Методические указания по выполнению лабораторных работ по

Государственное автономное образовательное учреждение
среднего профессионального образования РБ
«Бурятский республиканский многопрофильный
техникум инновационных технологий»
Оводнева А. П.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ (ХИМИЯ С ЭЛЕМЕНТАМИ
ЭКОЛОГИИ)»
Северобайкальск
2013
Оводнева А. П.
Методические
дисциплине
указания
«Естествознание
по
выполнению
(Химия
с
лабораторных
элементами
работ
экологии)»
по
для
обучающихся по специальности 101101 Гостиничный сервис.
А. П. Оводнева. – Северобайкальск: мини-типография ГАОУ СПО РБ
«БРМТИТ», 2013. - 35 страниц.
Методические указания разработаны с целью оказания методической
помощи обучающимся для самостоятельной подготовки и выполнению
лабораторных работ по естествознанию (химии с элементами экологии). В них
содержится
изложение
основных
моментов
техники
безопасности
лаборатории, теоретический материал и весь лабораторный практикум.
в
Содержание
Введение …………………………………………………………………..
4
1. Техника безопасности при работе в лаборатории химии………
6
2. Лабораторный практикум…………………………………………….
8
1) Лабораторная работа №1. Анализ содержания примесей в воде …..
8
2) Лабораторная работа №2. Очистка загрязненной воды ……………..
9
3) Лабораторная работа №3. Устранение жесткости воды……
12
4) Лабораторная работа №4. Определение химического состава
атмосферы. Измерение уровня СО2 …………………………………..
16
5) Лабораторная работа №5. Механизм образования кислотных
дождей ………………………………………….……………………….
20
6) Лабораторная работа №6. Анализ состава молока…………………...
21
7) Лабораторная работа №7. Определение содержания витамина С в
напитках ………………………………………………………...………
26
8) Лабораторная работа №8. Определение содержания железа в
продуктах питания………………………………………..……………
27
3. Список литературы………….……………………………………………….
32
Приложение 1…………………………….……………………............................
33
Приложение 2………………………………………………….............................
35
Введение
Дисциплина «Естествознание (химия с элементами экологии)», входящая
в основную профессиональную образовательную программу, изучается в
объеме 26 часов.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:
 приводить примеры экспериментов и наблюдений, обосновывающих
зависимость свойств вещества от структуры молекул, зависимость
скорости химической реакции от температуры и катализаторов,
 выдвигать гипотезы и предлагать пути их проверки, делать выводы на
основе экспериментальных данных, представленных в виде графика,
таблицы или диаграммы;
 работать с естественно-научной информацией, содержащейся в
сообщениях СМИ, интернет-ресурсах, научно-популярной литературе:
владеть методами поиска, выделять смысловую основу и оценивать
достоверность информации
 использовать приобретенные знания и умения в практической
деятельности и повседневной жизни для безопасного использования
материалов и химических веществ в быту.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать:
 смысл понятий: естественно-научный метод познания, химическая
реакция, макромолекула;
 вклад великих ученых в формирование современной естественно-научной
картины мира.
Согласно рабочей программе на выполнение лабораторных работ
отводится 8 часов по следующим темам:
 Анализ содержания примесей в воде;
 Очистка загрязненной воды;
 Устранение жесткости воды;
 Определение химического состава атмосферы. Измерение уровня СО2;




Механизм образования кислотных дождей;
Анализ состава молока;
Определение содержания витамина С в напитках;
Определение содержания железа в продуктах питания.
Методические указания содержат восемь лабораторных работ по всему
курсу естествознания (химии с элементами экологии). Прежде чем приступить
к практической работе, необходимо ознакомиться с лабораторным
оборудованием, с методикой проведения основных лабораторных операций, с
правилами техники безопасности при этом, а также теоретическим материалом
по этой теме, который приводится к каждой лабораторной работе. После
выполнения работы письменно ответить на вопросы для самоконтроля. Отчет
по лабораторной работе выполняется в тетради для выполнения лабораторных
работ и сдается согласно приложению 1 в течение пяти дней; для защиты
работы нужно письменно ответить на вопросы в конце каждой работы.
В методических указаниях в приложении 1 приведен план оформления
отчета, а в приложении 2 - список химической посуды и оборудования,
необходимой для проведения опыта.
Раздел 1. Техника безопасности при работе в лаборатории химии.
Тема 1.1. Общие правила проведения работ.
Каждому студенту, работающему в лаборатории, предоставляется место,
которое он должен содержать в порядке и чистоте. При выполнении работы не
загромождайте рабочее место лишними предметами. При выполнении
лабораторных работ необходимо строго соблюдать следующие правила:
1. Запрещено проводить опыты в грязной посуде, а также пользоваться для
проведения опытов веществами из склянок без этикеток или с неразборчивой
надписью.
2. Нельзя выливать избыток реактива из пробирки обратно в реактивную
склянку. Сухие соли набирают чистым шпателем или ложечкой.
3. После опытов остатки металлов в раковину не выбрасывают, а собирают в
банку. Дорогостоящие реактивы (например, остатки солей серебра) собирают в
специально отведенную посуду. Нельзя выливать в раковину остатки
растворителей, горючих веществ, реакционные смеси, растворы кислот,
щелочей и других вредных веществ. Они должны собираться в специальную
посуду («слив органики» и «слив неорганики»).
4. Студентам категорически запрещается без разрешения преподавателя
проводить какие-либо опыты, не относящиеся к данной работе, или изменять
порядок проведения опыта.
5. Перед уходом из лаборатории рекомендуется тщательно мыть руки.
Тема 1.2. Правила техники безопасности.
1. Избегайте непосредственных контактов кожи, глаз и дыхательных путей с
химикатами. На занятиях постоянно носите лабораторный халат. Кроме того,
если у вас длинные волосы, их следует аккуратно прибрать, чтобы они не могли
соприкасаться с нагревательными приборами, реактивами и т.д.
2. Все работы с ядовитыми и сильнопахнущими веществами, с
концентрированными растворами кислот, щелочей, а также упаривание их
растворов следует проводить только в вытяжном шкафу.
3. Измельчение твердых веществ, дающих едкую пыль (щелочей, извести, йода
и др.), разбавление концентрированных кислот и щелочей, приготовление
хромовой смеси и т.п. нужно проводить в фарфоровой посуде также в
вытяжном шкафу, защитив глаза очками, а руки перчатками.
4. Нагревание на спиртовке производят следующим образом: сначала
прогревают пробирку с содержимым в течение 15–20 секунд, затем приступают
непосредственно к нагреванию содержимого пробирки. При нагревании нельзя
прикасаться дном пробирки к фитилю.
5. Пробирки при нагревании закрепляют либо в штативной лапке, либо в
пробиркодержателе ближе к отверстию. Отверстие пробирки необходимо
направлять от себя и окружающих, во избежание выброса веществ из пробирки.
6. Знакомясь с запахом вещества, нельзя наклоняться над сосудом с жидкостью
и вдыхать полной грудью. Для этого нужно направить рукой струю воздуха от
отверстия сосуда к себе и сделать носом легкий вдох.
7. Запрещается набирать ртом при помощи пипетки или трубки любые
вещества. Для этого следует пользоваться сифоном или резиновой грушей.
Тема 1.3. Меры первой помощи при несчастных случаях.
В лаборатории бывают случаи, требующие неотложной медицинской
помощи, – порезы рук стеклом, ожоги горячими предметами, кислотами,
щелочами. В серьезных случаях необходимо пострадавшего сопроводить к
врачу.
Основные правила первой помощи сводятся к следующему:
1. При мелких порезах стеклом удалите осколки из раны, смойте кровь,
продезинфицируйте раствором йода и перевяжите бинтом.
2. При ожоге рук или лица реактивом смойте реактив большим количеством
воды, затем в случае ожога щелочью − 1%-ным раствором уксусной кислотой, в
случае ожога кислотой − 3%-ным раствором гидрокарбоната натрия, а затем
опять водой. Одежду, соприкасавшуюся с реактивами, следует снять.
3. При ожоге горячей жидкостью или горячим предметом обожженное место
промойте проточной холодной водой в течение 5–10 мин.
4. При попадании химического вещества в глаза их необходимо обильно
промыть в течение 10–15 мин струей холодной воды так, чтобы она стекала от
носа к виску. Веки пораженного глаза во время промывания должны быть
осторожно развернуты. Контактные линзы перед промыванием следует снять.
