие в состав мазута, кипят при температуре значительно бо-
лее высокой, чем анилин, для конденсации их паров достаточно
воздушного холодильника.
В перегонную колбу помещают определенное количество ма-
зута (например, 200 а) и ведут перегонку с водяным паром до
исчезновения в погоне органических веществ. Слой органических
веществ в приемнике отделяют от воды с помощью делительной
воронки и взвешивают.
Получение бензола декарбоксилированием
бензойной кислоты. Исходные вещества для этого син-
теза — бензойная кислота и свежепрокаленная натронная из-
весть. Тщательно растертую смесь помещают в маленькую кол-
бу Вюрца, соединенную с водяным холодильником. Алонж хо-
лодильника, укрепленный на пробке, глубоко входит в колбочку-
приемник, охлаждаемую льдом.
Колбу Вюрца осторожно нагревают пламенем горелки, смесь
бензойной кислоты и натронной извести при этом постепенно
темнеет. В приемнике собирается дистиллят, содержащий бен-
зол; температура плавления его +6°, и он может закристаллизо-
ваться. Верхний слой дистиллята, состоящий из бензола, отде-
ляют в делительной воронке, высушивают над прокаленным
хлористым кальцием и перегоняют из маленькой колбы Вюрца
127
(темп. кип. бензола 80° С). Нужно объяснить учащимся, что та-
ким путем можно получать бензол высокой степени чистоты, по-
скольку он не содержит тиофена — обычной примеси, содержа-
щейся в бензоле, полученном из каменноугольной смолы.
Получение бензойной кислоты и бензило-
вого спирта из бензальдегида. Для этого синтеза
нужно предварительно приготовить концентрированный раствор
едкого кали (60%-ный). Бензальдегид не растворяется в водной
щелочи и для того, чтобы прошла реакция, нужно энергично
встряхивать их смесь в колбе до тех пор, пока не образуется
эмульсия. При этом нужно помнить об агрессивных свойствах
раствора едкого кали и принять соответствующие меры предосто-
рожности (защитные очки и пр.). Смесь оставляют на 10—12 час.
и затем приступают к выделению продуктов реакции. Бензойная
кислота образуется в виде кристаллов бензойнокислого калия,
нерастворимых в эфире. Этим пользуются, чтобы извлечь эфи-
ром бензиловый спирт, К реакционной массе добавляют немного
воды (чтобы сделать ее подвижной) и многократной экстракцией
небольшими порциями эфира извлекают бензиловый спирт.
Эфирные вытяжки собирают вместе, отгоняют часть эфира и
промывают остаток концентрированным раствором бисульфита
натрия, а затем раствором соды высушивают над прокаленным
сернокислым натрием и отгоняют эфир. Бензиловый спирт пере-
гоняют из маленькой колбы Вюрца (темп. кип. 206° С).
Из воднощелочного слоя прибавлением соляной кислоты вы-
деляют бензойную кислоту. Ее отфильтровывают, перекристалли-
зовывают из кипящей воды и высушивают.
При работе с эфиром следует соблюдать правила пожарной
профилактики. Отгонку эфира следует вести под тягой, нагревая
колбу на бане с горячей водой. Все горелки при этом должны
быть потушены.
Получение диметилового эфира щавелевой
кислоты. Для этого синтеза нужно приготовить метиловый
спирт, не содержащий воды (абсолютный метиловый спирт), и
безводную щавелевую кислоту.
Принимая во внимание сильные токсические свойства мети-
лового спирта, целесообразно выдать учащемуся для этого син-
теза абсолютный спирт, приготовленный лаборантом учебной ла-
боратории.
Кристаллическую щавелевую кислоту нагревают в фарфоро-
вой чашке в сушильном шкафу при 95—100° С в течение 4—5 час.
Кристаллизационная вода при этом отщепляется.
Синтез проводят в круглодонной колбе с обратным водяным
холодильником. В колбу загружают щавелевую кислоту, добав-
ляют спирт, плотно закрывают пробкой с обратным водяным хо-
лодильником и нагревают на водяной бане до кипения. После
растворения выдерживают еще 10 мин., вынимают колбу из ба-
128
ни и дают ей постепенно охладиться до комнатной температуры.
Выпавший осадок отфильтровывают, отжимают на фильтре и
высушивают на воздухе. Следует помнить, что метиловый спирт
токсичен и огнеопасен, поэтому, работая с ним, нужно принимать
меры предосторожности.
Получение ацетофенона. Синтез ведут в кругло-
донной двугорлой колбе, снабженной обратным водяным холо-
дильником и капельной воронкой. Важнейшее условие проведе-
ния этого синтеза, как и других синтезов с хлористым алюми-
нием, — отсутствие влаги в исходных веществах. Бензол следует
предварительно высушить свежепрокаленным хлористым каль-
цием и перегнать. Колба должна быть тщательно высушена.
В колбу загружают бензол и хлористый алюминий, охлаждают
снаружи водой со льдом и, не вынимая из ледяной бани, по кап-
ле прибавляют хлористый ацетил, периодически встряхивая кол-
бу. Дают выдержку 10 мин., потом еще 30 мин. при 30° С и 1 час
при 20° С, после чего выливают в стакан на смесь льда с соляной
кислотой. Соляная кислота нужна для растворения алюминие-
вых солей. Реакционную массу переносят в делительную ворон-
ку, добавляют бензол и после энергичного взбалтывания и от-
стаивания отделяют бензольный слой. Бензольную вытяжку про-
мывают водным раствором едкого натра, водой, высушивают
прокаленным хлористым кальцием и отгоняют бензол. Получен-
ный ацетофенон перегоняют затем при пониженном давлении.
Получение п-нитрозофенола. Азотистокислый
натрий и фенол взаимодействуют с образованием нитрозосоеди-
нения только в кислой среде. Поскольку фенол не растворяется
в кислоте, для проведения этой реакции пользуются приемом,
напоминающим по форме приемы, применяемые при некоторых
случаях диазотирования.
Фенол растворяют в водном растворе щелочи и в этот раствор
вносят рассчитанное количество азотистокислого натрия. В фар-
форовом стакане с мешалкой приготовляют смесь серной кисло-
ты со льдом и к этой смеси из капельной воронки постепенно
приливают ранее приготовленный щелочной раствор. Темпера-
тура не должна превышать +2° С. Целесообразно поставить ста-
кан в охлаждающую баню. После приливания щелочного раство-
ра массу размешивают 30 мин. и оставляют для кристаллизации.
Через 2 часа отфильтровывают выпавшие кристаллы' п-нитро-
зофенола, промывают на воронке ледяной водой и высушивают
при 50° С.
Работу следует вести в вытяжном шкафу. Руки нужно защи-
тить резиновыми перчатками, потому что очистка рук, загряз-
ненных n-нитрозофенолом, довольно сложна.
Получение динитробензола. В колбе готовят нитру-
ющую смесь из концентрированной серной кислоты (плотность
1,84 г/мл) и дымящей азотной кислоты (плотность 1,5 г/л»л).
9—747
129
К нитрующей смеси постепенно при непрерывном взбалтывании
добавляют нитробензол и, не закрывая колбу, нагревают ее в те-
чение получаса на водяной бане. Во время нагревания колбу пе-
риодически встряхивают для перемешивания реакционной массы.
Перемешивание необходимо, потому что нитробензол нераство-
рим в кислоте; без перемешивания в колбе образуются два слоя
(внизу — нитрующая смесь, наверху — нитробензол), и реакция
нитрования не будет идти. Через полчаса берут пробу на конец
нитрования: пять-шесть капель реакционной массы переносят с
помощью стеклянной палочки в пробирку с холодной водой. Если
нитрование не закончено, на дне пробирки появятся капли нитро-
бензола. Убедившись в том, что нитрование закончено (проба в
холодной воде закристаллизовывается), реакционную смесь
охлаждают и при размешивании выливают в стакан с холодной
водой. Выпавшие кристаллы динитробензола отфильтровывают,
промывают водой и перекристаллизовывают из спирта.
Всю работу с концентрированной азотной и серной кис-
лотой ведут в защитных очках. В процессе нитрования выде-
ляются окислы азота, поэтому работу следует вести в вытяжном
шкафу.
Получение л-нитробензол су л ь фокисл оты.
Синтез ведут в круглодонной двугорлой колбе с мешалкой и*ка-
пельной воронкой. Весь синтез, начиная от взвешивания олеума
и кончая выделением конечного продукта, проводят в вытяжном
шкафу.
Осторожно взвешивают рассчитанное количество 20%-ного
олеума и вносят его в совершенно сухую колбу. Олеум нагре-
вают до 40—50° С и при этой температуре при интенсивном раз-
мешивании постепенно приливают из капельной воронки нитро-
бензол.
После этого капельную воронку заменяют обратным холо-
дильником и поднимают температуру до 120° С. При этой темпе-
ратуре дают выдержку при размешивании в течение часа и бе-
рут пробу на полноту сульфирования. Для этого две-три капли
реакционной массы вносят в пробирку с водой; если проба пол-
ностью растворяется в воде, сульфирование закончено.
Реакционную массу охлаждают до комнатной температуры
и приступают к выделению нитробензолсульфокислоты. В фар-
форовый Стакан помещают мелкораздробленный лед и при энер-
гичном размешивании постепенно приливают на лед реакцион-
ную массу. Эта операция требует от учащегося большой осто-
рожности. При слишком быстром прибавлении реакционной мас-
сы может произойти разбрызгивание и даже выброс. Целесооб-
разно перелить массу из колбы в толстостенную капельную (а
еще лучше в делительную) воронку, плотно установленную на
кольцо и закрепленную в средней части лапкой; Скорость спуска
реакционной массы из капельной воронки легко регулировать
130
краном. После спуска всей сульфомассы к раствору добавляют
поваренную соль, размешивают 2 часа и останавливают ме-
шалку. Для полного выделения натриевой соли л-нитробензол-
сульфокислоты массу оставляют на 10—12 час., а затем отфиль-
тровывают осадок через бязевый фильтр на воронке Бюхнера,
промывают насыщенным раствором поваренной соли и отжи-
мают. Для дальнейшего восстановления нитрогруппы (получе-
ния метаниловой кислоты) пасту можно не высушивать.
Следует помнить, что реакционная масса процесса сульфиро-
вания — крепкая кислота (по концентрации SO3 примерно рав-
ная моногидрату). После выделения и высаливания реакцион-
ная масса нитробензолсульфокислоты представляет собой кис-
лоту с концентрацией 40—45%. Всю работу с олеумом и сульфо-
массой нужно вести в защитных очках и резиновых перчатках.
Нитробензол — токсическое вещество. Нужно избегать вдыха-
ния его паров и попадания на кожу.
Получение метаниловой кислоты. В отличие
от нитробензола нитробензолсульфокислота нелетуча, не пере-
гоняется с водяным паром и восстановление ее можно вести в
стакане. Для этого удобен фарфоровый стакан, прикрытый
крышкой, вырезанной из листовой (прокладочной) резины.
В крышке прорезают отверстия для мешалки, загрузочной во-
ронки и термометра. Мешалка должна быть достаточно мощ-
ной, чтобы размешивать суспензию, твердая фаза которой —
чугунная стружка.
В стакан загружают чугунную стружку, воду, серную кисло-
ту, кипятят 15—20 мин. и затем небольшими порциями вносят
пасту л-нитробензолсульфокислоты. Во время загрузки пасты
несколько раз проверяют наличие ионов железа по окрашива-
нию, появляющемуся на фильтровальной бумаге при соприкос-
новении вытека капли реакционной массы с вытеком капли
раствора сернистого натрия. Кроме того, по бумаге конго про-
веряют реакцию раствора, которая должна быть кислой.
После внесения всей пасты снова делают эти пробы, разме-
шивают реакционную массу еще 1 час при температуре кипения
и берут пробу на конец восстановления: при нанесении капли
массы на полоску фильтровальной бумаги вытек должен быть
почти бесцветным.
После этого осаждают соли железа, добавляя при размеши-
вании раствор едкого натра до щелочной реакции по бриллиан-
товой желтой бумаге. В полноте осаждения убеждаются по от-
сутствию ионов железа в растворе (проба на вытек с раствором
сернистого натрия). Осадок (железный шламм) отфильтровы-
вают на воронке Бюхнера большого диаметра через бязевый
фильтр.
Железный шламм фильтруется медленно. Для улучшения
фильтрации следует вести фильтрацию при 75—80° С. Фильтра-
9:
131
ция под вакуумом горячих растворов сопряжена с опасностью
вскипания их в отсосной колбе. Осадок на фильтре промывают
горячей водой; промывать нужно тщательно, иначе часть мета-
ниловой кислоты останется в шламме. Фильтрат и промывку
соединяют и упаривают до плотности 1,23—1,24 г!мл. Для выде-
ления метаниловой кислоты упаренный раствор подкисляют до
кислой реакции на конго серной кислотой, размешивают 1 час,
охлаждают и фильтруют.
Осадок промывают небольшим количеством водного раствора
поваренной соли, отжимают и высушивают.
Получение ацетанилида. В небольшую колбу по-
мещают анилин, добавляют воду, закрывают колбу пробкой и
встряхивают до образования эмульсии. К полученной эмульсии
небольшими порциями добавляют рассчитанное количество ук-
сусного ангидрида. После добавления каждой порции колбу
закрывают пробкой и энергично встряхивают. Реакционная мас-
са закристаллизовывается. В колбу добавляют небольшое коли-
чество холодной воды, размешивают реакционную массу и пе-
реносят ее на воронку Бюхнера. Отжатые на воронке кристаллы
снова переносят в колбу, перекристаллизовывают из горячей во-
ды, отфильтровывают и высушивают в сушильном шкафу при
70—80° С.
Получение и-нитроанилина. Этот синтез прово-
дится в две стадии:
1) получение п-нитроацетанилида;
2) получение п-нитроанилина.
Исходным соединением в синтезе является ацетанилид. Мож-
но использовать ацетанилид, полученный в одном из предыду-
щих синтезов. В этом случае нужно проверить его температуру
плавления (114—115° С) и убедиться в отсутствии в нем влаги.
Тонкоизмельченный ацетанилид растворяют в концентрирован-
ной серной кислоте и охлаждают смесью снега с солью до
— 1°, —2°С. К охлажденной массе при размешивании постепенно
приливают смесь серной и азотной кислот и размешивают еще
полчаса. Температура не должна подниматься выше 0° — + ГС.
Чем ниже температура нитрования, тем выше выход основного
продукта — м-нитроацетанилида.
Реакционную смесь оставляют при комнатной температуре (а
если есть возможность, то при более низкой температуре) на
10—12 час., а затем выделяют n-нитроацетанилид, выливая реак-
ционную массу в стакан с ледяной водой (защитные очки!). Вы-
павший осадок отфильтровывают и обрабатывают содовым
раствором при нагревании. При этом происходит гидролиз по-
бочного продукта реакции — о-нитроацетанилида. Реакционную
массу охлаждают до 50° С, отфильтровывают п-нитроацетанилид,
промывают и отжимают на фильтре.
Для получения n-нитроанилина сырой п-нитроацетанилид
132
размешивают с водой, добавляют раствор едкого натра и кипя-
тят в течение 3 час. Следует контролировать реакцию среды и
при исчезновении щелочной реакции добавлять щелочь. В конце
реакции проверяют полноту омыления: капля реакционной сме-
си должна полностью растворяться в 10 %-ной соляной кислоте.
Когда омыление закончено, реакционную массу охлаждают
до 40° С, отфильтровывают выделившийся п-нитроанилин, про-
мывают водой, отжимают и высушивают.
Получение фенола из анилина. Синтез прово-
дят в фарфоровом или стеклянном стакане с мешалкой.
К раствору серной кислоты (концентрация около 25%) добав-
ляют при размешивании рассчитанное количество анилина, об-
разуется сернокислый анилин. В стакан вносят мелко раздроб-
ленный лед и помещают стакан в охлаждающую баню (вода со
льдом). При размешивании добавляют из капельной воронки
раствор азотистокислого натрия. Сернокислый анилин при охла-
ждении раствора частично выпадает в осадок, но по мере при-
бавления азотистокислого натрия осадок сернокислого анилина
растворяется. Азотистокислый натрий прибавляют до появления
в растворе свободной азотистой кислоты (проба на йодокрах-
мальной бумаге). Это говорит об окончании реакции образова-
ния сернокислого фенилдиазония.
Следующая стадия — разложение фенилдиазония с выделе-
нием азота и образованием фенола. Сернокислый фенилдиазо-
ний нестоек и при повышении температуры легко разлагается.
Раствор переносят из стакана в круглодонную колбу и нагре-
вают на кипящей водяной бане до прекращения выделения азо-
та. После этого собирают установку для перегонки с водяным
паром и отгоняют из реакционной массы фенол. Отгонку (с воз-
душным холодильником) ведут до отрицательной пробы на фе-
нол в дистилляте. Пробу на фенол производят следующим обра-
зом: к 1—2 мл дистиллята добавляют по капле бромную воду,
появление мути или осадка свидетельствует о наличии фенола.
К концу отгонки в приемнике собирается водный раствор фено-
ла. К нему добавляют поваренную соль, переносят в делитель-
ную воронку и эфиром экстрагируют фенол. Для полного извле-
чения целесообразно экстрагировать фенол в несколько приемов
небольшими порциями эфира. Эфирные вытяжки соединяют, вы-
сушивают над прокаленным хлористым кальцием, отгоняют эфир
и фенол перегоняют из маленькой колбы.
Для перегонки фенола следует взять специальную колбу для
перегонки легкокристаллизующихся веществ с широкой отвод-
ной трубкой. Фенол кристаллизуется при температуре 40° С, и
узкая отводная трубка может забиться кристаллами фенола. Во
время перегонки нужно следить, чтобы трубка не забилась, и,
если возникнет необходимость, подогреть отводную трубку коп-
тящим пламенем горелки. Следует помнить, что фенол при по-
133
падании на кожу может вызвать ожоги. Работу с ним следует
вести в резиновых перчатках, а перегонку — в защитных оч-
ках.
Получение метилового оранжевого (гелианти-
на). Сульфаниловую кислоту предварительно растворяют в вод-
ном растворе едкого натра и к полученному раствору прибав-
ляют раствор азотистокислого натрия. Полученный раствор при
непрерывном размешивании приливают к охлажденному льдом
раствору соляной кислоты. Как и при других процессах диазоти-
рования, охлаждение играет здесь существенную роль. Целесооб-
разно не только поставить в охлаждающую баню стакан с соля-
ной кислотой, но и охладить предварительно первый раствор.
К полученному раствору натриевой соли диазобензолсульфо-
кислоты приливают при размешивании заранее приготовленный
раствор диметиланилина в соляной кислоте.
Сочетание проходит быстро, причем продукт сочетания
остается в растворе. Для выделения его в осадок к раствору до-
бавляют щелочь до явно щелочной реакции. Через 3—4 часа
осадок отфильтровывают -на бюхнеровской воронке, перекри-
сталлизовывают из небольшого количества воды и высушивают.
Из полученного красителя можно приготовить раствор, при-
годный для определения конца титрования кислоты щелочью или
щелочи кислотой. Метиловый оранжевый плохо растворим в воде
(при 20° С щ 100 мл воды растворяется 0,2 г). Раствор готовят
из расчета 0,1 г красителя на 100 мл воды. Прибавляя по 3—4
капли полученного индикатора в пробирки, содержащие раство-
ры кислот и щелочей, убеждаются в способности красителя ме-
нять цвет в зависимости от среды.
При проведении этого синтеза учащиеся знакомятся с новым
для них приемом диазотирования: диазотируемый амин и азоти-
стокислый натрий в виде щелочного раствора прибавляют к
раствору соляной кислоты, взятой в избытке по отношению к ще-
лочи.
Ледяное крашение ткани. Синтез этот представ-
ляет собой реакцию азосочетания, проведенную не в растворе,
а на ткани. Ткань пропитывают раствором азосоставляющей и
погружают затем в сосуд с раствором диазосоставляющей; на
ткани образуется краситель.
В качестве азосоставляющей можно взять бета-нафтол. Его
растворяют в водном растворе едкого натра. Полоску ткани
(лучше всего неотбеленной бязи) предварительно замачивают в
теплой воде и отжимают. Ткань замачивают затем в растворе
бета-нафтола, отжимают и просушивают.
Раствор диазосоставляющей готовят, растворяя п-нитроани-
лин при нагревании в избытке разбавленной соляной кислоты.
Перед диазотированием раствор охлаждают до 0° С. При этом
солянокислый n-нитроанилин может выпасть в осадок. К охлаж-
134
денной суспензии при энергичном размешивании добавляют в
один прием рассчитанное количество раствора азотистокислого
натрия. После этого наносят стеклянной палочкой капли реак-
ционной массы на полоску йодокрахмальной бумаги и убежда-
ются по появлению синего пятна, что нитрит натрия прибавлен
в достаточном количестве.
При отсутствии пятна необходимо немедленно добавить еще
некоторое количество нитрита. Если вести процесс при недо-
статке кислоты и нитрита натрия, образуются преимуществен-
но побочные продукты и выход основного вещества снижается.
Сочетание с бета-нафтолом протекает в содовой среде. К диазо-
раствору приливают раствор соды, добавляют лед и погружают
в раствор ткань, обработанную раствором бета-нафтола. Для
получения ровной окраски целесообразно не погружать ткань в
сосуд с раствором целиком, а, взяв за концы, провести полоску
ткани через раствор. Именно так осуществляется этот процесс в
производстве: ткань перематывается с одного барабана на дру-
гой, проходя через диазораствор. Окрашенную ткань промы-
вают, отжимают и высушивают на воздухе. Можно убедиться в
прочности полученной окраски: она не сходит при стирке горя-
чей водой даже с мылом.
Получение сахара из свеклы. Эта работа в ка-
кой-то степени воспроизводит промышленный процесс получе-
ния сахара. Сахарную свеклу нарезают тонкими полосками, по-
мещают в фарфоровый стакан, наливают горячую воду (соотно-
шение свекла-вода приблизительно 1:1) и нагревают до
70—80° С. Массу периодически перемешивают стеклянной па-
лочкой. Через 30—40 мин. декантируют водный раствор, а к
свекле добавляют новую порцию горячей воды и нагревают.
Экстрагирование проводят три раза для более полного извлече-
ния сахара из свеклы. Водные вытяжки собирают вместе и филь-
труют через бязевый фильтр на воронке Бюхнера. Фильтрат
обрабатывают известковым молоком, нагревая на водяной бане,
и снова фильтруют. Сахарат кальция растворим в воде и
остается в растворе, а примеси отделяются в виде осадка на
фильтре. _______ . . _________________......
Фильтрат, содержащий сахарат кальция, подвергают сатура-
ции: в колбу погружают до дна стеклянную трубку и пропускают
углекислый газ. Источником углекислого газа может служить
аппарат Киппа или баллон со сжиженной углекислотой. Про-
пускание углекислого газа ведут до полного осаждения ионов
кальция в виде углекислого кальция. Осадок отфильтровывают,
к фильтрату добавляют костяной уголь, нагревают и снова филь-
труют. Полученный сахарный раствор упаривают до '/з началь-
ного объема и полученный сироп оставляют для кристаллизации.
Если очистка была проведена тщательно, выпадают кристаллы
сахара. Если очистка была недостаточной, примеси могут поме-
135
шать кристаллизации и вместо сахара образуется патока. Пол-
ной очистки от примесей можно добиться, проводя дважды об-
работку известковым молоком и углекислым газом. Кристалли-
зацию можно ускорить, поместив в сахарный сироп «затравку»—•
кристаллы сахара (сахарный песок).
Получение спирта из крахмала. Эта работа
дает учащимся представление об одном из промышленных спо-
собов получения этилового спирта. С химической точки зрения в
этой работе объединены два процесса: ферментативный гидро-
лиз крахмала и спиртовое брожение сахара.
Предварительно подготавливают солод — препарат, содер-
жащий энзим диастазу, необходимый для гидролиза крахмала.
В воде на два-три дня замачивают зерна ячменя, а затем прора-
щивают их, поместив в кристаллизатор, накрыв влажной тряп-
кой и поставив кристаллизатор в темное место. Проросшие зер-
на измельчают в ступке.
Исходным продуктом служит картофель. Клубни промывают,
разваривают в воде до получения однородной кашицы, добав-
ляют немного воды, солод и всю массу нагревают на водяной
бане при перемешивании в течение 2 час. Температура должна
быть 60° С. Точное соблюдение температурного режима имеет
большое значение. В ходе этого процесса крахмал превращается
в декстрин, далее — в мальтозу. В конце процесса проба с йодом
не дает фиолетового окрашивания.
К реакционной массе прибавляют дрожжи, растертые с во-
дой, перемешивают и оставляют на несколько суток при темпе-
ратуре 25—30° С. В это время и протекает процесс брожения,
в ходе которого выделяется углекислый газ, поэтому колбу нель-
зя закрывать плотно. Затем реакционную массу отфильтровы-
вают от примесей, переносят в колбу Вюрца и перегоняют, соби-
рая фракцию 75—85° С. Для получения более чистого этилового
спирта эту фракцию повторно перегоняют с дефлегматором, со-
бирая более узкую фракцию — 77—79° С.
Получение глюкозы из клетчатки. Эта работа
имеет большое значение, поскольку она дает учащимся практи-
ческое представление о получении пищевого продукта из непище-
вого сырья.
Древесные опилки помещают в колбу, приливают 70%-ную
серную кислоту, размешивают массу, нагревают и выдерживают
при 40—50° С в течение 3—4 час. После этого разбавляют массу
водой приблизительно в 10 раз, переносят в колбу с обратным
холодильником и кипятят 2 часа. При этом в основном закан-
чивается процесс гидролиза" клетчатки с образованием глю-
козы.
Следует объяснить учащимся, что в промышленности гид-
ролиз древесины ведут 0,3—0,5%-ной серной кислотой при 170—
180° С и давлении 7—10 ат. В учебной лаборатории трудно вос-
136
произвести гидролиз при высоком давлении, и поэтому выход
глюкозы здесь ниже, чем в производстве.
Следующая стадия — выделение глюкозы. Раствор отфиль-
тровывают от не подвергающегося гидролизу лигнина и к филь-
трату прибавляют известковое молоко для нейтрализации серной
кислоты. Чтобы не увеличивать чересчур объем реакционной
массы, можно заменить известковое молоко тонкоизмельчен-
ным мелом. Выпавший осадок сернокислого кальция отфильтро-
вывают на воронке Бюхнера через бязевый фильтр и фильтрат,
содержащий глюкозу, упаривают. Сначала упаривание можно
вести в колбе, а затем более концентрированный раствор перели-
вают в фарфоровую чашку и упаривают на кипящей водяной
бане. Для ускорения процесса можно вести выпаривание в колбе
под небольшим разрежением (например, в вакууме водоструй-
ного насоса). После выпаривания воды остается густая масса
желтого цвета, затвердевающая при охлаждении. Масса эта
имеет сладкий вкус и представляет собой глюкозу, слегка за-
грязненную примесями.
ЛИТЕРАТУРА
Вейганд К. Методы эксперимента в органической химии. М., Изд-во>
иностр, лит., 1951.
Г аттерман П., Виланд Г. Практические работы по органической
химии. М.-Л., Госхимиздат, 1948.
Г о л о д н и к о в Г. В., Н и з о в к и н а Т. В., Р ы с к а л ь ч у к А. Т. Прак-
тикум по органическому синтезу. Л., изд-во ЛГУ, 1957.
Зонис С. А., Мазуров С. М. Лабораторно-лекционные опыты и де-
монстрационные материалы по органической химии. М., изд-во «Высшая шко-
ла», 1961.
Лосев И. П., Федотова О. Я. Практикум по химии высокополимер-
ных соединений. М., Госхимиздат. 1962.
Некрасов В. В. Руководство к малому практикуму по органической
химии. М., Госхимиздат, 1960.
Николенко Л. Н. Лабораторный практикум по промежуточным про-
дуктам и красителям. М., изд-во «Высшая школа», 1961.
Платэ А. Ф. Краткое руководство к практикуму по химии нефти. М„
изд-во МГУ, 1960.
Родионов. В. М., Богословский Б. М., Федорова А. М. Лабо-
раторное руководство, по. химии промежуточных продуктов, и. красителей.
М.-Л., Госхимиздат, 1948.
Цветков Л. А. Эксперименты по органической химии в средней школе..
М., Учпедгиз, 1954.
Глава V
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Практикум по аналитической химии имеет исключительно
большое значение в подготовке лаборантов. Дело в том, что
одна из важнейших задач производственных лабораторий пред-
приятий химической и нефтеперерабатывающей промышленно-
сти — бесперебойный и тщательный контроль технологических
процессов, качества сырья и готовой продукции. Этот контроль
осуществляется преимущественно методами аналитической хи-
мии и, только овладев этимц методами, учащийся сможет стать
полноценным лаборантом.
Лабораторные занятия по аналитической химии проводятся в
такой последовательности: качественный анализ; количествен-
ный анализ; анализ органических веществ; физико-химические
методы анализа.
Практикум построен в порядке возрастания сложности ме-
тодик и приборов: от пробирочных реакций качественного ана-
лиза до относительно сложной аппаратуры физико-химических
методов. Сравнительно большое время, отведенное учебным пла-
ном на лабораторные работы, позволяет детально изучить основ-
ные методы аналитической химии.
При проведении практикума мастер производственного обу-
чения должен наряду с техникой работы уделить большое вни-
мание соблюдению учащимися правил техники безопасности при
выполнении аналитических работ и правильному ведению лабо-
раторного журнала.
КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
На первом занятии следует познакомить учащихся с обору-
дованием лаборатории и порядком работы в ней. Особое внима-
ние учащихся следует обратить на правила пользования общими
реактивами:
реактивы из общих склянок брать в количестве, необходимом
для выполнения данного опыта;
138
неиспользованную часть реактива ни в коем случае не сли-
вать обратно в реактивную склянку;
открывая склянку с реактивом, пробку класть на стол таким
образом, чтобы не загрязнить ее нижней поверхности;
налив реактив, немедленно закрыть склянку пробкой и по-
ставить ее на место;
если склянки снабжены пипетками для набора реактивов, не
загрязнять реактивную пипетку.
Нужно объяснить учащимся, что загрязнение реактива де-
лает невозможным работу с ним.
Следует познакомить учащихся с правилами безопасной ра-
боты в лаборатории качественного анализа. Большую опасность
представляет сероводород, используемый при анализе катионов.
Все работы с сероводородом нужно проводить в специаль-
ном помещении с вытяжными шкафами и усиленной вентиля-
цией.
Следует, по возможности, избегать применения ядовитых ре-
активов: солей ртути и металлической ртути, цианистых соеди-
нений, солей свинца и т. д.
Большинство реакций проводится в пробирках. Нужно пока-
зать учащимся правильные приемы нагревания растворов в про-
бирках.
Чистота и порядок на рабочем месте имеют особенно боль-
шое значение при аналитических работах. На рабочем столе
должна находиться только посуда и реактивы, необходимые для
выполнения данной работы, и лабораторный журнал. На столе
не должно быть никаких склянок или пробирок с растворами или
сухими веществами без этикеток.
Отработанные растворы, содержащие сульфиды, сероводо-
род, соединения ртути, йод сливают не в канализацию, а в спе-
циальные банки. В отдельную склянку сливают отработанные
растворы, содержащие серебро.
Правильное ведение лабораторного журнала — важный эле-
мент работы в аналитической лаборатории. В журнал учащийся
должен записывать ход и результаты всех опытов, а также ход
и результат ъьн1олненижконтрольных--ашализое.-В--конце тсаж-догю
занятия лабораторный журнал представляется на просмотр пре-
подавателю.
При планировании работы в лаборатории качественного ана-
лиза нужно предусмотреть достаточное количество времени для
выполнения контрольных аналитических задач.
Для более продуктивного использования времени работу в
лаборатории нужно планировать таким образом, чтобы во время
длительных процессов, не требующих непосредственного уча-
стия учащегося (отстой, сушка, выпаривание и т. п.), он выпол-
нял другую работу.
Необходимые теоретические сведения учащиеся получают на
139
лекционных занятиях. На практическом занятии преподаватель
дает план работы по каждой теме.
