О.С.ЗАЙЦЕВУЧЕБНАЯ КНИГА ПО ХИМИИДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ СРЕДНИХ ШКОЛ,
|
ЗАДАЧНИК
Au + HCl + O2.| Colloids were once regarded as a separate
class of materials, such as starch, gum, gelatine and glue, which had the characteristics
of not diffusing through a membrane, such as parchment paper, and not being generally
known in crystalline form. The word «colloid» is derived from the Greek «kola»,
meaning «glue». The contrast was with crystalloids, such as common salt, copper sulphate
or oxalic acid, which diffused readily through the membrane and were readily obtained as
crystals. It is now known, however, that most elements and compounds can be obtained in
colloidal solution in medium in which they are not soluble in the ordinary sense of that
term, so that colloids are regarded, collectively, as being in particular state of matter
rather than a separate class of materials. Colloidal solutions are generally referred to as solls; if the dispersion medium is water, the term hydrosol (or aquasol) is employed. In some cases, fairly concentrated colloidal solutions are obtainable, and they may set to a jelly-like material. In that case, they are referred to as gels (or hydrogels if aqueous). The colloidal particles are called the disperse phase and the liquid in which they are carried (usually water) is called the dispersion medium. |
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
1. Получение золя гидроксида железа(III).
В конической колбочке нагрейте до кипения 85 мл дистиллированной воды и небольшими порциями прилейте 15 мл 2%-го раствора хлорида железа(III). Кипячение продолжайте еще 2–3 мин. Раствор гидрозоля сохраните для последующих опытов.
По другому рецепту для быстрого приготовления
золя гидроксида железа(III) рекомендуется 3 мл
2%-го раствора FeCl3 влить в 100 мл кипящей воды.
Опишите наблюдавшиеся явления. Золь гидроксида железа(III) имеет красно-коричневый цвет, что позволяет следить за его поведением. Напишите уравнение реакции гидролиза хлорида железа(III). Составьте формулу мицеллы золя.
Поскольку при повышении температуры равновесие гидролиза смещается в сторону малорастворимого Fe(OH)3, при понижении температуры гидрозоль может снова перейти в раствор, поэтому исследование свойств полученного коллоидного раствора следует производить быстро, не дав ему остыть.
Попытайтесь отфильтровать золь от раствора. Каковы результаты? Объясните их. Золь сохраните для следующих опытов.
2. Определение знака заряда коллоидной частицы.
В водной среде капилляры целлюлозы бумаги заряжаются отрицательно, а находящаяся в них вода – положительно. Поэтому по фильтровальной бумаге, по ее капиллярам могут передвигаться только частицы, имеющие тот же заряд, что и целлюлоза, т.е. отрицательно заряженные частицы. Положительно заряженные частицы осаждаются на стенках капилляров в самом начале пути.
Если в окрашенный коллоидный раствор поместить конец фильтровальной бумаги и раствор будет перемещаться вдоль нее, то, значит, коллоидные частицы заряжены отрицательно.
Можно поступить по-иному. Нанесите каплю раствора золя на кусочек фильтровальной бумаги. Капля распространится по поверхности бумаги. Если частицы золя заряжены отрицательно, они последуют по бумаге вместе с водой и получится большое окрашенное пятно. В случае положительно заряженной частицы образуется маленькое окрашенное пятно по размеру капли, а вода (раствор) расплывется намного дальше.
При исследовании бесцветного коллоидного раствора пропитанную раствором бумагу следует высушить и обработать реактивом, окрашивающим вещество коллоидных частиц.
Каков заряд полученного ранее вами золя гидроксида железа(III)?
3. Коагуляция золя Fе(ОН)3.
Налейте в три пробирки желательно равные объемы (по 2 мл) золя гидроксида железа(III). По каплям (можно пользоваться пипеткой) приливайте в пробирки 0,1М растворы солей: в первую пробирку – NaCl, во вторую – Na2SO4, в третью – Na3РО4. Определите число капель каждого раствора, которое требуется, чтобы вызвать появление мути, т.е. начало процесса коагуляции.
Сравните коагулирующее действие растворов. Как оно связано с зарядом аниона?
4. Коагулирующее действие кислоты.
Определите универсальным индикатором (или другим способом) рН, при котором начинается коагуляция гидрозоля Fe(OH)3. Для этого к 2–4 мл раствора золя тригидроксида железа, полученного в опыте 1, добавьте несколько капель индикатора и приливайте по каплям 0,1 или 0,01М раствор кислоты или щелочи.
5. Защита золя гидроксида железа(III).
Изучите защитное действие лиофильных коллоидов на золь гидроксида железа(III). В две пробирки налейте по 10 мл золя тригидроксида железа, полученного в опыте 1, и добавьте в каждую по 2 мл 0,5%-го раствора соответственно желатина и крахмала. Растворы хорошо перемешайте и разлейте каждый по трем пробиркам. В пробирки по каплям (можно пользоваться пипеткой) приливайте 0,1М растворы солей: в первую пробирку – NaCl, во вторую – Na2SO4, в третью – Na2НРО4. Определите число капель каж-дого раствора, которое требуется, чтобы вызвать появление мути, т.е. начало процесса коагуляции. Обладают ли растворы желатина и крахмала защитным действием?
6. Перезарядка частиц золя.
3–5 мл полученного ранее раствора золя гидроксида железа(III) (с положительно заряженными частицами) влейте в раствор гидроксида натрия. При этом должна произойти перезарядка частиц, т.е. изменение знака их заряда. Благодаря перезарядке частиц многие золи, легко коагулирующие от прибавлений небольших количеств электролитов, при их высокой концентрации не коагулируют. Определите знак заряда частиц золя после перезарядки.