5. При попадании яда внутрь необходимо вызвать рвоту принятием теплого
раствора поваренной соли (3–4 чайные ложки на стакан воды) и затем надавить
пальцем на заднюю часть зева, давая пострадавшему пить большое количество
теплой воды. Если пострадавший потерял сознание или же отравление вызвано
проглатыванием растворителя, кислоты или щелочи, то рвоту вызывать нельзя.
Пострадавшего перенести на свежий воздух и оставить в спокойном положении
в тепле.
6. При поражении электрическим током необходимо быстро освободить
пострадавшего от действия тока путем отключения электроэнергии общим
рубильником. Вынести пострадавшего на свежий воздух и при необходимости
сделать ему искусственное дыхание и массаж сердца. Немедленно вызвать
скорую помощь.
Раздел 2. Лабораторный практикум.
Лабораторная работа №1
Тема: Анализ содержания примесей в воде.
Вода – прекрасный растворитель и поэтому невозможно встретить в
природе жидкую «чистую» воду, то есть ту воду, в которой не растворены
неорганические и органические вещества. В результате жизнедеятельности
человека количество загрязняющих воду веществ постоянно растѐт, и на
сегодняшний день их насчитывается более 50 000. Поэтому проведение тестов
на определение концентрации такого количества химических веществ, которые
могут присутствовать в воде, просто невозможно.
Традиционно для оценки качества воды используют физические, санитарно
- бактериологические и химические показатели.
К физическим показателям относят температуру, запахи и привкусы,
цветность и мутность.
К санитарно-бактериологическим показателям относят бактериальную
загрязнѐнность воды, загрязнѐнность кишечной палочкой, содержание в воде
токсичных и радиоактивных микрокомпонентов.
К химическим показателям относят водородный показатель воды рН,
жѐсткость и щѐлочность, минерализацию, а также содержание главных ионов.
Качество воды определяется содержанием ионов, обуславливающих жѐсткость
воды, а также ионов тяжѐлых металлов Рb2+, Рg2+, Cr3+, Fe3+, SO42-,Cl-, Mg2+,
которые часто встречаются в стоках промышленных предприятий
Цель: Научиться определять содержание примесей в воде.
Задание: Изучить анализируемую воду на содержание ионов хлора,
сульфата и железа, написать уравнения реакции, оформить отчет и ответить на
вопросы.
Оборудование и реактивы: HCl, BaCl,KNCS,AqNO3, пробирки.
Опыт 1. Обнаружение ионов SO42-.
Ход работы:К 3 мл анализируемой воды добавьте 2-3 капли 1М раствора
соляной кислоты, нагрейте до кипения и прибавьте 0,5 мл хлорида бария. Что
наблюдаете? Напишите уравнение реакции.
Опыт 2. Обнаружение ионов Cl-.
Ход работы:К 3 мл анализируемой воды прилейте по каплям 0,1М раствора
нитрата серебра. Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции.
Опыт 3. Обнаружение ионов Fe3+.
Ход работы: К 0,5 мл анализируемой воды прилейте 1мл 0,5 М раствора
тиоцианата калия (KNCS). Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции.
Вопросы для самоконтроля:
1. Как получить дистиллированную воду и почему она вредна для организма?
2. Почему не проводят исследование воды на все химические примеси?
Лабораторная работа №2
Тема: Очистка загрязненной воды.
Цель: Познакомиться с основными способами очистки воды.
Задание: Приготовьте в вашей тетради таблицу, подобную
приведенной здесь (не забудьте оставить место для вписывания данных).
Таблица 1.
Цвет Прозрачнос Запах Налич Объем
ть
ие
твердых
масла примесей
Перед обработкой
После отделения
воды от
масла (после сепарации)
После фильтрования через
песок
После адсорбции (фильтрования) на древесном угле
Порядок работы:
1. Возьмите образцы воды в разных природных водоемах. Мерным
цилиндром измерьте объем, запишите объем в таблицу.
2. Внимательно изучите внешний вид образца воды: цвет, запах,
прозрачность, наличие твердых частичек или пятен и запишите свои
наблюдения в таблицу данных (Не проверяйте чистоту воды, пробуя ее на
вкус!).
Оборудование и реактивы: бумажный фильтр, штатив, мерный стаканчик и
цилиндр, воронка.
Опыт 1.Очистка воды методом фильтрования. Отделение воды от масла.
Фильтрование — это общее название для различных способов очистки
жидкости от твердых частиц. Фильтрование заключается в пропускании смеси
через материал (фильтр), задерживающий твердые частицы. Жидкость,
собираемая после фильтрации, называется фильтратом. Вода и масло
незначительно смешиваются друг с другом. Если оставить стоять смесь этих
двух веществ, она разделится на два слоя, причем масло окажется сверху.
Ход работы:
1. Вставьте воронку в фарфоровый треугольник и поместите ее в
кольцевой держатель, как показано на рис 1. Прикрепите резиновый
шланг к концу воронки.
2. Пережмите резиновую трубку зажимом (или просто пальцами).
Налейте примерно половину данного вам образца грязной воды в
воронку. Дайте отстояться до отделения водного слоя.
3. Осторожно откройте зажим и слейте нижний слой в стаканчик
объемом 150 мл. Сразу после этого перекройте зажим.
4. Слейте оставшийся слой во второй такой же стаканчик.
5. Повторите стадии 2 — 4 для оставшейся половины вашего образца,
добавляя жидкость из того или другого слоя в соответствующие
стаканчики.
6. Вылейте
верхний,
масляный
слой
туда,
куда
укажет
преподаватель. Изучите внешний вид и измерьте объем оставшегося,
водного слоя. Сохраните его для последующих опытов.
Рисунок 1. Закрепление воронки на штативе
Опыт 2. Очистка воды методом фильтрования. Фильтрование через
песок.
Песочный фильтр захватывает твердые загрязнения, которые слишком
велики, для того чтобы пройти между песчинками.
Ход работы:
1. Распрямите скрепку для бумаги и с ее помощью сделайте
небольшиедырки в донышке пластмассового стаканчика (рис. 2).
2. Насыпьте в этот стаканчик последовательными слоями гравий и песок,
как показано на рис. 3
(нижний слой гравия предотвращает
вымывание песка через дырки. Верхний слой гравия нужен для того,
чтобы песок не взмучивался при вливании воды).
Осторожно налейте фильтруемый раствор в стаканчик. Соберите
отфильтрованную воду в отдельный стакан.
3. Выбросьте использованные песок и гравий в соответствии с указаниями
преподавателя. Ни в коем случае не выкидывайте песок и гравий в
раковину!
4. Рассмотрите внешний вид и измерьте объем воды. Сохраните ее для
последующих опытов.
Один слой
Три слоя
Рисунок 2. Воронка для фильтрования.
Рисунок 3. Фильтрование через песок.
Опыт
3.Очистка
воды
методом
фильтрования.Адсорбция
(фильтрование на древесном угле).
Древесный уголь адсорбирует (поглощает, задерживает на своей поверхности) многие вещества, которые могут придавать воде мутный вид, а также
неприятные запах и вкус. С этой целью древесный уголь часто используют в
аквариумах для рыб.
Ход работы:
1. Сверните бумажный фильтр, как показано на рис. 2.
2. Поместите свернутый бумажный фильтр в воронку. Слегка смочите
фильтр для того, чтобы он прилип к воронке.
3. Закрепите воронку, как показано на рис. 1, и опустите кольцо штатива таким образом, чтобы конец воронки оказался бы на 2 — 3 см
внутри стаканчика на 150 мл.
4. Поместите древесный уголь в стаканчик объемом 150 мл слоем высотой 2 см.
5. Добавьте образец воды к древесному углю в стаканчике, перемешайте
смесь и осторожно пропустите ее через бумажный фильтр. Следите,
чтобы жидкость не протекала между фильтровальной бумагой и воронкой
и, чтобы уровень жидкости находился ниже верха бумажного фильтра.
6. Если фильтрат содержит небольшие темные частички древесного угля,
профильтруйте жидкость еще раз. Для этого используйте чистый кусок
смоченной фильтровальной бумаги.
7. После того как вы останетесь довольны внешним видом и
запахом очищенной воды, слейте ее в мерный цилиндр. Запишите
конечный объем очищенного образца.
Вопросы для самоконтроля:
Проведите следующие расчеты и напишите ответы в тетради.
1. Сколько процентов от исходной грязной воды составляет "чистая"
вода?
2. Процент чистой воды = (Vчистой" воды/Vгрязной воды) • 100%
3. Какой процент жидкости теряется в результате очистки?