Некоторые качественные реакции уже знакомы учащимся из
практикума по неорганической химии. В ходе практикума сле-
дует особенно остановиться на реакциях, непосредственно ис-
пользуемых при контроле технологических процессов (например,
проба на катион Fe2+ с раствором сернистого натрия, проба на
сульфат-ион с хлористым барием и т. п.).
Из большого числа качественных реакций, известных для
данного иона, в практикум следует включить наиболее харак-
терные, необходимые для выполнения систематического анализа
смеси катионов, и специфические, применяемые при дробном
анализе. Последние особенно важны для контроля технологиче-
ских процессов.
Лабораторную работу по анализу катионов первой
группы можно построить по плану:
1) изучение частных реакций ионов К+, Na+, NH4+ и Mg2+;
2) выполнение анализа раствора, содержащего смесь этих
катионов;
3) выполнение контрольной аналитической задачи.
Из большого числа качественных реакций катионов первой
группы можно выбрать следующие.
Катион К+:
образование осадка при действии гидротартрата натрия;
образование желтого осадка при действии гексанитрокобаль-
тата натрия;
окрашивание пламени в бледно-фиолетовый цвет.
Катион Na+:
образование осадка с дигидроантимонатом калия;
образование осадка с магний-уранил ацетатом
окрашивание пламени в желтый цвет.
Катион NH4+:
выделение газообразного аммиака при нагревании со ще-
лочью;
образование красно-бурого осадка (или изменение цвета
раствора) при действии щелочного раствора ртуть-йодид калия
(реактива Несслера).
Катион Mg2+:
образование белого осадка при действии кислого фосфорно-
кислого натрия (двузамещенного) в присутствии хлористого ам-
мония и гидрата окиси аммония;
образование зеленовато-желтого осадка при действии окси-
хинолина в присутствии гидрата окиси аммония.
При проведении каждой частной реакции следует:
а) изучить условия проведения реакции для открытия дан-
ного иона;
140
б) проверить, как взаимодействует реактив с остальными
ионами этой группы.
Например, на лекции учащийся узнает, что гидротартрат ка-
лия выпадает в осадок только из нейтрального (или слабокис-
лого) раствора на холоду. Чтобы убедиться в этом практически,
учащийся к раствору хлористого калия (5—6 мл) в пробирке
прибавляет равный объем раствора гидротартрата натрия и пе-
ремешивает стеклянной палочкой, потирая ею стенки пробирки.
Выпавший осадок перемешивает с жидкостью и разливает в
четыре пробирки. Затем в первую пробирку прибавляет серную
кислоту, во вторую — раствор едкого натра, в третью — раствор
уксусной кислоты и перемешивает. В первых двух пробирках
осадок растворяется, в третьей — нет. Четвертую пробирку уча-
щийся нагревает и наблюдает растворение осадка.
Учащийся делает вывод, что выпадение осадка гидротартрата
калия из сильнокислого или из щелочного раствора, а также из
горячего раствора невозможно.
Чтобы закрепить этот материал, можно провести еще такие
опыты: в три пробирки наливают по 2—3 мл раствора хлори-
стого калия и добавляют в первые две пробирки соответственно
серную кислоту и щелочь, а затем приливают раствор гидро-
тартрата натрия во все пробирки. В первых двух пробирках оса-
док не образуется — в присутствии сильной кислоты или щелочи
ион калия пробой с гидротартратом натрия обнаружить нельзя.
Затем в пробирку наливают 2—3 мл раствора хлористого ка-
лия, добавляют щелочь, размешивают и убеждаются по лакмусо-
вой бумаге, что раствор имеет щелочную реакцию. Приливают
уксусную кислоту до нейтральной реакции на лакмус и после
этого добавляют раствор гидротартрата натрия, выпадает оса-
док гидротартрата калия.
Таким образом учащийся экспериментально устанавливает
условия проведения качественной реакции на ион К+ и осваи-
вает практические приемы этого анализа.
Далее учащийся проверяет действие гидротартрата натрия на
другие катионы первой группы: в пробирки наливает растворы
хлоридов натрия, аммония и магния и добавляет раствор гидро-
тартрата натрия. Во второй пробирке’ образуется’белый кристал-
лический осадок гидротартрата аммония. Следовательно,
ион NH4+ мешает открытию иона К+.
Результаты опытов учащийся записывает в лабораторный
журнал. Запись следует делать сразу по выполнении опыта, не
полагаясь на свою память. Л^ожно рекомендовать, например, та-
кую форму записи:
Лабораторная работа №......
Характерные реакции катионов первой группы
Катион К+.
Опыт 1. Взаимодействие иона К+ с гидротартратом натрия.
141
К 6 мл раствора КС1 прилили 6 мл раствора гидротартрата натрия и пе-
ремешали стеклянной палочкой. Выпал белый осадок.
КС1+NaHC4H4O6= КНС4Н4О6+NaCl.
Опыт 2. Проба на растворимость осадка KHC-iBUOe в растворе едкого
натра.
К 3 мл суспензии KHCiHiOe прибавили 1 мл раствора NaOH. Осадок
растворился.
Опыт 3. Проба на растворимость осадка КНС4Н4Ое в сильной кислоте.
К 3 мл суспензии КНС4Н4О6 прибавили 1 мл H2SO4. Осадок растворился.
Опыт 4. Проба па растворимость осадка КНС4Н4О6 в слабой кислоте.
К 3 мл суспензии КНС4Н4Ое прибавили 1 мл СНзСООН. Осадок не рас-
творился.
Опыт 5. Проба на растворимость осадка КНС4Н4О6 при нагревании.
Суспензию КНС4Н40в в пробирке нагрели на горелке. Осадок растворился.
Результаты всех опытов с катионами каждой группы целе-
сообразно свести в таблице (табл. 5); такая таблица очень по-
лезна при выполнении контрольных задач.
Таблица 5
Реагент Калий Натрий Калий Магний
Гидротартрат натрия Белый осадок — Белый осадок —
Гексан-итрокобальтат натрия Желтый осадок — Желтый осадок —
Дигидроантимонат ка- лия — Белый осадок Помутне- ние раствора Белый осадок
Магний уранилапетат —— Зеленова- то-желтый осадок — —
Реактив Несслера — — Красно- бурый оса- док —
Кислый фосфорнокис- лый натрий (двузамещен- ный) — — — Белый осадок
‘ Оксихинолин —— —• — Зеленова- то-желтый осадок
Нагревание со щелочью — — Выделение аммиака —
Окрашивание пламени Фиолето- вое Желтое —
При выполнении контрольной задачи нужно записывать в
лабораторный журнал весь ход анализа. Подробная запись по-
могает найти ошибку в ходе анализа в случае неудовлетвори-
тельного результата.
На первых занятиях мастер должен особое внимание уделить
освоению учащимися правильных приемов работ. Иногда неболь-
шое отклонение от правильного приема может привести к серьез-
142
ной ошибке. Например, при выполнении качественной пробы
на ион аммония нагреванием анализируемого раствора со
щелочью в пробирке лакмусовую или другую индикаторную
бумагу нужно держать около отверстия пробирки, не при-
касаясь (!) к ее внутренним стенкам. При прикосновении к
стенке цвет индикатора может измениться от капель щелочи на
стенке и аммиак будет «открыт» в пробе, где его в действитель-
ности нет.
Лабораторную работу по анализу катионов второй
группы можно построить по такому плану:
1) изучение действия группового реактива;
2) изучение частных реакций ионов Ва2+, Са2+, Sr2+;
3) выполнение анализа раствора, содержащего смесь этих
ионов;
4) выполнение анализа раствора, содержащего смесь катио-
нов первой и второй групп;
5) выполнение, контрольных аналитических задач.
Такой же план сохранится и для практических работ по ана-
лизу остальных групп катионов.
Учащиеся должны освоить приемы работы при осаждении
катионов второй группы групповым реактивом — углекислым
аммонием в присутствии гидрата окиси аммония и хлористого
аммония при 40—50° С.
Характерные реакции катионов второй группы следующие.
Катион Ва2+:
образование нерастворимого в уксусной кислоте желтого кри-
сталлического осадка при действии хромовокислого калия;
образование осадка при действии серной кислоты, сернокис-
лого аммония или гипсовой воды;
капельная реакция с родизонатом натрия;
окрашивание пламени в желто-зеленый цвет.
Катион Са2+:
образование нерастворимого в уксусной кислоте белого мел-
кокристаллического осадка при действии щавелевокислого ам-
мония;
окрашивание пламени в коричнево-красный цвет.
Катион Sr2+:
образование осадка при действии серной кислоты, сернокис-
слого аммония или гипсовой воды;
окрашивание пламени в карминово-красный цвет;
капельная реакция с родизонатом натрия.
Контрольные задачи по этой теме более сложны, чем по
предыдущей. Первая задача — анализ смеси катионов второй
группы. Вторая задача — анализ смеси катионов первой и вто-
рой групп.
Выполнение второй задачи учащийся должен начать с дроб-
ных реакций, т. е. открытия отдельных катионов непосредст-
143
венно в отдельных пробах раствора; в частности, нужно открыть
ион NH4 и проверить, присутствуют ли в растворе ионы Ва2+
или Са2+. Далее учащиеся должны обратить внимание на пол-
ноту отделения катионов второй группы. Их отделяют в виде
углекислых солей. Учащиеся должны уметь сделать пробу на
полноту осаждения. Для этого в процессе осаждения отбирают
небольшую пробу, отфильтровывают ее и к фильтрату прибав-
ляют несколько капель осаждающего реактива. Если осаждение
прошло полностью, проба остается прозрачной. Если осаждение
не закончено, в пробе появляется муть или осадок, тогда ко
всему раствору добавляют еще осаждающий реактив.
Анализ катионов третьей группы — сложный раз-
дел качественного анализа.
Прежде всего учащиеся должны обратить внимание на цвет
растворов, содержащих эти катионы. По характерной окраске
(или по отсутствию окраски) в ряде случаев можно сделать вы-
вод о присутствии (или отсутствии) в растворе отдельных катио-
нов.
Далее учащиеся испытывают действие группового реагента —
сернистого аммония. Все работы с сернистым аммонием следует
вести под тягой. Нужно отметить цвет и форму образующихся
осадков и испытывать их растворимость в разбавленной соляной
кислоте.
Общей для всей группы является реакция со щелочами и гид-
ратом окиси аммония. Здесь следует отметить отношение выпа-
дающих осадков к избытку осадителя.
Характерные реакции катионов третьей группы следующие.
Катион А13+:
образование белого аморфного осадка при действии щелочи;
образование белого хлопьевидного осадка при действии уксус-
нокислого натрия;
образование красного осадка (или окрашивание раствора)
при действии ализарина;
капельная реакция с ализарином.
Катион Сг3+:
превращение зеленой окраски раствора в желтую при дейст-
вии окислителей;
капельная реакция с перекисью натрия и бензидином.
Катион Fe3+:
образование темно-синего осадка при действии железисто-
синеродистого калия;
появление красной окраски при действии роданистого калия
или аммония.
Катион Fe2+:
образование синего осадка при действии железосинеродисто-
го калия;
144
появление розово-красного окрашивания при действии диме-
тилглиоксима.
Катион Мп2+:
появление фиолетовой окраски при действии окислителей;
образование при действии щелочи белого осадка, чернеющего
при добавлении перекиси натрия;
капельная реакция с аммиакатом серебра.
Катион Zn2+:
образование белого осадка при действии сероводорода;
появление красного окрашивания при действии дитизона.
Катион Со2+:
образование желтого осадка при действии нитрита калия в
присутствии уксусной кислоты;
появление синего окрашивания при действии роданида аммо-
ния.
Катион Ni2+:
образование ало-красного осадка при действии диметилгли-
оксима в аммиачном растворе.
Для катионов третьей группы большое значение имеют дроб-
ные реакции, позволяющие открывать один катион в присутст-
вии всех (или почти всех) остальных катионов.
Нужно обратить внимание учащихся на эти реакции (отчасти
знакомые им из практикума по неорганической химии): опреде-
ление Ni2+ с диметилглиоксимом, Fe2+ с железосинеродистым ка-
лием, Fe3+ с железистосинеродистым калием или роданидом и др.
В контрольную задачу на смесь катионов третьей группы не
следует включать более трех катионов. Целесообразно брать ка-
тионы разных подгрупп, чтобы, выполняя анализ, учащиеся ос-
ваивали приемы разделения катионов (катионы Ni2+ и Со2+ отде-
ляют в форме сульфидов, нерастворимых в соляной кислоте; ка-
тионы А13+ и Zn2+ отделяют в форме цинкатов и алюминатов
растворением гидратов окиси в избытке щелочи; катионы А13+,
Cr3+, Zn2+ остаются в растворе при действии щелочи в присутст-
вии перекиси и т. п.).
Контрольные задачи на смесь катионов первой, второй и тре-
тьей групп можно составить в трех вариантах: 1) без фосфат-
иона; 2) с фосфат-ионом; 3) с добавкой органических соединений,
содержащих гидроксильные группы.
В первом случае нужно обратить внимание на получение хо-
рошо фильтрующегося осадка при осаждении катионов третьей
группы и на полноту осаждения.
Фосфат-ион мешает отделению катионов третьей группы, по-
этому его нужно предварительно удалить, например, осаждая
трехвалентным железом в уксуснокислой среде.
Гидроксилсодержащие органические соединения образуют
комплексные соединения с ионами А13+, Сг3+ и Ni2+ и препятст-
10—747
145
вуют их осаждению. Органические соединения удаляют, окисляя
их смесью серной и азотной кислот.
Групповой реагент для катионов четвертой груп-
пы — сероводород. Все работы с ним должны проводиться в вы-
тяжном шкафу в сероводородной комнате. В вытяжных шкафах
устанавливают приборы для получения сероводорода — аппараты
Киппа с промывными склянками. Аппарат Киппа заряжают со-
ляной кислотой и сернистым железом. Сероводород — яд. Пре-
подаватель должен лично проверить правильность сборки аппа-
рата Киппа. Особое внимание следует обратить на закрепление
пробки с газоотводной трубкой и надежность крана на газоот-
водной трубке. Сероводород, полученный в аппарате Киппа, за-
грязнен капельками раствора хлористого железа. Для очистки
сероводород пропускают через промывную склянку с водой.
Анализируемый раствор помещают в коническую колбу и
опускают в него стеклянную трубку, соединенную с источником
сероводорода. Осаждение ведут, пропуская через раствор медлен-
ный ток сероводорода. Для полноты осаждения его ведут из кис-
лого раствора (обычно к 10 мл анализируемого раствора добав-
ляют 2 мл 2 н. соляной кислоты). Выпавший осадок испытывают
на растворимость в азотной кислоте.
Второй групповой реагент — соляная кислота, осаждающая
ионы Ag+, Hg+ и Pb2+. Проверяют действие соляной кислоты на
все катионы четвертой группы. Полученные осадки испытывают
на растворимость в щелочи, гидрате окиси аммония, горячей воде.
Кроме того, проводят реакции всех катионов со щелочью и
гидратом окиси аммония, отмечая действие избытка этих реаген-
тов и цвета полученных осадков и растворов.
Характерные реакции катионов четвертой группы следующие.
Катион Ag+:
образование при действии хромовокислого калия красного
осадка, растворимого в азотной кислоте и в гидрате окиси аммо-
ния;
восстановление до металлического серебра (капельная или
пробирочная реакция).
Катион РЬ2+:
образование белого осадка при действии серной кислоты;
образование золотисто-желтого осадка при действии йодисто-
го калия;
капельная проба с раствором сернистого натрия.
Катион Н£г2+:
образование при действии йодистого калия осадка, раство-
ряющегося в избытке реагента; выделение из полученного раство-
ра при действии гидрата окиси аммония красно-бурого осадка
(реакция Несслера);
образование металлической ртути при восстановлении медью.
146
Катион Hg+:
образование зеленоватого осадка при действии йодистого ка-
лия;
образование красного осадка при действии хромовокислого
калия.
Катион Си2+:
образование красно-бурого осадка при действии железисто-
синеродистого калия;
образование при действии роданистого калия черного осадка,
белеющего при стоянии;
восстановление до металлической меди при действии цинка
или железа.
Катион Cd2+:
образование желтого осадка при действии сероводорода (в от-
сутствие ионов Си2+).
Катион Bi3+:
образование черного осадка при действии йодистого калия;
образование черного осадка при действии станната натрия.
По этой теме учащимся предлагают две контрольные задачи:
анализ смеси катионов четвертой группы и смеси катионов четы-
рех групп.
Групповой реагент для катионов пятой группы —
сероводород, с которым они образуют осадки, растворимые в по-
лисульфиде аммония (в отличие от сульфидов катионов четвер-
той группы). Полисульфид аммония готовят растворением из-
мельченной серы в сернистом аммонии. При работе с полисуль-
фидом аммония следует принимать такие же меры предосторож-
ности, как и при работе с сероводородом.
Соединения мышьяка сильно ядовиты. Следует ограничить
число опытов с применением этих соединений.
Первая часть работы — изучение действия группового реаген-
та. Осаждение сероводородом, как и в случае анализа катионов
четвертой группы, ведут в кислой среде. Образующиеся осадки
испытывают на растворимость в полисульфиде аммония, концен-
трированной соляной кислоте и углекислом аммонии. Нужно
помнить, что при подкислении растворов, содержащих сульфиды,
выделяется сероводород и опыты можно проводить только под
тягой в сероводородной комнате.
Характерные реакции катионов пятой группы следующие.
Ион As1” (As3+, AsO33-):
образование при действии азотнокислого серебра желтого
осадка, растворимого в азотной кислоте и в гидрате окиси аммо-
ния;
обесцвечивание раствора йода в присутствии бикарбоната.
Ион Asv (AsO43 ):
образование при действии азотнокислого серебра шоколадно-
10*
147
бурого осадка, растворимого в азотной кислоте и в гидрате окиси
аммония;
образование белого кристаллического осадка при действии
магнезиальной смеси (хлористый магний, хлористый аммоний и
гидрат окиси аммония).
образование при действии щелочи белого осадка, растворимо-
го в избытке щелочи и в кислоте;
образование черного осадка висмута при действии азотнокис-
лого висмута на раствор станнита.
Ион Sn4+:
образование при действии сероводорода в кислом растворе
желтого осадка, растворимого в сернистом аммонии.
Ионы Sb3+ и Sb5+:
образование черного осадка при восстановлении железом
(в кислой среде) или оловом характерно и для Sb3+ и
для Sb5+.
Следует иметь в виду, что валентность ионов пятой аналити-
ческой группы может изменяться в ходе анализа и точно устано-
вить ее довольно трудно. Для учебных задач можно ограничить-
ся открытием самих элементов (As, Sn, Sb). Нужно познакомить
учащихся с реакциями, обнаруживающими присутствие ионов
мышьяка, сурьмы и олова, независимо от их валентности, напри-
мер:
восстановление соединений трех- и пятивалентного мышьяка
до мышьяковистого водорода действием цинка и соляной кисло-
ты; мышьяковистый водород обнаруживают по его восстанавли-
вающему действию на азотнокислое серебро (появление черного
пятна на бумаге, смоченной раствором азотнокислого серебра);
восстановление соединений двух- и четырехвалентного олова
до SnH4; последний обнаруживают по характерному васильково-
синему окрашиванию пламени.
По этой теме можно предложить контрольные задачи: 1) ана-
лиз смеси катионов пятой группы; 2) анализ смеси катионов чет-
вертой и пятой групп; 3) анализ смеси катионов всех пяти групп.
При анализе смеси катионов всех пяти групп возможны неко-
торые осложнения, вытекающие из несовершенства классическо-
го метода качественного анализа. Мастер производственного обу-
чения должен учитывать возможность возникновения таких
осложнений и вовремя подсказывать учащимся приемы, позво-
ляющие избежать ошибок.
Например, при добавлении соляной кислоты для осаждения
ионов серебра, свинца и закисной ртути в осадок могут выпасть
и соединения сурьмы и висмута. Кроме того, при наличии в рас-
творе окислителей или восстановителей добавление соляной кис-
лоты может вызвать окислительно-восстановительные процессы, в
результате которых в осадок выпадут сера, свободные металлы,
сульфаты и др. Поэтому необходимо провести предварительную
148
пробу, приливая к небольшому количеству анализируемого раст-
вора в пробирке соляную кислоту. Затем, если это необходимо,
из всего анализируемого раствора удаляют окислители, и только
после этого осаждают ионы серебра, свинца и закисной ртути,
приливая на холоду по капле при тщательном перемешивании
равный объем 1,2 и. соляной кислоты.
Нельзя пользоваться сероводородом, полученным действием
кислоты на сернистый натрий. В этом случае сернистый аммоний,
применяемый для осаждения катионов третьей группы, содержит
примесь углекислого аммония и вместе с катионами третьей груп-
пы выпадает в осадок; в дальнейшем ходе анализа будут потеря-
ны карбонаты бария, стронция и кальция. Чтобы избежать этого,
сероводород следует получать из сульфида железа и промывать,
пропуская через раствор хлористого бария.
В ходе систематического анализа в растворе, содержащем
смесь катионов первой и второй групп, накапливается значитель-
ное количество аммонийных солей, препятствующих осаждению
катионов второй группы в виде углекислых солей. Соли аммония
нужно удалить, выпаривая и прокаливая остаток.
Классический метод разделения групп катионов при помощи
сероводорода имеет ряд недостатков: сероводород токсичен, для
работы с ним необходимо оборудовать специальную комнату
и т. д. Поэтому внимание химиков все чаще привлекают методы,
дающие возможность обходиться при анализе без сероводорода.
Однако до настоящего времени не предложен еще универсаль-
ный метод, позволяющий проводить систематический анализ ка-
тионов без применения сероводорода.
Лабораторные работы по анализу анионов строят по тому
же плану, что и работы по анализу катионов:
а) выполнение общих реакций;
б) выполнение частных реакций;
в) анализ смеси анионов;
г) выполнение контрольных задач.
Для практикума можно взять анионы кислот: соляной, бро-
мисто- и йодистоводородной, сернистой, серной, сероводородной,
серноватистой, угольной, фосфорной, кремневой, азотной, азоти-
стой.
Анионы обычно классифицируют по их отношению к азотно-
кислому серебру и хлористому барию.
Первая часть работы заключается в испытании действия этих
реактивов на растворы, содержащие анионы. Удобнее всего ис-
пользовать растворы соответствующих натриевых и калиевых со-
лей. Опыты проводят в пробирках с небольшими объемами реак-
тивов. Полученные осадки испытывают на растворимость в раз-
бавленной азотной кислоте. Результаты опытов записывают в
лабораторный журнал и составляют таблицу (табл. 6)'.
149
Таблица 6
Анион Реактив
AgNOa Действие HNOs на осадок с AgNO3 ' BaCl2 Действие HNOa на осадок с ВаС12
С1- Белый осадок Не растворяется Осадка нет —
СО32- Белый осадок Растворяется Белый осадок Растворяется
SO32- Белый осадок Растворяется Белый осадок Растворяется
Характерные реакции анионов следующие.
Анион соляной кислоты С1_:
образование при действии азотнокислого серебра белого осад-
ка, растворимого в аммиаке;
выделение свободного хлора при действии марганцевокислого
калия или двуокиси марганца в кислой среде.
Анион бромистоводородной кислоты Вт
образование при действии азотнокислого серебра желтовато-
белого осадка, плохо растворимого в аммиаке:
выделение свободного брома при действии хлорной воды.
Анион йодистоводородной кислоты J~:
образование при действии азотнокислого серебра желтого
осадка, нерастворимого в аммиаке;
выделение свободного йода при действии хлорной воды.
Анион сероводородной кислоты S2~:
выделение сероводорода при действии сильных кислот;
появление черного окрашивания при капельной пробе с уксус-
нокислым свинцом.
Анион угольной кислоты СО32л
выделение углекислого газа при действии сильных кислот.
Анион серной кислоты 8О42-:
образование при действии хлористого бария белого осадка,
нерастворимого в азотной кислоте;
капельная проба с родизонатом натрия и хлористым барием.
Анион сернистой кислоты SO32-:
выделение сернистого газа при действии сильных кислот;
обесцвечивание бромной (йодной) воды или раствора марган-
цевокислого калия.
Анион серноватистой кислоты SaOs2-:
выделение сернистого газа и выпадение элементарной серы
при действии сильных кислот.
Анион фосфорной кислоты РО43~:
образование белого кристаллического осадка при действии
магнезиальной смеси;
150
образование желтого кристаллического осадка при действии
молибденовой жидкости (раствор молибдата аммония в азотной
кислоте).
Анион кремневой кислоты SiO32~:
выделение геля кремневой кислоты при действии разбавлен-
ных кислот или хлористого аммония.
Анион азотной кислоты NO3_:
появление бурого окрашивания при действии сернокислого
железа и серной кислоты;
появление синего окрашивания при действии дифениламина
в присутствии серной кислоты;
выделение аммиака при нагревании со щелочью и цинковой
пылью.
Анион азотистой кислоты NOa-:
выделение свободного йода из кислого раствора йодистого
калия;
появление красного окрашивания при действии растворов
сульфаниловой кислоты и а-нафтиламина;
выделение окислов азота при действии сильной кислоты.
По этому разделу можно дать учащимся одну или две конт-
рольные задачи на смесь анионов. При приготовлении контроль-
ных задач не следует вводить в одну и ту же задачу анионы-окис-
лители и анионы-восстановители.
Нужно обратить внимание учащихся на приемы открытия
следующих анионов при их совместном присутствии: S2~, SO32- и
S2O32~; С1-, Вг- и J~; NO2~ и NO3“.
Заключительная контрольная задача по пройденным разде-
лам — анализ смеси всех рассмотренных катионов и анионов.
В заключение практикума по качественному анализу учащие-
ся проводят качественный анализ неизвестного вещества. Эта ра-
бота имеет большое значение в подготовке лаборантов, так как в
ней сочетаются приемы технического анализа и систематический
анализ смеси катионов и анионов.
Можно предложить три контрольные задачи:
анализ твердого вещества (соли, основания, окисла), легко
растворимого в воде;
анализ твердого вещества, трудно растворимого в воде;
анализ сплава.
Первая задача мало чем отличается от контрольной задачи
на смесь всех катионов и анионов. Решение этой задачи облег-
чается тем, что учащийся может сделать предварительные выво-
ды по внешнему виду вещества (цвет, форма кристаллов).
Если вещество не растворяется в воде, испытывают его рас-
творимость в кислотах и щелочах. Нужно помнить, что некото-
рые катионы могут образовывать нерастворимые соли с анионом
той кислоты, в которой пытаются растворить вещество. В этом
случае видимого растворения не произойдет и может быть сделан
151
неправильный вывод о нерастворимости анализируемого веще-
ства в кислоте.
Вещества, нерастворимые в воде, кислотах и щелочах (напри-
мер, сернокислый барий, кальций, хлористое серебро и т. д.), пе-
реводят в раствор после сплавления с содой. Для сплавления бе-
рут смесь равных количеств углекислого натрия и углекислого
калия, тщательно перемешивают, растирают с анализируемым
веществом и прокаливают в тигле на газовой горелке. На 1 г
вещества берут 5—6 г карбонатов. Сплав растворяют в горячей
воде и отфильтровывают. На фильтре могут остаться нераство-
римые в воде карбонаты. Осадок промывают, растворяют в кис-
лоте и исследуют на катионы. Фильтрат исследуют на анионы.
Сплав предварительно измельчают и для анализа берут ме-
таллическую стружку или металлические опилки. Такая проба
может содержать примеси смазочного масла, воды; перед анали-
зом ее промывают эфиром и высушивают.
Для анализа можно предложить сплавы железа (чугун или
сталь), меди (бронзу или латунь) или легкие сплавы на основе
алюминия. Предварительной пробой устанавливают характер
сплава и в зависимости от этого растворяют его либо в азотной
кислбте, либо в концентрированной щелочи. Полученный раствор
разбавляют и проводят систематический анализ присутствующих
в нем катионов. При растворении пробы в азотной кислоте могут
выделяться окислы азота, поэтому этот процесс следует вести
под тягой.
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Методы количественного анализа широко применяются в про-
изводственных и исследовательских лабораториях и в лаборато-
риях отделов технического контроля. Эти методы постоянно ис-
пользуются и при проведении синтетических работ.
Отдельные методики, включенные в практикум, непосредст-
венно применяются в контроле производства (анализ серной кис-
лоты, олеума, определение зольности и влажности каменного угля
и др.).
Мастер производственного обучения должен обратить особое
внимание на освоение учащимися таких приемов аналитической
работы, как взвешивание на аналитических весах и титрование.
Весовой анализ
Практикум по количественному анализу следует начать со
знакомства с аналитическими весами и освоения приемов взве-
шивания. Аналитические весы — тонкий прибор, и от правильной
их установки и обслуживания в большой степени зависит точ-
ность анализов.
Весы устанавливают в специально оборудованном помеще-
нии— весовой комнате. Чтобы избежать вибрации, полки, на ко-
152
торых установлены весы, закрепляют на кронштейнах, вделанных
в капитальную стену.
Перед началом практикума следует разбить учащихся на
бригады по 3—4 человека и закрепить за каждой бригадой опре-
деленные весы. Около весов должен висеть список бригады. Сле-
дует объяснить учащимся, что точный результат анализа можно
получить только при условии, если все взвешивания производить
на одних и тех же весах с одним и тем же комплектом разновесов.
Перед началом каждого занятия учащиеся получают-у дежур-
ного.лаборанта разновесы и сдают их по окончании занятия.
Нужно приучить учащихся поддерживать чистоту и порядок
в весовой комнате и соблюдать там строгую дисциплину. В весо-
вой комнате могут находиться только учащиеся, занятые взве-
шиванием. Никаких других работ, кроме взвешивания, в весовой
комнате не производят.
На первом занятии мастер производственного обучения дол-
жен объяснить учащимся устройство весов и показать правиль-
ные приемы взвешивания. Особое внимание учащихся следует
обратить на правильное пользование арретиром. Во время всех
вспомогательных операций (подготовка пробы, перенесение ее в
бюкс, установка бюкса и разновесов на чашки весов и снятие
их) весы должны быть арретированы. Дверцы шкафчика весов
должны быть во время взвешивания закрыты. При взвешивании
нужно сесть точно против весов, ни в коем случае нельзя взвеши-
вать на аналитических весах стоя. Взвешиваемое вещество поме-
щают в бюкс, стаканчик, на часовое стекло, а если вещество
гигроскопично, то в бюкс с плотно закрывающейся крышкой.
Категорически запрещается взвешивать вещество на листке бу-
маги (как это делают иногда при взвешивании на технохимиче-
ских весах). Особенно осторожно нужно взвешивать вещества,
которые могут вызвать коррозию весов (кислоты, кристалличес-
кий йод и т. и.). Насыпать или наливать вещество в бюкс можно,
только вынув бюкс из шкафчика весов. Если же взвешивают ве-
щества, могущие вызвать коррозию, их помещают в бюкс за пре-
делами весовой комнаты и вносят в нее в закрытом бюксе.
Начинающие лаборанты иногда допускают ошибку, стараясь
взять определенную точную навеску, например 1,0000 или 0,1000 а.
При этом они тратят много времени, добавляя вещество в бюкс
или отбавляя его, взвешивая второй раз. Между тем в большин-
стве случаев нет необходимости брать такую «округленную» на-
веску. В методиках анализов обычно указывается: «навеску ве-
щества (около 1 г) растворяют. . .» или «навеску вещества около
0,1 г, взятую с точностью до 0,0002 г . . . ». Нужно объяснить уча-
щимся, что основное — правильно взвесить и записать вес, а
затем по этому весу рассчитать результат анализа. Исходный
вес может быть 0,9991 или 1,0013 г, это не изменит конечных ре-
зультатов анализа.
153
Разновесы берут специальным пинцетом, приложенным к
комплекту. Категорически запрещается прикасаться к разнове-
сам руками. По окончании взвешивания подсчитывают разновесы
сначала по пустым гнездам ящиков, а затем снимают их с чашки
весов и, укладывая в ящик, подсчитывают повторно. После этого
делают отсчет положения рейтера и записывают полный вес.
Нельзя по окончании взвешивания оставлять разновесы на чаш-
ках весов или на столе, их нужно сразу убирать в ящик, помещая
каждый разновес в предназначенное для него гнездо.