7. Приготовление золя гидроксида железа(III) пептизацией.
К раствору FeCl3 прилейте по каплям раствор NH4OH или NaOH. Образовавшийся осадок (напишите уравнение реакции) отделите от раствора декантацией или фильтрованием. Промойте осадок несколько раз водой и, залив его небольшим количеством воды, разделите на две части по пробиркам. К одной части добавьте раствор FeCl3, к другой – раствор HCl. Через некоторое время раствор над осадком станет темно-красным, что говорит об образовании золя. Определите заряд частиц золя (сообщалось, что он положительный). Напишите предполагаемую формулу мицеллы.
8. Электрофорез золя гидроксида железа(III).
В U-образный сосуд для электролиза налейте золь гидроксида железа(III). (Для его быстрого приготовления 3 мл 2%-го раствора FeCl3 влейте в 100 мл кипящей воды.) Опустите в раствор графитовые или из нержавеющей стали электроды и включите постоянный ток (до 24 В). Опишите наблюдаемые явления и объясните их.
Если гидрозоль окрашен, то у электрода, заряд которого противоположен заряду частиц, появляется светлый слой жидкости. При движении заряженных частиц в электрическом поле они теряют на электроде заряд и слипаются (коагулируют). Каков знак заряда частицы золя?
9. Получение геля кремниевой кислоты.
В пробирку налейте 1–2 мл 2М раствора соляной
кислоты и добавьте при встряхивании
2–3 мл 10%-го раствора силиката натрия (растворимое
стекло, силикатный клей). Постарайтесь составить
формулу мицеллы образующегося золя кремниевой
кислоты. Почему золь через некоторое время
застудневает и переходит в гель?
Попытайтесь найти способы стабилизации золя кремниевой кислоты.
10. Получение геля гидроксида алюминия.
Налейте в стаканчик 40–50 мл 10%-го раствора сульфата алюминия и прилейте по каплям раствор щелочи до образования геля. Разлейте полученный гель по нескольким пробиркам и изучите его устойчивость (влияние температуры, действие различных электролитов и т.п.). Почему гель Fe(OH)3 получить значительно труднее и он неустойчив? Как можно использовать гель гидроксида алюминия для очистки воды от механических загрязнений? Предложите эксперимент и попытайтесь его осуществить.
11. Изучение набухания желатина.
В несколько маленьких пробирок насыпьте по 0,5 г порошка желатина (желатин – смесь белковых веществ животного происхождения) и в каждую прилейте по 3 мл растворов с различными значениями рН, например 2, 4,7, 7, 9 (буферные растворы или имеющиеся в лаборатории растворы кислот и щелочей). Желательно, чтобы один из растворов имел рН = 4,7 (ацетатный буферный раствор), отвечающий изоэлектрической точке желатина. Содержимое пробирок перемешайте взбалтыванием.
Через некоторое время отметьте степень набухания желатина в зависимости от среды раствора. При каком значении рН раствора желатин набухает меньше всего (или больше всего)? Какова вязкость растворов желатина? Объясните наблюдавшиеся вами явления.
12. Приготовление эмульсии.
В колбочку на 100 мл налейте 50 мл воды и прибавьте 5–10 мл какой-либо органической жидкости, малорастворимой в воде, например бензина, подсолнечного масла, машинного масла и т.п. Закройте колбочку пробкой. Сильным встряхиванием перемешайте смесь. Образуется ли эмульсия? Добавьте в сосуд несколько миллилитров раствора мыла (2–5%), или несколько капель шампуня, или щепотку стирального порошка. Снова сильно встряхните смесь. Образовалась ли эмульсия? Как быстро происходит расслоение эмульсии после прекращения взбалтывания?
Предложите стабилизаторы эмульсии и проверьте их действие. Если оказалось, что приготовленная вами эмульсия устойчива, предложите способы ее разрушения (коалесценция) и ускорения расслаивания.
13. Изучение молока как эмульсии.
Как влияет на устойчивость эмульсии молока введение в него растворов солей, кислот или щелочей?
Определите рН, при котором эмульсия становится неустойчивой. Какая среда способствует повышению устойчивости эмульсии?
Какая из кислот – уксусная, лимонная, соляная или серная (при их одинаковой концентрации) – обладает более сильным коагулирующим действием? Почему?
Имеют ли заряд частицы молока? Как проверить ваш ответ?
14. Быстрое приготовление творога.
Для быстрого приготовления творога рекомендуют к 1 л молока прилить две столовые ложки 10%-го раствора хлорида кальция. Через несколько секунд после добавления хлорида кальция молоко свертывается, и на дно сосуда осаждаются плотные белые хлопья. Что представляет собой этот продукт? Творог ли это? Какова причина осаждения – ионы кальция или хлорид-ионы? Проделайте опыты для ответа на этот вопрос. Почему рекомендуется брать хлорид кальция, а не хлорид натрия? Изучите влияние температуры на образование творога.
15. Адсорбция.
К 2–3 мл раствора нитрата или ацетата свинца (~0,1М) прилейте столько же раствора йодида калия (~0,1М). Что произошло? В колбочку с 2–3 мл раствора нитрата или ацетата свинца (~0,1М) добавьте 2–3 г истолченного или активированного угля. Несколько минут взбалтывайте смесь. Раствор декантируйте или отфильтруйте и к филь-трату прилейте 2–3 мл раствора йодида калия. Почему не образовался осадок?
Докажите, что соль свинца содержится в угле. Предложите способ перевода адсорбированной соли свинца в раствор и проверьте ваше предложение опытом.