4. Какой объем грязной воды был потерян в результате очистки?
Лабораторная работа №3
Тема: Устранение жесткости воды.
Вода – одно из наиболее важных и распространенных химических
соединений на нашей планете. Она покрывает 80% поверхности Земли и
содержится во многих ее объектах: входит в состав горных пород и минералов,
присутствует в почве и атмосфере, содержится во всех живых организмах. Ее
важность заключается в том, что она является регулятором климатических
условий на земле и универсальным растворителем в процессах, происходящих
как в живой, так и неживой природе. Хорошая растворяющая способность
воды, обусловленная полярностью ее молекул, приводит к тому, что в природе
она чаще всего встречается не в виде индивидуального химического
соединения, а в виде сложной многокомпонентной системы, в состав которой
входят минеральный вещества, газы, коллоидные и крупнодисперсные частицы,
а также различные микроорганизмы. Растворенные в воде компоненты
находятся друг с другом в равновесии, образуя комплексы различного состава.
Содержание или концентрация тех или иных компонентов в природной воде
зависит от вида водоисточника, температуры и многих других факторов.
Природные водоемы, находящиеся вблизи промышленных центров, содержат
еще и вещества, являющиеся результатом деятельности человека. Это выбросы
шахт, заводов, фабрик. Большинство из них являются вредными веществами,
делающими часто непригодными природные водоемы для жизнедеятельности
человека.
Основными газами, содержащимися в природной воде, являются СО2, О2,
СН, СО, Н2, N2. Следует отметить, что относительное содержание кислорода в
воде выше, чем в воздухе.
Среди основных минеральных веществ, присутствующих в природной воде
– гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды кальция и магния. Их источником
являются горные породы – известняки, доломиты, растворяющиеся в
результате контакта с природной водой в ходе ее круговорота.
Наличие в воде растворенных веществ увеличивает температуру ее кипения
и понижает температуру замерзания. Последнее используется широко в
практике для предотвращения образования льда зимой: на дорогах рассыпают
соль, понижая тем самым температуру замерзания воды.
Виды жесткости и единицы ее измерения.
Воду с растворенными в ней солями называют жесткой, а совокупность
свойств такой воды – жесткостью. Жесткая вода образует накипь на стенках
паровых котлов, отопительных приборов и бытовой металлической посуды.
Она не пригодна для производства бумаги и крашения тканей, для
приготовления пищи и напитков. В жесткой воде не пенится мыло, плохо
развариваются овощи и мясо.
Согласно ГОСТ 6055 – 86 различают:
 карбонатную жесткость – это совокупность свойств воды, обусловленных
присутствием в ней гидрокарбонатов кальция, магния и железа. Часто этот
вид жесткости называют временной или устранимой;
 некарбонатную жесткость – совокупность свойств воды, обусловленных
присутствием в ней сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов
кальция, магния и железа. Этот вид жесткости также называют постоянной
или неустранимой;
 общую жесткость, складывающуюся из карбонатной и некарбонатной
жесткости. Она равна сумме концентраций ионов Са2+, Mg2+, Fе2+.
Количественно жесткость воды в России выражают единицами жесткости.
За единицу жесткости принимают жесткость воды в одном литре которой
содержится один миллимоль (ммоль) эквивалент ионов Са2+ или Mg2+. Числовое
значение жесткости, выраженное в ммоль/л, совпадает со значением в моль/м3.
Одна единица жесткости соответствует массовой концентрации ионов Са2+,
равной 20, 4 мг/л или ионов Mg2+, равной 12, 15 мг/л.
По величине жесткости различают воду:
 очень мягкую<1, 5 единиц (ммольэкв/л);
 мягкую
1, 5 – 3 единиц;
 среднюю
3, 6 – 6, 0 единиц
 жесткую
6, 0 – 9, 0 единиц
 очень жесткую>9, 0 единиц.
Методы устранения и снижения жесткости воды.
Устранение или снижение жесткости воды называют умягчением. Его
осуществляют различными методами.
Термическая обработка воды.
Сущность этого метода заключается в предварительном нагревании воды до
70 – 80о С или ее кипячении. Метод позволяет устранить только временную
(карбонатную) жесткость, обусловленную наличием в воде хорошо
растворимых гидрокарбонатов кальция, магния и железа. При этом катионы
Са2+, Mg2+, Fe2+ осаждаются в виде нерастворимых соединений.
Распад гидрокарбонатов магния и железа, в отличии от гидрокарбоната
кальция, протекает сложнее: он одновременно сопровождается процессами
гидролитического разложения их карбонатов. Это объясняется тем, что
карбонаты магния и железа, в отличие от карбоната кальция, более растворимы,
чем их гидроксиды.
Если временная жесткость предварительно не была устранена, то
вышеприведенные процессы протекают при нагревании воды в паровых котлах,
системах водяного отопления и охлаждения, бытовой металлической посуде с
образованием в них слоя накипи из нерастворимых соединений. Это снижает
коэффициенты
теплопередачи
и
ухудшает
их
теплотехнические
характеристики. При этом происходит перерасход топлива и перегрев
металлических поверхностей. Чем больше железа содержится в воде, тем более
бурым является цвет накипи.
При термической обработке воды удается также снизить и содержание в ней
растворимых газов, т. к. их растворимость с увеличением температуры падает.
Химическая обработка воды (реагентный метод)
Этот метод позволяет устранить как временную жесткость, так и
постоянную. Сущность его заключается в обработке воды специальными
реагентами, образующими ионами, вызывающими жесткость, малорастворимые
соединения.
К числу таких реагентов относятся: содаNa2CO3, негашенаяCaO и гашеная
Ca(OH)2извести, различные фосфаты натрия (Na3PO4, Na6P6O18) и др.
При обработке воды известью (гашеной или негашеной) происходит
устранение ее временной жесткости и одновременное снижение ее щелочности.
Процесс называется известкованием или декарбонизацией.
Обработка известью позволяет связать и растворенный в воде углекислый
газ. Использование фосфатов натрия предпочтительнее, так как образующие
фосфаты кальция, магния и железа менее растворимы, чем соответствующие их
карбонаты и гидроксиды.
Для одновременного устранения карбонатной и некарбонатной жесткости
широкое распространение в промышленности получил известково – содовый
метод: обработка воды смесью СаО и Nа2СО3. Вода, умягченная этим способом,
имеет остаточную жесткость равную 0, 5 – 0, 1 ммольэкв/л. Он становится еще
более эффективным, если его проводить при нагревании, сочетая достоинства
химического и термического методов.
Ионообменный метод.
Это современный физико – химический метод, широко используемый в
промышленности, особенно в гидрометаллургии. Использование его для
умягчения и деминерализации воды позволяет не только уменьшить ее
жесткость, но достичь ее глубокой очистки. Вода, подвергшаяся такой
обработке, практически не содержит посторонних ионов: ни катионов, ни
анионов. Метод основан на способности некоторых веществ, не растворимых в
воде, стехиометрически обменивать свои ионы на ионы внешней среды (воды,
растворов электролитов). Вещества, обладающие такими свойствами, называют
ионообменниками (ионообменными сорбентами) или сокращенно ионитами.
Большинство ионитов – твердые, ограниченно набухающие вещества,
аморфной или кристаллической структуры. Они состоят из каркаса (матрицы) и
закрепленных на нем иогенных (активных функциональных) или
комплексообразующих групп. Эти группы диссоциируют, давая полионы
(фиксированные ионы, ковалентно связанные с каркасом) и эквивалентное
число подвижныхпротивоионов, способных к обмену и компенсирующих
своими зарядами заряды полионов.
По знаку заряду подвижных противоионов, т. е. по знаку заряду
обменивающихся ионов, иониты делятся на катиониты, аниониты и амфолиты,
по химической природе каркаса – на неорганические, органические и
минерально – органические.
Цель: Научиться устранять жѐсткость воды.
Задание: Устранить жесткость анализируемой воды, написать отчет,
ответить на вопросы.
Оборудование и реактивы: электрическая плитка, мыльный раствор,
известковое молоко, пищевая сода, пипетки, пробирки, колбы.
Опыт 1. Определение жѐсткости воды.
В одну пробирку налейте 5 мл.дистиллированной воды, а в другую столько же
жѐсткой. В обе пробирки приливайте по каплям (из пипетки) мыльный раствор
(после прибавления каждой капли пробирку встряхивайте) до появления
устойчивой пены. Объясните результаты опыта.
Опыт 2.Устранение жѐсткости воды кипячением.