В последние годы в производственных и исследовательских
лабораториях широкое распространение получили демпферные
аналитические весы. Общие правила взвешивания на аналитиче-
ских весах действительны и для демпферных весов. Нужно объяс-
нить учащимся особенности конструкции демпферных весов, от-
личающие их от обычных аналитических: наличие воздушных
успокоителей (демпферов), быстро останавливающих колебания
чашек весов; приспособления для навешивания мелких разнове-
сов, вейтографа — оптического приспособления для отсчета тре-
тьего и четвертого знаков — и на практике показать преимуще-
ства этой конструкции.
Особенности конструкции требуют некоторых специальных
приемов работы и нужно, чтобы каждый учащийся овладел этими
приемами. Если в учебной лаборатории недостаточно демпфер-
ных весов, работу нужно построить так, чтобы каждый учащийся
хотя бы один анализ выполнил, пользуясь демпферными весами.
Для успешного проведения практикума по весовому анализу
должен быть организован постоянный уход за весами и разнове-
сами. Ежедневно по окончании работы нужно протирать чашки
весов кусочком замши, а раз в неделю — спиртом. Один раз в
месяц следует проверять чувствительность весов и регулировку
арретирующего механизма. Ежегодно (а если есть возмож-
ность — каждые шесть месяцев) следует проводить профилакти-
ческий ремонт весов и регулировку их чувствительности, равно-
плечести и действия арретирующего механизма.
Один раз в месяц разновесы следует протирать спиртом.
Аналитические весы и разновесы ежегодно проходят провер-
ку в Палате мер и измерительных приборов. Пользоваться веса-
ми и разновесами, не прошедшими этой проверки, не разрешается.
Правило это распространяется и на аналитические весы, находя-
щиеся не только в учебных, но и в исследовательских и производ-
ственных лабораториях.
Затем надо познакомить учащихся с новой для них посудой
и оборудованием и показать приемы обращения с бюксами, тиг-
лями, тиглями Гуча, эксикаторами, муфельной печью и т. д.
Осваивать эти приемы учащиеся будут при выполнении отдель-
ных анализов.
Важная подготовительная операция в количественном анали-
154
зе — мытье и очистка посуды. Особое внимание нужно обратить
на подготовку тиглей, бюксов, тиглей Гуча, стаканов и колб, где
ведется осаждение. Нужно показать учащимся правильные при-
емы этой работы, необходимой не только в весовом, но и в объем-
ном анализе при подготовке мерной посуды. Посуду промывают
хромовой смесью — смесью двухромокислого калия с концентри-
рованной серной кислотой. Хромовую смесь готовят и хранят в
толстостенных стеклянных банках емкостью не более 0,5 л. Для
лучшей очистки сосуд наполняют хромовой смесью и оставляют
так на некоторое время. Использованную хромовую смесь не вы-
ливают, а сливают обратно в банку; ее можно употреблять мно-
гократно. Хромовая смесь может вызвать серьезные ожоги, по-
этому работать с ней нужно очень осторожно. В случае попада-
ния хромовой смеси на кожу пораженное место промывают боль-
шим количеством воды, а затем раствором бикарбоната.
Посуду, обработанную хромовой смесью, промывают водой,
сначала водопроводной, а затем дистиллированной. На стенках
чистой посуды не должно оставаться капель воды, вода должна
равномерно смачивать всю стенку и стекать тонкой пленкой. Фар-
форовые тигли для очистки промывают горячей соляной кисло-
той, а затем обрабатывают хромовой смесью.
Аналитическую посуду не вытирают полотенцем, а высушива-
ют в сушильном шкафу или струей горячего воздуха.
Существует множество анализов, выполняемых весовым ме-
тодом. Все эти анализы включают одни и те же основные опе-
рации: подготовку пробы к анализу, взятие навески, растворение
навески, осаждение, фильтрование и промывку осадка, высуши-
вание, прокаливание осадка до постоянного веса.
Нужно объяснить учащимся, что правильный результат ана-
лиза может быть получен лишь при отсутствии потерь вещества
в ходе анализа. Все операции, связанные с перенесением из одно-
го сосуда в другой навески, влажного осадка, высушенного осад-
ка должны выполняться количественно, т. е. без каких-либо по-
терь. Потери приводят к получению неправильных результатов
анализа.
Большое значение для последующего хода анализа имеет пра-
вильное проведение осаждения. Осаждение обычно ведут в стек-
лянном стакане или в конической плоскодонной колбе, прибавляя
при размешивании из колбы или стакана отмеренное количество
раствора осадителя.
Для каждого конкретного случая существуют определенные
условия осаждения (температура, концентрация осадителя, ско-
рость прибавления осадителя и т. д.).
Только при соблюдении всех условий осаждения можно полу-
чить хорошо фильтрующийся осадок.
Решающее значение имеет полнота осаждения. Если вещество
выпало в осадок неполностью, часть его будет потеряна с раство-
155
ром и результат анализа получится заниженным. Пробу на пол-
ноту осаждения в весовом анализе выполняют следующим обра-
зом: прибавив к раствору рассчитанное количество осадителя
(или небольшой избыток его), осадку дают отстояться; к проз-
рачному раствору над осадком осторожно без перемешивания
добавляют несколько капель осадителя; если в месте падения
капли раствор остается прозрачным, полнота осаждения достиг-
нута.
Фильтрацию ведут через специальные бумажные фильтры,
называемые беззольными. Нужно познакомить учащихся с раз-
личными марками беззольных фильтров и объяснить значение
цветной маркировки пачки фильтров: красная или черная лен-
та — наиболее пористая бумажная масса для фильтрации аморф-
ных осадков; белая лента — менее пористая бумага для фильтра-
ции обычных кристаллических осадков; синяя лента — наиболее
плотная бумага для фильтрации мелкокристаллических осадков.
На обертке пачки фильтров указывается также вес золы, остаю-
щейся после сжигания фильтра. Для беззольных фильтров он не
превышает 0,0002 г и его можно не учитывать при расчете.
Нужно приучить будущих лаборантов экономно расходовать
беззольные фильтры и фильтровальную бумагу и употреблять их
только по прямому назначению.
Фильтрацию ведут через обычную химическую воронку (без
вакуума) или через тигли Гуча — стеклянные тигли с пористым
дном.
Нужно еще раз показать учащимся правильные приемы филь-
трации; складывание фильтра, вкладывание его в воронку, сма-
чивание фильтра дистиллированной водой, сливание раствора на
фильтр по стеклянной палочке. Целесообразно сначала слить с
осадка жидкость, оставив осадок в стакане, и далее промывать
его таким образом: наливать промывную жидкость в стакан, раз-
мешивать с ней осадок и после отстаивания сливать жидкость на
фильтр. Таким приемом (декантацией) можно промыть осадок
быстрее и полнее, чем на фильтре. Промывку ведут для удаления
из осадка примесей и остатков маточного раствора. Полноту про-
мывки проверяют следующим образом: к нескольким миллилит-
рам фильтрата, полученного при промывке осадка, прибавляют
реактив, дающий характерную реакцию с тем ионом, от которого
отмывают осадок: если это ион 5ОД, прибавляют раствор хло-
ристого бария; если это ион Cl", — азотную кислоту и раствор
азотнокислого серебра и т. д. Отсутствие характерной реакции
говорит о полноте промывки осадка.
Начинающие лаборанты обычно допускают ошибку, исполь-
зуя для промывки осадка большие порции промывной жидкости.
Нужно объяснить, что осадок быстрее и полнее отмоется боль-
шим числом малых порций промывной жидкости, т. е. выгоднее
дать пять промывок по 40 мл, чем две по 100 мл.
156
Когда осадок промыт, его полностью переносят на фильтр.
Для этого к нему приливают небольшое количество промывной
жидкости, размешивают и сливают на фильтр по стеклянной па-
лочке. Стакан два-три раза ополаскивают промывной жидкостью
из промывалки и переносят на фильтр все частицы осадка.
В некоторых случаях анализ заканчивается высушиванием и
взвешиванием осадка. Тогда перед фильтрацией бумажный
фильтр высушивают и взвешивают. Высушивание осадка ведут
в сушильном шкафу до тех пор, пока вес его не перестает изме-
няться или, как говорят, до постоянного веса. Высушивание до
постоянного веса — важный прием аналитической работы. Перед
взвешиванием бюкс или чашку с осадком охлаждают в эксикато-
ре. Эксикатор можно зарядить серной кислотой (концентрация
92—93%) или прокаленным хлористым кальцием. Нужно при-
учить учащихся к осторожному обращению с эксикатором; пере-
носить эксикатор можно, только плотно прижимая пальцами
крышку, в противном случае крышка легко может соскользнуть.
Охлажденный в эксикаторе бюкс с осадком взвешивают, высу-
шивают еще час, охлаждают и снова взвешивают. Если расхож-
дение между двумя взвешиваниями не превышает 0,0004 г, «по-
стоянный вес» считается достигнутым.
В ряде случаев, например при определении ионов бария в
виде сернокислого бария, железа в форме ЕегОз, высушенный оса-
док нужно сжечь и прокалить. Фарфоровые тигли для прокали-
вания подготавливают заблаговременно. Тигель нужно вымыть,
просушить и прокалить на газовой горелке или в муфельной печи
до постоянного веса. В тигель вносят высушенный фильтр с осад-
ком, осторожно озоляют фильтр в пламени горелки и затем про-
каливают тигель до постоянного веса.
Если фильтрацию ведут в тигле Гуча, то его высушивают до
постоянного веса перед фильтрацией, а затем фильтруют, промы-
вают осадок, высушивают и прокаливают. Стеклянные тигли Гу-
ча неудобны для прокаливания, так как их нельзя нагревать вы-
ше 600° С.
Нужно показать учащимся приемы пользования сушильными
шкафами и муфельными печами.
Прокаливание — длительная операция и распланировать ра-
боту группы нужно так, чтобы прокаливание в муфельной печи
не задержало выполнения анализов. В муфельной печи прокали-
вается одновременно несколько тиглей. Нужно очень осторожно
вынимать и ставить свой тигель, чтобы не опрокинуть тигли, сто-
ящие в печи. Следует учесть, что муфельная печь нагревается
довольно долго; в день занятий ее нужно включать заблаговре-
менно.
В практикум по весовому анализу можно включить следую-
щие анализы:
анализ хлористого бария;
157
определение содержания железа в железной проволоке;
анализ сернокислого магния;
определение содержания H2SO4 в выданном растворе серной
кислоты.
Анализ хлористого бария заключает в себе два определения —
определение содержания кристаллизационной воды и бария. Кри-
сталлизационную воду определяют, высушивая точную навеску
до постоянного веса при 125° С. Содержание бария определяют,
растворяя точную навеску хлористого бария в воде, осаждая ион
бария в виде сернокислого бария, фильтруя осадок, высушивая,
озоляя, прокаливая его до постоянного веса и вновь взвешивая.
При выполнении этого анализа мастер производственного обуче-
ния должен обратить внимание учащихся на соблюдение условий
осаждения (температуры, концентрации серной кислоты, поряд-
ка приливания реагентов).
Для получения точных результатов анализа в производствен-
ных и исследовательских лабораториях никогда не удовлетворя-
ются одним определением, а делают два или три параллельных
определения и при получении сходящихся результатов берут
средний результат. При анализе химически чистых веществ в
учебной лаборатории есть возможность проверить результат ана-
лиза по формуле, поэтому можно ограничиться одним определе-
нием. Нужно приучить будущих лаборантов аккуратно записы-
вать в лабораторный журнал ход анализа, результаты измерений
и конечные результаты. Совершенно недопустима предваритель-
ная запись результатов взвешивания на отдельных листках, в
случайных тетрадках с последующим переписыванием в журнал.
Все расчеты результатов анализа следует вести в лабораторном
журнале, с тем чтобы можно было восстановить ход расчета и
проверить его. Нужно показать учащимся приемы расчета с по-
мощью таблиц логарифмов и таблиц аналитических множителей,
этими таблицами пользуются в производственных аналитических
лабораториях. Сказанное относится не только к весовому, но и ко
всему количественному анализу.
Пример записи в лабораторном журнале:
Лабораторная работа №
Определение содержания кристаллизационной воды в хлористом барии
Ход определения: точную навеску ВаС12 2Н2О высушивают в сушильном
шкафу при температуре 125° С до постоянного веса (в г):
Вес бюкса с веществом до высушивания............... 21,7245
Вес пустого бюкса.................................. 19,3761
Вес ВаС12-2Н2О...................................... 2,3484
Вес бюкса с веществом после высушивания:
первое взвешивание................................ 21,3800
второе взвешивание .... .... 21,3786
третье взвешивание........................... 21,3785
Вес вещества после высушивания: 21,3785 г—19,3761 г—2,0024 г.
158
Содержание кристаллизационной воды в навеске:
2,3484—2,0024
2,3484
100=14,73%.
Далее учащийся может проверить точность определения.
Молекулярный вес ВаС1г • 2НгО — 244,3; в соответствии с молекулярным
весом содержание воды в химически чистом ВаОг 2НгО:
-38’03 - 100=14,75%.
244,3
Следовательно, ошибка анализа: 14,75% — 14,73% =0,02%.
Относительная ошибка составляет:
14,75—14,73 . 1оо = О,14%.
14,75
Вместо определения бария можно предложить учащимся
определить в хлористом барии содержание хлора. Для этого
осаждают ион хлора в виде хлористого серебра (прибавляя
раствор азотнокислого серебра). Осадок отфильтровывают че-
рез предварительно взвешенный тигель Гуча, промывают и вы-
сушивают в сушильном шкафу при 125—130° С.
Для определения содержания железа в железной проволоке
кусок проволоки тщательно очищают от окислов наждачной бу-
магой, берут точную навеску, растворяют при нагревании в со-
ляной кислоте, добавляя азотную кислоту, чтобы окислить все
железо до трехвалентного. Добавляя раствор аммиака, осаж-
дают гидрат окиси железа, промывают и фильтруют; осадок вы-
сушивают, сжигают и прокаливают. По количеству полученного
остатка окислов железа (Ге20з) рассчитывают содержание же-
леза в железной проволоке. Нужно обратить внимание учащихся
на следующие моменты: полнота окисления железа до трехва-
лентного состояния, условия получения хорошо фильтрующегося
осадка, промывка осадка от ионов хлора.
Для определения содержания магния в кристаллическом сер-
нокислом магнии навеску его растворяют в воде и осаждают ион
магния в виде магний-аммонийфосфата. Полученный осадок от-
фильтровывают, промывают и высушивают. В данном случае
учащиеся знакомятся с новым для них приемом сжигания филь-
тра отдельно от осадка. Для этого высушенный осадок отделяют
от фильтра, фильтр сжигают в тигле и прокаливают. После этого
в охлажденный тигель с остатком после прокаливания фильтра
вносят осадок и вновь прокаливают теперь уже до постоянного
веса. Для этого анализа большое значение имеет соблюдение ус-
ловий осаждения: температуры, порядка прибавления реагентов.
Здесь,- как и при анализе хлористого бария, правильность вы-
полнения анализа можно проверить расчетным путем исходя из
формулы кристаллического сернокислого магния—MgSO4-7H2O.
Последняя работа может носить характер контрольной. Мас-
159
тер производственного обучения готовит для каждого учаще-
гося раствор, содержащий определенное количество серной кис-
лоты. Для этого можно использовать, например, 1 н. раствор
серной кислоты. Мастер спускает в колбу из бюретки опреде-
ленный объем серной кислоты и добавляет дистиллированную
воду, с тем чтобы растворы, содержащие разное количество сер-
ной кислоты, имели одинаковый объем, например 50 мл. Не сле-
дует брать меньше 10 мл 1 и. серной кислоты, иначе будет
слишком мал вес осадка. Получив колбу с раствором, учащийся
должен осадить сульфат-ион раствором хлористого бария, от-
фильтровать, высушить и прокалить осадок и по весу остатка
после прокаливания рассчитать содержание серной кислоты в
выданном растворе.
Объемный анализ
Методики объемного анализа основаны на точном измерении
объемов растворов реагирующих веществ. Мерная посуда, с ко-
торой учащиеся имели дело раньше (цилиндры, мензурки), не-
пригодна для точного измерения объемов. В практикуме по
объемному анализу следует раздать учащимся мерную посуду,
которой они будут пользоваться до конца практикума. Каждый
учащийся должен получить две-три мерные колбы (500 мл,
250 мл и 100 мл), 3—4 пипетки (10, 20, 25 мл) и две бюретки
(по 25 мл). Нужно объяснить учащимся, что при выполнении
анализа объемным методом точный результат можно получить
только при условии пользования одной и той же мерной посу-
дой.
Мерную посуду моют хромовой смесью. Обычно этого ока-
зывается недостаточно для полной очистки, поэтому мерную по-
суду дополнительно пропаривают, т. е. обрабатывают паром, по-’
ступающим из колбы с нагретой до кипения водой.
Емкость мерных колб и пипеток, указанная на фабричной
маркировке, не всегда точно совпадает с истинной емкостью.
Важнейшая подготовительная операция в объемном анализе —
калибровка мерной посуды. Вымытую и высушенную колбу взве-
шивают на технохимических весах и наполняют до метки ди-
стиллированной водой при 20° С. Наполнение мерной колбы —
важнейшая операция в объемном анализе. В колбу с помощью
воронки с длйнным носиком вливают воду, заполняя шар колбы
и часть горлышка. Носик воронки должен быть ниже метки на
горлышке колбы. Затем осторожно вынимают воронку и по кап-
лям доливают воду точно до метки. При этом нижний край ме-
ниска должен совпадать с меткой. Этот прием называется «до-
ведением до метки». Если на внутренней поверхности горлышка
колбы остались капли воды выше метки, их удаляют, прикасаясь
к ним полоской фильтровальной бумаги. Колбу с водой взвеши-
вают, по таблице находят плотность воды при температуре изме-
160
рения и вычисляют емкость колбы. Во всех дальнейших расчетах
принимают эту найденную емкость.
Пипетки заполняют, засасывая в них жидкость с помощью
вакуума или резиновой груши. Категорически запрещается за-
сасывать в пипетку ртом концентрированные растворы кислот и
щелочей. Для наполнения пипетки хромовой смесью (при про-
мывке) на верхний конец пипетки надевают каучук с зажимом,
в свободный конец каучука вставляют стеклянную трубку, через
нее очень осторожно всасывают в пипетку хромовую смесь и за-
крывают зажим. Можно наливать хромовую смесь в высокий
цилиндр и погружать туда пипетку.
Пипетку калибруют, наполняя ее до метки дистиллированной
водой, спуская воду во взвешенный (тарированный) бюкс и
взвешивая бюкс с водой.
Особое внимание нужно обратить на освобождение пипетки
от жидкости. После вытекания жидкости из пипетки в подстав-
ленный сосуд в носике пипетки остается несколько капель жид-
кости. Для удаления ее нужно прикоснуться кончиком пипетки
к стенке сосуда, но не выдувать эти капли.
Для получения совпадающих результатов анализа нужно
всегда одинаковым образом наполнять и освобождать пипетки.
Бюретки промывают так же, как пипетки: погружают верх-
ним концом в банку с хромовой смесью, засасывают в бюретку
хромовую смесь до последнего деления на бюретке (с тем чтобы
каучук не подвергся действию хромовой смеси) и закрывают
кран или зажим. Емкость бюретки проверяют, спуская во взве-
шенный бюкс сначала 5 мл воды, затем 10, 15, 20 мл и т. д. За-
тем определяют поправку для отдельных участков бюретки. Если
поправка находится в пределах точности отсчета объема по бю-
ретке, то для обычных аналитических работ ею можно пренебре-
гать.
Бюретки и мерные колбы хранят заполненными дистиллиро-
ванной водой; пипетки — в специальном штативе в вертикаль-
ном положении, на верхний конец пипеток надевают стеклянные
колпачки.
В практикум целесообразно включить работы, выполняемые
основными методами объемного анализа — методами нейтра-
лизации, перманганатометрии, йодометрии и осаждения (арген-
тометрия и роданометрия).
Работу по каждому методу следует строить по такому плану:
1) приготовление рабочих растворов и установка титров;
2) освоение приемов работы, выполнение анализов;
3) выполнение контрольных анализов.
Во всех работах следует обращать внимание на технику вы-
полнения анализа.
Важнейшая задача этого раздела практикума — обучение бу-
дущих лаборантов правильным приемам титрования.
11—747
161
Учащиеся должны уметь правильно собрать бюретку — на-
деть на нижний ее конец каучук с бусинкой или металлическим
зажимом и вставить носик. Собранную бюретку ополаскивают
рабочим раствором (тем, которым собираются ее наполнить), за-
крепляют в лапке штатива в вертикальном положении и напол-
няют рабочим раствором. В наполненной бюретке не должно
оставаться пузырьков воздуха. Нужно показать учащимся прие-
мы удаления воздуха из нижней части бюретки (спуск раствора
сильной струей, засасывание раствора в бюретку и др.). Затем
бюретку наполняют раствором до нулевого деления. При отсче-
те уровня жидкости в бюретке большое значение имеет положе-
ние глаза наблюдателя. Отсчет ведут обычно по нижнему краю
мениска, причем глаз наблюдателя должен находиться на уров-
не мениска.
Титрование ведут, действуя обеими руками: левой рукой
управляют краном бюретки, правой — вращают колбу с раство-
ром, перемешивая ее содержимое.
Спуск рабочего раствора ведут до достижения эквивалентной
точки. В первых опытах учащиеся обычно ведут титрование очень
долго, спуская по две-три капли. Чтобы ускорить работу, следует
при первом титровании спускать по 1—2 мл и установить прибли-
зительный расход рабочего раствора, а затем уже вести точное
титрование, спуская большую часть раствора в один прием и до-
водя затем до эквивалентной точки по одной капле. Точное титро-
вание повторяют трижды и берут среднее из трех определений.
Спуски не должны различаться более чем на 0,1 мл.
Титрование можно вести со «свидетелем» — в колбу с водой
вносят одну-две капли раствора индикатора и одну каплю ра-
бочего раствора; полученная окраска соответствует окраске
титруемого раствора в эквивалентной точке.
Первая лабораторная работа по анализу методом ней-
трализации — приготовление рабочего раствора соляной
кислоты и установление его титра.
Установочное вещество — перекристаллизованную буру, по
усмотрению мастера производственного обучения, готовит пре-
паратор или сами учащиеся.
Техническую буру перекристаллизовывают из горячей воды
(температура около 60° С), выпавшие при охлаждении кристал-
лы десятиводной буры отфильтровывают на воронке Бюхнера и
высушивают между листами фильтровальной бумаги. При дли-
тельном хранении кристаллы буры могут потерять часть кри-
сталлизационной воды, поэтому их нужно хранить в банке с при-
тертой пробкой или в эксикаторе, на дно которого помещена
фарфоровая чашка с насыщенным раствором бромистого натрия,
содержащим нерастворенный избыток этой соли.
Для установления титра раствора соляной кислоты готовят
точный раствор буры: точную навеску буры, взятую на аналити-
162
ческих весах (аналитическую навеску), растворяют в горячей во-
де, переносят в мерную колбу и доводят водой до.метки.
Рабочий раствор соляной кислоты готовят, разбавляя по рас-
чету концентрированную соляную кислоту дистиллированной во-
дой. При приготовлении рабочих растворов можно пользоваться
цилиндрами и мензурками.
Пипеткой переносят 25 мл раствора буры в коническую кол-
бу, добавляют 1—2 капли раствора метилового оранжевого и
титруют из бюретки рабочим раствором соляной кислоты.
Нужно познакомить учащихся с индикаторами, применяю-
щимися для выполнения анализов методом нейтрализации, и с
другими кислотно-основными индикаторами, применяющимися
для контроля производства. Среди них — метиловый оранже-
вый, метиловый красный, конго красный, фенолфталеин, лакмус,
бриллиантовый желтый.
Следует иметь в виду, что интервал pH перехода индикатор-
ной бумаги несколько отличается от интервала pH перехода ин-
дикатора в растворе. Например, конго красный: переход окраски
в растворе при pH 3,0—5,2; на бумаге 2,5—4,0; фенолфталеин; в
растворе 8,2—10,0; на бумаге 9,0—10,2. Это расхождение не
имеет практического значения при выполнении анализов.
Рабочий раствор щелочи готовят, растворяя твердый едкий
натр в воде, освобожденной кипячением от углекислого газа.
Куски едкого натра предварительно ополаскивают водой (чтобы
удалить соду, образующуюся на поверхности). К раствору при-
бавляют немного хлористого бария (в виде 2 н. раствора), дают
хорошо отстояться выпавшему осадку углекислого бария и де-
кантируют прозрачный раствор едкого натра.
Титр раствора устанавливают по щавелевой кислоте, очищен-
ной двумя последовательными перекристаллизациями из
10%-ной соляной кислоты и из горячей воды.
Раствор хранят в склянке, плотно закрытой резиновой проб-
кой (но не притертой!).
На все склянки с рабочими растворами должны быть на-
клеены этикетки с названием вещества, нормальностью раствора
и поправкой. Редко удается приготовить раствор, концентрация
которого точно соответствует расчетной. Например, 0,1 и. раствор
едкого натра при установке его титра обнаружил концентра-
цию 0,1012 н. Тогда для расчетов результатов анализа вводят
поправочный коэффициент 1,012 — частное от деления фактиче-
ской концентрации раствора (0,1012 н.) на расчетную (0,1 н.).
Этот поправочный коэффициент (его часто называют просто по-
правкой) обозначают буквой К; он входит во все расчеты резуль-
татов анализов.
Учащиеся должны уметь рассчитать навеску для приготов-
ления растворов. Расчеты эти похожи на расчеты, уже знако-
мые учащимся из практикума по неорганической химии (раздел
11*
163
«Растворы»), Концентрации растворов в объемном анализе вы-
ражают обычно через нормальность раствора — число грамм-
эквивалентов вещества в 1 л раствора.
Пример расчета.
1. Сколько граммов буры (Na2B4O7 • ЮИ2О) нужно взять, чтобы пригото-
вить 250 мл 0,1 н.раствора?
Молекулярный вес буры 381,4.
Грамм-эквивалент буры 381,4 : 2=190,7 г.
Для получения 1 л 0,1 н.раствора нужно 19,07 г.
Для получения 250 мл 0,1 н.раствора «ужно 4,7675 г.
2. Сколько граммов щавелевой кислоты (СООН • СООН • 2Н2О) нужно
взять, чтобы приготовить 1 л 0,1 н.раствора?
Молекулярный вес щавелевой кислоты 126,07.
Трамм-эквивалент щавелевой кислоты 126,07 : 2=63,035 г.
Для получения 1 л 0,1 н.раствора нужно 6,3035 г.
В качестве учебных задач можно предложить следующие:
определение содержания H2SO4 в технической серной кис-
лоте;
определение содержания SO3 в 20%-ном олеуме;
определение едких щелочей и карбонатов при совместном
присутствии (анализ технического едкого натра);
определение карбонатов и бикарбонатов при совместном при-
сутствии;
определение временной и общей жесткости воды.
Приемы работы при выполнении этих анализов не представ-
ляют особых трудностей, исключение — анализ олеума. Пробу
олеума отбирают в предварительно взвешенную ампулу — тон-
костенный стеклянный шарик с длинной шейкой, оттянутой в ка-
пилляр. Шарик слегка нагревают в пламени горелки и погру-
жают в олеум открытый конец капилляра. Олеум всасывается
по капилляру в шарик, а конец капилляра заплавляют затем в
пламени горелки. Ампулу взвешивают и помещают в толсто-
стенную стеклянную банку, куда предварительно заливают ди-
стиллированную воду и помещают массивные стеклянные буси-
ны или обрезки стеклянной палочки. Банку плотно закрывают и
энергично встряхивают. Ампула разбивается и олеум раство-
ряется в воде. Следует помнить, что серный ангидрид плохо
растворим в воде; нужно встряхивать банку с уже разбитой ам-
пулой 20—30 мин., чтобы полностью перевести серный ангидрид
в раствор. Полученный раствор титруют щелочью.
В качестве контрольных задач можно предложить определе-
ние содержания H2SO4 в выданном растворе серной кислоты и
определение содержания Ыа2СОз в выданном растворе соды.
Для расчетов результатов анализа удобнее всего пользовать-
ся уравнением
V-N=VX-NX,
164
где V —объем рабочего раствора, пошедший на титрова-
ние В МЛ',
N —нормальность рабочего раствора;
Vx—объем анализируемого раствора в мл;
Nx—нормальность анализируемого раствора.
Этим уравнением удобно пользоваться для всех случаев пря-
мого титрования. Это уравнение лежит в основе расчета содер-
жания анализируемого вещества в навеске. В качестве примера
можно привести расчет содержания H2SO4 в технической серной
кислоте.
Пример расчета.
Навеска технической серной кислоты g = 2,8230 г.
Навеска разбавлена в мерной колбе до объема Vi= 1000,20 мл.
На титрование пипеткой взят объем V2=25,06 мл.
Концентрация раствора едкого натра N=0,1012 н.
Спуск раствора едкого натра а= 13,22 мл.
1. Вычисляем концентрацию H2SO4 в растворе, взятом для титрования:
Nx = “ ' N_ = 13,22-0,1012 =0 0534 н
Уг 25,06
2. Вычисляем содержание H2SO4 в навеске технического продукта:
49-#fVi = 49 • 0,0534 • 1000,20 =26164 г
1000 1000
где 49 — грамм-эквивалентный вес серной кислоты.
3. Вычисляем процентное содержание H2SO4 в технической серной кислоте:
Х= j.’6164 • 100= 2-164 • 100 = 93,04%.
g 2,8230
Для сокращения расчетов можно составить расчетную формулу:
у_ 49-а-Д'- Vi- 100
1000- V2-g
Подставляя в формулу числовые значения всех величин, можно получить ре-
зультат анализа.
Лабораторные работы по пермангаиатометри и на-
чинают с приготовления рабочего раствора марганцево-
кислого калия КМпО4 (иначе перманганата калия). Навеску
перманганата растворяют в горячей воде, охлаждают, закры-
вают сосуд пробкой и оставляют в темноте на 7—8 дней. После
этого раствор отфильтровывают через воронку с пористой пла-
стинкой, сливают в склянку темного стекла и устанавливают его
титр по щавелевой кислоте. *
Если нет склянки темного стекла, можно взять обычную
склянку и окрасить ее снаружи черным лаком.
Поскольку для установления постоянной концентрации
КМпО4 необходимо выдерживать раствор 7—8 дней, целесооб-
165
разно приготовить его заранее, например во время выполнения
работ по нейтрализации.
Установочное вещество для раствора перманганата — пере-
кристаллизованная щавелевая кислота. Титрование точного
раствора щавелевой кислоты раствором перманганата ведут в
присутствии серной кислоты при температуре 70—80° С (не
выше!).
При титровании перманганатом натрия индикатором служит
сам раствор перманганата. В эквивалентной точке титруемый
раствор окрашивается в розовый цвет от прибавления одной
капли раствора перманганата, причем окраска не исчезает в те-
чение 1—2 мин. При работе с раствором перманганата нельзя
пользоваться бюреткой с каучуком; пригодна только бюретка со
стеклянным краном. От длительного контакта с раствором пер-
манганата на стекле появляется коричневый налет двуокиси мар-
ганца. Налет этот можно удалить соляной кислотой.
В качестве учебных задач здесь можно предложить два ана-
лиза:
1) определение содержания двухвалентного железа в соли
Мора или в железном купоросе;
2) определение содержания NaNCh в техническом нитрите
натрия.
При анализе соли Мора следует брать большой избыток сер-
ной кислоты, чтобы уменьшить гидролиз FeSO4. В отличие от ща-
велевой кислоты соли двухвалентного железа титруют при ком-
натной температуре, чтобы избежать окисления Fe2+ кислородом
воздуха.
При анализе нитрита натрия учащиеся впервые встречаются
с приемом обратного титрования. Этот прием широко приме-
няется в техническом анализе, и учащиеся должны хорошо его
освоить.
