Практические навыки в химии I

Белый твердый предмет, бесцветная жидкость, газ с запахом бассейна: WCH13 спрашивает, что бы вы сделали с ними. Какой тест отличает литий от стронция, почему осушитель расположен именно так, был ли металл взят в избытке и почему ваше значение энтальпии меньше справочного. Каждый вопрос возвращается к лабораторной работе модулей 1 и 2 — реакциям, которые вы проводили, измерениям, которые делали, и суждениям, стоящим за каждым шагом.

WCH13/01 Практические навыки в химии I — это третий модуль IAS: 1 часа 20 минут, 50 баллов, всё обязательно, минимум 6 баллов за математические задания. Спецификация называет четыре оцениваемых способности — независимое мышление в практическом контексте, использование научных методов, математическая грамотность (графики, значащие цифры, точность и прецизионность) и использование оборудования (подбор, диапазон и разрешение, техника безопасности). Вопросы могут выходить за рамки восьми основных практических опытов в новые ситуации, построенные на тех же методах.

Окраска пламени: очистите нихромовую или платиновую петлю концентрированной соляной кислотой, окуните в образец и поместите в самый горячий безлучистый (ревущий синий) пламя. Литий — малиновый, натрий — жёлтый, калий — лиловый, кальций — кирпично-красный, стронций — красный, барий — бледно-зелёный, медь — сине-зелёная. Два красных цвета сливаются — у лития и стронция — поэтому подтвердите химически: добавьте сульфат-ионы (разбавленная серная кислота или растворимый сульфат); сульфат стронция образует осадок, сульфат лития остаётся в растворе. Калий имеет лиловый цвет, рубидий — красно-фиолетовый; называйте точные термины, а не просто «фиолетовый».

Галогенид-анионы: закислите разбавленной азотной кислотой, добавьте нитрат серебра — хлорид белый, бромид кремовый, йодид бледно-жёлтый осадок. Подтвердите аммиаком: AgCl растворяется в разбавленном NH₃(aq), AgBr — только в концентрированном NH₃(aq), AgI не растворяется ни в том, ни в другом.

Органические функциональные группы: хлорид фосфора(V) на спирте или карбоновой кислоте испаряется — выделяющийся газ — хлороводород (дымчатые пары, а не «соляная кислота»). Кислый дихромат(VI) меняет цвет с оранжевого на зелёный при окислении первичного или вторичного спирта (или альдегида). Объедините тесты с молекулярным ионом: два изомера C₃H₈O дают Mr 60; самая сильная пик при m/z 31 (CH₂OH⁺) указывает на первичный спирт, при 45 (CH₃CHOH⁺) — на вторичный — пропан-1-ол и пропан-2-ол.

Фильтровальная бумага, смоченная водопроводной водой (деионизированная вода проводит ток крайне слабо — в ней почти нет ионов), с каплями нитрата серебра и хромата(VI) калия: когда течёт ток, ионы Ag⁺ мигрируют к катоду, а CrO₄²⁻ — к аноду, встречаясь в виде красного осадка — 2Ag⁺ + CrO₄²⁻ → Ag₂CrO₄. Этот опыт доказывает, что обе соли являются ионными. Зелёное пятно хромата меди(II) распадается: синие потоки Cu²⁺ движутся к катоду, жёлтые хромат-ионы — к аноду.

The anhydrous iron(III) chloride synthesis pays a mark for each stage's reason. Concentrated HCl on potassium manganate(VII) is a redox reaction: chloride ions lose electrons (2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻) while manganate(VII) is reduced. Anhydrous calcium chloride dries the chlorine (a drying agent, not a "dehydrating agent"); ceramic wool holds it in place. The iron is heated only after half a minute so the air is flushed out first — otherwise iron meets oxygen before chlorine. Sodium hydroxide at the exit absorbs the excess toxic chlorine. The product sublimes into the receiver and is sealed quickly because it is deliquescent — it absorbs water to form hydrates, which is why a weighed product can be heavier than the calculated maximum.

Разобранный пример. Из 2.00 г железа: $n = 2.00/55.8 = 0.0358$ моль. $M_r(\mathrm{FeCl_3}) = 55.8 + 3 \times 35.5 = 162.3$. Максимальная масса $= 0.0358 \times 162.3 = 5.82$ г — и 5.80 отвергается, так как занижает значения, которые поддерживают данные.

Выбирайте оборудование по назначению измерения: бюретта (±0.05 см³ на отсчёт, 50 см³ диапазон) для титрования, мерная колба для приготовления растворов, газовый шприц для объёмов газов, термометр с ценой деления 0.1–1 °C для определения изменения температуры. Взвешивайте методом вычитания; считывайте нижнюю точку мениска на уровне глаз; проводите титрование до получения согласующихся результатов (разница не более 0.10 см³) перед усреднением — грубое титрование в расчёт не включается. Указывайте количество значащих цифр, соответствующее данным, и выражайте неопределённость как ± половина деления на отсчёт, удваивая её при разнице двух отсчётов.