Налейте в пробирку 5 мл. жѐсткой воды и прокипятите. Дайте ей остыть. Слейте
осторожно воду с осадка и приливайте к ней по каплям мыльный раствор.
Запишите уравнение реакции.
Опыт 3. Устранение жѐсткости воды действием известкового молока.
Налейте в пробирку 5 мл жѐсткой воды и добавьте к ней 3 мл известкового
молока. Запишите уравнение реакции.
Опыт 4. Устранение жѐсткости воды действием соды.
Налейте в пробирку 5 мл жѐсткой воды и добавьте к ней несколько грамм
питьевой соды. Запишите уравнение реакции.
Вопросы для самоконтроля:
1. Некоторые почвы при действии на них соляной кислоты «вскипают». Чем
это объясняется? Составьте уравнение реакции.
2. Какие виды жесткости вам известны? Какими ионами обусловлен тот или
иной вид жесткости?
3. В каких единицах измеряется жесткость и как она рассчитывается?
4. На чем основано определение временной жесткости воды?
Лабораторная работа №4
Тема: Определение химического состава атмосферы.
Измерение уровня СО2
Чистый атмосферный воздух у поверхности Земли имеет следующий
химический состав: азот – 78,1%, кислород – 20,93%, углекислота – 0,03–0,04%,
аргон, гелий, криптон и др. – около 1%. Содержание указанных частей в чистом
воздухе постоянно. Изменения происходят чаще всего за счет ее загрязнения
различными выбросами промышленных и сельскохозяйственных предприятий,
выхлопными газами автотранспорта. В жилых помещениях изменения вызваны,
прежде всего, газообразными продуктами жизнедеятельности людей и
некоторыми бытовыми устройствами (газовые плиты). Так, в выдыхаемом
человеком воздухе кислорода содержится на 25 % меньше, чем во вдыхаемом, а
углекислого газа – в 100 раз больше. Двуокись углерода (или углекислый газ)
образуется в результате окислительно-восстановительных процессов,
протекающих в организме людей и животных, горения топлива, гниения
органических веществ.В чистом загородном воздухе 380-400 ppm углекислого
газа, т.е. 0,038-0,04%. Эти концентрации оптимальны для дыхания человека.
Содержание углекислого газа в атмосферном воздухе за последние 50 лет
увеличилось на 20% и постоянно продолжает расти — особенно в крупных
городах за счет выхлопов автомобилей и промышленных выбросов. В воздухе
городов концентрация углекислого газа увеличивается до 0,045%, в жилых и
общественных зданиях (при плохой вентиляции) – до 0,6–0,8%.В закрытом
помещении уровень углекислого газа повышается гораздо быстрее, чем
убывает кислород. Замеры показывают, что, даже когда в школьном классе
уровень СО2 достигает 1000 ppm (0,1%), содержание кислорода практически не
меняется. Конечно, увеличение углекислого газа зависит от количества людей в
этом помещении, от их веса и того, что они при этом делают. Взрослый человек
в покое выделяет в среднем 22 л углекислоты в час, а при физической работе —
в 2–3 раза больше.
Таблица 2. Количество выдыхаемого углекислого газа при различных видах
деятельности.
Вид деятельности
СО2, л/ч
Сидит
18
Работает в офисе
24
Ходит
30
Выполняет лѐгкую физическую работу
Выполняет работы по дому
Делает тяжѐлую физическую работу
Выполняет спортивные упражнения
36
32-43
55-75
175 и выше
Исследователи знают, что существует связь между концентрацией СО2 и
ощущением духоты. Человек начинает ощущать симптомы «нехватки свежего
воздуха» (а на самом деле повышенной концентрации углекислого газа) уже
при его уровне 0,08%, т.е. 800 ppm.Признаки ухудшения самочувствия у
человека появляются только при продолжительном вдыхании воздуха,
содержащего 1,0–1,5% углекислого газа, выраженные функциональные
изменения – при концентрации 2,0–2,5% и резко выраженные симптомы
(головная боль, общая слабость, одышка, сердцебиение, понижение
работоспособности) – при 3–4%.
Гигиеническое значение углекислого газа заключается в том, что он
служит косвенным показателем общего загрязнения воздушной среды
помещений. Параллельно с увеличением его содержания повышаются
температура, относительная влажность, запыленность воздуха, изменяется его
ионный состав, главным образом за счет увеличения положительных ионов.
Гигиенической нормой содержания углекислого газа в воздухе жилых и
служебных помещений, спортивных залов считается концентрация
0,1%.Проблема СО2 в учебных заведениях.
Ученые ЕС проверили самочувствие школьников в помещении с
концентрацией углекислоты >1000 ррm, или 0,1% , оказалось, что дети,
проводящие много времени в помещении с высоким уровнем СO2, в 3,5 раза
чаще имеют сухой кашель и в два раза больше болеют ринитом.
Таблица 3. Негативные физиологические проявления при различных уровнях
концентрации углекислого газа.
Уровень СO2, ppm
Физиологические проявления
Атмосферный воздух Идеальный воздух для здоровья и хорошего
380-400
самочувствия.
Нормальное количество воздуха. Рекомендовано для
400-600
детских комнат, спален, офисных помещений, школ
и детских садов.
Появляются жалобы на качество воздуха. У людей,
600-1000
страдающих астмой, могут учащаться приступы.
Общий дискомфорт, слабость, головная боль,
концентрация внимания падает на треть, растѐт
Выше 1000
число ошибок в работе. Может привести к
негативным изменениям в крови, также могут
Выше 2000
появиться проблемы с дыхательной и кровеносной
системой.
Количество ошибок в работе сильно возрастает, 70%
учащихся, сотрудников не могут сосредоточиться на
работе.
Если мы вспомним первичные признаки ацидоза, то поймем, почему вялые
и сонливые школьники плохо воспринимают новый материал.
Проблема повышенного уровня СO2 характерна и для детских садов,
причем особенно для спален. Повышение концентрации углекислого газа в
классе негативно влияет на результаты учебы детей, снижает их
работоспособность. При физической деятельности в плохо проветриваемом
помещении ребенок прежде всего почувствует гиперкапнию, чем гипоксию
(нехватку кислорода). Гиперкапния – состояние организма, вызванное
повышением парциального давления углекислого газа в артериальной крови.
Длительная гиперкапния характеризуется расширением сосудов миокарда и
головного мозга, что может привести к росту кислотности крови, вторичному
спазму кровеносных сосудов, замедлению сердечных сокращений, различным
болезненным состояниям.
При наступлении гиперкапнии отмечается появление испарины, головная
боль, головокружение и одышка, что, как правило, объясняется физическим
утомлением и воспринимается, чуть ли не как доказательство двигательной
активности.
Цель: Определить содержание углекислого газа в помещениях техникума.
Задание: Выяснить роль углекислого газа, как составную часть атмосферного
воздуха. Измерить содержание углекислого газа в различных помещениях
техникума. Проанализировать количественные показатели содержания
углекислого газа в урочное и неурочное время.
Оборудование и реактивы: Медицинский шприц на 100–150 мл; химический
стакан, вместимостью 50–100 мл; 0,005% раствор карбоната натрия, для
приготовления которого 1 г химически чистого безводного карбоната натрия
растворяют в 200 мл свежее приготовленной дистиллированной воде, а затем
добавляют 0,5 мл 1%-го раствора фенолфталеина. Этот раствор хранят в
хорошо закупоренном флаконе, непосредственно перед исследованием из него
готовят рабочий раствор, для чего 1 мл его помещают в мерную колбу на 100
мл, доводят объем дистиллированной водой до метки и перемешивают.
Ход работы: При определении двуокиси углерода в шприц набирают 20 мл
рабочего раствора карбоната натрия, затем оттягивают поршень и засасывают
исследуемый воздух. После этого шприц встряхивают в течение одной минуты.
Если раствор остается розовым, то воздух выталкивают из шприца, набирают
новую порцию воздуха и опять встряхивают одну минуту. Новые порции
воздуха продолжают добавлять до обесцвечивания раствора. Обычно эту
операцию повторяют три–четыре раза, а затем воздух добавляют уже
небольшими порциями (10–20 мл), каждый раз встряхивая шприц в течение 1
мин, до обесцвечивания. Если раствор обесцвечивается менее чем за 1 мин, то
опыт повторяют с меньшим количеством воздуха. Ход реакции:
Na2CO3+H2O+CO2→2NaHCO3.