Сущность обратного титрования заключается в том, что к
анализируемому раствору прибавляют заведомый избыток рабо-
чего раствора, а затем подходящим реактивом титруют избыток
рабочего раствора, не вошедший в реакцию. По разности опре-
деляют объем рабочего раствора, вступивший в реакцию, и про-
изводят расчет. При анализе нитрита натрия такой прием необ-
ходим, потому что во время постепенного прибавления раствора
перманганата к кислому раствору нитрита происходило бы уле-
тучивание окислов азота и окисление HNO2 в HNO3 кислородом
воздуха и результат анализа был бы понижен. Чтобы избежать
этого, к определенному объему (а) раствора перманганата, взя-
тому в заведомом избытке, прибавляют серную кислоту, вводят
отмеренный объем (Ь) анализируемого раствора нйтрита, за-
крывают колбу пробкой и перемешивают. Затем в колбу при-
бавляют определенный объем (с) раствора щавелевой кислоты
с известной концентрацией. Щавелевая кислота реагирует с из-
Ш6
бытком перманганата, но так как и ее берут в заведомом из-
бытке, часть ее остается в растворе. Этот избыток щавелевой
кислоты титруют раствором перманганата — объем раствора
перманганата, пошедший на титрование (d). Зная объемы а, Ь,
end, производят расчет содержания нитрита натрия в анали-
зируемом растворе. Здесь проводят как бы двойное обратное
титрование. Расчет результатов такого анализа более сложен,
чем расчет прямого титрования.
Пример расчета.
Навеска технического нитрита натрия 0,7750 г растворена в 250 мл воды.
Для анализа взяли 20,00 мл (Ь) этого раствора.
я=40,00 мл; с=50,00 мл; d— 18,00 мл.
Концентрация раствора марганцевокислого калия 0,1000 и.
Концентрация раствора щавелевой кислоты 0,0950 н.
1. Определяем объем раствора щавелевой кислоты, вступившего в реакцию
с избытком марганцевокислого калия:
оттитровано обратно щавелевой кислоты
16 •0,0950=18,00 • 0,1000; Vi = 18,00 ~ °’1000 = 19,00 мл;
0,0950
вступило в реакцию щавелевой кислоты 50,00 мл—19,00 лл=31,00 мл.
2. Определяем объем раствора марганцевокислого калия, вступившего в
реакцию с 25 мл раствора нитрита натрия:
избыток раствора марганцевокислого калия
V2 • 0,1000=31,00 • 0,0950; V2= °’0950. =29,55 мл,
0,1000
вступило в реакцию марганцевокислого калия 40,00 мл—29,55 мл= 11,45 мл.
3. Определяем нормальность раствора нитрита натрия:
11,45 • 1,0000=20,00 • Nx; Nx = И '-45 ' °'1000 = 0,572 н.
20,00
4. Определяем количество NaNO2 в навеске:
34,5 • 0,0572-250 = 04933
1000
где 34,5 — грамм-эквивалент NaNO2.
5. Определяем содержание NaNO2 в навеске:
-QJ933 . 100=63.64 %.
0,7750
Как контрольную задачу в этом разделе можно предложить
определение щавелевокислого аммония в выданном растворе.
Для йодометрического анализа сначала готовят
рабочий раствор тиосульфата. Кристаллы тиосульфата
(Na2S2O3 • 5Н2О) растворяют в прокипяченной дистиллирован-
ной воде и помещают в склянку темного стекла.
Титр раствора тиосульфата устанавливают по точно приго-
товленному раствору бихромата калия К2Сг2О7. Бихромат калия
167
предварительно перекристаллизовывают из воды и высушивают
при 200° С до постоянного веса. В отличие от раствора перман-
ганата раствор бихромата устойчив и пользоваться им можно
сразу после приготовления. Следует иметь в виду, что бихромат
калия разрушающе действует на кожные покровы и дыхатель-
ные пути. Особенно осторожным надо быть при растирании вы-
сушенного бихромата — избегать вдыхания его пыли. Эту ра-
боту надо выполнять под тягой, защитив руки резиновыми пер-
чатками.
Раствор бихромата титруют тиосульфатом по методу заме-
щения: отмеренный объем точного раствора бихромата вносят
в колбу для титрования, куда предварительно помещают раство-
ры йодистого калия и серной кислоты. Бихромат реагирует с
йодистым калием, выделяется йод, который титруют раствором
тиосульфата. Иод выделяется в количестве, эквивалентном со-
держанию бихромата, и тиосульфат расходуется на титрование
йода также в количестве, эквивалентном содержанию бихрома-
та. Этот метод обычно применяется при йодометрическом анали-
зе окислителей.
Индикатором служит раствор крахмала. Его готовят, расти-
рая 1 г растворимого (рисового) крахмала с 10—15 мл холодной
воды и вливая эту массу тонкой струей при размешивании в ки-
пящую воду (200 мд); затем раствор кипятят еще 3—5 мин. и
охлаждают. Для повышения устойчивости раствора крахмала к
нему прибавляют 1,5—2 г хлористого цинка или салициловой
кислоты. На каждое титрование берут 2—3 мл раствора крах-
мала.
В присутствии свободного йода раствор окрашивается в си-
ний цвет; когда весь йод в процессе восстановления превращает-
ся в йодид-ион, синяя окраска исчезает.
В отличие от индикаторов, применяемых при нейтрализации,
раствор крахмала прибавляют перед концом титрования.
Вместо раствора бихромата для установления титра раство-
ра тиосульфата можно взять раствор перманганата калия, при-
менявшийся при перманганатометрическом анализе.
Второй рабочий раствор, раствор йода, готовят, растворяя
кристаллический йод в водном растворе йодистого калия. Йод
необходимо предварительно очистить от примесей. Для этого его
сначала растирают в ступке с йодистым калием (10—15% от
веса йода) и прокаленной окисью кальция (40—50% от веса
йода), а затем подвергают возгонке. Точную навеску возогнан-
ного йода растворяют в водном растворе йодистого калия. Коли-
чество йодистого калия в растворе должно в два-три раза превы-
шать количество йода. Если через 30 мин. еще остались нераст-
воренные кристаллы йода, нужно прибавить к раствору еще не-
много йодистого калия. Раствор йода хранят в плотно закрытой
склянке из темного стекла.
168
Следует помнить, что йод летуч даже при комнатной темпе-
ратуре. Пары его сильно действуют на дыхательные пути и мо-
гут вызвать серьезное отравление. Кроме того, они сильно кор-
родируют металлические части приборов, в частности аналити-
ческих весов. Поэтому нужно следить, чтобы учащиеся всю ра-
боту с кристаллическим йодом (пересыпание, измельчение, воз-
гонка и пр.) вели под тягой. В весовую комнату его можно вно-
сить только в закрытом бюксе.
Титр раствора йода устанавливают по раствору тиосуль-
фата.
Учащиеся должны освоить технику титрования: к раствору
йода прибавляют раствор тиосульфата до достижения бледно-
желтой окраски раствора; затем к раствору добавляют 2—3 мл
раствора крахмала (раствор окрашивается в синий цвет) и про-
должают титровать тиосульфатом до обесцвечивания раствора.
В качестве учебной задачи можно предложить определение
содержания сернистого натрия в техническом продукте. При
титровании выделяется коллоидная сера (образующаяся за счет
окисления сульфид-иона), которая не мешает определению.
В качестве контрольной задачи можно предложить учащимся
определить содержание сернистокислого натрия в выданном рас-
творе.
В обоих случаях, как и во многих других случаях анализа
восстановителей, к точному объему анализируемого раствора
прибавляют отмеренное количество раствора йода (заведомый
избыток по отношению к анализируемому веществу) и после пя-
тиминутной выдержки титруют раствором тиосульфата не во-
шедший в реакцию йод.
Из анализов, выполняемых методами осаждения, в
практикум следует включить аргентометрическое определение
хлоридов (по методу Мора) и роданометрическое определение
хлоридов (по методу Фольгарда).
Первая лабораторная работа в этом разделе — приготовле-
ние рабочего раствора азотнокислого серебра. Поскольку этот
реактив учитывается финансовыми органами наряду с драго-
ценными металлами, нужно обеспечить бережное его хранение
(например, в несгораемом шкафу) и выдавать его учащимся в
строго необходимом количестве с отметкой в специальной ведо-
мости. Предварительно следует проинструктировать учащихся
об обязательной сдаче отходов, содержащих соли серебра: от-
фильтрованных и высушенных осадков хлористого серебра, ро-
данистого серебра и др. Это правило распространяется на все
лаборатории: учебные, производственные, исследовательские —
и нужно с самого начала приучить будущих лаборантов к стро-
гому его выполнению.
Приготовленный раствор азотнокислого серебра хранят в
склянке темного стекла. Титр этого раствора устанавливают
169
по точно приготовленному раствору химически чистого хлори-
стого натрия. Если такого препарата нет, можно подвергнуть
очистке обычную поваренную соль. Для этого готовят насыщен-
ный раствор поваренной соли, фильтруют его, а затем охлаж-
дают водой со льдом и насыщают хлористым водородом. Вы-
павший осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера, промы-
вают соляной кислотой, высушивают и прокаливают при 500—
600° С до постоянного веса.
Индикатором при титровании по методу Мора служит
10%-ный водный раствор хромовокислого калия.
К точно отмеренному объему раствора хлористого натрия
прибавляют. 1—2 капли раствора индикатора и титруют из бю-
ретки раствором азотнокислого серебра. В эквивалентной точке
белый осадок хлористого серебра приобретает красноватый от-
тенок. Определение эквивалентной точки при первых титрова-
ниях должен показать мастер, так как это требует известного
навыка.
В качестве учебной задачи можно предложить определение
хлорид-иона в технической поваренной соли или хлористом ка-
лии. Нужно помнить, что титрование по методу Мора можно
вести только в нейтральной среде: в кислой среде не образуется
осадок хромовокислого серебра и, следовательно, нельзя опреде-
лить эквивалентную точку; в щелочной — выпадает осадок оки-
си серебра.
Для титрования по методу Фольгарда готовят рабочий рас-
твор роданистого аммония NH4CNS (роданид аммония). Титр
этого раствора устанавливают по рабочему раствору азотнокис-
лого серебра, титр которого установлен по методу Мора. Инди-
катором служит насыщенный водный раствор железоаммоний-
ных квасцов NH4Fe(SC>4)2’ 12Н2О, к которому добавлено немно-
го азотной кислоты.
К отмеренному объему раствора азотнокислого серебра до-
бавляют воду, 2—3 мл раствора индикатора и титруют раство-
ром роданида до появления неисчезающей красной окраски рас-
твора.
Определение хлоридов по методу Фольгарда ведут обратным
титрованием: к отмеренному объему раствора анализируемого
вещества добавляют заведомый избыток рабочего раствора азот-
нокислого серебра, а затем раствором роданида титруют азотно-
кислое серебро, не вошедшее в реакцию.
Нужно показать учащимся правильные приемы титрования
по методу Фольгарда: для ускорения коагуляции осадка хлори-
стого серебра перед титрованием роданидом в колбу прибав-
ляют азотную кислоту, раствор взбалтывают осторожно, чтобы
не взмутить скоагулировавшийся осадок хлористого серебра.
В качестве учебных задач здесь тоже можно предложить ана-
лиз технической поваренной соли или хлористого калия.
170
В качестве контрольных задач можно рекомендовать опре-
деление двумя методами содержания хлористого натрия или
хлористого калия в выданном растворе.
Следует иметь в виду, что хлористое серебро легко разла-
гается на свету, причем белая окраска превращается в сирене-
вую. Поэтому титрование, приводящее к образованию азотно-
кислого серебра, не следует вести на прямом солнечном свету
(например, около окна).
В заключение практикума по объемному анализу нужно по-
знакомить учащихся с приготовлением рабочих растворов или
растворов для установки титров из фиксаналов.
Учащиеся должны освоить приемы подготовки ампулы, установ-
ки ее в воронке над мерной колбой, разбивания ампулы спе-
циальными бойками, количественного извлечения содержимого
ампулы и переноса его в мерную колбу.
Газовый анализ
В этом разделе учащиеся должны познакомиться с приемами
отбора проб воздуха, топочных газов и анализа их на газоана-
лизаторе типа Орса, а также с экспрессными методами газового
анализа.
Для отбора проб газа служат газовые пипетки — широкие
стеклянные трубки определенной емкости (например, 500 мл) с
кранами на обоих концах. Для отбора проб атмосферного воз-
духа можно пользоваться также аспиратором (прибором, со-
стоящим из двух сообщающихся сосудов — бутылей, соединен-
ных резиновой трубкой; одна бутыль является приемником газа,
вторая служит для создания разрежения).
Нужно показать учащимся приемы отбора проб газов и ат-
мосферного воздуха и научить их пользоваться различными га-
зоотборными устройствами.
Далее нужно познакомить учащихся с устройством и прави-
лами обслуживания газоанализатора типа Орса
(ГХ-1, ГХ-3, ГХА-ЗМ). Учащиеся должны знать устройство и
назначение основных частей прибора: поглотительных сосудов,
бюретки с рубашкой, распределительной трубки («гребенки»),
уравнительного сосуда, трехходового крана; уметь подготовить
прибор к работе и провести определение.
Перед началом работы готовят поглотительные растворы:
раствор едкого кали (для поглощения углекислого газа), щелоч-
ной раствор пирогаллола (для поглощения кислорода), аммиач-
ный раствор хлорида одновалентной меди (для поглощения оки-
си углерода). Можно использовать и другие поглотительные
растворы (например, щелочной раствор пирогаллола А или со-
лянокислый раствор хлорида меди). Учащиеся должны помнить,
что все эти растворы чувствительны к действию воздуха и их
171
нужно хранить в герметически закрытых склянках. Для запол-
нения уравнительного сосуда готовят насыщенный раствор по-
варенной соли.
Далее проверяют работу кранов: трехходового и запорных.
Если краны плохо проворачиваются, их смазывают вазелином.
После этого заполняют поглотительные и уравнительные со-
суды соответствующими растворами и проверяют герметичность
отдельных кранов и всего прибора в целом. Для этого устанав-
ливают уровень растворов в поглотительных сосудах на метках
под кранами и уровень жидкости в бюретке на верхней метке.
Уровень раствора в бюретке и в поглотительных сосудах нужно
устанавливать медленным подниманием или опусканием урав-
нительного сосуда. Краны следует закрывать только после того,
как установится постоянный уровень. Учащиеся должны хорошо
освоить технику набора и перекачивания газа при помощи урав-
нительного сосуда. Убедившись в герметичности сосуда, присту-
пают к анализу.
Пробу газа засасывают в бюретку, опуская уравнительный
сосуд; засасывание и вытеснение проводят несколько раз и, на-
конец, отмеривают точный объем газа — 100 мл. Нужно обра-
тить внимание учащихся на то, чтобы при всех отсчетах на бю-
ретке жидкость в бюретке и в уравнительном сосуде была на
одном уровне.
Поднимая и опуская уравнительный сосуд, переводят газ в
сосуд с раствором едкого кали и обратно (открыв предваритель-
но кран над сосудом) до полного поглощения углекислого газа;
это определяется постоянством объема газа между двумя после-
довательными отсчетами по бюретке. Доводят объем раствора
едкого кали до метки, закрывают кран над сосудом и делают
отсчет по бюретке.
Таким же образом определяют содержание кислорода, пере-
водя остаток газа после первого поглощения в сосуд с раствором
пирогаллола; содержание окиси углерода определяют, последо-
вательно переводя газ в третий поглотительный сосуд.
Нужно напомнить учащимся, что изменение последователь-
ности работы неизбежно приведет к ошибкам: нельзя, например,
определять содержание кислорода, пока не поглощен углекис-
лый газ.
В качестве учебных задач можно предложить учащимся опре-
делить содержание кислорода в воздухе, провести анализ зара-
нее отобранной пробы топочного газа или приготовить для ана-
лиза искусственную смесь газов, например углекислого газа и
воздуха.
Далее нужно познакомить учащихся с экспрессными
методами определения газов в воздухе. При-
бор для экспрессного анализа — переносный газоанализатор
периодического действия конструкции ВНИИОТ (Всесоюзный
172
научно-исследовательский институт охраны труда). Основная
часть прибора — воздухозаборное устройство, состоящее из
сильфона с пружиной и штоком. На верхнем основании силь-
фона имеется штуцер с резиновым шлангом для всасывания
воздуха. Свободный конец шланга натягивают на конец индика-
торной трубки, наполненной соответствующим реактивом, и про-
сасывают через трубку воздух, содержащий определяемые газы.
По изменению цвета реактива в трубке судят о содержании га-
за в воздухе.
Учащиеся должны уметь подготовить прибор к работе и про-
вести анализ. Для этого, открыв крышку прибора, отводят сто-
пор и вставляют шток во втулку, подготавливают индикаторную
трубку и фильтрующий патрон (выбор их зависит от характера
определяемого газа); нажимая на шток, сжимают сильфон до
объема, указанного на штоке; присоединяют к прибору индика-
торную трубку и фильтрующий патрон; отводят стопор и дают
возможность пружине сильфона разжаться; по окончании про-
сасывания воздуха сравнивают изменение окраски индикаторной
трубки со шкалой. Нужно познакомить учащихся с приемами
определения сероводорода, окиси углерода, аммиака. Учащиеся
должны уметь снаряжать индикаторные трубки и фильтрующие
патроны. Следует помнить, что индикаторные порошки имеют
определенный срок хранения и пользоваться ими по истечении
этого срока нельзя. При работе с переносным газоанализатором
не следует долго сжимать пружины сильфона.
ЛИТЕРАТУРА,
Алексеев В. Н. Курс аналитической химии. М., Госхимиздат, 1958.
Крешков А. П., Ярославцев А. А. Курс аналитической химии. М.,
Госхимиздат, 1954.
Ш а п и р о С. А. Качественный анализ. М., Госхимиздат, 1953.
Ш а п и р о С. А. Количественный анализ. М., Госхимиздат, 1953.
Глава VI
АНАЛИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
В этой части практикума учащиеся должны освоить приемы
анализа органических веществ.
Часть методов анализа уже знакома учащимся из практику-
ма по количественному анализу неорганических соединений:
йодометрия, аргентометрия, нейтрализация, осаждение. Приемы
работы здесь близки к приемам, освоенным в практикуме по ве-
совому и объемному анализу: титрование с различными индика-
торами, высушивание до постоянного веса и т. д.
Учащиеся познакомятся и с новыми для них методами анали-
за: бромометрией, диазотированием, азосочетанием, ванадомет-
рией и другими методами восстановления. При освоении этих
методов учащиеся должны овладеть и новыми приемами работы:
титрованием с внешним индикатором, титрованием в токе угле-
кислого газа, работой с охлаждаемой бюреткой, приготовлением
титрованных растворов диазосоединений и др.
Среди реактивов, применяемых в этом разделе практикума,
много токсичных: ароматические амины, нитросоединения и не-
которые др. В отдельных анализах применяются металлическая
ртуть, металлический натрий. Следует обратить особое внимание
учащихся на соблюдение правил техники безопасности.
качественное определение элементов
В этом разделе практикума нужно познакомить учащихся
с приемами открытия азота, серы и галоидов в органических сое-
динениях.
Для открытия азота по реакции Лассеня исследуемое сухое
вещество вносят в пробирку вместе с маленьким кусочком метал-
лического калия или натрия и нагревают, а затем прокаливают
в пламени горелки. При погружении пробирки в воду стекло
трескается и сплавленное вещество растворяется. Раствор
фильтруют, к фильтрату добавляют небольшие количества рас-
творов солей двух- и трехвалентного железа и щелочи и кипятят.
При подкислении раствора выпадает синий осадок. Нужно
174
объяснить учащимся, что осадок выпадает только при наличии
большого количества азота. При небольшом его содержании
образуется синее или зеленое окрашивание. Всю работу следует
вести под тягой, защитив глаза очками.
Для открытия серы по методу Фоля пробу вещества разла-
гают так же, как при открытии азота, и к фильтрату добавляют
реактив на сульфид-ион.
Для открытия галоидов широко применяют качественную ре-
акцию Бейльштейна,— пробу вносят в пламя горелки на медной
проволоке. Появление зеленого или сине-зеленого окрашивания
пламени свидетельствует о присутствии галоида. Необходимо
предварительно прокалить медную проволоку до получения бес-
цветного пламени.
КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЗОТА
Здесь нужно познакомить учащихся с определением азота по
методу Кьельдаля. Анализ состоит из двух стадий: окисления
органического соединения серной кислотой в присутствии солей
ртути и отгонки образовавшегося аммиака. Окисление ведут в
специальной колбе из тугоплавкого стекла — колбе Кьельдаля.
Учащиеся должны хорошо освоить приемы работы. В колбу вно-
сят навеску анализируемого вещества, концентрированную сер-
ную кислоту и каплю ртути. Смесь осторожно нагревают, вно-
сят безводный сернокислый калий и нагревают до получения
бесцветного прозрачного раствора. Раствор количественно пере-
носят в колбу для перегонки. Следует помнить, что этот рас-
твор — концентрированная серная кислота и обращаться с ним
нужно осторожно. Колбу Кьельдаля и пробку (представляющую
собой полую стеклянную грушу) ополаскивают водой и промыв-
ную воду осторожно вносят в колбу для перегонки.
Нужно познакомить учащихся с назначением основных ча-
стей прибора для отгонки аммиака (колбы для перегонки,
брызгоуловителя, капельной воронки, холодильника, приемника)
и приемами сборки прибора. Перед отгонкой аммиака в колбу
для перегонки вносят немного цинковой пыли. Эта добавка спо-
собствует равномерному кипению и, кроме того, разлагает азоти-
стые соединения ртути.
В приемник помещают точное количество титрованного рас-
твора серной кислоты. В колбу для перегонки добавляют раствор
едкого натра до щелочной реакции по фенолфталеину и нагре-
вают до кипения. Аммиак и пары воды отгоняются и собираются
в приемнике. Отгонку ведут до исчезновения щелочной реакции
в капле дистиллята, стекающей с холодильника. Избыток кисло-
ты в растворе из приемника титруют щелочью и рассчитывают
содержание азота в навеске. Важное условие получения правиль-
ных результатов — герметичность соединений, исключающая
175
потери аммиака. Приемник снабжают особым затвором с рас-
твором серной кислоты.
Для учебных и контрольных задач можно рекомендовать
определение содержания азота в мочевине, уротропине, п-амино-
феноле.
Нужно напомнить учащимся, что определение этим методом
азота в нитро- и азосоединениях возможно только после .предва-
рительного их восстановления. С этой целью вместе с серной кис-
лотой, сернокислым калием и ртутью в раствор вводят глю-
козу.
КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЛОИДОВ И СЕРЫ
В этом разделе практикума можно рекомендовать следующие
лабораторные работы:
1. Определение галоида (метод Степанова).
2. Определение галоида в боковой цепи ароматических сое-
динений (метод Шульце).
3. Определение галоида окислением перекисью натрия (ме-
тод Принсгейма).
4. Определение галоида сжиганием в атмосфере кислорода
(метод Шёнигера).
5. Определение серы окислением селитрой в присутствии ще-
лочи (метод Либиха-Дю-Мениля).
6. Определение серы окислением марганцевокислым калием
(метод Мельникова).
1. Для первой работы нужно приготовить абсолютный этило-
вый спирт. Анализируемое вещество растворяют в спирте, колбу
закрывают пробкой с обратным водяным холодильником, нагре-
вают на кипящей водяной бане и через холодильник вносят в
колбу небольшими кусочками металлический натрий. После рас-
творения натрия раствор охлаждают, подкисляют азотной кис-
лотой и определяют хлорид-ион титрованием по методу Фоль-
гарда. Нужно обратить внимание на полноту растворения метал-
лического натрия; если он не растворился полностью, разбавлять
спиртовой раствор водой нельзя, нужно прибавить еще немного
спирта для полного растворения натрия.
2. Для определения хлора в боковой цепи навеску вещества
(например, хлористого бензила) нагревают со спиртовым рас-
твором азотнокислого серебра в колбе с обратным холодильни-
ком. Выпавший осадок азотнокислого серебра отфильтровывают,
сушат и взвешивают.
3. Трудно окисляющиеся вещества разлагают перекисью нат-
рия в специальном стальном сосуде —- «бомбе». Навеску анали-
зируемого вещества и перекись натрия помещают в «бомбу»,
176
герметически ее закрывают и нагревают до красного каления.
После охлаждения содержимое «бомбы» смывают водой в колбу,
подкисляют азотной кислотой и определяют хлорид-ион по ме-
тоду Фольгарда. Нужно помнить, что перекись натрия — силь-
ный окислитель, при соприкосновении с ней загораются многие
органические вещества. Работать с перекисью натрия нужно с
большой осторожностью.
4. Определение галоида сжиганием вещества в атмосфере
кислорода проводят в колбе с притертой пробкой. В пробку
впаяна платиновая проволока, заканчивающаяся платиновой
сеткой. В колбу помещают 20—30 мл раствора щелочи и немного
раствора перекиси водорода. Навеску анализируемого вещества
заворачивают в кусок фильтровальной бумаги и помещают в
платиновую сетку. Колбу наполняют кислородом из баллона или
газометра, поджигают спичкой конец бумаги и быстро встав-
ляют пробку в колбу. Бумага с навеской сгорают в кислороде,
продукты горения поглощаются щелочным раствором. Галоид
определяют в этом растворе (после подкисления) по методу
Фольгарда. Следует плотно придерживать пробку во время горе-
ния, иначе ее вытолкнут нагретые газы. Эта работа несложна,
но требует навыков.
5. Для определения серы по методу Либиха-Дю-Мениля тре-
буется серебряная чашка для сплавления. Готовят плав едкого
кали и азотнокислого калия, вносят в него навеску анализируе-
мого вещества и нагревают до получения белой реакционной
массы. Если процесс затягивается, к массе прибавляют еще не-
много азотнокислого калия. Охлажденный плав растворяют,
подкисляют и серную кислоту, образовавшуюся при окислении
серы, осаждают хлористым барием. Эту работу нужно выпол-
нять очень осторожно, попадание на тело брызг расплав-
ленной щелочи может привести к серьезным ожогам. Глаза
должны быть обязательно защищены предохранительными
очками.
6. Определение серы окислением марганцевокислым калием
проводят в колбе с обратным холодильником. В колбу загру-
жают фосфорную кислоту, навеску анализируемого вещества и
нагревают до 120—140° С. В реакционную смесь добавляют не-
большими порциями тонкоизмельченный марганцевокислый ка-
лий. Образовавшуюся при окислении серную кислоту определяют
весовым методом.
Во всех рассмотренных случаях определения хлора или серы
завершающая часть анализа выполняется приемами, знакомыми
учащимся из практикума по весовому и объемному анализам.
Методика расчета результатов этих анализов не отличается от
уже знакомых учащимся методик расчета при объемном опреде-
лении хлора по методу Фольгарда или при весовом определении
сульфат-иона.
12—747
177
АНАЛИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ И ИХ ПРОИЗВОДНЫХ
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатор-
ные работы:
1. Анализ уксусной кислоты.
'2. Анализ фталевого ангидрида.
3. Анализ хлористого ацетила.
1. В технической уксусной кислоте, кроме основного веще-
ства, содержится еще муравьиная кислота и уксусный альдегид.
В учебной лаборатории целесообразно ограничиться определе-
нием содержания уксусной и муравьиной кислот. Навеску техни-
ческой уксусной кислоты растворяют в дистиллированной’ воде
и титруют щелочью в присутствии фенолфталеина. Так опреде-
ляют общую кислотность, т. е. суммарное содержание уксусной
и муравьиной кислот. Уксусная и муравьиная кислоты довольно
летучи; чтобы избежать потерь при анализе, растворение на-
вески следует вести в колбе с притертой пробкой. Учащиеся
должны освоить приемы работы с пипеткой Лунге-Рея для взя-
тия навесок летучих жидкостей: снимают пробирку, закрывают
нижний кран, отсасывают с помощью вакуума воздух из про-
бирки и закрывают верхний кран. После этого погружают носик
пипетки в жидкость и открывают нижний кран, жидкость вса-
сывается в шарик пипетки. Закрывают нижний кран, снимают
с нижней части пипетки фильтровальной бумагой капли жидко-
сти, надевают пробирку и взвешивают пипетку. Затем снимают
пробирку, открывают оба крана и спускают жидкость в колбу
для титрования. Закрывают краны, надевают пробирку, снова
взвешивают пипетку и по разности определяют навеску жидко-
сти, взятую для анализа.
Прежде чем определять содержание муравьиной кислоты,
нужно отогнать уксусный альдегид. Для этого навеску техни-
ческой уксусной кислоты нейтрализуют раствором соды, пере-
носят в колбу для перегонки и отгоняют около 5% жидкости,
уксусный альдегид переходит в дистиллят. Остаток в колбе раз-
бавляют водой, добавляют титрованный ргствор перманганата
и после выдержки йодометрическим методом определяют пер-
манганат, не вошедший в реакцию. Параллельно проводят хо-
лостой опыт и по разности рассчитывают содержание муравьиной
кислоты. Содержание уксусной кислоты соответствует разности
между первым и вторым определением. Всю работу с концен-
трированной уксусной кислотой нужно вести в защитных оч-
ках.
2. В техническом фталевом ангидриде содержатся примеси,
которые титруются щелочью вместе с основным веществом.
Титрование щелочью позволяет определить суммарное содержа-
ние фталевого ангидрида и примесей. Если обработать техниче-
178
ский продукт метиловым спиртом, фталевый ангидрид образует
диметилфталат — соединение, не реагирующее со щелочью, по-
этому щелочью можно титровать примеси. Для выполнения этого
анализа берут две навески технического продукта. Первую рас-
творяют в воде и титруют на холоду щелочью. Вторую кипятят с
безводным метиловым спиртом в колбе с обратным холодиль-
ником, а потом разбавляют водой и титруют щелочью. Разность
между расходами щелочи на первое и второе титрование соот-
ветствует содержанию фталевого ангидрида.
3. Метиловый спирт ядовит, работу с ним следует вести под
тягой. Для анализа хлористого ацетила (хлорангидрида уксус-
ной кислоты) его подвергают гидролизу действием воды. При
этом образуются соляная и уксусная кислоты. Навеску хлори-
стого ацетила, взятую с помощью пипетки Лунге-Рея, вносят в
мерную колбу с водой и разбавляют раствор водой до метки.
В растворе титрованием щелочью определяют суммарное содер-
жание кислот и титрованием по методу Фольгарда — содержа-
ние хлорид-ионов. Результаты анализа титрованием щелочью и
аргентометрическим титрованием должны совпасть. Несовпаде-
ние результатов свидетельствует о присутствии примесей — ук-
сусного ангидрида или хлористого водорода.
АНАЛИЗ АЛЬДЕГИДОВ И КЕТОНОВ
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатор-
ные работы:
1. Определение содержания формальдегида в растворе.
2. Определение содержания кетонов в техническом ацетоне.
1. В производственных лабораториях применяют различные
методы количественного определения формальдегида. Сначала
нужно познакомить учащихся с простейшим методом определе-
ния — йодометрическим. Приемы выполнения этого анализа не
отличаются от уже известных учащимся йодометрических опре-
делений: навеску формалина (водного раствора формальдегида)
смешивают с раствором щелочи, добавляют в избытке титро-
ванный раствор йода, после выдержки подкисляют и титруют
избыток йода раствором тиосульфата.
Для анализа сульфитным методом нужно приготовить титро-
ванный раствор сернистокислого натрия. Наценку сернистокис-
лого натрия растворяют в воде и затем устанавливают титр
этого раствора по точному раствору йода. При взаимодействии
формальдегида с сернистокислым натрием образуется едкий
натр в количестве, эквивалентном количеству формальдегида.
Едкий натр титруют кислотой и по количеству кислоты, израсхо-
дованной на титрование щелочи, рассчитывают содержание фор-
мальдегида.
12*
179
Следует обратить внимание учащихся на определение экви-
валентной точки при этом титровании. Титрование ведут в при-
сутствии фенолфталеина, но титруют до слаборозового окраши-
вания, а не до обесцвечивания раствора.
Для анализа формальдегида и других альдегидов широко
применяют гидроксиламинный метод, основанный на том, что
при взаимодействии солянокислого гидроксиламина с альдеги-
дом выделяется эквивалентное количество соляной кислоты.
Кислоту титруют щелочью. Рабочий раствор готовят, растворяя
кристаллы солянокислого гидроксиламина в десятикратном ко-
личестве воды, и разбавляют затем спиртом.