Магний вытесняет цинк: измерьте изменение температуры известного количества раствора и переведите его в изменение энтальпии на моль.

Worked check (the 2025 data). $n(\mathrm{Zn^{2+}}) = 0.0500 \times 1.00 = 0.0500$ mol; $n(\mathrm{Mg}) = 2.20/24.3 = 0.0905$ mol — magnesium is in excess. $\Delta T = 55.2 - 19.4 = 35.8$ °C.

Делите на количество молей ограничивающего реагента в растворе (ионов цинка), а не на магний. Полученное экспериментальное значение меньше табличного означает потери тепла — классический ответ. Улучшения, признаваемые экзаменационной схемой: использование изолированного сосуда (полистирольный стакан), крышка, снятие показаний температуры каждые 30 секунд или использование датчика-регистратора, понижение концентрации для уменьшения потерь тепла в секунду, а также график охлаждения с экстраполяцией к моменту смешивания. Фразы «использовать пипетку» и «повторить и усреднить» здесь не учитываются — замена оборудования не устраняет потери тепла.

Данный экзаменационный билет проверяет понимание письменной части практической работы. Максимальный балл не гарантирует, что вы точно провели титрование до резкой точки эквивалентности, количественно перенесли твердое вещество или работали с концентрированной HCl за экраном — эти навыки формируются на занятиях через восемь основных практических работ и их дополнения.

1. Опишите пламенную пробу для неизвестного твердого вещества, включая способ очистки проволочки.
2. Назовите цвета осадков хлоридов, бромидов и йодидов при добавлении нитрата серебра и укажите, как аммиак подтверждает каждый из них.
3. И литий, и стронций дают красную окраску пламени. Приведите химическую пробу для различения их нитратов с описанием наблюдений.
4. В эксперименте с миграцией на фильтровальной бумаге почему бумагу следует смачивать водопроводной, а не деионизированной водой, и какой ион в водопроводной воде может дать белый осадок рядом с нитратом серебра?
5. Запишите полуреакцию образования хлора из концентрированной соляной кислоты и перманганата калия(VII) и обоснуйте термин «окислительно-восстановительная реакция».
6. 2.00 g of iron gives iron(III) chloride. Calculate the maximum mass, and explain why a real product could weigh more.
7. 50.0 cm³ of 1.00 mol dm⁻³ ZnSO₄ reacts with 2.20 g Mg. Show which reagent is in excess.
8. Temperatures 19.4 °C and 55.2 °C for 50.0 g of solution (c = 4.18 J g⁻¹ °C⁻¹). Calculate ΔH with sign and unit.
9. Give three scheme-credited improvements to the calorimetry, and one common suggestion the scheme ignores.
10. A C₃H₈O isomer's mass spectrum peaks strongly at m/z 45 rather than 31. Which isomer is it, and what ion is m/z 45?

Ответы: 1 очистите проволочную петлю концентрированной HCl и нагрейте; окуните образец в самую горячую синюю (безсветовую) пламя и отметьте цвет; 2 хлорид белый AgCl, бромид кремовый AgBr, иодид бледно-жёлтый AgI; AgCl растворяется в разбавленном аммиаке, AgBr — только в концентрированном, AgI не растворяется ни в том, ни в другом; 3 добавьте разбавленную серную кислоту (или растворимый сульфат): белый осадок (SrSO₄) указывает на стронций, отсутствие осадка — на литий; 4 деионизированная вода содержит почти ионы, поэтому не проводит ток; ионы хлорида (или гидрокарбонаты) могут образовать белый AgCl на серебряной стороне; 5 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻; ионы хлорида теряют электроны (окисляются, степень окисления −1 → 0), в то время как перманганат(VII) принимает их (восстанавливается); 6 $n = 2.00/55.8 = 0.0358$ моль; $0.0358 \times 162.3 = 5.82$ г; гигроскопичный продукт поглощает воду, образуя гидраты, увеличивая массу за счёт воды; 7 Zn²⁺ $= 0.0500$ моль, Mg $= 2.20/24.3 = 0.0905$ моль — Mg в избытке; 8 $\Delta T = 35.8$ °C; $q = 50.0 \times 4.18 \times 35.8 = 7482$ Дж; $\Delta H = -7.482/0.0500 = -150$ кДж моль⁻¹; 9 теплоизолированный (полистирольный) сосуд; крышка; температура каждые 30 с или датчик данных; более низкая концентрация; график кривой охлаждения — игнорируется: пипетка/титриметр, более точные весы, повторения; 10 пропан-2-ол; m/z 45 соответствует CH₃CHOH⁺ (C₂H₅O⁺).