Учитывая объем исследуемого воздуха, потребовавшийся для
обесцвечивания раствора карбоната натрия, определяют по специальной
таблице содержание двуокиси углерода в воздухе.Мы измерили концентрацию
углекислого газа в следующих помещениях: рекреация (1 этаж), рекреация (2
этаж), кабинет биологии, кабинет информатики, спортзал.Измерения
проводились в течение пары, хотелось увидеть, как изменяется содержание
углекислого газа между длительными промежутками времени в течение
учебного урока.
Таблица 4. Зависимость содержания углекислого газа (%) в воздухе от объема
воздуха, обесцвечивающего 20 мл 0,005%-ного раствора соды.
Объем
воздуха,
мл.
80
160
200
240
260
280
300
320
Концентр.
СО2 (%)
0,32
0,208
0,182
0,156
0,144
0,136
0,128
0,120
Объем
воздуха,
мл.
330
340
350
360
370
380
390
400
Концентр.
СО2 (%)
0,116
0,112
0,108
0,104
0,100
0,096
0,092
0,088
Объем
воздуха,
мл.
410
420
430
440
450
460
470
480
Концентр.
СО2 (%)
0,084
0,080
0,076
0,070
0,066
0,060
0,056
0,052
Таблица 5. Концентрация углекислого газа (%) в помещениях в течение урока.
Концентр.
Кабинеты
СО2 (%)
Рекреация (1 этаж)
Рекреация (2 этаж)
Кабинет биологии
Кабинет информатики
Спортзал
Вопросы для самоконтроля:
1. Для чего нужен организму углекислый газ?
2. Вызвано ли повышение содержания углекислого газа и других
парниковых газов в атмосфере в индустриальную эпоху деятельностью
человека?
Лабораторная работа № 5
Тема: Механизм образования кислотных дождей.
Кислотными называются любые осадки - дожди, туманы, снег,
кислотность которых выше нормальной.
Кислотные осадки обусловлены присутствием серной (Н2SО4) и азотной
(НNОз) кислот. Обычно кислотность на две трети состоит из первой и на одну
треть из второй, но во многом их соотношение определяется особенностями
антропогенного загрязнения атмосферы в конкретном регионе. Присутствие в
этих формулах серы и азота указывает на то, что проблема связана с выбросами
данных элементов в воздух. Загрязнение атмосферы соединениями серы.
Соединения серы попадают в атмосферу, как естественным путем, так и в
результате антропогенной деятельности. При отсутствии источников
загрязнения диоксид серы (SO2) встречается в атмосфере в виде ничтожных
следов. Единственным крупным естественным источником диоксида серы
является вулканическая деятельность. В основном SO2 поступает в атмосферу в
результате человеческой деятельности. Главная причина загрязнения им
атмосферы - сжигание ископаемого топлива, которое содержит серу. В
процессе горения часть серы окисляется до SO2. Среди используемых видов
топлива первое место по поставке диоксида серы занимает каменный уголь,
второе - нефть, а природный газ находится на третьем месте. Наиболее
распространенными соединениями серы, поступающими в атмосферу, являются
диоксид серы (SO2),сульфиты (S04), сероуглерод (CS2) и сероводород (Н2S).
Основной вред окружающей среде наносит не столько сам диоксид серы,
сколько продукт его окисления - S03. Процесс окисления осуществляется под
действием кислорода на пылеобразных частицах оксидов металлов в качестве
катализаторов, в атмосферной влаге или под действием солнечного света.
ГазообразныйSОз растворяется в капельках влаги с образованием серной
кислоты:
SОз(газ) +Н20(ж) = Н2S04(водн)
Загрязнение атмосферы соединениями азота. Оксиды азота образуются в
атмосфере как естественным, так и антропогенным путем при горении
ископаемого топлива. Загрязнение атмосферы оксидами азота в целом
сравнительно невелико. Однако в районах с развитой химической
промышленностью имеются локальные зоны повышенного содержания N0,
N02 в воздухе.
Цель: Экспериментальным путем установить действие кислотных
дождей на растительные ткани, живые существа, активные металлы, мрамор.
Задание: Провести опыты с предложенными образцами кислотных
дождей, записать результаты в таблицу, сделать вывод.
Таблица 6.
Кислотные осадки Уровень рН Железо
Мрамор
Кожура яблок
Образец 1
Образец 2
Образец 3
Оборудование и реактивы: Образцы кислотных дождей, пробирки,
лакмусовая бумажка, железный гвоздь, мрамор, яблоко.
Ход работы. Налейте примерно по 2 мл жидкости из предложенного образца
осадков в четыре пробирки, проверьте реакцию на лакмусовую бумажку.
Запишите наблюдения, определите по шкале рН уровень кислотного дождя.
Поместите о вторую пробирку железный гвоздь. Пронаблюдайте не менее 5
минут за пробиркой и запишите наблюдения. Добавьте в третью пробирку
кусочек мрамора. Пронаблюдайте не менее 3 минут, запишите наблюдения.
Поместите в четвертую пробирку кожуру яблока. Пронаблюдайте не менее 7
минут, запишите наблюдения.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие из газообразных оксидов формируют естественную кислотность
осадков?
2. В чем проявляет себя синдром кислотных частиц?
3. Какие из газообразных оксидов преимущественно влияют на подкисление
атмосферных осадков сверх нормы?
Лабораторная работа № 6
Тема: Анализ состава молока.
Качество молока, поступающего для промышленной переработки на
предприятиях молочной промышленности, влияет на экономические
показатели производства и качество готовой продукции. Требования к молоку,
как к сырью, при переработке на различные продукты неодинаковы и
технологические свойства должны отличаться. Питьевое молоко должно иметь
высокую биологическую ценность. Для маслоделия лучшим считается молоко с
большим содержанием жира, и чем крупнее шарики, тем лучше. В молоке,
используемом в сыроделии, должно быть больше белка. От технологических
свойств молока зависят расход сырья на единицу продукции и ее качество, а
также стойкость их при хранении. При поступлении на молочный завод молоко
проверяют по органолептическим и физико-химическим показателям в каждой
фляге или цистерне. Органолептические свойства обуславливаются
веществами, входящими в его состав. Например, жир придает нежность вкусу,
лактоза – сладость, белки – полноту вкуса. По внешнему виду и консистенции
молоко должно быть однородным, белого или слабо-желтого цвета, без осадка
и хлопьев, незамороженным. Физические (плотность), химические
(кислотность, содержание жира, белков и др.) и микробиологические
(редуктазная проба) показатели молока определяют в лабораторных условиях.
Физические свойства молока зависят от его химического состава и влияют на
режимы технологии его переработки. Так плотность молока зависит от
содержания сухих веществ и равна 1,028…1,030 г/см3 определяется
ареометром (лактоденсиметром).Молоко кипит при 100,2оС, замерзает при
0,6оС.Величина осмотического давления зависит от находящихся в нем молекул
и ионов, т.е. содержания сахара и соли, оно близко к кровяному и равняется 6,6
кгс/см2.Вязкость молока в 1,6 – 2,1 раз больше вязкости воды. Она служит
характеристикой консистенции и имеет значение при сепарировании молока,
производстве молочных консервов и молочнокислых продуктов. Кислотность
молока определяется веществами, обладающими кислыми свойствами (белки,
кислые соли, диоксид углерода и др.). Кислотность –показатель свежести и
натуральности молока. Молоко – благоприятная среда для микроорганизмов. В
молоке и молочных продуктах встречаются чаще всего бактерии, дрожжи и
микроскопические грибы (плесени).В процессе жизнедеятельности бактерий,
имеющихся в молоке или попавших в него в процессе получения или
обработки, накапливается фермент редуктаза. Этот фермент способен
обесцвечивать метиленовую синьку или изменять окраску молока с
резазурином. В зависимости от времени изменения цвета косвенно можно
установить бактериальную обсемененность непастеризованного молока. В
зависимости от физико-химических и микробиологических показателей
молоко, поступающее на молочные заводы, подразделяется на два сорта:
Таблица 7.
1 сорт
2 сорт
Кислотность, оТ
16-18
16-20
Механическая загрязненность
I группы
II группы
Бактериальная обсемененность
1 класс
1 – 11 класс
Плотность
не ниже 1,027
Определение кислотности молока. Для оценки качества молока в первую
очередь определяют его кислотность. Она характеризуется двумя величинами –
титруемой и активной кислотностью (рН).Титруемая кислотность обусловлена
содержанием белков (6 – 6,5 0Т), кислых солей (1 – 2 0Т), органических кислот
(3 0Т). Отклонения в химическом составе влияют на величину кислотности.