Для выполнения анализа к охлажденному льдом раствору
гидроксиламина’ добавляют охлажденную пробу анализируемого
раствора формальдегида, индикатор и титруют раствором ще-
лочи. Индикатор — смесь растворов метилового оранжевого и
индигокармина. В эквивалентной точке титруемый раствор окра-
шивается в зеленый цвет. Следует иметь в виду, что раствор
гидроксиламина сам имеет кислую реакцию и его нужно пред-
варительно нейтрализовать щелочью (с тем же индикатором)
или параллельно основному опыту проводить холостой (без фор-
мальдегида), и из объема щелочи, израсходованной на титрова-
ние в основном опыте, вычесть расход щелочи в холостом опыте.
Пример расчета.
Навеска раствора формальдегида §=1,5200 г.
Концентрация раствора едкого натра Л/=0,5000 н.
Расход раствора едкого натра в основном опыте а=37,20 мл.
Расход раствора едкого натра в холостом опыте 6 = 0,80 мл.
В основном и холостом опытах прибавлено 0,5 н.раствора солянокислого
гидроксиламина 20,00 мл.
1. Вычисляем объем раствора едкого натра, израсходованного на титрова-
ние хлористого водорода:
а—6 =37,20 —0,80=36,50 мл.
. 2. Вычисляем количество едкого натра, израсходованного на титрование:
40(а—6J • N _ 40 • 36,50 • 0,5000 _q 7390 г
1000 1000
где 40 — грамм-эквивалентный вес едкого натра.
3. Вычисляем содержание формальдегида в навеске технического продукта:
OJ3.q.0.2.?.0 =0,5047 а,
40,00
где 30 — грамм-эквивалентный вес формальдегида.
4. Вычисляем процентное содержание формальдегида в техническом про-
Аукте: 100=-°^ -100 = 33,20%.
g 1,5200
2. Определение содержания кетонов в ацетоне выполняют
йодометрическим методом. Ацетон растворяют в воде и прили-
180
вагот к титрованному раствору йода. После выдержки добав-
ляют серную кислоту и титруют раствором тиосульфата не во-
шедший в реакцию йод. При выполнении анализов методом
йодометрического титрования по избытку следует проводить па-
раллельное холостое определение с теми же количествами реа-
гентов, что и в основном опыте, но без анализируемого вещества.
Результаты холостого определения учитываются при определе-
нии объема йода, вошедшего в реакцию.
Формальдегид — газ, который может улетучиваться из вод-
ных растворов. Ацетон — летучая жидкость. Это нужно учиты-
вать при взятии навесок и выполнении анализов; для взятия на-
весок целесообразно пользоваться пипеткой Лунге-Рея.
АНАЛИЗ ОКСИСОЕДИНЕНИЙ
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатор-
ные работы:
1. Количественное определение бета-нафтола и гидрохинона
йодометрическим методом.
2. Освоение методики бромометрического определения фено-
лов.
3. Определение содержания фенола в техническом феноле.
1. С йодометрическим методом анализа и приготовлением ра-
бочих растворов йода и тиосульфата учащиеся уже познакоми-
лись в практикуме по объемному анализу. Теперь они должны
освоить приемы йодометрического анализа ароматических окси-
соединений. Эти вещества плохо растворяются в воде, поэтому
их переводят в раствор, добавляя щелочь или соду. К получен-
ному раствору добавляют раствор йода и затем титруют тио-
сульфатом избыток йода, не вошедший в реакцию.
Нужно обратить внимание учащихся на особенности анализа
различных оксисоединений.
Гидрохинон количественно реагирует с йодом в уксуснокис-
лой среде при охлаждении льдом. Избыток йода титруют сразу.
Бета-нафтол реагирует с йодом, образуя 1-йод-2-нафтол. При
расчете следует помнить, что грамм-эквивалент йода в этих
реакциях различен: 1 грамм-молекула йода реагирует с 1 грамм-
молекулой бета-нафтола или с '/г грамм-молекулы резорцина.
2. Бромометрическое титрование — новый для учащихся ме-
тод анализа. Основной рабочий раствор для этого анализа •—
раствор бромида и бромата калия. Первая работа — приготов-
ление рабочего раствора и установка его титра. Навески бро-
мида калия и бромата калия растворяют в воде, переносят в мер-
ную колбу и разбавляют до метки водой. Титр раствора бромид-
бромата устанавливают йодометрическим методом: к раствору
181
добавляют йодистый калий, верную кислоту и после пятиминут-
ной выдержки титруют выделившийся йод раствором тиосуль-
фата. По расходу тиосульфата рассчитывают титр раствора бро-
мид-бромата.
Анализ фенола ведут в колбе с притертой пробкой. Фенол
предварительно растворяют в воде, раствор переносят в колбу
для титрования, охлаждают в ледяной бане, добавляют раствор
бромид-бромата, соляную кислоту, быстро закрывают колбу
пробкой и снова помещают в ледяную баню. Нужно напомнить
учащимся, что бромид и бромат калия реагируют между собой
с выделением брома только в кислой среде. Бром весьма летуч
и охлаждение необходимо, чтобы избежать потерь его при от-
крывании колбы. После выдержки быстро открывают колбу, до-
бавляют йодистый калий, вновь закрывают и после пятиминут-
ной выдержки титруют выделившийся йод тиосульфатом. Сле-
дует обратить внимание учащихся на то, что бром летуч и уле-
тучивание его паров неминуемо приведет к ошибке в анализе.
Пары брома ядовиты, поэтому всю работу следует проводить в
вытяжном шкафу.
3. По этой теме можно предложить учащимся контрольную
работу — определение содержания фенола в выданном рас-
творе.
Пример расчета.
Навеска технического фенола g= 1,8800 г.
Раствор технического фенола разбавлен в мерной колбе до объема Vi —
—1000 мл.
На титрование взят пипеткой объем V2= 10,00 мл.
Концентрация раствора тиосульфата М=0,1000 н.
Расход раствора тиосульфата на титрование основного опыта о=36,30 мл.
Расход раствора тиосульфата на титрование холостого опыта £>=48,00 мл.
В основном и холостом опытах прибавлено раствора 0,1 н.бромидбромата
50,00 мл.
1. Вычисляем объем раствора тиосульфата, эквивалентный 10 мл раствора
фенола:
b - а=48,00-36,30 = 11,70 мл.
2. Вычисляем концентрацию раствора фенола, взятого на титрование:
Nx= (b—a)-N = 11,70-0,1000 =0 Н70 н
V2 10,00
3. Вычисляем содержание фенола в навеоке технического продукта:
15,68 -NxVi 15,68-0,1170-1000 , оол„
------1ооо-----= "---------iooo-------=1’8346 г'
где 15,68 — грамм-эквивалентный вес фенола.
4. Вычисляем процентное содержание фенола в техническом продукте:
Х= -1'8346 -100= 1’834- • 100 = 97,57%.
g 1,8800
182
Для сокращения расчетов при вычислении результатов анализа можно
составить расчетную формулу:
1’000 • V2 • g
Подставляя в формулу числовые значения всех величин, можно сразу
получить результат анализа. Если использовать приведенные выше значения,
получим:
х= 15^68(48,00—36,30) -0,1000- 1000-100 =97 5?0/
1000-10,00-1,8800 ’ °’
Подобные формулы применяют для расчетов результатов ана-
лиза в производственных и исследовательских лабораториях.
Нужно научить будущих лаборантов пользоваться расчетными
формулами не механически, а сознательно. Учащийся должен
уметь объяснить значение каждой величины, входящей в фор-
мулу.
АНАЛИЗ АМИНОСОЕДИНЕНИЙ
В этом разделе практикума учащиеся должны познакомиться
с прямым бромометрическим титрованием ароматических ами-
нов и с определением ароматических аминов методом диазоти-
рования.
В предыдущем разделе учащиеся познакомились с приемами
бромометрического титрования по избытку. Для анализа ами-
нов применяют другую методику — прямое титрование. Ана-
лизируемый амин растворяют в разбавленной соляной кис-
лоте и этот раствор вносят в стакан с подкисленным раство-
ром бромистого калия. Приготовленную таким образом смесь
титруют раствором бромид-бромата. Эквивалентную точку опре-
деляют по появлению темного пятна на йодокрахмальной бу-
маге. Учащиеся должны хорошо освоить этот новый для них
прием определения эквивалентной точки: индикатор не прибав-
ляют к титруемому раствору, а в процессе титрования капли
раствора наносят стеклянной палочкой на индикаторную бумагу.
Этот прием титрования с внешним индикатором широко приме-
няется в анализе органических соединений. По расходу раствора
бромид-бромата рассчитывают содержание анилина в растворе
и в навеске. При расчете нужно помнить, что 1 грамм-эквивалент
бромата калия в реакции с анилином равен '/б его грамм-моле-
кулы.
Далее нужно познакомить учащихся с приемами работы при
определении аминов методом диазотирования. Этот метод ши-
роко применяется в производственных лабораториях заводов
органического синтеза и других химических лабораториях, и уча-
щиеся должны хорошо его освоить.
Рабочий раствор для этого анализа готовят, растворяя в во-
де кристаллический азотистокислый натрий.
183
Для приготовления титрованного раствора азотистокислого
натрия кристаллический азотистокислый натрий растворяют в
дистиллированной воде и разбавляют в мерной колбе до задан-
ного объема. Установочное вещество для этого раствора — чи-
стая сульфаниловая кислота. Учащиеся могут использовать суль-
фаниловую кислоту, синтезированную ими в лаборатории орга-
нической химии, подвергнув ее очистке. Очистку выполняют
приемами, уже известными учащимся из практикума по органи-
ческой химии: техническую натриевую соль сульфаниловой кис-
лоты перекристаллизовывают из кипящей воды. Перекристалли-
зацию ведут с добавкой активированного угля. После трех
последовательных перекристаллизаций отфильтрованные кри-
сталлы сульфаниловокислого натрия растворяют в воде, и рас-
твор затем подкисляют; в осадок выпадает сульфаниловая кис-
лота. Ее отфильтровывают, промывают холодной водой и пере-
кристаллизовывают два-дри раза из кипящей воды. Сульфанило-
вую кислоту высушивают при 110° С до постоянного веса. Точ-
ную навеску сульфаниловой кислоты растворяют в водном рас-
творе щелочи, разбавляют водой, подкисляют и титруют раство-
ром азотистокислого натрия. Индикатором здесь служит йодо-
крахмальная бумага.
Мастер должен показать учащимся приемы титрования и
определения эквивалентной точки. Нужно напомнить учащимся,
что реакция диазотирования, лежащая в основе этого метода
анализа, •— взаимодействие азотистой кислоты с ароматическим
амином, — для различных аминов протекает с различной ско-
ростью. Для ускорения реакции в ряде случаев добавляют бро-
мистый калий. Образующиеся при реакции диазосоединения,
как правило, малоустойчивы и титрование во многих случаях
ведут при пониженной температуре (0—10° С). Большое значе-
ние имеет и скорость титрования. В зависимости от природы
определяемого амина выбирают температуру реакции и скорость
прибавления раствора азотистокислого натрия. В случае медлен-
но диазотирующихся аминов прибавление раствора азотистокис-
лого натрия ведут медленно. Как и в прямом бромометрическом
титровании, здесь применяется внешний индикатор. В конце тй-
трования после прибавления очередной порции раствора азоти-
стокислого натрия, размешивания и выдержки на полоску йодо-
крахмальной бумаги наносят стеклянной палочкой каплю ти-
труемого раствора. Появление темного пятна соответствует мо-
менту конца титрования — весь амин уже связан и образовав-
шаяся азотистая кислота взаимодействует с индикаторной бума-
гой. Чувствительность йодокрахмальной бумаги сильно зависит
от качества фильтровальной бумаги и от условий приготовления
индикатора. Возможны случаи, когда при нанесении на йодо-
крахмальную бумагу капли раствора, содержащего незначитель-
ное количество азотистой кислоты, темное пятно не образуется.
184
Для получения темного пятна на малочувствительной йодокрах-
мальной бумаге нужно прибавить еще некоторый избыток
титранта. Чтобы избежать получения завышенных результатов
анализа, вводят поправку на чувствительность йодокрахмальной
бумаги. Нужно показать учащимся, как устанавливать эту по-
правку: воду и кислоту, взятые в тех же количествах, что при
анализе амина, титруют точно в тех же условиях и с той же йодо-
крахмальной бумагой. Объем раствора азотистокислого натрия,
израсходованный на титрование до получения темного пятна, и
представляет собой поправку на чувствительность йодокрахмаль-
ной бумаги. Эту поправку вычитают из объема раствора, израс-
ходованного на титрование раствора амина.
Далее учащиеся должны освоить приемы работы при опреде-
лении содержания анилина в анилиновой соли (солянокислом
анилине). Навеску анилиновой соли растворяют в воде, разбав-
ляют в мерной колбе до определенного объема, отбирают пипет-
кой точный объем раствора, добавляют воду, бромистый калий,
соляную кислоту и медленно титруют при 15—20° С. В конце ти-
трования раствор азотистокислого натрия спускают по капле и в
заключение дают десятиминутную выдержку.
В других условиях проводят анализ n-нитроаналина. Навеску
растворяют в избытке соляной кислоты, прибавляют лед и быст-
ро титруют при температуре 3—5° С. Заключительная выдерж-
ка — 30 сек.
Перед каждым анализом следует определить поправку на чув-
ствительность индикатора. На основе проведенных анализов уча-
щиеся делают вывод о различии условий титрования медленно и
быстро диазотирующихся аминов. В первом случае (анилин) —
добавка бромистого калия, медленное титрование без охлаж-
дения, большая выдержка в конце. Во втором случае (п-нит-
роанилин) — быстрое титрование, повышенная кислотность,
охлаждение, короткая выдержка, отсутствие бромистого ка-
лия.
Следует обратить внимание учащихся на то, что концентриро-
ванная минеральная кислота может вызвать окрашивание йодо-
крахмальной бумаги и в отсутствии азотистой кислоты, и научить
их различать эти случаи.
Расчет результатов анализа производят по обычной формуле
для случая прямого титрования.
Пример расчета.
Навеска технического солянокислого анилина g—12,9600 г.
Раствор солянокислого анилина разбавлен в мерной колбе до объема
Vi—500 мл.
На титрование взят пипеткой объем р2=50 мл.
Концентрация раствора азотистокислого натрия W=0,5 н.
Расход раствора азотистокислого натрия (за вычетом поправки на чувст-
вительность индикатора) а=18,5 мл.
185=
1. Вычисляем концентрацию раствора солянокислого анилина, взятого для
титрования:
Nx = = -I8:5 ‘ °'5 =0,1850 н.
V2 50
2. Вычисляем содержание солянокислого анилина в навеске технического
продукта:
129,6 • • Vi = 129,6-0,185-500 =11 9880 г
1000 1000
где 129,6 — грамм-эквивалентный вес солянокислого анилина.
3. Вычисляем .процентное содержание солянокислого анилина в техниче-
ском продукте:
Х= -И-9880 . Ю0= -11'9а-8-Л • 100 =92,50%.
g 12,9600
Расчетная формула для этого анализа имеет следующий вид:
х= 129,6-Д- А - И • 100
1000- V2-g
Ароматические амины (анилин, n-нитроанилин и др.) — ток-
сические вещества и работать с ними нужно осторожно.
АНАЛИЗ НИТРОСОЕДИНЕНИЙ
В этом разделе следует познакомить учащихся с анализом
нитросоединений методом восстановления цинком с последую-
щим диазотированием и с ванадометрическим методом.
Первая работа — анализ нитробензола. Нитробензол не раст-
воряется в воде, поэтому навеску, взятую для анализа, раство-
ряют в концентрированной уксусной кислоте.
К раствору нитробензола прибавляют концентрированную со-
ляную кислоту и цинковую пыль. Смесь нагревают в колбе с об-
ратным воздушным холодильником до обесцвечивания раствора;
обесцвечивание раствора свидетельствует об окончании восста-
новления — нитробензол восстановился до анилина. Раствор
охлаждают, отфильтровывают от цинковой пыли и тщательно
промывают осадок цинковой пыли водой. Фильтрат и промыв-
ные воды собирают в мерную колбу, разбавляют до метки, отби-
рают определенный объем и титруют раствором азотистокислого
натрия в тех же условиях, что при определении аминов.
Следует напомнить учащимся, что выбор растворителя опре-
деляется свойствами нитросоединения: нитробензол растворяют в
уксусной кислоте, динитробензол —в этиловом спирте, нитробен-
золсульфокислоты — в воде. Количество цинковой пыли, порядок
ее загрузки (сразу или порциями) и длительность восстановления
тоже могут быть различными. Условия диазотирования зависят
от природы образующегося амина.
186
Расчет результатов анализа ведут по формуле для случая пря-
мого титрования; на 1 г • моль нитробензола расходуется 1 г • моль
азотистокислого натрия.
Пример расчета.
Навеска технического нитробензола g — 1,2310 г.
Раствор анилина разбавлен в мерной колбе до объема Vi =250,00 мл.
На титрование взят пипеткой объем 1/2 = 50,00 мл.
Концентрация раствора азотистокислого натрия М=0,1000 и.
Расход раствора азотистокислого натрия а= 19,80 мл.
1. Вычисляем концентрацию раствора анилина, взятого для титрования:
° ' Л - = -19’8'0’! =0,0396 н.
V2 50,00
2. Вычисляем содержание нитробензола в навеске технического продукта:
123,1 -N-Vi = 123,1 -0,0396 - 250,00 = j 21g7 g
1000 1000 ’ ' ’
где 123,1 — грамм-эквивалентный вес нитробензола.
3. Вычисляем процентное содержание нитробензола в техническом про-
дукте:
Х= J-218Z. Ю0= 1,2187 • 100 = 99,00%.
g 1,2310
Можно составить формулу для вычисления результата анализа:
Х= 1^3,1 -a-N -Vi .
1000 -V2-g
Цинковую пыль нужно хранить в условиях, исключающих по-
падание в нее воды. Работу с нитробензолом следует вести под
тягой, не допуская попадания его на руки или на одежду.
Вторая работа — ознакомление учащихся с ванадометриче-
ским методом определения нитросоединений. Учащиеся должны
освоить приемы приготовления раствора сульфата двухвалентно-
го ванадия, титрованного раствора железо-аммонийных квасцов,
раствора сафранина-индикатора и приемы определения. Следует
напомнить учащимся, что анализ этот выполняется приемом
титрования по избытку: к раствору нитросоединения в кислой
среде прибавляют избыток раствора сульфата ванадия и затем
титруют не вошедший в реакцию сульфат ванадия раствором же-
лезо-аммонийных квасцов в присутствии индикатора—сафранина.
Для приготовления основного рабочего раствора берут соеди-
нения четырех- или пятивалентного ванадия: ванадат аммония
или натрия, хлористый ванадил и другие, растворяют в разбав-
ленной серной кислоте и восстанавливают цинковой пылью. Цин-
ковую пыль вносят маленькими порциями в горячий раствор до
тех пор, пока окраска его не перестанет изменяться. Чистая фио-
летовая окраска свидетельствует об окончании восстановления.
Раствор быстро фильтруют через воронку Бюхнера, подкисляют
187
серной кислотой, переносят в склянку с нижним тубусом, запол-
ненную предварительно углекислым газом, и разбавляют водой
до заданного объема. После суточной выдержки раствор готов к
употреблению. Следует иметь в виду, что двухвалентный ванадий
легко окисляется на воздухе и хранить его нужно в атмосфере
углекислого газа или азота. Для приготовления раствора следует
пользоваться свежепрокипяченной водой.
Раствор железо-аммонийных квасцов той же нормальности,
что и раствор сульфата ванадия, готовят, растворяя квасцы в
свежепрокипяченной дистиллированной воде. Раствор фильтру-
ют, добавляют кислоту и разбавляют до заданного объема. Титр
этого раствора устанавливают косвенным йодометрическим опре-
делением: к пробе раствора добавляют йодистый калий, серную
кислоту и после выдержки титруют выделившийся йод раствором,
тиосульфата.
Учащиеся должны освоить новый для них прием работы —
титрование в токе углекислого газа. Для того чтобы исключить
влияние кислорода воздуха, колбу для титрования закрывают
пробкой, в которую плотно вставлены носик бюретки, трубка для
ввода углекислого газа и короткая трубка с клапаном Бунзена.
Такие пробки надеты на концы обеих бюреток с рабочими раст-
ворами: сульфатом аммония и железо-аммонийными квасцами.
Нужно заранее подобрать колбы для титрования, к которым бы
хорошо подходили эти пробки.
Анализируемое нитросоединение растворяют в подходящем
растворителе, вносят в колбу для титрования, плотно закрывают
колбу пробкой и в течение 5 мин. пропускают ток углекислого
газа из баллона или из аппарата Киппа. Затем из бюретки спу-
скают рассчитанное количество раствора сульфата двухвалент-
ного ванадия, продолжая пропускать углекислый газ. Восстанов-
ление нитросоединений сульфатом ванадия протекает быстро. Че-
рез 5 мин. закрывают кран на вводе углекислого газа, вынимают
пробку из колбы, быстро добавляют в колбу индикатор и присое-
диняют колбу к бюретке с раствором квасцов. Открывают кран
на линии углекислого газа и титруют раствором квасцов до появ-
ления красной или фиолетовой окраски.
Титр раствора сульфата ванадия заранее не устанавливают.
Перед анализом проводят холостой опыт: выполняют определе-
ние точно в тех же условиях, что и основной анализ, но без ана-
лизируемого нитросоединения. По расходу раствора квасцов на
основной и холостой опыт рассчитывают содержание нитросоеди-
нения.
Для анализа n-нитроанилина навеску его растворяют в раз-
бавленной соляной кислоте и устанавливают в мерной колбе за-
данный объем. Затем пипеткой отбирают пробу приготовленного
раствора, помещают ее в колбу для титрования и анализируют.
Параллельно выполняют холостой опыт.
188
Следует напомнить учащимся, что на восстановление 1 г • моль
мононитросоединения расходуется 6 г • моль сульфата ванадия.
При титровании избытка сульфата ванадия на 1 г•эквивалент
сульфата ванадия расходуется 1 г • эквивалент сернокислого же-
леза.
Пример расчета.
Навеска технического п-нитроанилина £=0,4600 г.
Раствор технического п-нитроанилина разбавлен в мерной колбе до объ-
ема Vi =250,00 мл.
На титрование взят пипеткой объем V2=25,00 мл.
Расход раствора квасцов в основном опыте а=20,00 мл.
Расход раствора квасцов в холостом опыте 6=39,00 мл.
Концентрация раствора квасцов М=0,1000 н.
В основном и холостом опытах добавляют раствор сульфата ванадия
40,00 мл.
1. Вычисляем объем раствора железо-аммонийных квасцов, эквивалентный
25 мл раствора п-нитроанилина:
Ь —а=39,00 мл—20,00 .ил =19,00 мл.
2. Вычисляем концентрацию раствора n-нитроанилина, взятого на титро-
вание:
Nx = . 'N = J.В 9’00 - 0-1 =0,0760 н.
Ц 25,00
3. Вычисляем содержание n-нитроанилина в навеске технического продукта:
23 -Nx-Vi _ 23 • 0,0760 • 250,00 _П4,7Л,
1000 1000
где 23 — грамм-эквивалентный вес п-нитроанилина.
4. Вычисляем процентное содержание n-нитроанилина в техническом про-
дукте:
%= ФД370 . ю0 = 0.4370 . 100=95 ()0о/
g 0,4600
Формула для вычисления результатов анализа:
х= 23- (6-а) -2V- Vi - 100
1000 -V2-g
АНАЛИЗ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ПРОДУКТОВ МЕТОДОМ
АЗОСОЧЕТАНИЯ
В этом разделе практикума нужно познакомить учащихся с
новым для них методом анализа — методом азосочета-
ния.
Нужно напомнить учащимся, что реакция, лежащая в основе
этого метода и знакомая им из» практикума по органической хи-
мии, — реакция азосочетания, а основной рабочий раствор —
титрованный раствор диазосоединения. Из-за нестойкости этих
растворов их нельзя приготовить заблаговременно. Целесообраз-
но приготовить накануне точные растворы солянокислых солей
189
соответствующих аминов, а растворы диазосоединений из них
получать непосредственно перед титрованием.
В качестве лабораторных работ можно рекомендовать:
1. Определение содержания ж-фенилендиамина в техническом’
продукте.
2. Определение содержания гамма-кислоты (2-амино-8-наф-
тол-6-сульфокислоты) в техническом продукте.
3. Определение содержания Г-соли (динатриевой соли 2-наф-
тол-3,6-дисульфокислоты) в техническом продукте.
1. Для первой работы нужно приготовить титрованный раст-
вор диазобензола. Исходное вещество — чистый анилин, полу-
ченный перегонкой анилина над цинковой пылью. Анилин раство-
ряют в концентрированной соляной кислоте и разбавляют затем
водой до нужной концентрации. Точную концентрацию раствора
солянокислого анилина устанавливают титрованием раствором
азотистокислого натрия. Этот анализ уже знаком учащимся.
Точный объем приготовленного раствора солянокислого ани-
лина переносят в мерную колбу, охлаждают и прибавляют из бю-
ретки рассчитанный объем раствора азотистокислого натрия. Для
завершения реакции диазотирования колбу с раствором ставят
в баню со льдом и дают выдержку. После этого разбавляют раст-
вор до метки ледяной дистиллированной водой. Следует объяс-
нить учащимся необходимость тщательного выполнения всех опе-
раций, связанных с разбавлением раствора солянокислого ани-
лина и его диазотированием. Титр приготовленного раствора
диазобензола больше не проверяется, его вычисляют по титру
исходного раствора солянокислого анилина; истинная величина
титра совпадает с вычисленной только при точно проведенном
разбавлении.
Растворы диазосоединений малоустойчивы. Повышение тем-
пературы, солнечный свет способствуют разложению диазосоеди-
нений. Растворы диазосоединений готовят непосредственно перед
анализом. Раствор диазобензола в бане со льдом в темном месте
может храниться 3 часа.
Навеску анализируемого л1-фенилендиамина заранее раство-
ряют в теплой воде, охлаждают раствор и устанавливают точный
объем. Из практикума по органической химии учащиеся должны
помнить, что, для процесса сочетания большое значение имеет
реакция среды. Сочетание с аминами ведут в среде буферного
раствора: раствор .м-фенилендиамина переносят пипеткой в ста-
кан для титрования, добавляют уксусную кислоту, уксуснокислый
натрий и лед. •
Для титрования пользуются бюреткой с рубашкой для охлаж-
дения. В рубашку загружают лед, затем бюретку наполняют
охлажденным раствором диазобензола, спускают его и снова на-
полняют охлажденную бюретку. Мастер должен показать уча-
190
щимся приемы титрования и определения эквивалентной точки.
Раствор диазобензола прибавляют порциями при тщательном пе-
ремешивании; в конце титрования после прибавления каждой
порции содержимое стакана перемешивают и делают пробу на
вытек. С методикой выполнения пробы на вытек учащиеся знако-
мы из практикума по неорганической и органической химии
(определение ионов железа с помощью раствора сернистого нат-
рия). При анализе методом сочетания индикатором служит тот
же раствор диазосоединения, которым ведут титрование. На по-
лоску фильтровальной бумаги наносят стеклянной палочкой ма-
зок титруемым раствором и рядом — другой стеклянной палоч-
кой мазок раствором диазобензола. Появление окраски в месте
слияния вытеков свидетельствует о том, что в растворе есть еще
.и-фенилендиамин, не вступивший в реакцию. Титрование ведут
до исчезновения окраски в пробе на вытек.
Расчет результатов анализа производят по обычной формуле
для случая прямого титрования:
„= 108,1 - а-У- Vt- 100
Л 1000- V2-g
где X — процентное содержание лг-фенилендиамина в техниче-
ском продукте;
а — расход раствора диазобензола на титрование в мл-,
N — концентрация раствора диазобензола;
Vi — объем раствора л-фенилендиамина в мерной колбе
в мл;
\\ — объем раствора, взятого пипеткой на титрование в мл;
g — навеска технического л-фенилендиамина в г.
2, 3. Для следующих двух работ готовят раствор солянокисло-
го «-толуидина, а из него — раствор диазотолуола. Следует иметь
в виду, что этот раствор более устойчив, чем раствор диазобензо-
ла. В темном месте в бане со льдом он может храниться до 8 час.
Титрование диазотолуолом обычно ведут при температуре около
15° С. По усмотрению мастера производственного обучения для
лабораторных работ могут быть взяты и другие ароматические
окси- и аминосоединения.
ЛИТЕРАТУРА
Г р о ш е в А. П. Технический анализ. М., Госхим-издат, 1958.
Ластовский Р. П., Вайнштейн Ю. И. Технический анализ в про-
изводстве промежуточных продуктов и красителей. М., Госхимиздат, 1958.
Справочник по аналитическому контролю в производстве искусственных
и синтетических волокон. М., Гизлегпром, 1957.
Глава VII
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
В этой части практикума учащиеся знакомятся с новыми для
них методами анализа (кондуктометрическим, потенциометриче-
ским, колориметрическим и спектрофотометрическим, рефракто-
метрическим) и приборами.
Нужно обратить внимание учащихся на то, что этими метода-
ми решаются аналитические задачи, не разрешимые или с трудом
разрешимые другими методами (титрование окрашенных раство-
ров, раздельное определение кислот в смеси и др.).
Многие из этих методов лежат в основе автоматического кон-
троля технологических процессов в химической и нефтеперераба-
тывающей промышленности. Ряд приборов для анализа физико-
химическими методами имеет сложные электрические и оптиче-
ские схемы. За сравнительно короткое время практикума буду-
щие лаборанты должны освоить приемы работы с приборами:
подготовка к работе, выполнение анализов. Мастер должен сле-
дить, чтобы во время работы на приборе учащиеся строго придер-
живались инструкции. В случае каких-либо неполадок или неис-
правности прибора учащиеся не должны пытаться устранить их
самостоятельно, а обращаться к мастеру.
На лабораторные работы по физико-химическим методам ана-
лиза по программе отведено 72 часа. За это время можно озна-
комить учащихся только с наиболее распространенными и прос-
тыми методами. С другими физико-химическими методами ана-
лиза, например хроматографическим, полярографическим, эмис-
сионным спектральным, будущие лаборанты познакомятся в ла-
бораториях предприятий, где они будут проходить предвыпуск-
ную практику на штатном рабочем месте лаборанта.
КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатор-
ные работы:
1. Освоение приемов работы с кондуктометром.
192
2. Измерение электропроводности растворов солей, кислот и
оснований.
3. Определение концентрации растворов хлористого натрия,
хлористого кальция, сернокислого натрия по электропроводности.
4. Освоение приемов кондуктометрического титрования.
5. Определение содержания в растворе хлористого бария и
сернокислого натрия кондуктометрическим титрованием; кондук-
тометрическое титрование смеси соляной и уксусной кислот.
1. Основные элементы схемы для измерения сопротивления
известны учащимся из теоретического курса: источник перемен-
ного тока, постоянное сопротивление, индикатор нуля, реохорд
со скользящим контактом, электролитическая ячейка.
В настоящее время для кондуктометрических измерений в ла-
бораториях используют серийно выпускаемые промышленностью
приборы, где все элементы (кроме электролитической ячейки)
смонтированы на небольшой панели и закрыты футляром. Ручки
управления и шкалы вынесены на крышку футляра. Переменный
ток для питания прибора подводится непосредственно от сети.
Для работ по кондуктометрии следует использовать прибор та-
кого типа — реохордный мост Р-38.
В основе измерительной схемы этого прибора лежит мостик
Уитстона. Одну его ветвь составляет плечо сравнения (7?) и элек-
тролитическая ячейка с анализируемым раствором (Rx). Другая
ветвь (реохорд) — постоянное сопротивление со скользящим
контактом. На шкале реохорда нанесены отношения его плеч (т).
Отношение плеч изменяется при вращении реохорда. В момент
равновесия отношение т становится равным отношению Rx : R,
и в цепи гальванометра ток исчезает.
В этот момент делают отсчет по шкале реохорда (т) и запи-
сывают сопротивление плеча сравнения (R). Для расширения
диапазона работы прибора сопротивление плеча сравнения дела-
ют переменным — ступенчато-регулируемым в пределах от 1 до
10 000 ом. Это позволяет измерять сопротивление в интервале от
0,3 до 30 000 ом.