Увеличение кислотности связано с накоплением молочной кислоты в процессе
жизнедеятельности молочнокислых бактерий. Кислотность меньше 16 0Т
свидетельствует о заболевании животного или фальсифицировании молока
(добавление соды, аммиака и др.). Кислотность молока устанавливают
титрометрическим методом и выражают в градусах Тернера (0Т).
Под условными градусами Тернера понимается количество миллиметров
0,1 н раствора щелочи, необходимое для нейтрализации 100 мл молока. Так у
свежевыдоенного молока кислотность 16 – 17 0Т, что значит на нейтрализацию
100 мл потребовалось 16 – 17 мл 0,1 н раствора щелочи.
Определение
группы
чистоты
(наличие
механических
примесей)молока. Большое количество механических примесей в молоке
(шерстинки,частицы сена, песка, навоза и т. п.) свидетельствуют об
антисанитарных условиях получения, хранения и транспортировки
молока.Чистоту молока по ГОСТ 8218–56 определяют фильтрованием 250 мл
его. Осадок на фильтре сравнивают с эталоном, на основании чего
устанавливают группу чистоты молока (рис. 4).
1
2
3
Рис. 4. Эталон определения степени чистоты:
1 – молоко чистое (I группа); 2 – молоко слегка загрязненное (II группа);
3 – молоко сильно загрязненное (III группа)
Плотность молока. Показатель плотности используется для пересчета
количества молока, выраженного в килограммах, в литры и, наоборот; для
установления натуральности молока, расчета по формулам количества сухого
вещества и сухого обезжиренного остатка молока и других компонентов его
при использовании специальных коэффициентов.
Плотность (объемная масса) – масса при 20 оС, заключенная в единице
объема (кг/м3 или г/см3). Для определения плотности служит прибор – ареометр
(лактоденсиметр). Цифры на шкале его показывают истинную плотность
молока (1,015, 1,030 и т. п.). Иногда они обозначают плотность молока в
градусах ареометра (0А), что соответствует сотым и тысячным долям истинной
плотности. Например, истинная плотность 1,030 обозначается на шкале в
градусах ареометра числом 30. Выражение в таких единицах упрощает расчеты
поправок на температуру и применяется в некоторых формулах.
Определение плотности молока возможно лишь в пределах температур от
15 до 25 оС с приведением показаний ареометра к 20 оС, поэтому верхняя часть
прибора заканчивается шкалой термометра.
Плотность молока следует определять не раньше чем через 2 ч после
доения: за это время улетучивается часть газов, растворенных в парном молоке,
жир из жидкого состояния переходит в твердое. Плотность только что
выдоенного молока ниже, чем через несколько часов после доения.
Перед исследованием консервированные средние пробы и пробы с
отстоявшимся слоем сливок нагревают до 30-40 оС, перемешивают и
охлаждают до 20-+2 оС.
Определение бактериальной обсемененности. Бактерии, попавшие в
молоко, в результате развития выделяют ферменты, в частности редуктазу и
другие продукты жизнедеятельности. В только что выдоенном молоке этот
фермент отсутствует. Поэтому по наличию редуктазы судят об обшей
бактериальной обсемененности. Проба на редуктазу является косвенным
показателем бактериальной обсемененности непастеризованного молока.
Цель: Знакомство с основными методами техно-химического контроля
молока как исходного сырья для производства молочных продуктов.
Задание: Определить кислотность в предлагаемых пробах молока,
плотность молока с помощью ареометра, определить чистоту молока. По
результатам проведения анализов установить сорт молока. Оформить отчет,
записав результаты в таблицу и ответить на вопросы.
Таблица 8. Результаты исследования.
Проба
1
2
о
Кислотность, Т
Плотность, кг/м3
Группа чистоты
Сорт молока
Оборудование и реактивы: молоко, дистиллированная вода, пипетки,
колбы, раствора фенолфталеина, бюретка, щелочь, фильтр, ареометр.
Опыт 1. Определение кислотности молока.
В коническую колбу емкостью 100 мл отмерить пипеткой 10 мл
исследуемого молока и 20 мл дистиллированной воды. Воду прибавляют для
того, чтобы отчетливее уловить розовый оттенок при титровании. В смесь
добавить 3 капли 1 % спиртового раствора фенолфталеина и размешать. Из
бюретки (отметив уровень щелочи) по каплям прибавить в колбу при
постоянном перемешивании 0,1 н раствор едкого натра (или калия) до
появления слаборозового окрашивания, соответствующего контрольному
эталону окраски, не исчезающего в течение минуты (контрольный эталон
готовят, добавляя к 10 мл молока 20 мл воды и 1 мл 2,5 % раствора
сернокислого кобальта). Отсчитывают количество миллилитров щелочи,
пошедшее на титрование 10 мл молока. Для выражения кислотности молока в
условных градусах количество миллилитров щелочи умножают на 10, т.е.
делают пересчет на 100 мл молока. Расхождение между параллельными
определениями должно быть не более 1 0Т.
При отсутствии дистиллированной воды можно вести определение и без
нее. При этом результаты должны быть понижены на 2 0Т, так как в
неразбавленном водой молоке труднее уловить розовый оттенок и, кроме того,
при разбавлении молока водой понижается кислотность вследствие частичного
гидролиза солей молока.
Опыт 2.Определение группы чистоты молока.
На сетку прибора поместить ватный или фланелевый фильтр и прикрепить
его к суженной части цилиндра. Цилиндр установить на штатив и подставить
под него сосуд для сбора фильтрованного молока. Вылить в цилиндр 250 мл
перемешанного молока с температурой 35-40 оС (для ускорения фильтрования).
По окончании фильтрования снимают фильтр, помещая его на лист бумаги
(лучше пергаментной) и подсушивают на воздухе. Подсушенный фильтр
сравнивают с эталоном и устанавливают группу чистоты молока.
Опыт 3.Определение плотности молока.
В цилиндр по стенке налить 170 - 200 мл хорошо размешанного молока,
после чего поставить цилиндр на ровное место. Чистый сухой ареометр
медленно погрузить в цилиндр с молоком до деления 1,030 и оставить в покое
на 1 – 2 мин. Ареометр не должен прикасаться к стенке цилиндра. Между
ареометром и стенками цилиндра должно быть не менее 0,5 см. Делают два
отсчета: один по верхней шкале термометра (показывающей температуру), а
другой – по нижней шкале ареометра (плотность). Отсчет температуры
производят с точностью до 0,5 оС. При отсчете глаза должны быть науровне
мениска молока. Отсчет делают по верхнему мениску с точностью до половины
наименьшего деления шкалы. Если температура молока во время отсчета 20 оС,
то фактическая плотность его соответствует отсчитанному показателю. Если
температура выше или ниже 20оС, то вводят поправку на температуру: на
каждый градус отклонения от 20оС берут поправку 0,2 градуса ареометра. При
температуре ниже 20 оС поправку берут со знаком минус.
Расхождения между повторными определениями плотности молока в одной
и той же пробе должно быть не более 0,5 0А.
П р и м е р. Показания на шкале термометра 16 оС, по шкале ареометра
1,0295, или 29,5оА. Поправка на температуру: 20 – 16 = 4;
29,5 – 0,8 = 28,7 0А. Истинная плотность молока равна 1,0287.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие вещества входят в состав молока?
2. Какие физические показатели определяют технологический режим
переработки молока?
3. В каких единицах выражается кислотность молока?
4. С помощью какого прибора устанавливают плотность молока?
5. В чем состоит сущность метода определения группы чистоты молока?
6. По какому ферменту судят об общей бактериальной обсемененности молока?
7. По какому показателю устанавливают класс обсемененности молока?
Лабораторная работа № 7
Тема: Определение содержания витамина С в напитках.
Аскорбиновая кислота (витамин С) содержится в свежих овощах –
капусте, свекле, салате, картофеле; во фруктах – лимонах, апельсинах; в ягодах
– землянике, черной смородине; в молоке, яйцах.
Аскорбиновая кислота регулирует окислительно-восстановительные
процессы в организме. Ускоряет свертывание крови и повышает
сопротивляемость организма инфекциям. Количественное определение
аскорбиновой кислоты основано на окислении ее иодом; при этом образуется
окисленная форма, или дегидроформа:
C6H8O6 + I2 = C6H6O6 + 2HI
Цель: Определить содержание витамина С в сырых и подвергнутых
тепловой обработке овощах, хранившихся в горячем состоянии.
Задание: Определить содержание витамина С в кожуре яблок, рассчитать
содержание витамина в пересчете на аскорбиновую кислоту, оформить отчет,
ответить на вопросы.