Сосуд для измерения —> электролитическая ячейка — пред-
ставляет собой стеклянный сосуд с впаянными платиновыми пла-
стинками — электродами. От электродов наружу выведены кон-
тактные провода. В некоторых конструкциях ячеек в стеклянные
трубки, через которые выведены контактные провода, налита
ртуть. Работа с такими ячейками требует большой осторожности.
Перед измерением ячейку нужно тщательно промыть дистилли-
рованной водой, а потом ополоснуть анализируемым раствором.
К электродам нельзя прикасаться стеклянной палочкой, ершом
и т. д. Положение платиновых пластин жестко зафиксировано.
Нарушение жесткости может привести к ошибкам в ходе ана-
лиза.
13—747
193
Учащиеся должны освоить приемы подготовки к работе рео-
хордного моста Р-38, заполнения электролитической ячейки и из-
мерения электропроводности растворов.
Для измерения электропроводности растворов прибор под-
ключают к цепи переменного тока. Анализируемый раствор зали-
вают в ячейку и ячейку помещают в термостат. Измерения ведут
обычно при комнатной температуре (около 20° С). Вместо термо-
стата можно использовать стакан с водой емкостью 1 или 2 л.
Нужно напомнить учащимся, что электропроводность изменяется
с изменением температуры и сохранение постоянной температу-
ры во время измерения имеет большое значение.
Ячейку подсоединяют к клеммам прибора. Нужно приучить
будущих лаборантов внимательно проверять места соединений в
схемах. Многие ошибки в измерениях происходят из-за наруше-
ния контактов.
С помощью корректора устанавливают в нулевое положение
стрелку нуль-гальванометра (обратить внимание на положение
переключателя плеча сравнения и переключателя гальваномет-
ра).
Затем приступают к измерению: вращением переключателя
плеча сравнения и реохорда добиваются равновесия моста и за-
тем, переведя переключатель в положение «точно», окончательно
уравновешивают мост вращением реохорда.
Делают отсчет по шкале реохорда (т), записывают сопротив-
ление плеча сравнения (Д) и вычисляют величину измеряемого
сопротивления раствора:
RX = R • т.
Для определения постоянной данной ячейки приготовляют
0,1М или 1М раствор хлористого калия. Для этого берут хло-
ристый калий квалификации х. ч. и бидистиллированную воду.
Ячейку заполняют раствором хлористого калия и определяют
электропроводность (L). Из таблиц находят удельную электро-
проводность (х) раствора хлористого калия (для 0,1М раствора
при 15° С х= 1,066 • 10-2, при 20° С х= 1,166 • 10-2). Если нужно
определить электропроводность при промежуточной температуре,
производят интерполяцию. Найденное значение постоянной ячей-
ки используют при всех дальнейших работах с данной ячейкой.
Пример определения постоянной ячейки.
Ячейку заполняют 0,1М раствором хлористого калия и измеряют элек-
тропроводность при 18° С.
Л = 228,1 ом. Из таблиц находят значения удельной электропроводности
0,1 М раствора хлористого калия при 15 и при 20° С и интерполяцией находят
значение для 18° С:
Х18„ =Х15„ + *20° %15° • 3= 1,096 • 10-2 ojit-1-cjit-l.
194
Постоянную ячейки вычисляют по формуле
Д_ = __________________________________1_______
X 228,1 • 1,096-1 о-2
=0,4 см.
r_ L _ 1
X К
2. Для определения удельной электропроводности растворов
кислот, оснований и солей нужно заранее подготовить точные
растворы соляной и серной кислот, едкого натра, хлористого нат-
рия, сернокислой меди, сернокислого натрия. Растворы эти долж-
ны иметь концентрацию в пределах 5—20%.
Учащийся (или бригада учащихся, работающих с одним при-
бором) получает от мастера производственного обучения две или
три колбы с растворами под номерами, определяет их сопротив-
ление и вычисляет удельную электропроводность.
Пример.
Сопротивление анализируемого раствора 7?=781 ом.
Постоянная ячейки (определена в предыдущей работе) С=0,4 см.
Удельную электропроводность вычисляют по формуле
Х= — = !— =----------! =0,032 ом-1 - см-1.
С R-C 781-0,4
(Это значение х соответствует удельной электропроводности 10%-ного раство-
ра сернокислой меди).
3. В следующей работе — определение концентрации веществ
в растворе по электропроводности — следует напомнить учащим-
ся, что электропроводность раствора электролитов зависит от
концентрации раствора. Сначала учащиеся практически устанав-
ливают эту зависимость для растворов хлористого натрия, серно-
кислого натрия и хлористого магния.
Для этого они готовят серию растворов разной концентрации,
разбавляя соответствующим образом более концентрированный
раствор с точно установленной концентрацией. Затем определяют
удельные электропроводности этих растворов, составляют таб-
лицу и калибровочную кривую. Калибровочная кривая в данном
случае представляет собой графическую зависимость электропро-
водности от концентрации. Такого рода графики используются и
в других физико-химических методах анализа. Их следует вы-
черчивать тушью на миллиметровой бумаге.
Для раствора, например, хлористого натрия при 18° С суще-
ствует следующая зависимость:
концентрация в процентах.................5 10
удельная электропроводность х • 104 ом-1 • см-i , 672 1211
Затем учащийся получает от мастера производственного обу-
чения раствор хлористого натрия неизвестной концентрации, из-
меряет его электропроводность и по калибровочной кривой опре-
деляет концентрацию.
При работе с одной и той же ячейкой можно для упрощения *
15 20
1642 1957
13*
195
работы при построении калибровочной кривой не вычислять
удельную электропроводность, а строить кривую в координатах:
концентрация раствора — сопротивление раствора.
4. Далее учащиеся должны освоить приемы кондуктометриче-
ского титрования. Для этого удобно использовать не электроли-
тическую ячейку с впаянными электродами, а погружной элек-
трод, смонтированный в обойме с жестким креплением платино-
вых пластинок. Электрод погружают в стакан для титрования,
снабженный мешалкой, вливают туда анализируемый раствор и
добавляют к нему воду в таком количестве, чтобы платиновые
пластинки были полностью покрыты жидкостью. Измеряют со-
противление и из бюретки прибавляют небольшими порциями
раствор титранта. В ходе титрования периодически измеряют со-
противление. В зависимости от природы титранта и титруемого
вещества характер изменения сопротивления (электропроводно-
сти) в процессе титрования может быть различен. В начальный
период титрования сопротивление по мере прибавления титранта
может или возрастать, или оставаться практически постоянным,
или несколько снижаться, а в дальнейшем, когда прореагирует
все находящееся в растворе вещество, сопротивление заметно
снижается. После этого прибавляют еще две-три порции титран-
та и заканчивают титрований. По измеренным значениям сопро-
тивления вычисляют удельные электропроводности и составляют
таблицу и график зависимости: объем прибавленного раствора
титранта (V) — удельная электропроводность раствора (у). Точ-
ка перегиба на графике соответствует эквивалентной точке при
титровании. По объему раствора титранта, израсходованному для
достижения эквивалентной точки, и по его нормальности вычис-
ляют концентрацию анализируемого раствора. Нужно показать
учащимся приемы графического определения эквивалентной
точки.
Здесь можно предложить учащимся две задачи: определение
хлористого бария с помощью титрования раствором сернокисло-
го натрия и определение хлористого аммония с помощью титро-
вания раствором едкого натра. Мастер должен подчеркнуть, что
в этих реакциях не удается определить эквивалентную точку при-
емами, известными учащимся из практикума по объемному ана-
лизу. Кондуктометрический метод анализа позволяет довольно
точно определить эквивалентную точку.
Рабочие растворы для титрования в этой работе — точные
растворы сернокислого натрия и едкого натра. Концентрация
рабочих растворов должна быть довольно высокой; если, напри-
мер, концентрация хлористого бария в растворе около 0,1 н., то
концентрация раствора сернокислого бария должна быть не ни-
же 0,5 н. Это необходимо, чтобы уменьшить влияние разбавления
при титровании. Чтобы не снизить точности анализа, следует
применять бюретку емкостью 10 мл или микробюретку.
196
При кондуктометрическом титровании решающее значение
имеет не абсолютное значение сопротивления (или удельной элек-
тропроводности) раствора, а величина изменения сопротивления
в процессе титрования. Поэтому определение постоянной ячейки
при кондуктометрическом титровании не является обязательным.
График можно строить в координатах: объем прибавленного рас-
твора — сопротивление, и по нему находить эквивалентную точ-
ку. В учебных задачах следует все же вычислять удельные элек-
тропроводности и по ним строить график.
5. Анализ методом нейтрализации в общем случае удобнее
выполнять титрованием с кислотно-основными индикаторами;
однако этот способ неприменим, если нужно определить содер-
жание одной кислоты в присутствии другой. Раздельное опреде-
ление соляной и уксусной кислот в смеси выполняют кондукто-
метрическим титрованием. При этом на графике обнаруживают-
ся две эквивалентные точки.
Титрование ведут обычными приемами; титрант — раствор
едкого натра. Сопротивление раствора возрастает сначала быст-
ро, потом медленно и, наконец, начинает заметно уменьшаться.
На графике титрования находят две эквивалентные точки. Пер-
вая соответствует моменту, когда оттитрована сильная кислота
(соляная), вторая — моменту, когда оттитрована слабая кислота
(уксусная).
Во всех случаях кондуктометрического титрования вычисле-
ние результатов анализа производят по формуле
где Nx — концентрация анализируемого раствора;
N — концентрация рабочего раствора;
V — расход рабочего раствора для титрования до эквива-
лентной точки в мл\
Vx — объем анализируемого раствора, взятый для титро-
вания, в мл.
ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА
Здесь можно рекомендовать следующие лабораторные работы:
1. Освоение приемов работы с потенциометром типа ЛП-5.
2. Определение pH растворов солей, кислот и оснований при
помощи стеклянного электрода.
3. Освоение приемов потенциометрическо₽о титрования; опре-
деление содержания двухвалентного железа в растворе; анализ
n-нитроанилина; определение содержания хлористого натрия в
растворе.
1. Потенциометрический метод анализа основан на измерении
электродвижущей силы (э. д. с.), возникающей в цепи электро-
197
дов, погруженных в анализируемый раствор. Э. д. с. измеряют по
компенсационной схеме: навстречу э. д. с., возникающей в цепи
электродов, направляют через реохорд э.д. с. сухого элемента.
С помощью скользящего контакта изменяют разность потенциа-
лов, снимаемую с реохорда, до достижения полной компенсации.
В момент компенсации (т. е. равенства э. д. с. электродов и сухо-
го элемента) гальванометр показывает отсутствие тока в цепи.
По положению рукоятки реохорда, жестко соединенной со шка-
лой, определяют величину э. д. с.
Эта схема лежит в основе потенциометра типа ЛП-5, широко
применяемого в производственных лабораториях. На реохорд
должна поступать строго определенная разность потенциалов;
поэтому перед каждым измерением э. д. с. сухого элемента про-
веряют по эталону — нормальному элементу Вестона. Ток, возни-
кающий в цепи электродов, очень мал, и чтобы его можно было
определить обычным нуль-гальванометром, в схему прибора
включен ламповый усилитель. Усилитель питается от сети чррез
выпрямитель и стабилизатор, смонтированные здесь же в при-
боре.
Учащиеся должны освоить приемы подготовки к работе лабо-
раторного потенциометра типа ЛП-5 и измерения с его помощью
pH растворов.
Прибор включают в сеть переменного тока и дают лампам
прогреться в течение 10 мин. В это время подготавливают элек-
троды и сосуд для измерения. Электроды и сосуд тщательно про-
мывают дистиллированной водой и ополаскивают анализируемым
раствором. Затем заполняют сосуд раствором, опускают в рас-
твор электроды и закрепляют их на штативе. Нужно проследить,
чтобы рабочая часть электрода была полностью погружена в
раствор. Электроды соединительными проводами присоединяют
к прибору.
Затем с помощью рукоятки переменного сопротивления в цепи
усилителя приводят стрелку нуль-гальванометра к нулю — уси-
литель настроен. Нужно проследить, чтобы сухой элемент был
при этом включен в измерительную цепь. Далее устанавливают
переключатель на измерение в милливольтах или единицах pH
(в последнем случае устанавливают в нужное положение компен-
сатор температур) и настраивают прибор по нормальному эле-
менту.
После этого приступают к измерению. Нажимают кнопку на
рукоятке реохорда, включая тем самым электроды в измеритель-
ную схему, и вращением реохорда компенсируют э. д. с. элек-
тродной пары. В момент компенсации (нулевое положение стрел-
ки гальванометра) отпускают кнопку и делают отсчет по шкале
реохорда.
2. Первая практическая работа с прибором типа ЛП-5 — оп-
ределение pH растворов солей, кислот и оснований. Это опреде-
198
ление проводят при помощи электродной пары: стеклянный — на-
сыщенный каломельный.
Учащиеся должны хорошо освоить приемы работы с этими
электродами, знать их устройство и назначение отдельных частей.
Рабочая часть стеклянного электрода представляет собой тонко-
стенный стеклянный шарик, который легко повредить при неосто-
рожном обращении. У новых электродов шарик закрыт предохра-
нительным колпачком, защищающим его от механических по-
вреждений. Для подготовки к работе нового электрода его в
течение двух суток выдерживают в дистиллированной воде. Еже-
дневно по окончании работы электрод промывают дистиллиро-
ванной водой и хранят погруженным в воду. Категорически за-
прещается промывать стеклянный электрод крепкой хромовой
смесью или концентрированной щелочью. Можно применить хро-
мовую смесь, разбавленную в 3—4 раза, причем промывка долж-
на быть кратковременной и электрод нужно сразу же промыть
дистиллированной водой и замочить в воде. Ни в коем случае
нельзя очищать электроды от загрязнений протиранием и т. п.
Это неминуемо приведет к порче электрода.
Сосуд каломельного электрода имеет в верхней части отвер-
стие, закрытое резиновой пробкой. Через отверстие доливают на-
сыщенный раствор хлористого калия, с тем чтобы сосуд всегда
был заполнен этим раствором. Нужно напомнить учащимся, что
контакт каломельного электрода с анализируемым раствором
осуществляется медленным вытеканием раствора хлористого ка-
лия через микротрещину в шлифе в нижней части электрода.
Поэтому при измерении нужно вынимать пробку, а по окончании
работы снова ее вставлять, чтобы не вытекал раствор хлористого
калия. Электрод к прибору присоединяется проводом, который
надевают и закрепляют на верхней части электрода специальным
хомутиком. Нужно убедиться в плотности контакта. Для присое-
динения электродов нужно использовать только специальные эк-
ранированные провода, входящие в комплект прибора.
Перед измерением pH корректируют шкалу pH по буферному
раствору. Учащиеся должны научиться приготовлять буферные
растворы из чистых реактивов и корректировать по ним шкалу
pH. Для этого электроды погружают в буферный раствор, уста-
навливают реохорд на значение pH этого раствора и ставят пе-
реключатели и кнопку в положение измерения. Если при этом
стрелка гальванометра отклоняется от нулевого положения, ее
устанавливают на нуль рукояткой установки нуля. Корректируют
по буферному раствору с pH, близким к pH среды, где будут
вести измерения.
Для упражнений по измерению pH можно предложить раз-
бавленные растворы соляной или серной .кислоты (0,001 —
0,0001 н.), углекислого натрия, кислого углекислого натрия, хло-
ристого аммония, сернокислого аммония, гидрата окиси аммония
199
и др. Целесообразно предложить учащимся параллельно опре-
делять значения pH этих растворов с помощью индикаторных
бумаг.
Для контрольных задач можно предложить буферные смеси с
определенными значениями pH. Такие смеси можно приготовить,
например, смешивая в определенном соотношении растворы ед-
кого натра, фосфорной, уксусной и борной кислот.
Проводить измерение pH в сильнощелочной среде стеклян-
ными электродами, входящими в комплект прибора типа ЛП-5,
не рекомендуется — они быстро разрушаются.
3. Потенциометрическое титрование — широко распростра-
ненный способ анализа. Нужно напомнить учащимся, что потен-
циометрическая схема служит здесь исключительно для опреде-
ления эквивалентной точки. В остальном приемы выполнения ана-
лизов мало чем отличаются от приемов выполнения аналогичных
анализов, знакомых учащимся из практикума по объемному ана-
лизу или анализу органических веществ.
Мастер должен показать учащимся приемы работы при потен-
циометрическом титровании: в стакан наливают анализируемый
раствор, погружают электроды, включают мешалку и ведут тит-
рование, спуская из бюретки порции титранта. Вначале спускают
по 3—5 мл, затем по мере приближения к эквивалентной точке
по 1 мл, 0,5 и 0,1 мл и, наконец, по капле (примерно по 0,02 мл).
Целесообразно предварительно провести грубое титрование, что-
бы установить приблизительный расход титранта.
Цосле прибавления каждой порции титранта дают небольшую
выдержку и измеряют установившийся потенциал. Измерение ве-
дут в милливольтах (положение переключателей). При достиже-
нии эквивалентной точки происходит резкое изменение потенци-
ала — скачок. По расходу титранта вычисляют содержание ана-
лизируемого вещества.
Для первого упражнения можно предложить титрование со
стеклянным электродом 0,1 н. раствора соляной кислоты 0,1 н.
раствором едкого натра. Чтобы нагляднее продемонстрировать
широкие возможности потенциометрического метода, можно рас-
твор кислоты подкрасить органическим красителем (или черни-
лами); титровать такой раствор обычным способом объемного
анализа с индикатором невозможно. Результаты потенциометри-
ческого титрования записывают в виде таблицы (например,
табл. 7).
Таблица 7
V 0 10 15 20 22 23 23,5 24,0 24,5 24,6 24,7 24,8
Е 300 350 368 398 412 424 431 437 467 480 505 534
200
Продолжение табл. 7
V 24,9 24,92 24,94 24,96 24,98 25,00 25,02 25,04 25,1
Е 564 570 577 588 602 693 770 785 820
V — спуск титранта в ли;
Е — потенциал в мв.
По максимальному значению отношения ДЕ/AV находят экви-
валентную точку. Учащиеся должны уметь выразить результаты
титрования графически в координатах V — Е и V — AE/AV.
В рассмотренных работах в качестве индикаторного электрода
применяли стеклянный электрод, в качестве электрода сравне-
ния — каломельный.
Для определения содержания двухвалентного железа в раст-
воре сернокислого железа применяют платиновый электрод. Для
подключения его к прибору вставляется специальная контактная
муфта. Платиновый электрод должен быть тщательно промыт
дистиллированной водой и спиртом.
Анализируемый раствор сернокислого железа вносят в ста-
кан, погружают в раствор платиновый и каломельный электроды
и титруют 0,1 н.раствором бихромата натрия до скачка потенци-
ала.
Для анализа п-нитроанилина навеску его растворяют в соля-
ной кислоте, разбавляют водой, охлаждают до 10° С и титруют
раствором азотистокислого натрия до скачка потенциала. Для
потенциометрического титрования аминов применяют платино-
вый электрод, изготовленный из листовой платины. Электрод из
платиновой проволоки, входящий в комплект прибора типа ЛП-5,
для этого анализа непригоден. Мастер должен обратить внима-
ние учащихся на преимущество этого способа определения ами-
нов перед титрованием с йодокрахмальной бумагой: отсутствие
поправки на чувствительность индикатора, возможность анализа
окрашенных растворов.
Индикаторный электрод, стеклянный или платиновый, всегда
должен быть погружен в анализируемый раствор. Каломельный
электрод сравнения может быть погружен в анализируемый рас-
твор или сделан выносным. В последнем случае его помещают в
стакан с раствором хлористого калия, соединенный с анализируе-
мым раствором солевым мостиком — стеклянной трубкой, запол-
ненной раствором хлористого калия. Учащиеся должны уметь со-
бирать установку для титрования с выносным каломельным элек-
тродом.
Для определения содержания хлористого натрия титрование
ведут с серебряным электродом. Последний можно изготовить из
тонкой серебряной пластинки или посеребрить платиновый элек-
трод.
201
Электрод сравнения — выносной насыщенный каломельный.
При анализе хлоридов солевой мостик заполняют раствором
азотнокислого натрия или аммония.
Перед титрованием к анализируемому раствору хлористого
натрия добавляют раствор азотнокислого бария и затем титруют
при размешивании раствором азотнокислого серебра до скачка
потенциала.
Благодаря различной растворимости в воде йодистого и хло-
ристого серебра можно выполнить раздельное определение хло-
ридов и йодидов в растворе. Раствор, содержащий йодистый нат-
рий и хлористый натрий, титруют в условиях предыдущего опыта.
Первый скачок потенциала соответствует окончанию осаждения
йодида, второй — окончанию осаждения хлорида.
Во всех случаях потенциометрического титрования по мере
приближения к эквивалентной точке уменьшают порции добав-
ляемого титранта. В тех случаях, когда раствор анализируемого
вещества разбавлен до определенного объема в мерной колбе и
на титрование отбирают пипеткой определенный объем его, про-
водят предварительное титрование, чтобы приближенно опреде-
лить расход титранта.
Расчет результатов анализа выполняют по формулам расчета
для случаев прямого титрования.
КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ И СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ
МЕТОДЫ АНАЛИЗА
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатор-
ные работы:
1. Визуальное определение содержания меди в растворе сер-
нокислой меди методом стандартных серий.
2. Освоение приемов работы с колориметром погружения;
количественное определение трехвалентного железа сульфосали-
цилатным способом.
3. Освоение приемов работы с фотоэлектроколориметром; ко-
личественное определение никеля, с диметилглиоксимом; опреде-
ление концентрации органического красителя.
4. Освоение приемов работы со спектрофотометром СФ-4; сня-
тие спектров поглощения бензойной кислоты, нафталина, бета-
нафтола и органических красителей.
Эти методы анализа основаны на измерении поглощения света
растворами: интенсивность поглощения прямо пропорциональна
концентрации и толщине слоя раствора.
Большинство анализов выполняется здесь методом сравне-
ния — прямого или косвенного (по калибровочным кривым).
Учащиеся должны твердо усвоить правило: приготовление
202
раствора сравнения или растворов для калибровочной кривой
производится в тех же условиях, что и приготовление анализиру-
емого раствора. Это особенно важно при анализах, основанных
на цветных реакциях; здесь нарушение порядка прибавления ре-
активов, разбавления, длительности выдержки, нагревания и т. п.
может привести к ошибке в анализе.
Важнейший этап работы — подготовка и заполнение кювет.
Нужно напомнить учащимся, что кювета — точная деталь; к при-
бору прилагаются комплекты парных кювет и повреждение одной
кюветы делает невозможной работу в каком-то диапазоне опти-
ческих плотностей.
Рабочие грани кювет должны быть чистыми. Нужно приучить
будущих лаборантов тщательно промывать кюветы перед их за-
полнением. Категорически запрещается скоблить кюветы для очи-
стки. Вытирать их можно только мягкой тканью. Перед наполне-
нием кювет раствором следует ополоснуть их этим же раствором.
Сразу по окончании работы кюветы освобождают, промывают и
высушивают.
1. Один из простейших приемов колориметрического анали-
за — метод стандартных серий. Этот анализ выполняют в специ-
альных цилиндрах или пробирках. Пробирки для определения
меди должны плотно закрываться, чтобы не улетучивался ам-
миак.
Для определения содержания меди в растворе сернокислой
меди готовят стандартный раствор, содержащий, например, 1 г
меди в 1 л. С помощью микробюретки или градуированной пи-
петки в пробирки вносят различные ’ количества стандартного
раствора, добавляют одинаковые количества водного раствора
аммиака (избыток по отношению к сернокислой меди), разбав-
ляют водой до одинакового объема, закрывают и перемешивают.
С приготовленной таким образом серией (состоящей, например,
из десяти растворов) сравнивают визуально раствор, приготов-
ленный из анализируемого раствора тем же методом и в такой
же пробирке. Находят одинаковый по интенсивности окраски
раствор шкалы и рассчитывают содержание меди в пробирке и в
анализируемом растворе. Если окраска анализируемого раствора
интенсивнее, чем самый интенсивный раствор шкалы, измерение
повторяют после соответствующего разбавления анализируемого
раствора. Следует познакомить учащихся с приемами пользова-
ния компаратором.
В качестве контрольной задачи можно предложить учащимся
определить содержание меди в выданном мастером растворе.
2. Далее нужно познакомить учащихся с устройством колори-
метра погружения (типа колориметра Дюбоска) и приемами ра-
боты с ним.
Нужно напомнить учащимся принцип, лежащий в основе ус-
203
тройства этого прибора: толщины слоев растворов при одинако-
во наблюдаемой окраске обратно пропорциональны концентра-
циям растворов.
В одну из кювет прибора помещают анализируемый раствор,
в другую — раствор сравнения. Через обе кюветы пропускают
одинаковые световые потоки, которые затем сводят с помощью
зеркальных призм в окуляр, где они образуют две четко разде-
ленные половины оптического поля. Меняя с помощью специаль-
ного устройства толщину слоя жидкости в кюветах, уравнивают
окраску обеих половин оптического поля. Толщина слоя жидко-
сти, через который проходит свет, отмечается по шкале. Концен-
трацию вещества в анализируемом растворе вычисляют по фор-
муле
Сх-1х = С-1,
где Сх — концентрация вещества в анализируемом растворе;
1Х — толщина слоя анализируемого раствора;
С — концентрация вещества в растворе сравнения;
I — толщина слоя раствора сравнения.
Учащиеся должны освоить приемы подготовки колориметра
к работе и приемы выполнения анализа. Перед началом работы
тщательно промывают и высушивают кюветы и стержни-погру-
жатели. Затем с помощью отражателя направляют на кюветы
рассеянный свет и наблюдают освещенность оптического поля,
обе половины должны быть освещены одинаково. Далее проверя-
ют нулевую точку прибора: в обе кюветы наливают раствор
сравнения и до предела погружают стержни в кюветы. Если при
нулевом положении обеих кювет освещенность полей неодинако-
ва, то ее уравнивают изменением толщины слоя и вводят соответ-
ствующую поправку.
После этого приступают к измерению. Кюветы заполняют и
устанавливают на кронштейн прибора. Не следует наливать в кю-
веты слишком много раствора, чтобы он не вылился при погру-
жении стержней. Нужно следить, чтобы на нижней поверхности
стержней не остались пузырьки воздуха. Их удаляют, осторожно
наклоняя прибор. В кювете сравнения устанавливают толщину
слоя 20—30 мм и, осторожно изменяя толщину слоя анализируе-
мого раствора, уравнивают освещенность полей. Определение по-
вторяют трижды, затем изменяют толщину слоя в кювете сравне-
ния и снова делают три определения. Для расчета берут среднее
из всех определений. Нужно показать учащимся, как правильно
делать отсчет по шкале.
В качестве учебной задачи можно предложить определение со-
держания трехвалентного железа в растворе его соли сульфо-
салицилатным способом. Нужно обратить внимание учащихся,
что здесь, как и при определении меди, анализируемый раствор
практически бесцветен; окраска возникает в результате химиче-
204
ской реакции. Следует показать учащимся приемы предвари-
тельного визуального определения содержания железа и напом-
нить им, что более точные результаты анализа получают при
близких концентрациях анализируемого раствора и раствора
сравнения. Если концентрации заметно различаются, более кон-
центрированный раствор разбавляют, используя пипетку и мер-
ную колбу.
3. Разобранные выше приемы анализа имеют существенный
недостаток —• определение интенсивности окраски или равенства
световых потоков производится визуально, а следовательно, субъ-
ективно. Поэтому в последнее время вместо колориметров погру-
жения все более широкое применение находят фотоэлектроколо-
риметры (ФЭК-М, ФЭК-Н-57). В этих приборах интенсивности
световых потоков измеряются фотоэлементами. В теоретическом
курсе учащиеся познакомились с принципиальной схемой этого
прибора. В лаборатории они должны освоить приемы подготовки
прибора к работе и выполнения измерений. Измерение здесь про-
водится при постоянной толщине слоя раствора; компенсация
достигается изменением светового потока. Прибор следует вклю-
чать в сеть за 20—30 мин. до начала измерений. Нужно проверить
установку осветителя и установить на нуль стрелку гальваноме-
тра. Заполняют две кюветы растворителем, одну — анализируе-
мым раствором и устанавливают их в кюветные камеры. Затем
открывают шторки, включают светофильтр и устанавливают в
оба световых потока кюветы с растворителем. Настраивают при-
бор на начало отсчетов (нуль по шкале оптической плотности,
нулевое положение стрелки гальванометра) и вводят в правый
световой поток кювету с анализируемым раствором. Вращая от-
счетный барабан, уравнивают световые потоки и делают отсчет
по правой шкале.
Нужно познакомить учащихся и с другим приемом измерения,
когда в правый световой поток сначала устанавливают кювету
с анализируемым раствором и в этом положении настраивают
прибор на начало отсчетов, а затем заменяют ее на кювету с
растворителем и уравнивают световые потоки. Отсчет в этом слу-
чае делают по левому барабану.
В качестве лабораторных работ можно предложить определе-
ние концентрации органического красителя и количественное оп-
ределение никеля в растворе.
Каждую работу следует вести в таком порядке:
1) выбор светофильтра и кюветы;
2) построение калибровочной кривой;
3) измерение оптической плотности анализируемого раствора;
4) вычисление результатов анализа.
Колориметрическое определение никеля основано на его цвет-
ной реакции с диметилглиоксимом. Готовят раствор химически
чистого сернокислого никеля с содержанием никеля 0,1 г/л. Раз-
205
бавлением этого раствора готовят серию растворов для калиб-
ровочной кривой (например, с содержанием никеля от 0,1 до
2 мг!л). В стандартных условиях переводят никель в окрашенное
соединение, определяют оптическую плотность каждого раствора
и строят калибровочную кривую. Параллельно проводят холостой
опыт (без соли никеля) и полученный раствор помещают в кю-
вету сравнения. Максимальное поглощение образующегося соеди-
нения наблюдается при 470 ммк\ нужно установить соответствую-
щий светофильтр. С помощью калибровочной кривой определяют -
содержание никеля в растворе, выданном мастером.
Для следующей работы целесообразно взять кислотные или
прямые органические красители (прямой оранжевый, прямой
желтый К, прямой ярко-голубой и др.). Готовят раствор эталон-
ного образца с концентрацией 1—2 г/л и, разбавляя его, готовят
серию растворов с концентрацией от 10 до 100 мг)л. Определяют
оптические плотности этих растворов и строят калибровочный
график. В качестве контрольной задачи можно предложить опре-
деление содержания красителя в выданной пробе сухого про-
дукта.
4. Спектрофотометр СФ-4 дает возможность определить опти-
ческую плотность растворов по отношению к излучениям с раз-
ной длиной волны, т. е. снять спектр поглощения вещества в рас-
творе.
Электрическая и оптическая схемы этого прибора значитель-
но сложнее изученных до сих пор. Подготовка прибора к
работе должна проводиться квалифицированным лаборантом.
Учащиеся должны овладеть приемами заполнения кювет и
снятия спектров.
Нужно показать учащимся приемы работы при снятии спект-
ров: установку темнового тока, регулирование ширины щели, пе-
ремещение держателя кювет и т. д. Нужно приучить будущих
лаборантов плавно вращать ручки управления прибором. Резкие
движения ведут к уменьшению точности анализа и преждевре-
менному износу прибора.
Для снятия спектров поглощения в видимой области можно
предложить водные растворы органических красителей, прямых
или кислотных. Следует взять красители с заметно отличающим-
ся положением максимума поглощения, т. е. красители различ-
ных цветов (например, кислотный оранжевый/ кислотный си-
ний К, прямой желтый К, конго красный и др.). Для снятия спект-
ров поглощения в ультрафиолетовой области можно предложить
спиртовые растворы бета-нафтола, нафталина, бензойной кис-
лоты.
Отсчет показаний прибора следует снимать со шкалы оптиче-
ских плотностей. По полученным данным каждый учащийся дол-
жен построить спектральные кривые в координатах: длина вол-
ны — оптическая плотность.
206
РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА
В этом разделе можно рекомендовать следующие лаборатор-
ные работы:
1. Освоение приемов работы с рефрактометром типа Аббе
(РЛУ, ИРФ-22).
2. Определение показателя преломления различных органиче-
ских соединений.
3. Количественное определение содержания одного из компо-
нентов в двойной смеси.
4. Определение примеси толуола в н.-гептане.