Оборудование и реактивы: весы технические; микробюретка 5,00 см3;
мешалка; мерная колба вместимостью 100,00 см3; пипетка вместимостью 20,00
см3; мерный цилиндр вместимостью 5,00 см3; воронка; стакан вместимостью
200 см3; 1%-ный раствор крахмала;1%-ный раствора HCl; 2%-ный раствор
фосфорной кислоты; кристаллический йодид калия; раствор KIO3, Сэкв(KIO3) =
0,0010 моль/дм3, вода дистиллированная.
Ход работы: Навеску исследуемого образца массой 1,00 г переносят в мерную
колбу вместимостью 100 см3 и добавляют 20 см3 1%-ного раствора HCl,
доводят объем раствора до метки 2%-ным раствором метафосфорной кислоты.
По истечении 10 мин. раствор фильтруют через бумажный фильтр или стакан.
Отбирают три параллельные колбы на 20 см3 фильтрата. В две колбы
добавляют несколько кристалликов иодида калия и несколько капель 1%-ного
раствора крахмала. Смесь перемешивают и титруют из микробюретки 0,001
моль/дм3 раствором иодата калия до устойчивого синего окрашивания.
Параллельно ведут контрольной титрование (вместо 20 см3 фильтрата берут 20
см3 воды). Расчет содержания аскорбиновой кислоты ведут по следующей
формуле:

(V3  V4 )  V1м.к.  0,088  100
m  V2
где 0,088 – 1 см3 0,001 моль/дм3KIO3 соответствует 0,088 см3
аскорбиновой кислоты;
V3 – объем раствора йодата калия, затраченного на титрование
опытного образца, см3;
V4 – объем раствора йодата калия, затраченного на контрольное
титрование, см3;
V1 – общий объем вытяжки, см3;
V2 – объем вытяжки, взятой на титрование, см3;
m – масса навески, г.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что такое витамины?
2. Что такое авитаминоз?
3. Какой витамин вцитрусовыхсодержится в большом количестве?
4. Отсутствие какого витамина приводит к заболеванию бери-бери?
5. Что вызывает переизбыток витаминов?
6. Кто открыл витамины?
7. Что является источником витамина D?
8. Если у мальчика понизилась острота зрения при слабом освещении, что
может быть причиной?
9. К какому заболеванию приводит недостаток витамина С?
Лабораторная работа № 8
Тема: Определение содержания железа в продуктах питания.
Кровь представляет собой красную непрозрачную жидкость, состоящую
из бледно- желтой плазмы и взвешенных в ней клеток - красных кровяных
телец (эритроцитов), белых кровяных телец (лейкоцитов) и кровяных
пластинок (тромбоцитов). Кровь - это, прежде всего среда, осуществляющая
транспорт различных веществ в пределах организма. Она переносит
дыхательные газы - кислород и углекислый газ, как в физически растворенном,
так и в химически связанном виде. Кровь также доставляет питательные
вещества от органов, где они всасываются или хранятся, к месту их
потребления. Кровь осуществляет транспорт гормонов, витаминов и
ферментов, образующихся в организме. Благодаря высокой теплоемкости своей
главной составной части - воды, кровь обеспечивает распределение тепла,
образующегося в процессе метаболизма, и его выделении во внешнюю среду
через легкие, дыхательные пути и поверхность кожи.Одна из важнейших
функций крови состоит в переносе поглощенного в легких кислорода к органам
и тканям, а также в удалении образующихся в них диоксида углерода и
переносе его в легкие. Ключевую роль во всех этих процессах играют
эритроциты. Эти клетки содержат красный пигмент крови – гемоглобин,
способный соединяться с кислородом в капиллярах легких и высвобождать его
в капиллярах тканей. Кроме того, гемоглобин способен связывать некоторое
количество диоксида углероды, образующегося в процессе клеточного
метаболизма, и высвобождать его из легких. В связи с этим гемоглобин играет
важнейшую роль в переносе дыхательных газов.По химической структуре
гемоглобин является сложным белком, состоящим из белка глобина и четырех
молекул небелковой группы гема. Гем имеет в своем составе атом железа,
способный присоединять или отдавать молекулу кислорода. В каждом
эритроците содержится около 400млн. молекул гемоглобина, каждая из
которых может связать 4 молекулы О2, т. е по одной на каждую
субъединицу.Чтобы поддерживать способность эритроцита обратимо связывать
кислород, необходимо восстановление иона железа
в составе гема.
Двухвалентное железо в нем постоянно переходит в трехвалентное вследствие
непрерывного окисления и, для того чтобы происходило связывание кислорода,
трехвалентное
железо
должно
быть
восстановлено
до
двухвалентного.Содержание гемоглобина в крови человека в среднем
составляет 158г/л у мужчин и 140г/л у женщин. Уменьшение содержания
гемоглобина и соответственно снижение способности переноса кислорода по
сравнению с нормальным уровнем называется анемией. Анемия проявляется в
виде слабости, головокружения, отдышки, сердцебиения и др. Чаще всего
встречается железодефицитная анемия. Она может быть вызвана либо большой
кровопотерей, либо недостатком железа в употребляемой пище (особенно у
детей). Связь анемии с недостатком железа была известна врачам давно, так как
еще в XVII веке в некоторых европейских странах при малокровии
прописывали настой железных опилок в красном вине. Однако избыток железа
в организме тоже вреден. С ним связан сидероз глаз и легких - заболевания,
вызываемые отложением соединений железа в тканях этих органов. Главный
регулятор содержания железа в крови - печень. Согласно анализу результатов
эпидемиологических исследований Всемирной организации здравоохранения
(ВОЗ, 1998) в мире более половины населения (3,85 млрд. чел.) страдают
железодефицитной анемией. Железо самостоятельно не вырабатывается
организмом и может поступать в него только извне с едой или
железосодержащими препаратами. Искусственные препараты железа плохо
усваиваются, могут накапливаться в организме, токсичны. Всего в организме
содержится около 3г железа, из которых 2,5 г входит в состав
гемоглобина.Тщательно пережеванная и обильно смоченная слюной пища
поступает в желудочно-кишечный тракт, где она под воздействием ферментов и
желудочного сока претерпевает многократное изменение (переваривание
пищи). В желудке – основном хранилище пищи, она остается в течение 4-6
часов, переходит в полужидкое состояние и становится похожей на кашицу.
Продукты распада пищи поступают в тонкий кишечник, где и происходит их
основное всасывание. В состав желудочного сока входит соляная кислота
концентрацией 0,5-0,8 %, она- то и способствует экстракции железа из
продуктов питания и дальнейшему усвоению его организмом. Баланс железа
целиком зависит от его всасывания в тонком кишечнике, так как специального
механизма регуляции его выделении не существует. Из железа, ежедневно
поступающего с пищей, организмом усваивается только около 10%. В составе
белковой пищи железо поглощается легче, чем в составе растительных
остатков, поскольку в последнем случае оно нередко присутствует в виде
нерастворимых соединений. В сыворотке крови железо связано с транспортным
белком трансферрином и в таком виде доставляется к месту его действия.
Избыток железа выводится через кишечник. Суточная норма потребления
железа составляет для детей- 7 мг, мужчин – 10 мг, а для женщин – 15мг.
Наилучшее всасывание железа достигается при одновременном приеме с
железосодержащей пищей зеленых овощей, богатых естественным витамином
С. Для получения необходимого количества микроэлемента врачи - диетологи
рекомендуют принимать продукты питания, содержащие в своем составе
железо. Так, по данным К.С. Ладодо, Л.В. Дружинина «Продукты и блюда в
детском питании» печень говяжья содержит 6,0 мг железа в 100г продукта,
горох- 6,9 мг, гречка – 6,7мг, яблоки – 2,2мг, хлеб белый – 1,7мг и т.д.
Таблица 9.Суточная потребность в продукте.
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Наименование
продукта
Печень говяжья
Яблоко зеленое
Яблоко «медовое»
Яблоко «рубин»
Курага
Хлеб белый
Апельсин
Крупа гречневая
Количество
усвоенного
железа из 100г
продукта,мг
2,09
0,36
1,44
0,83
1,47
1,77
0,62
2,13
Количество продукта, необходимое для
восполнения суточного дефицита железа, г
дети
женщины
мужчины
350
1945
486
843
476
395
1129
329
750
3890
972
1687
952
791
2258
657
500
2778
695
1205
680
565
1613
470
Цель: Анализ содержания железа, извлеченного из различных продуктов
питания.Составление примерного суточного меню, позволяющего покрыть
дефицит железа в организме.