1. Вначале следует познакомить учащихся с устройством ре-
фрактометра типа Аббе и объяснить назначение основных его
частей: призменного блока, поворотного механизма с отсчетной
шкалой, компенсатора дисперсии, окуляра и зеркала.
Затем нужно показать учащимся приемы работы с рефракто-
метром. Прибор устанавливают на рабочем столе в помещении,
где нет кислых паров и газов. К рабочему столу должны быть
подведены вода, электрический ток для питания лампы накали-
вания, воронка для слива воды.
Источником света для рефрактометра может быть лампа на-
каливания или дневной свет. В последнем случае прибор ставят
перед окном.
К рубашке призменной камеры подключают водопроводную
воду, пуская ее небольшой струей. Этого достаточно для термо-
статирования призм при обычных технических анализах. При спе-
циальных исследованиях, требующих строго определенной тем-
пературы, воду подают из термостата.
Приоткрывают кюветную камеру, пипеткой вносят в нее не-
сколько капель дистиллированной воды и закрывают.
Включают лампу накаливания (или устанавливают прибор
против окна) и вращением зеркала добиваются яркого освеще-
ния поля в окуляре. Вращением маховичка поворотного механиз-
ма наводят окуляр на границу светлого и темного поля.
Вращением маховичка компенсатора добиваются исчезнове-
ния радужной полосы и появления четкой границы светлого и
темного полей.
Вращая маховичок поворотного механизма, добиваются сов-
падения визирного креста с границей светлого и темного полей.
По шкале делают отсчет значения показателя преломления
воды. Цена деления шкалы рефрактометра типа Аббе — 0,01.
Четвертый десятичный знак оценивается визуально по положе-
нию визирного штриха между делениями шкалы. Отсчет повто-
ряют 3—4 раза, переходя от светлого поля к темному и наоборот,
и берут средний результат. Первые результаты могут быть рас-
ходящимися. Это означает, что еще не установилась постоянная
207
температура и нужно подождать, пока она установится. Дистил-
лированная вода выбрана как простейшая жидкость с известным
показателем преломления для проверки правильности работы
прибора (/zj,5 = 1,3334; nf? = 1,3330; и® = 1,3325).
Затем открывают призменный блок, вытирают поверхности
призмы чистой мягкой тканью, промывают спиртом или эфиром,
снова вытирают и оставляют на некоторое время для испарения
остатков растворителя.
Нужно помнить, что повреждение полировки поверхности
призм приводит к порче прибора.
2. После проверки рефрактометра по дистиллированной воде
переходят к определению показателей преломления различных
органических соединений. При этом сохраняется описанный выше
порядок работы. При переходе от одного вещества к другому
нужно тщательно промывать призмы во избежание ошибки от
загрязнения.
Для лабораторных работ по рефрактометрии нужно подгото-
вить вещества с известными показателями преломления. Пример-
ный список таких веществ приведен в табл. 8. Список может быть
дополнен веществами, применяющимися в лабораториях пред-
приятий, с которыми связано училище.
Таблица 8
Вещество «20 nD > Вещество «20 nD
Метиловый спирт 1,3286 Глицерин .... 1,4744
Ацетон 1,3591 Толуол .... 1,4969
Этиловый спирт . 1,3613 Бензол .... 1,5011
Пропиловый спирт . 1,3854 Хлорбензол 1,5248
н.-Гептан 1,3876 Стирол . . . 1,5468
Бутиловый спирт . 1,3993 Нитробензол . 1,5524
Этиленгликоль 1,4318 Диметиланилин . 1,5583
Четыреххлористый угле- Метиланилин . 1,5710
род 1,4603
Для работ по рефрактометрии нужны небольшие количества
реактивов. Эти реактивы следует хранить отдельно от реактивов,
предназначенных для синтетических работ, и перед началом
практикума мастер должен проверить их показатели преломле-
ния.
Каждому учащемуся выдают пробу вещества, и он должен
определить его показатель преломления. Затем можно предло-
жить более сложную задачу: в трех пробах (под номерами) опре-
делить по показателям преломления н.-гептан, бензол и стирол.
Учащийся определяет показатели преломления всех трех предло-
женных ему проб, затем по справочнику находит показатели пре-
208
ломления перечисленных веществ, сравнивает их с результатами
измерений и идентифицирует вещества.
Нужно познакомить учащихся с разделом «Справочника хи-
мика» (т. 2, М., Госхимиздат, 1954, стр. 974—1142), где приведе-
ны таблицы показателей преломления большого количества ве-
ществ, и научить их пользоваться этими таблицами.
Можно предложить, например, такие комбинации веществ:
метиловый, этиловый и бутиловый спирты; глицерин и эти-
ленгликоль; нитробензол, хлорбензол и бензол; анилин, нит-
робензол и бензол и т. д. Нужно подбирать комбинации
веществ, показатели преломления которых различаются не
менее чем на 0,0300.
Для работы следует выдавать небольшие количества веществ
(0,5—1 мл). Для рефрактометра типа Аббе достаточно 1—2 ка-
пель вещества; возможность выполнения анализа при наличии
малых количеств вещества — одна из ценных сторон рефракто-
метрического метода.
3. Следующая работа — количественное определение содер-
жания одного из компонентов в двойной смеси. Метод основан на
том, что показатель преломления смеси веществ с разными пока-
зателями преломления зависит от соотношения компонентов сме-
си. Анализ выполняют следующим образом: готовят серию рас-
творов определенного состава, измеряют показатели преломления
этих растворов и строят калибровочную кривую (зависимость по-
казателя преломления от содержания одного из компонентов).
Пользуясь этой кривой, определяют содержание компонента в
анализируемом растворе.
Можно предложить, например, такие смеси: глицерин — вода,
этиленгликоль — вода, глюкоза (сахар) — вода.
Определение выполняют в такой последовательности:
1) готовят серию стандратных растворов глицерина в дистил-
лированной воде, содержащих соответственно 20, 40, 60 и 80%
глицерина; глицерин взвешивают; воду взвешивают или отмери-
вают из бюретки;
2) измеряют показатели преломления приготовленных раство-
ров, а также дистиллированной воды и глицерина;
3) по полученным результатам строят калибровочную кри-
вую;
4) измеряют показатель преломления анализируемого вод-
ного раствора глицерина;
5) по калибровочной кривой определяют содержание глице-
рина в анализируемом растворе.
4. Для ряда смесей углеводородов составлены расчетные фор-
мулы, позволяющие определять, в частности, примесь ароматиче-
ского углеводорода к алифатическому без построения калибро-
вочной кривой.
14—747
2'з9
Для смеси толуол — н.-гептан формула имеет такой вид:
Х= . 100 + 2,06- 10~3(100-Х) -X,
где п — показатель преломления анализируемой смеси;
П1««2 — показатели преломления толуола и н.-гептана;
X — содержание толуола в смеси в % (по весу).
Для анализа такой смеси учащийся должен только измерить
ее показатель преломления и подставить в первую часть форму-
лы вместе со значениями показателей преломления н.-гептана и
толуола, взятыми из таблиц (толуол— 1,4969; н.-гептан— 1,3876).
Пример расчета.
Показатель преломления анализируемой смеси толуол—н.-гептан оказался
равным 1,4491; подставляют в формулу и находят Ло, приближенное значе-
ние X:
х = 1,4969(1.4491-1,3876)
° 1,4491 (1,4969- 1,3876)
100 = 58,12%.
Далее вычисляют поправку, подставляя найденное значение X во вторую
часть формулы:
ЛА=2,06- 10-3(100—58,12) -58,12=5,01%.
Содержание толуола в смеси:
58,12+5,01=63,13%.
ЛИТЕРАТУРА
Бабко А. К., Пилипенко А. Т. Колориметрический анализ. М.-Л.,
Госхимиздат, 1951.
Виноградова Е. Н. Методы определения концентрации водородных
ионов. М., изд-во МГУ, 1956.
Иоффе Б. В. Руководство по рефрактометрии для химиков. Л., изд-во
ЛГУ, 1956.
Ластовский Р. П., Вайнштейн Ю. И. Технический анализ в произ-
водстве промежуточных продуктов и красителей. М., Госхимиздат, 1958.
Ляликов Ю. С. Физико-химические методы анализа. М., Госхимиздат,
1958.
Шемякин Ф. М., Карпов А. Н., Брусенцов А. И. Аналитическая
химия. М., Медгиз, 1960.
Юинг Г. В. Инструментальные методы химического анализа. М., Гос-
химиздат, 1960.
Глава VIII
ТЕХНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
В этом разделе практикума учащиеся должны освоить ряд об-
щих приемов технического анализа, применяющихся в различных
отраслях химической и нефтеперерабатывающей промышленно-
сти, а также познакомиться с Государственными общесоюзными
стандартами (ГОСТ) и техническими условиями (ТУ). В заклю-
чительной части практикума по техническому анализу учащиеся
выполняют отдельные анализы по ГОСТ и ТУ.
В соответствии с программой производственного обучения
практикум по техническому анализу разбит на две части.
На первом году обучения учащиеся осваивают общие приемы
технического анализа. Основная задача этой части практикума —
подготовка учащихся к первой производственной практике в ла-
бораториях предприятия. В программу практикума включены
анализы, которые встретятся учащимся в производственной ла-
боратории любой отрасли химической и нефтеперерабатывающей
промышленности: определение содержания влаги, золы, темпера-
тур плавления, кипения, затвердевания, вспышки, определение
вязкости, степени измельчения и некоторых других, преимущест-
венно физических показателей.
Особенно важное значение имеют работы по определению
температуры плавления, золы и влаги. Эти показатели включены
в ГОСТ и ТУ на большое число химических продуктов и нефте-
продуктов.
С определением влаги и золы учащиеся встретятся вновь в
практикуме по весовому анализу (второй год обучения). Так
как во время практикума по техническому анализу учащиеся еще
не умеют работать с аналитическими весами, навески веществ
для технических анализов берут на технохимических весах. Точ-
ность взвешивания в данном случае составляет 0,01 г. В соответ-
ствии с этим достижением постоянного веса при высушивании
или прокаливании можно считать расхождение между двумя по-
следовательными взвешиваниями не более чем 0,02 г. Уменьше-
ние точности некоторых анализов, обусловленное пользованием
технохимическими весами (вместо аналитических), ни в коей
14*
211
мере не уменьшает ценности этих работ, где учащиеся знакомят-
ся с приемами работы, с новым для них оборудованием и посу-
дой: муфельными печами, сушильными шкафами, тиглями, экси-
каторами и др.
Во второй части практикума (третий год обучения) учащиеся
знакомятся с ГОСТ и ТУ на отдельные виды сырья и готовой
продукции и осваивают приемы анализа в соответствии с их тре-
бованиями.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАГИ
Определение влаги в технических продуктах имеет большое
практическое значение и выполняется почти во всех лаборато-
риях.
Будущие лаборанты должны хорошо овладеть основными ме-
тодами определения влаги: высушиванием, отгонкой по методу
Дина-Старка и химическим методом определения с карбидом
кальция.
Для определения влаги в техническом анализе навеску веще-
ства берут на технохимических весах. В зависимости от свойств
вещества его сушат при различной температуре.
Мастер должен показать учащимся приемы выполнения этого
анализа: взвешивание бюкса или часового стекла, взвешивание
бюкса или часового стекла с пробой вещества, ведение сушки
в сушильном шкафу, охлаждение в эксикаторе, взвешивание.
Следует отметить, что приемы выполнения этих операций сходны
с приемами работы при высушивании осадков в весовом анализе
(см.стр. 157).
Нужно объяснить учащимся, что при определении влаги нель-
зя брать слишком маленькую навеску вещества, это уменьшит
точность определения, особенно при низком содержании влаги.
Вместе с тем слишком большую навеску нужно очень долго
сушить до постоянного веса.
Для определения влажности каменного угля берут навеску
около 10 г и высушивают в чашке Петри до постоянного веса при
102—105° С.
Для определения влаги в пастах навеску пасты следует рас-
пределить тонким слоем по часовому стеклу. Так же поступают
при определении влажности целлюлозы.
Далее нужно познакомить учащихся с определением влаги
при высушивании вещества в лучах лампы инфракрасного света.
Прибор для этого определения несложен — инфракрасная лампа
мощностью 500 вт, укрепленная на штативе цоколем вверх. Часть
лампы, прилегающая к цоколю, представляет собой рефлектор.
Для защиты глаз от ожогов работу с лампой следует вести
в темных очках. Лампу помещают в металлический кожух,
а снизу подкладывают лист асбеста. Для регулирования накала
лампы можно включать ее через лабораторный автотрансформа-
212
тор. Другой способ регулирования температуры сушки — изме-
нение расстояния от лампы до высушиваемого вещества.
Часовое стекло или чашку Петри с навеской вещества поме-
щают под лампу и включают ток. Сушка продолжается несколь-
ко минут. Чашку охлаждают и взвешивают. Обычно при серий-
ных анализах одного вещества устанавливают оптимальные ус-
ловия сушки (накал лампы, расстояние до вещества, длитель-
ность сушки, величина навески), позволяющие исключить повто-
рение взвешивания.
Расчет результатов анализа производят по формуле
% = (gl-g2)100
g
где g — навеска анализируемого вещества в г;
g\ — вес часового стекла с влажным веществом в г;
g2 — вес часового стекла с сухим веществом в г;
X — содержание влаги в веществе в %.
Далее следует познакомить учащихся с методикой опре-
деления влаги по методу Дина-Старка. Методи-
ка основана на количественной отгонке воды от анализируемого
вещества с бензолом, толуолом или ксилолом. Вода собирается
в приемнике и определяется по объему. Учащиеся должны уметь
собрать прибор Дина-Старка и подготовить его к работе. Основ-
ные части прибора: колба для перегонки, насадка-приемник и
обратный холодильник. Навеску вещества помещают в колбу, до-
бавляют толуол, соединяют колбу с насадкой, а насадку — с об-
ратным холодильником. Осторожно пускают в холодильник воду
и начинают нагревать колбу на песчаной или водяной (если от-
гонку ведут с бензолом) бане. При кипении жидкости пары рас-
творителя и воды конденсируются, стекают в приемник и там
расслаиваются. По количеству воды, собравшейся в градуиро-
ванном приемнике, рассчитывают содержание влаги в веществе.
Приемник градуирован по 0.1 мл и для получения точных ре-
зультатов в пробе должно быть не менее 0,5 г воды. Поэтому
методику определения влаги по методу Дина-Старка применяют
для анализа веществ с большим содержанием влаги. Органиче-
ские вещества, применяющиеся в этом анализе, ядовиты и огне-
опасны. Работы с бензолом, ксилолом и толуолом следует вести
под тягой, вдали от открытого огня.
Определение влаги карбидным способом ос-
новано на измерении объема ацетилена, выделившегося при вза-
имодействии навески вещества с карбидом кальция. Для опре-
деления влаги в жидких продуктах используют сосуд с двумя
отделениями; сосуд предварительно взвешивают, вносят в шаро-
вую часть анализируемую жидкость и снова взвешивают. В боко-
вую пробирку с помощью специальной изогнутой воронки поме-
щают порошок карбида кальция. Сосуд закрывают пробкой с га-
213
зоотводной трубкой. Трубка соединена с измерительной бюрет-
кой. Нижний конец бюретки соединен с уравнительным сосудом;
на верхнем конце установлен трехходовой кран, позволяющий по-
переменно соединять бюретку с сосудом и с атмосферой.
Мастер должен показать приемы работы при выполнении это-
го анализа. Поднимают уравнительный сосуд, наполненный насы-
щенным раствором поваренной соли, и вытесняют солевым раст-
вором воздух из бюретки. Уровень жидкости должен совпасть с
нулевым делением бюретки. Затем трехходовым краном соединя-
ют бюретку с сосудом и, наклоняя сосуд, высыпают карбид в ша-
ровую часть колбы. По окончании выделения ацетилена сосуд по-
гружают на несколько минут в баню с водой при 40° С, затем в
баню с водой при комнатной температуре. После этого уравни-
вают уровни жидкости в бюретке и уравнительном сосуде и по
бюретке отсчитывают объем выделившегося ацетилена.
Бюретку помещают в рубашку с водой при комнатной темпе-
ратуре. Для вычисления результатов анализа можно использо-
вать формулу
Х=-6ЙП “MSI.
где V — объем выделившегося ацетилена в мл-,
g — навеска вещества в г;
X — содержание влаги в веществе в %;
667,8 — количество миллилитров ацетилена, образующееся из
1 г воды при 20° С и 760 мм рт. ст.
Банку с карбидом кальция следует открывать только на время
взятия навески, а затем тщательно закрывать и убирать в храни-
лище. Следует помнить, что попадание воды в карбид кальция
может вызвать отравление и явиться причиной пожара.
В качестве учебных задач можно рекомендовать определение
влаги в каменном угле, древесном угле, поваренной соли, суль-
фате натрия, пастах органических веществ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОЛЫ
В этом разделе практикума учащиеся должны познакомиться
с двумя методами определения золы: определением в виде остат-
ка после сжигания и прокаливания и в виде сульфатной золы.
Для определения золы навеску высушенного вещества, взя-
тую на технохимических весах, помещают в заранее прокаленный
и взвешенный тигель, сжигают в пламени горелки и затем прока-
ливают в специальной тигельной или муфельной печи до постоян-
ного веса (см. раздел «Весовой анализ»).
Для органических продуктов зольность характеризует содер-
жание минеральных солей.
Пробу вещества предварительно высушивают и измельчают.
214
Сжигать вещество пламенем газовой горелки нужно в наклонном
тигле. Следует объяснить учащимся, что при вертикальном поло-
жении тигля горячие газы, отходящие от газовой горелки, затруд-
няют доступ воздуха к сжигаемому веществу в тигле. При быст-
ром сжигании возможен унос с продуктами горения твердых ча-
стиц, что может привести к получению пониженных результатов
анализа.
Следует иметь в виду, что многие неорганические соединения
при прокаливании органического вещества улетучиваются. На-
пример, окислы цинка, свинца и некоторых других металлов вос-
станавливаются до металла и могут улетучиться. При прокали-
вании улетучиваются многие хлориды. Поэтому при определении
золы в продуктах, содержащих, например, поваренную соль, труд-
но провести прокаливание до постоянного веса.
Для учебной задачи здесь можно рекомендовать определение
золы в каменном угле и в органическом красителе.
Для определения сульфатной золы навеску вещества, поме-
щенную в тигель, смачивают несколькими каплями концентриро-
ванной серной кислоты, а затем нагревают в пламени горелки.
Такую обработку проводят несколько раз. К концу сожжения с
одной из последних порций серной кислоты прибавляют 1—2 кап-
ли концентрированной азотной кислоты. Следует обратить внима-
ние учащихся на необходимость охлаждать тигель перед повтор-
ным добавлением серной кислоты. Если тигель не охладить, он
может лопнуть. В конце прокаливания в тигле остается белый
остаток. Нужно объяснить учащимся, что в этом случае мине-
ральные примеси связываются серной кислотой в соответствую-
щие сульфаты, большей частью малолетучие.
Нужно объяснить учащимся, что количество сульфатной золы
обычно отличается от содержания золы, определенной простым
сожжением и прокаливанием.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ
В этом разделе практикума следует познакомить учащихся
со сборкой прибора для определения температуры плавления, с
подготовкой вещества к анализу и выполнением анализа, а так-
же с определением температуры плавления смешанной пробы.
Прибор для определения температуры плавления состоит из
круглодонной колбы с широким и длинным горлом; в колбу на
пробке вставляют широкую пробирку, не доходящую до дна кол-
бы. В пробирку на пробке вставляют термометр, к которому ре-
зиновым кольцом прикреплен тонкостенный стеклянный капилляр
с пробой исследуемого вещества. В колбу наливают теплоноси-
тель: концентрированную серную кислоту, глицерин, смесь рас-
плавленных уксуснокислых солей. Прибор устанавливают на ас-
215
бестовую сетку, положенную на кольцо, и закрепляют на штативе
лапкой.
Термометр, при помощи которого определяют температуру
плавления, должен быть особенно точным. Обычные химические
термометры, используемые, например, при синтетических рабо-
тах, не применяют для определения температуры плавления; по-
казания этих термометров иногда сильно отличаются от истинной
температуры. Следует объяснить учащимся, что каждый новый
термометр, применяемый в лаборатории для синтетических или
аналитических работ, должен быть предварительно проверен по
нескольким точкам (100° С — кипящая дистиллированная вода,
0° С — тающий лед и др.) или сличен с показаниями образцового
термометра. Наличие заводского паспорта с указанием поправок
не исключает необходимости такой проверки. Для более точных
измерений (в том числе и для определения температуры плавле-
ния, кипения, затвердевания и т. п.) служат образцовые, или нор-
мальные, термометры, которые выпускаются наборами по три
или по пять штук и охватывают интервал температур до 300° С.
Шкалы этих термометров градуированы по 0,1 и 0,2° С. Нормаль-
ные термометры систематически передают для проверки в Госу-
дарственные проверочные лаборатории. С помощью набора нор-
мальных термометров можно установить поправки к показате-
лям химического термометра. Для определения температуры
плавления в производственных и исследовательских лаборатори-
ях пользуются укороченными нормальными термометрами. Если
учебная лаборатория не располагает необходимым количеством
таких термометров, то для учебных работ можно в крайнем слу-
чае использовать проверенные химические термометры. Нужно
иметь в виду, что определенная таким образом температура плав-
ления может оказаться несколько пониженной.
Подготовка пробы вещества имеет большое значение для вы-
полнения анализа. Анализируемое вещество нужно тщательно
высушить "и тонко растереть в ступке. Следует объяснить уча-
щимся, что присутствие в веществе влаги, неоднородность веще-
ства, присутствие крупных частиц может повлиять на темпера-
турный интервал плавления.
Прежде чем определить температуру плавления неизвестного
вещества, делают пробу на плавкость. Эта проба преследует
двойную цель: установить, способно ли вещество переходить при
нагревании в жидкое состояние и не является ли оно взрывча-
тым. Нужно показать учащимся приемы выполнения этой пробы.
При выполнении пробы на плавкость необходимо надевать пре-
дохранительные очки.
Капилляр для' определения температуры плавления изготов-
ляют из чистой стеклянной трубки. Мастер должен показать при-
емы введения пробы в капилляр и уплотнения ее. Учащиеся
должны хорошо освоить наиболее распространенный прием на-
216
полнения капилляра: стеклянную трубку диаметром 20—25 мм
и длиной 50—60 см, открытую с обоих концов, ставят вертикаль-
но на деревянную доску стола и придерживают левой рукой: ка-
пилляр открытым концом погружают в анализируемое вещество,
стряхивают прилипшие к нему снаружи частицы, подносят к верх-
нему концу трубки и роняют его в трубку запаянным концом вниз
(трубка служит здесь направляющей). Происходит уплотнение
вещества.
Капилляр с пробой прикрепляют резиновым кольцом к тер-
мометру так, чтобы анализируемое вещество находилось на уров-
не середины шарика термометра, и начинают осторожно нагре-
вать колбу пламенем горелки. Скорость нагревания имеет боль-
шое значение. По мере приближения к предполагаемой темпера-
туре плавления скорость нагревания уменьшают и поднимают
температуру со скоростью 0,5° в минуту. Отмечают температуру
начала плавления и температуру конца плавления, т. е. момента
превращения всей пробы в жидкость.
В найденную величину вносят поправку, во-первых, из пас-
порта термометра, во-вторых, поправку на выступающий столбик
ртути. Последнюю поправку вносят в том случае, если термометр
значительно выступал над краем пробирки, т. е. при работе с
неукороченными термометрами. Поправку вычисляют по фор-
муле
A £=0,00016n(£—£i),
где п — число градусов в выступающем столбике ртути;
t — наблюдаемая температура плавления;
/] — температура воздуха на уровне выступающего столби-
ка ртути (для ее определения к основному термометру
прикрепляют второй термометр).
Температуру с учетом поправки на выступающий столбик
ртути обозначают индексом /иапр..
В качестве учебных задач можно рекомендовать определение
температуры плавления нафталина, дифениламина, резорцина,
бета-нафтола, бензойной кислоты, фталевого ангидрида, мочеви-
ны, уротропина.
Далее нужно напомнить учащимся, что добавка примеси к чи-
стому веществу снижает его температуру плавления. На этом
основан метод идентификации органических веществ по смешан-
ной пробе. Для установления идентичности двух веществ, имею-
щих близкие температуры плавления, смешивают их небольшие
количества и определяют температуру плавления этой смешан-
ной пробы. Заметное понижение температуры плавления указы-
вает на то, что это разные вещества. Можно предложить учащим-
ся задачи определения идентичности двух веществ под номерами.
Для этого можно использовать мочевину (темп. пл. 133°С), ко-
ричную кислоту (133° С), фталевый ангидрид (13ГС), малоно-
217
вую кислоту (136° С), бета-нафтол (122° С) и бензойную кислоту
(122,3° С).
Нужно познакомить учащихся с наиболее распространенными
справочниками, содержащими таблицы с температурами плавле-
ния органических соединений (например, «Справочник химика».
М., Госхимиздат, 1954).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КИПЕНИЯ
Прежде всего нужно познакомить учащихся с приемами сбор-
ки прибора для определения температуры кипения. Основные ча-
сти прибора (колба с теплоносителем и пробирка) собираются
так же, как в приборе для определения температуры плавления,
но в верхней части пробирки должно быть отверстие для выхода
паров при кипении жидкости.
В качестве теплоносителя можно использовать глицерин или
серную кислоту.
Нужно познакомить учащихся с двумя приемами этого опре-
деления: 1) испытуемую жидкость наливают на дно пробирки и
погружают в нее шарик термометра; 2) испытуемую жидкость по-
мещают в капиллярную трубочку, прикрепляемую к термометру.
В первом случае фиксируют температуру, остающуюся посто-
янной во время кипения жидкости; во втором — температуру
в момент закипания жидкости в трубочке.
В качестве учебных задач можно предложить учащимся опре-
делить температуры кипения этилового спирта, пропилового
спирта, бензола и толуола.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ
Здесь учащиеся должны познакомиться с наиболее распро-
страненным в лабораторной практике прибором для определе-
ния температуры затвердевания — прибором Жукова. Важное
условие правильного выполнения этого анализа — подготовка
пробы и прибора. Пробу предварительно высушивают, измельча-
ют, расплавляют и нагревают расплав до температуры, превы-
шающей температуру плавления на 10—15° С. Пустой прибор
Жукова нагревают до этой же температуры и выливают в него
расплавленное вещество. Термометр, вставленный на пробке в
пробирку прибора, не должен прикасаться ко дну или к стенкам.
Учащиеся должны научиться правильно фиксировать темпера-
туру затвердевания: сначала температура снижается, при начале
кристаллизации повышается и некоторое время удерживается на
одном уровне, затем снова начинает понижаться; температурой
затвердевания считают точку наивысшего подъема температуры.
Для учебной задачи можно предложить определение темпера-
туры затвердевания n-дихлорбензола или 2,4-динитротолуола.
218
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ
В этом разделе учащиеся должны познакомиться с приемами
определения плотности жидкостей с помощью ареометров, пик-
нометров и весов Мора-Вестфаля.
Следует обратить внимание учащихся на необходимость
строго соблюдать заданную температуру при измерении. Обычно
измерение проводят при 20° С. Во всех случаях нужно указы-
вать, при какой температуре проводилось измерение, и при не-
обходимости вводить температурную поправку.
Нужно показать учащимся правильные приемы работы с
ареометрами: жидкость наливают в сосуд, достаточно широкий,
чтобы ареометр не прикасался к стенкам (диаметр не менее
5 см)- наливают медленно, чтобы не образовались пузырьки
и пена (это особенно важно при анализе масел); в жидкость
опускают ареометр и, после того как колебания его прекратятся,
делают отсчет. Одновременно измеряют температуру раствора и
вносят соответствующую поправку. Нужно познакомить учащих-
ся с наборами ареометров для разных интервалов плотностей и
со специальными ареометрами для индивидуальных жидкостей:
сахаро-, спирто-, лактометрами и др.
Пикнометры позволяют определить плотность с большей точ-
ностью, чем ареометры (до четвертого десятичного знака). Уча-
щиеся должны освоить приемы работы с пикнометром: его про-
мывают, высушивают и взвешивают, затем заполняют до метки
дистиллированной водой и помещают в термостат при темпера-
туре 20° С; устанавливают точный объем и взвешивают пикно-
метр с водой. После этого его заполняют исследуемой жид-
костью, выдерживают при 20° С и взвешивают. По результатам
взвешивания вычисляют плотность. Нужно обратить внимание
учащихся на подготовку пикнометра (промывку, высушивание)
и на точное его заполнение.
Определение плотности с помощью ареометров и пикномет-
ров широко применяется в производственных лабораториях.
Нужно напомнить учащимся, что плотность раствора зависит
от его концентрации, и научить их пользоваться таблицами для
определения концентрации растворов кислот, щелочей и солей
по плотности. В качестве учебных задач можно предложить уча-
щимся определить (приближенно) концентрацию серной и соля-
ной кислот, растворов поваренной соли, сернокислого натрия,
аммиака, едкого натра в выданных растворах по плотности.
Далее нужно познакомить учащихся с приемами работы с
гидростатическими весами Мора-Вестфаля. Учащиеся должны
уметь подготовить весы к работе, проверить по дистиллирован-
ной воде нулевую точку, высушить поплавок и цилиндр после
проверки, заполнить цилиндр анализируемой жидкостью с тем-
пературой 20° С, погрузить в нее поплавок, уравновесить коро-
219
мысло с помощью разновесов и сделать отсчет плотности. Кате-
горически запрещается прикасаться к разновесам пальцами —
их нужно брать только пинцетом. Весы Мора-Вестфаля позво-
ляют определять плотность с точностью до третьего десятичного
знака.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАСЫПНОГО ВЕСА
Прибор для определения насыпного веса несложен: мерный
цилиндр и воронка стандартных размеров. Учащиеся должны
освоить приемы работы с ним: взвешивание мерного цилиндра,
заполнение его до метки сыпучим веществом, взвешивание на-
полненного цилиндра. При заполнении цилиндра нельзя уплот-
нять вещество встряхиванием или постукиванием, уплотнение
может происходить только под действием силы тяжести.
В качестве учебной задачи можно предложить учащимся
определить насыпной вес кальцинированной соды, поваренной
соли, сульфата натрия и мочевины.
Результат определения вычисляют по формуле
где gi — вес цилиндра с веществом в кг;
gz— вес пустого цилиндра в кг;
V — объем вещества в цилиндре в л;
X — насыпной вес в кг]л.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
Большая часть твердых химических продуктов выпускается в
измельченном виде. Размеры частиц, однородность их может быть
различной.
Следует познакомить учащихся с двумя приемами определе-
ния степени измельчения: ситовым анализом и определением
остатка после просеивания.
Ситовой анализ применяют для определения фрак-
ционного состава кускового материала. Анализ ведут с помощью
набора сит с отверстиями разного диаметра. Нужно показать
учащимся прием сборки стандартного набора лабораторных сит.
Навеску анализируемого вещества помещают на верхнее сито,
надевают крышку и встряхиванием всего набора ведут просеива-
ние. Затем разбирают сита и взвешивают фракции. В зависимо-
сти от насыпного веса вещества на анализ берут от 100 до 500 а.
Для учебных задач можно предложить анализ чугунной
стружки, технической поваренной соли (бузуна), гранулирован-
ного суперфосфата.
Для тонкоизмельченных продуктов определяют оста-
220
ток после просеивания через сито с определенным
числом отверстий на 1 см2. Навеску вещества помещают на сито
и просеивают через него. Остаток протирают мягкой кисточкой,
а частицы, оставшиеся на сите, переносят в бюкс и взве-
шивают.