Задание: Определить содержания ионов железа в разных сортах яблок,
банане. Сделать вывод, оформить отчет, ответить на вопросы.
Оборудование и реактивы: яблоко, банан, фарфоровая ступка, колба,
фильтр, роданида калия (КSCN), гексацианоферрата (III) калия (K3[Fe(CN)6]),
гексацианоферрата(II) калия(K4[Fe(CN)6])
, гидроксида натрия (NaOH),
дистиллированная вода.
Ход работы.
1. Подготовка растительной пробы для исследования.
Тонким ножом из нержавеющей стали вырезать пробу 30 г в виде ломтика от
кожуры до сердцевины с семечками, мелко измельчается.Полученная масса
переносится в фарфоровую ступку и тщательно растирается пестиком.
Полученная масса с помощью стеклянной палочки и стеклянной воронки
переносится в мерную колбу и объѐм пробы доводится дистиллированной
водой до метки 100 мл часть пробы фильтруется в отдельную колбу.
2. Приготовление растворов реактивов:
-роданида калия: 5,0 г КSCN растворяют в 45 мл дистиллированной воды
(10%-ный раствор).
- гексацианоферрата(III) калия: 2,0 г K3[Fe(CN)6] растворяют в 38 мл
дистиллированной воды (5%-ный раствор).
- гексацианоферрата(II) калия: 2,0 г K4[Fe(CN)6] растворяют в 38 мл
дистиллированной воды (5%-ный раствор).
- гидроксида натрия: 5,0 г NaOH растворяют в 45 мл дистиллированной воды
(10%-ный раствор).
3. Порядок проведения эксперимента.
Опыт 1. Действие раствора щелочи на очищенные пробы.
Во все пробы добавляется 0,5 мл раствора щелочи NaОН.
Опыт 2. Обнаружение ионов Fe2+
Поместить в пробирки по 2мл исследуемых проб, добавляем 1-2 капли раствора
соляной кислоты. Универсальным индикатором проверяем рН раствора.
Добавить несколько капель раствора гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6]
(красной кровяной соли).
Опыт 3. Обнаружение ионов Fe3+
Поместить в пробирки по 2мл исследуемых проб, добавляем 1-2 капли раствора
соляной кислоты. Универсальным индикатором проверяем рН раствора.
Добавить несколько капель раствора гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6]
(желтой кровяной соли).
Опыт 4. Обнаружение ионов Fe3+ при помощи роданита калия.
Поместить в пробирки по 2мл исследуемых проб, добавляем 1-2 капли раствора
роданита калия KSCN.
Вопросы для самоконтроля:
1. Основные проявления избытка железа?
2. Причины дефицита железа?
Список литературы
1. Агрономов А.Е., Шабаров Ю.С. Лабораторные работы в органическом
практикуме. М.: Химия, 2004.
2. Артѐменко А.И., Тикунова И.В.. Ануфриев Е.К. Практикум по
органической химии. М.: Высшая школа, 2011.
3. Воскресенский П.И. Техника лабораторных работ. М.: Химия, 2003.
4. ГабриелянО. С. «Органическая химия»: учебник, М.: «Академия», 2010.
5. Геккеллер К., Экштайн Х. Аналитические и препаративныелабораторные
методы. М.: Химия, 2004.
6. Грандберг И.И. Практические работы и семинарские занятия по
органической химии. М.: Высшая школа, 2008.
7. Ерохин Ю.М., Фролов В.И. Сборник задач и упражнений по химии
(сдидактическим материалом). М.: Высшая школа, 2008.
8. Лабораторные работы по неорганической химии / Под ред. О.Ф.
Гинзбурга и А.Л. Петрова. М.: Высшая школа, 2004.
9. Органикум. Практикум по органической химии. В 2-х т.: Пер. снем.М.:
Мир, 1992.
10. Рево А.Я. Практикум по неорганической химии. М.: Высшая школа, 2011.
11. А. Д.Третьяков «Химия справочные материалы». Дрофа» 2009.
12. Коломийцева М. Г., Габович Р. Д. Микроэлементы в медицине. М.:
Медицина. 1971.
13. Скурнихин И.М. Химический состав пищевых продуктов. Книга 1.
Агропромиздат. 1987.
14. Сонгина О.А., Захаров В.А. Ампераметрическое титрование- 3 издание,
перераб. М. 1979.
15. Галюс 3. Теоретические основы электрохимического анализа, пер. с
польск. М. 1974.
16. Черняковский Ф.П. Лабораторный практикум по физико-химическим
методам анализа, учебное пособие-2 издание, перераб. и доп., Ярославль:
Ярославский политехнический институт. 1983.
Приложение 1.
Пример оформления отчета
Лабораторная работа № 1.
Тема: Определение содержания железа в продуктах питания.
Цель: Анализ содержания железа, извлеченного из различных продуктов
питания. Составление примерного суточного меню, позволяющего покрыть
дефицит железа в организме.
Оборудование и реактивы: яблоко, банан, фарфоровая ступка, колба,
фильтр, роданида калия (КSCN), гексацианоферрата (III) калия (K3[Fe(CN)6]),
гексацианоферрата (II) калия (K4[Fe(CN)6]), гидроксида натрия (NaOH),
дистиллированная вода.
Опыт 1. Действие раствора щелочи на очищенные пробы.
Ход работы: Во все пробы добавляется 0,5 мл раствора щелочи NaОН.
Наблюдение: Во всех пробирках с пробами наблюдается появление
неокрашенного осадка. В яблочных пробах осадок слегка буреет.
Fe2++OH-→Fe(OH)2↓
Fe3++OH-→Fe(OH)3↓
Вывод: В яблочных пробах осадок является нерастворимым соединением
железа.
Опыт 2. Обнаружение ионов Fe2+
Ход работы: Поместить в пробирки по 2мл исследуемых проб, добавляем 1-2
капли раствора соляной кислоты. Универсальным индикатором проверяем рН
раствора. Добавить несколько капель раствора гексацианоферрата (III) калия
K3[Fe(CN)6] (красной кровяной соли).
Наблюдение: В пробе зеленых яблок cинее окрашивание проявляется на
короткое время и подавляется зеленой окраской.
Fe2++K++[Fe(CN)6]3-→KFe[Fe(СN)6]
Вывод: В зеленых яблокахприсутствуют ионы Fe2+
Опыт 3. Обнаружение ионов Fe3+
Ход работы:Поместить в пробирки по 2мл исследуемых проб, добавляем 1-2
капли раствора соляной кислоты. Универсальным индикатором проверяем рН
раствора. Добавить несколько капель раствора гексацианоферрата (II) калия
K4[Fe(CN)6] (желтой кровяной соли).
Наблюдение: В пробе яблок cинее окрашивание проявляется на короткое время
и подавляется зеленой окраской.
Fe3++K++[Fe(CN)6]4-→KFe[Fe(СN)6]
Вывод: В яблоках присутствуют ионы Fe3+
Опыт 4.Обнаружение ионов Fe3 при помощи КSCN.
Ход работы: Поместить в пробирки по 2мл исследуемых проб, добавляем 1-2
капли раствора роданита калия KSCN.
Наблюдение: В пробе красных яблок желтоватое окрашивание приобретает
красный оттенок. Fe3+ + 6SCN- →[Fe(СN)6]
Вывод: в красных яблоках присутствуют ионы Fe3+
Общий вывод:
Цвет разрезанных яблок буреет в течение часа, цвет киви и банана за это
время не изменился. Цвет растворов во всех пробирках с яблочными пробами
имеет зеленоватый или желтоватый цвет, проба киви зелѐного цвета, банановая
проба наименьшей прозрачности и не имеет цвета. Окраска растворов и сока
яблок характерна для растворов железа Fe2+ и Fe3+ .
Действие качественных реактивов гексацианоферрата (III) калия
K3[Fe(CN)6] (красной кровяной соли) и гексацианоферрата (II) калия
K4[Fe(CN)6] (желтой кровяной соли) на срезы яблок, киви и банана характерной
окраски не показывает. При испытании концентрированных фруктовых
растворов окраска наблюдалась незначительно и была неустойчивой.
Любая качественная реакция имеет так называемый предел обнаружения
– минимальную концентрацию вещества, которая может быть обнаружена с
помощью данного реагента. На основании чего можно говорить о весьма малом
содержании микроэлемента железа в исследуемых фруктах
Приложение 2
Химическая посуда, приборы и оборудование