Следует учесть, что обычная норма остатка после просеива-
ния (называемого отсевом) не превышает 1—2% и в учебных
задачах нужно брать для анализа не менее 10 г вещества. Здесь
можно использовать органические красители, минеральные пиг-
менты, фосфоритную муку, костяную муку.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАЗМЯГЧЕНИЯ СМОЛЫ
Вначале нужно познакомить учащихся с устройством прибора
Кремера-Сарнова и приемами работы при выполнении этого
определения. Главная часть прибора — стеклянные кольца, ко-
торые перед началом работы заполняют испытуемой смолой;
Учащиеся должны освоить приемы работы: заполнение колец,
соединение колец с трубками, закрепление их в крышке стакана
с водой, установка стакана в глицериновую баню. Вместо ртути,
которую иногда применяют для этого определения, в учебной
лаборатории лучше использовать свинцовые шарики. Шарики
помещают на кольцо, заполненное смолой, и начинают нагревать
глицериновую баню со скоростью 1—2° в минуту. Моментом раз-
мягчения смолы является момент прохождения шарика сквозь
слой смолы на дно стакана. В этот момент фиксируют темпера,
туру. Нужно обратить внимание на правильное расположение
колец и термометра — все кольца и шарик термометра должны
быть на одном уровне.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ
Учащиеся должны ознакомиться с устройством и приемами
работы с вискозиметром Энглера и капиллярным вискозиметром
(вискозиметром Оствальда).
Вначале мастер объясняет учащимся назначение основных
частей вискозиметра Энглера: резервуара, бани, крышки, трубки
для стока с запорным стержнем, штифтов, мешалки, горелки,
термометра, установочных винтов, мерного сосуда. Затем он по-
казывает приемы работы при подготовке прибора к работе и вы-
полнении анализа. Учащиеся должны- овладеть приемами этой
работы. Сначала вискозиметр проверяют по дистиллированной
воде: 200 мл воды должны вытекать из прибора за 50—52 мин.
При проверке прибора по воде и при определении вязкости нуж-
но обращать внимание на следующие моменты: резервуар виско-
221
зиметра должен быть тщательно промыт и высушен; запорный
стержень — плотно закрывать спускную трубку; при заполнении
резервуара водой или анализируемой жидкостью нужно, приот-
крыв запорный стержень, заполнить жидкостью и спускную труб-
ку, при этом все три острия штифтов должны находиться на
уровне жидкости; определение нужно выполнять строго при за-
данной температуре; открывать спускное отверстие нужно плав-
ным движением, без толчка, и одновременно включать секундо-
мер; при фиксировании момента наполнения мерного сосуда глаз
наблюдателя должен быть на уровне мениска.
Для учебных задач можно использовать глицерин, этилен-
гликоль, минеральные масла. Нужно напомнить учащимся, что
с помощью этого прибора определяют условную вязкость — от-
ношение времени истечения 200 мл испытуемого продукта ко
времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20° С. Ус-
ловную вязкость выражают в градусах Энглера.
Далее следует познакомить учащихся с определением кине-
матической вязкости при помощи капиллярного вискозиметра.
Нужно объяснить устройство этого вискозиметра и назначение
его элементов: калиброванного шарика, капиллярной части, ши-
рокого колена и отводной трубки. Учащиеся должны освоить
приемы подготовки к работе нового вискозиметра: промывка
органическим растворителем, затем хромовой смесью и дистил-
лированной водой, высушивание, заполнение калибровочной жид-
костью, калибровка вискозиметра. Следует обратить внимание
учащихся на необходимость соблюдения постоянной температу-
ры жидкости во время работы. В учебной лаборатории в каче-
стве термостата для измерений при комнатной температуре мож-
но использовать литровый или двухлитровый стеклянный стакан
с водой. Для большей части жидкостей определение можно вести
при температуре 20°С, для вязких жидкостей (например, сма-
зочных масел) — при повышенной температуре.
Для получения точных результатов нужно установить виско-
зиметр в строго вертикальном положении, а термометр распо-
ложить так, чтобы шарик его находился рядом с серединой ка-
пилляра. Заполняют вискозиметр при помощи водоструйного ва-
куум-насоса или резиновой груши. При этом нужно следить, что-
бы в жидкость не попали пузырьки воздуха.
Каждый учащийся должен прокалибровать вискозиметр, ис-
пользуя в качестве калибровочной жидкости дистиллированную
воду. При 20° С кинематическая вязкость воды пример-
но 1,0067 сантистокса. Постоянная вискозиметра К=—^67 , где
t — время истечения воды в сек.
После определения постоянной вискозиметра учащиеся пере-
ходят к определению вязкости различных жидкостей. Здесь мож-
но использовать глицерин, этиленгликоль и их смеси с водой. Из-
222
мерения проводят, засасывая в шарик и вновь спуская набран-
ную в вискозиметр жидкость не менее трех раз. Затем освобож-
дают вискозиметр, снова набирают в него испытуемую жидкость
и повторяют измерение. По секундомеру отмечают время исте-
чения жидкости из шарика через капилляр в широкое колено и
по среднему значению вычисляют кинематическую вязкость жид-
кости. Она равна произведению времени истечения в секундах
на постоянную вискозиметра.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАСТЫВАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ
Прибор и методика выполнения этой работы напоминают
прибор и методику определения температуры затвердевания, но
определение момента застывания производится иначе. Учащие-
ся должны хорошо освоить эту методику, весьма важную для
анализа смазочных масел. Обезвоженную пробу вносят в про-
бирку прибора, закрывают пробкой с термометром, нагревают
до 50° С и затем охлаждают на воздухе до 30—40° С. Заранее го-
товят сосуд с охлаждающей смесью. Температура смеси должна
быть во время опыта примерно равна ожидаемой температуре
застывания. Пробирку вносят в охлаждающую смесь и по дости-
жении намеченной температуры наклоняют пробирку под уг-
лом 45°. Температурой застывания называют температуру, при
которой жидкость загустевает настолько, что при наклоне стан-
дартной пробирки под углом 45° мениск остается неподвижным в
течение 1 мин.
Нужно объяснить учащимся, что здесь определяется наивыс-
шая температура и что для проверки нужно пробирку с застыв-
шей пробой вынуть из охлаждающей смеси и, подождав пока
температура поднимется на 2° С, наклонить пробирку. Если ме-
ниск сместится, определение закончено; если нет, его повторяют
при более высокой температуре.
В качестве учебных задач можно предложить определение
температуры застывания легкого цилиндрового масла ( + 5°С),
масла дизельного М (—8° С), тяжелого цилиндрового масла
( + 5° С) и глицерина.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВСПЫШКИ И ВОСПЛАМЕНЕНИЯ
В этом разделе практикума следует познакомить учащихся с
приемами работы с прибором Мартенс-Пенского. Нужно объяс-
нить назначение и устройство основных частей прибора: воздуш-
ной ванны с рубашкой, резервуара, крышки с заслонкой, зажи-
гательной лампочки, мешалки, термометра. Следует обратить
внимание учащихся на деталь устройства, позволяющую одним
223
поворотом рычага открыть отверстие в крышке и подвести к
нему зажигательную лампочку. Перед началом работы резер-
вуар промывают, высушивают и заполняют испытуемым веще-
ством. Зажигательную лампочку заправляют маслом (напри-
мер, сурепным) и регулируют пламя. Будущие лаборанты долж-
ны научиться поднимать температуру с заданной скоростью. Это
требуется во многих аналитических и синтетических работах.
При определении температуры вспышки важно не перегреть ис-
пытуемое вещество и своевременно начать испытания на вспыш-
ку. В период приближения к ожидаемой температуре вспышки
испытания проводят через каждые два градуса. Следует помнить,
что при испытании на вспышку отверстие в крышке открывают
не более чем на 1 сек.
Нужно показать учащимся, как правильно фиксировать мо-
мент вспышки. При вспышке синее пламя должно появиться над
всей поверхностью жидкости. Температура, отмеченная в этот
момент, и есть температура вспышки.
После того как зафиксирована температура вспышки, массу
продолжают нагревать, повторяя испытание пламенем через
каждые два градуса. Температуру, при которой жидкость заго-
рится и будет гореть в течение 15 сек., фиксируют как темпера-
туру воспламенения.
В качестве учебных задач можно предложить учащимся опре-
делить температуру воспламенения и вспышки глицерина, эти-
ленгликоля и минеральных масел.
АНАЛИЗЫ ПО МЕТОДИКАМ ГОСТ И ТУ
В этой части практикума следует познакомить учащихся с
официальными методами анализов, внесенными в государствен-
ные общесоюзные стандарты или технические условия на про-
дукты химической и нефтеперерабатывающей промышленно-
сти.
Нужно познакомить учащихся с ГОСТ на отдельные виды
продукции. ГОСТ состоит из трех разделов: I. Технические
требования. II. Методы испытания. III. Упаковка и марки-
ровка.
На конкретных примерах нужно показать, что в основе мето-
дов испытаний, внесенных в ГОСТ, лежат знакомые учащимся
методики анализов. Для примеров целесообразно взять продук-
ты, выпускаемые или используемые предприятием, с которым
связано училище.
В «Технических требованиях» (или «Технических условиях»
для старых ГОСТ) перечисляются показатели, обязательные для
контроля, и нормы, которым должны удовлетворять эти показа-
тели.
224
Например, сульфат натрия технический (ГОСТ
1363—47). Внешний вид — порошок белого цвета со слегка жел-
товатым или сероватым оттенком.
Первый сорт Второй сорт
Содержание сернокислого натрия в %, не менее 95 91
Наибольшие количества допустимых (примесей в %: 1,5 3,5
серная кислота
хлористый натрий 1,2 3.5
железо 0,2 0,25
нерастворимый в воде остаток . 0,5 0,8
Анилин
(ГОСТ 313—58)
Норма
Марка А Марка Б
Внешний вид.......................
Температура застывания высушенного
продукта в °C, не ниже................
Содержание анилина в высушенном про-
дукте в %, не менее...................
Содержание нитробензола в высушенном
продукте в %, не более................
Содержание влаги в %, не более .
Маслянистая, прозрачная жид-
кость от светло-желтого до
красновато-коричневого цвета
Масло для высокоскоростных механизмов
(ГОСТ 1840—51)
Марка
Велосит
Вазелиновое
Вязкость кинематическая при 50° С ест . 4.0—5.1 5,1—8.5
Вязкость в условных градусах 1,29—1,40 1,40—1,72
Температура вспышки в закрытом тигле, не ни-
же °C 112 125
Температура застывания, не выше °C . . . —25 —20
Кислотное число (мг едкого кали на 1 г масла),
не более 0,04 0,04
Зола, не более % 0,005 0,005
Содержание водорастворимых кислот и щелочен,
механических примесей и воды отсутствие
В разделе «Методы испытаний» приведены методики анали-
зов. Нужно объяснить учащимся, что в ГОСТ включены наибо-
15—747
225
лее точные методики анализов и строгое следование этим мето-
дикам обязательно.
В качестве лабораторных работ в этом разделе можно пред-
ложить анализ в соответствии с требованиями ГОСТ на азотную
кислоту (ГОСТ 701—58), сульфат натрия технический (ГОСТ
1363—47), едкий натр твердый (ГОСТ 2263—59), калий хлори-
стый (ГОСТ 4568—49), суперфосфат простой (ГОСТ 8382—57 и
4667—49), бета-нафтол (ГОСТ 923—59), этиленгликоль (ТУ
МХИ 2360—54), фенол (ГОСТ 236—54), капролактам (ГОСТ
7850-—55) или другие технические продукты по выбору мастера
производственного обучения.
Для училищ на базе предприятий нефтеперерабатывающей
промышленности можно предложить анализ жидкого топлива:
керосина (ГОСТ 1842—52), мазута (ГОСТ 1501—-52), дизельного
топлива (ГОСТ 1667—51) и других, а также смазочных масел:
индустриальных (ГОСТ 1707—51), турбинного (ГОСТ 32—53),
цилиндровых (ГОСТ 1841—51) и др. Целесообразно познакомить
учащихся с методиками определения температуры каплепадения,
определения максимальной высоты некоптящего пламени, опре-
деления температуры вспышки и воспламенения в открытом
тигле, определения содержания серы в темных нефтепродуктах,
определения содержания бромистого этила и дибромэтана в эти-
лированных бензинах, определения йодных чисел и содержания
непредельных углеводородов, определения периода стабильности
бензинов.
Это последний этап производственного обучения будущего
лаборанта в лабораториях училища. Отсюда он переходит на
длительную производственную практику на рабочем месте лабо-
ранта. Задача мастера производственного обучения — организо-
вать обучение на этом этапе таким образом, чтобы максимально
облегчить учащемуся переход из учебной лаборатории в произ-
водственную.
ЛИТЕРАТУРА
Грошев А. П. Технический анализ. М., Госхимиздат, 1958.
Л астовский Р. П., Вайнштейн Ю. И. Технический анализ в произ-
водстве промежуточных продуктов и красителей. М., Госхимиздат, 1958.
Рыбак Б. М. Анализ нефти и нефтепродуктов. М., Гостоптехиздат, 1962.
ГОСТ на отдельные продукты химической и нефтеперерабатывающей про-
мышленности.
Технические условия на нефтепродукты. М., Гостоптехиздат, 1960.
Справочник по аналитическому контролю в производстве искусственных
и синтетических волокон. М., Гизлеппром, 1957.
Продолжение
№ п/п Лабораторная работа Количество часов
19 20 Галогены Получение соляной кислоты 2
Аналитическое определение солей галогеноводородных кислот 2
21 Растворы Приготовление растворов процентной концентрации . 3
22 Приготовление растворов молярной концентрации . 3
23 Сера Получение сероводорода и изучение его свойств . 2
24 Получение сернистого газа и изучение его свойств . 2
25 Изучение свойств серной кислоты 2
26 Комплексная работа 3
27 Азот и фосфор Получение аммиака разложением соли аммония и изу-
чение его свойств - 3
28 Получение азотной кислоты. Изучение свойств азот-
НОЙ кислоты 3
29 Получение удобрений: аммиачной селитры, сульфата
аммония, аммофоса, суперфосфата 6
30 Углерод и кремний Адсорбция различных веществ древесным углем . 2
31 Получение углекислого газа в аппарате Киппа и изу-
чение его свойств 3
32 Определение молекулярного веса углекислого газа . 3
33 Получение карбонатов и бикарбонатов и их взаимные
превращения 3
34 Получение цементного раствора и бетона .... 1
35 Комплексная работа 5
36 Металлы Получение металлов из их окислов 3
37 Обучение приемам работы с металлическим натрием
и калием 3
38 Получение хлористого кальция 3
Зэ Устранение временной и постоянной жесткости воды . 3
40 Работа с алюминием и его соединениями .... 6
41 Работа с железом и его соединениями 6
42 Электролиз хлорной меди 3
43 Нанесение металлических покрытий гальваническим 6
44 способом Комплексная работа 6
45 Проверочная работа по неорганической химии 6
Итого. 132
228
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИМЕРНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ВРЕМЕНИ НА ЛАБОРАТОРНЫЕ
РАБОТЫ
№ п/п Лабораторная работа Количество часов
1 Неорганическая химия Ознакомление с оборудованием лаборатории и рабочего места. Некоторые общие приемы работы Ознакомление с лабораторией 1
2 Мытье и сушка лабораторной посуды 2
3 Обучение обращению с горелками 1
4 Простейшие работы со стеклом 2
5 Очистка веществ Очистка технической поваренной соли 4
6 Дистилляция воды 2
7 Очистка серы методом возгонки ....... 2
8 Очистка воздуха от углекислого газа баритовой водой 1
9 Кислород Получение кислорода разложением марганцевокислого
калия или бертолетовой соли 2
10 Обучение работе с газометром 2
11 Обучение работе с баллонами 2
12 Водород Обучение работе с аппаратом Киппа . . 3
13 Получение водорода и опыты с ним 3
14 Окислы, основания, кислоты и соли Получение окислов и изучение их важнейших свойств 2
15 Получение оснований и изучение их важнейших свойств 2
16 Изучение важнейших свойств кислот 2
17 Получение солей и изучение их важнейших свойств . 3
18 Комплексная работа ... 3
227
Продолжение
№ п/п Лабораторная работа Количество часов
1 Органическая химия Предельные углеводороды Получение йодистого этила 2
2 Получение бромистого этила 2
3 Получение хлороформа 2
4 Непредельные углеводороды Получение этилена и изучение его свойств .... 1
5 Получение ацетилена и изучение его свойств . 1
6 Нефть Фракционная разгонка нефти 2
7 Каталитический крекинг солярового масла 3
8 Термический крекинг керосиновой фракции 3
9 Ароматические углеводороды Нитрование бензола 2
10 Возгонка нафталина 1
11 Сухая перегонка каменного угля 3
12 Спирты, фенолы, простые эфиры Получение этилового спирта из бромистого этила . 2
13 Получение этилового спирта брожением сахара . 3
14 Получение этилового эфира из этилового спирта . 2
15 Получение пикриновой кислоты нитрованием фенола 2
16 Получение этилового эфира бета-нафтола .... 2
17 Альдегиды и кетоны Получение формальдегида каталитическим окислением
18 метилового спирта 2
Получение уксусного альдегида окислением этилового
19 спирта. Взаимодействие альдегидов с аммиачным раство- ром окиси серебра (реакция серебряного зеркала) . 2
Получение уротропина 3
20 Конденсация формальдегида с фенолом .... 3
21 Получение ацетона из уксуснокислого кальция 2
22 Органические кислоты и их производные Получение уксусной кислоты окислением этилового
23 спирта 3
Получение уксусного ангидрида 3
24 Получение муравьиной кислоты термическим разложе-
25 нием щавелевой кислоты 3
Получение мыла из стеарина 3
26 Перекристаллизация бензойной кислоты .... 2
27 Получение бензофенона по реакции Фриделя-Крафтса 4
28 Получение бензольсульфокислоты 3
229
Продолжение
Ха п/п Лабораторная работа Количество часов
Сложные эфиры. Жиры
29 Синтез уксусноэтилового эфира 3
30 Омыление жиров 4
31 Экстракция растительных масел органическим раство- рителем . Нитросрединения 3
32 Получение нитробензола, его перегонка под вакуумом Амино соединения 3
33 Получение анилина восстановлением нитробензола в
кислой среде 4
34 Получение сульфаниловой кислоты Диазо- и азосоединения 4
35 Синтез красителя кислотный оранжевый .... 4
36 Синтез красителя конго красный 4
37 Получение крахмала из картофеля 2
38 Гидролиз крахмала под действием минеральных кислот 3
39 Получение нитроклетчатки Синтетические смолы и пластические массы 2
40 Получение полистирола из стирола и опыты с поли-
стиролом 5
41 Получение мочевиноформальдегидной смолы . Синтетические каучуки 4
42 Синтез тиокола- А •— одного из синтетических поли- сульфидных каучуков 3
43 Опыты, знакомящие с некоторыми свойствами каучуков 2
44 Проверочные работы ......... Химические волокна 6
45 Получение медноаммиачного волокна 4
Итого. Аналитическая химия Качественный анализ 126
1 Вводное занятие
2 Изучение частных реакций катионов первой группы .
3 Анализ раствора, содержащего смесь катионов пер- вой группы 18
4 Контрольная задача на анализ смеси катионов пер- вой группы
230
П родолжение
№ п/п
Лабораторная работа
Количество
часов
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
’30
31
32
Изучение частных реакций катионов второй группы .
Анализ раствора, содержащего смесь катионов второй
группы............................................
Анализ раствора, содержащего смесь катионов первой
и второй групп . . . .......................
Контрольная задача на анализ смеси катионов вто-
рой группы........................................
Контрольная задача на анализ смеси катионов первой
и второй групп ...................................
Изучение частных реакций катионов третьей группы .
Анализ раствора, содержащего смесь катионов тре-
тьей группы.......................................
Анализ раствора, содержащего смесь катионов первой,
второй и третьей групп ...........................
Контрольная задача на анализ смеси катионов тре-
тьей группы ......................................
Контрольная задача на анализ смеси катионов пер-
вой, второй и третьей групп ......................
Изучение частных реакций катионов четвертой группы
Анализ раствора, содержащего смесь катионов чет-
вертой группы ....................................
Анализ раствора, содержащего смесь катионов пер-
вой, второй, третьей и четвертой групп ...........
Контрольная задача на анализ смеси катионов четвер-
той группы........................................
Контрольная задача на анализ смеси катионов пер-
вой, второй, третьей и четвертой групп ...........
Изучение частных реакций катионов пятой группы
Анализ раствора, содержащего смесь катионов пятой
группы............................................
Анализ раствора, содержащего смесь катионов первой,
второй, третьей, четвертой и "пятой групп.........
Контрольная задача на анализ смеси катионов пятой
группы............................................
Контрольная задача на анализ катионов четвертой и
пятой групп ......................................
Контрольная задача на анализ смеси катионов первой,
второй, третьей, четвертой и пятой групп . . . .
Изучение реакций анионов . . . .
Анализ раствора, содержащего смесь анионов .
Контрольная задача на анализ смеси анионов .
Контрольная задача на анализ смеси всех катионов и
анионов . . ................................
Анализ твердого вещества, легко растворимого в воде
Анализ твердого вещества, нерастворимого в воде .
Анализ сплава ..................................
18
36
36
18
12
6
12
12
Итого .
192
231
Продолжение
№ п/п Лабораторная работа Количество часов
33 Количественный анализ Весовой анализ Вводное занятие. Обучение работе с аналитическими
весами 6
34 Анализ хлористого бария 18
35 Определение содержания железа в железной проволоке 18
36 Анализ сернокислого магния 18
37 Определение содержания H2SO4 в выданном растворе
серной кислоты 12
Итого. 72
38 Объемный анализ Вводное занятие. Подготовка посуды и рабочего места 24
34 Анализ веществ, определяемых методом нейтрализации Приготовление рабочих растворов едкого натра и
40 соляной кислоты и установка титров. Освоение приемов титрования 18
Определение содержания H2SO4 в технической сер-
ной кислоте 3
41 Определение содержания SO3 в 20%-ном олеуме . 9
42 Определение едких щелочей и карбонатов при сов-
местном присутствии 6
43 Определение карбонатов и бикарбонатов при совмест-
ном присутствии 6
44 Определение временной и постоянной жесткости воды 6
45 Анализ веществ, определяемых методом перманг анатометри и Приготовление рабочего раствора марганцевокислого 12
46 калия и установка титра. Освоение приемов титрования
Определение содержания двухвалентного железа в со-
ли Мора (или в железном купоросе) 6
47 Определение содержания NaNO2 в техническом нитри-
те натрия 6
48 Анализ веществ, определяемых методом йодометрии Приготовление рабочих растворов тиосульфата и йода
и установка титров. Освоение приемов титрования . 18
49 Определение содержания Na2S в техническом серии-
50 стом натрии 6
Определение содержания Na2SO3 в выданном растворе 6
51 Анализ веществ, определяемых методом осаждения Приготовление рабочего раствора азотнокислого се-
ребра и установка титра. Освоение приемов титрования по методу Мора 18
232
Продолжение
№ п/п Лабораторная работа Количество часов
52 Определение содержания хлор-иона в технической по-
варенной соли (или хлористом калии) 6
53 Приготовление рабочего раствора роданистого аммо- ния, установка его титра и освоение приемов титрова- 12
ния по методу Фольгарда
54 Определение содержания хлор-иона в технической по-
варенной соли (или хлористом калии) 6
55 Определение содержания хлористого натрия в выдан- ном растворе двумя способами (по методу Мора и по
56 методу Фольгарда) 6
Освоение приемов приготовления точных растворов
по фиксаналам 6
57 Проверочные работы 12
Итого. Газовый анализ 192
58 Вводное занятие. Освоение приемов отбора пробы га-
за для анализа 3
59 Освоение приемов работы с газоанализатором типа
Орса (ГХ-1, ГХ-3 или ГХА-ЗМ) Определение содержания кислорода в воздухе 6
60 12
61 Анализ пробы топочного газа (или искусственной сме- 12
си газов)
62 Освоение приемов работы с переносным газоанали-
затором 3
Итого. Анализ органических веществ 36
1 Вводное занятие. Качественное определение элементов Количественное определение элементов 3
2 Определение азота по методу Кьельдаля, освоение при- емов работы. Определение содержания азота в мочеви-
не, уротропине или п-аминофеноле Определение галоида (метод Степанова) .... 6
3
4 Определение галоида в боковой цепи ароматических соединений (метод Шульце) . -
5 Определение галоида окислением перекисью натрия (метод Принсгейма)
6 Определение галоида сжиганием в атмосфере кисло- рода (метод Шёнигера) 6
7 Определение серы окислением селитрой в присутствии щелочи (метод Либиха-Дю-Мениля)
8 ' Определение серы окислением марганцевокислым ка- лием (метод Мельникова) Анализ органических кислот и их производных
9 Анализ уксусной кислоты
10 Анализ фталевого ангидрида I 6
11 Анализ хлористого ацетила
233
Продолжение
№ п/п Лабораторная работа Количество часов
анализ алъиееииов и кетонов 12 Определение содержания формальдегида в растворе . 13 Определение содержания кетонов в техническом аце- тоне Анализ оксисоединений 14 Количественное определение бета-нафтола и гидрохи- нона йодометрическим методом 15 Освоение методики бромометрического определения фенолов. Определение содержания фенола в техничес- ком феноле Анализ аминосоединений 16 Прямое бромометрическое определение анилина (то- луидина) 17 Приготовление раствора нитрита натрия и установка его титра. Определение ароматических аминов методом диазотирования Анализ нитросоединений 18 Определение содержания нитробензола в техническом продукте восстановлением цинковой пылью с последую- щим диазотированием 19 Освоение приемов анализа нитросоединения ванадо- метрическим методом. Анализ п-нитроанилина . Анализ промежуточных продуктов методом азосочетания 20 Освоение приемов приготовления растворов диазосо- единений и титрования этими растворами .... 21 Определение содержания м-фенилендиамина в техни- ческом продукте 22 Определение содержания гамма-кислоты в техничес- ком продукте (или определение содержания Г-соли в техническом продукте) 23 Контрольный анализ органического вещества . } 6 3 6 3 9 3 6 3 3 3 6
Итого. Физико-химические методы анализа Кондуктометрический метод анализа 1 Освоение приемов .работы с кондуктометром. Измере- ние электропроводности растворов солей, кислот и ос- нований 2 Определение концентрации растворов хлористого на- трия, хлористого кальция, сернокислого натрия по элек- тропроводности 3 Освоение приемов кондуктометрического титрования. 72 4 4
234
Продолжение
№ п/п Лабораторная работа Количество часов
Определение содержания в растворе хлористого бария и сернокислого натрия кондуктометрическим титрованием 4
4 Кондуктометрическое титрование смеси соляной и уксусной кислот 3
Потенциометрический метод анализа
5 Освоение приемов работы с потенциометром типа ЛП-5 3
6 Определение pH растворов солей, кислот и оснований при помощи стеклянного электрода 3
7 Освоение приемов потенциометрического титрования . 3
8 Определение содержания двухвалентного железа в растворе 3
9 Анализ п-нитроанилина 3
10 Определение содержания хлористого натрия в растворе 3
Колориметрический и спектрофотометрический
методы анализа
11 Визуальное определение содержания меди в растворе
12 сернокислой меди методом стандартных серий . Освоение приемов работы с колориметром погруже- ния, количественное определение трехвалентного железа сульфосалицилатным способом 3
13 6
Освоение приемов работы с фотоэлектроколориметром, количественное определение никеля с диметилглиокси- мом, определение концентрации органического красителя Освоение приемов работы со спектрофотометром СФ-4; 12
14 6
снятие спектров поглощения бензойной кислоты, нафта- лина, бета-нафтола и органических красителей .
Рефрактометрический метод анализа
15 16 Освоение приемов работы с рефрактометром типа Аббе, определение показателя преломления органических соединений 3
Идентификация органических соединений по показа- телю преломления 3
17 Определение содержания сахара в растворе . 2
18 Определение содержания глицерина (этиленгликоля)
в водном растворе 2
19 Определение прнмеси толуола в н.-гептане .... 2
Итого. 72
Технический анализ
1 Определение влаги 6
2 Определение золы . , . , 6
3 Определение температуры плавления 4
4 Определение температуры кипения 4
5 Определение температуры затвердевания .... 4
235
Продолжение
№ п/п Лабораторная работа Количество часов
6 Определение плотности 4
7 Определение насыпного веса 4
8 Определение степени измельчения 4
9 Определение температуры размягчения смолы 4
10 Определение вязкости 6
11 Определение температуры застывания нефтепродуктов 4
12 Определение температуры вспышки и воспламенения 4
13 Проверочная работа 6
Итого . 60
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение ............................................................ 3
Глава I. Организация работы в лаборатории............................ 6
Глава II. Техника безопасности и противопожарная техника в хими-
ческой лаборатории............................................12
Техника безопасности.............................................13
Работа с агрессивными веществами.............................. 13
Работа с токсическими веществами.............................. 15
Работа со сжатыми газами...................................... 18
Работа с электроприборами.................................... 19
Работа со стеклом..............................................20
Использование защитных приспособлений ,..................22
Противопожарная техника....................................23
Работа с нагревательными приборами.......................23
Работа с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями . . 25
Работа с окислителями и веществами, склонными к самовозгоранию 27
Использование средств тушения пожаров....................29
Литература..................................................• 30
Глава III. Неорганическая химия................................31
Ознакомление с оборудованием лаборатории и рабочего места. Не-
которые общие приемы работы...................................32
Очистка веществ..................................................36
Кислород.........................................................40
Водород .........................................................43
Окислы, основания, кислоты н соли................................45
Расчеты по формулам и уравнениям химических реакций ... 49
Расчеты по формулам..............................................49
Г алогены........................................................53
Растворы.........................................................55
Электролитическая диссоциация....................................61
Сера........................................................... 64
Азот и фосфор....................................... . , . 66
Углерод и кремний................................................69
Металлы .........................................................73
Литература..................................................... 82
237
Стр.
Глава IV. Органическая химия......................................83
Предельные углеводороды.......................................85
Непредельные углеводороды . 87
Нефть....................................................... 89
Ароматические углеводороды ................................. 93
Спирты, фенолы, простые эфиры............................... 95
Альдегиды и кетоны.......................................... 98
Органические кислоты и их производные ........ 101
Сложные эфиры. Жиры . . ................, 107
Нитроооединения..................... 109
Аминосоединения ........................................... 112
Диазо- и азосоединения .................................... 115
Углеводы................................................... 117
Синтетические смолы и пластические массы.....................119
Синтетические каучуки............... 122
Химические волокна .................................. , . 123
Дополнительные синтетические работы ........ 125
Литература...................................................137
Глава V. Аналитическая химия
Качественный анализ
Количественный анализ
Весовой анализ
Объемный анализ .
Газовый анализ
Литература
138
138
152
152
160
171
173
Глава VI. Анализ органических веществ...............................174
Качественное определение элементов..............................174
Количественное определение азота................................175
Количественное определение галоидов и серы ....... 176
Анализ органических кислот и их производных.....................178
Анализ альдегидов и кетонов . , . 179
Анализ оксисоединений ......................................... 181
Анализ аминосоединений..........................................183
Анализ нитросоединений ........................................ 185
Анализ промежуточных продуктов методом азосочетания . . . 189
Литература......................................................191
Глава VII. Физико-химические методы анализа.........................192
Кондуктометрический метод анализа.............................192
Потенциометрический метод анализа ............................197
Колориметрический и спектрофотометрический методы анализа . . 202
Рефрактометрический метод анализа.............................207
Литература............................................‘ . . 210
238
Стр.
Глава VIII. Технический анализ...................................211
Определение влаги .......................................... 212
Определение золы...................................., . . 214
Определение температуры плавления ......... 215
Определение температуры кипения...............«... 218
Определение температуры затвердевания ............ ... 218
Определение плотности..................................219
Определение насыпного веса ..................................220
Определение степени измельчения............................ 220
Определение температуры размягчения смолы ...... 221
Определение вязкости...................................... . 221
Определение температуры застывания нефтепродуктов .... 223
Определение температуры вспышки и воспламенения......223
Анализы по методикам ГОСТ и ТУ.......................224
Литература...........................................226
Приложение...............................................227
Гурвич Яков Абрамович
ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБУЧЕНИЕ ЛАБОРАНТОВ
ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Научный редактор Ю. В. Лянде
Редактор Е. Д. Евдокимова
Техн, редактор Л. М. Несмыслова
Корректор Е. И. Герасимова
А 09430 Сдано в набор 12/VII 1963 г. Подп. к печ. 7/XII 1963 г.
Формат бум. 60 X 90'/is 15 п. л. В 1 п. л. 15 000 зн. Уч.-изд. 15,03 л.
Уч. № 118/6287 Тираж 2300 Цеиа 51 коп.
Рижская типография Профтехиздата, г. Рига, ул. Таллинас, 59. Зак. 747.