Реферат Курсовая Конспект
З дисципліни ФІЗИЧНА ХІМІЯ - раздел Химия, Міністерство Освіти І Науки, Молоді Та Спорту України Херсонський На...
|
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ
Реєстр. № 37/392-28.03.2011
Костина М.В.
Семенченко О.О.
Алфьорова В.П.
Лабораторний практикум
з дисципліни
ФІЗИЧНА ХІМІЯ
для студентів II і ІІІ курсу
напряму підготовки: 051301 Хімічна технологія
галузі знань: 0513 Хімічна технологія та інженерія
(05130115– Хімічна технологія та обладнання опоряджувального виробництва
05130102 – Хімічна технологія органічних речовин
05130101– Хімічна технологія неорганічних речовин)
Херсон 2011
Лабораторний практикум з дисципліни Фізична хімія
для студентів ІІ і ІІІ курсів
напряму підготовки: 051301 Хімічна технологія
галузі знань: 0513 Хімічна технологія та інженерія
(05130115– Хімічна технологія та обладнання опоряджувального виробництва
05130102 – Хімічна технологія органічних речовин
05130101– Хімічна технологія неорганічних речовин)
/Костина М.В., Семенченко О.О., Алфьорова В.П. - Херсон: Херсонський національний технічний університет, 2011р. – 100 с.
Лабораторний практикум складено відповідно до типової програми дисципліни "Фізична хімія" для студентів, що навчаються за напрямком "Хімічна технологія". У практикумі наведено лабораторні роботи з розділів «Термохімія», «Хімічна рівновага», «Фазові рівноваги» і «Розчини», «Електрохімія», «Кінетика».
Укладачі: к.т.н., доц. Костина М.В.;
к.т.н., доц. Семенченко О.О.
Алфьорова В.П.
Рецензенти: к.т.н., доц. Скропишева О.В. кафедри ХТДВМ ХНТУ.
Усі цитати, цифровий та фактичний матеріал, бібліографічні відомості перевірені, написання одиниць відповідає стандартам. Зауваження рецензентів враховані.
Затверджено на засіданні
кафедри фізичної та неорганічної хімії
протокол № 13 від 10.02.2011р.
Зав.каф., д.т.н., проф. Г.В.Міщенко
Відповідальний за випуск: Міщенко Г.В. завідувач кафедри фізичної і неорганічної хімії.
ОФОРМЛЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ
Дані дослідів і одержані результати розрахунків подаються у вигляді таблиць і графіків. Графіки служать для ілюстрації чи перевірки теоретичних рівнянь. Ними користуються також для складання емпіричних рівнянь у тих випадках, коли неможливо застосувати аналітичні. Таблиці обов'язково повинні мати назви і підписи, що містять короткий і точний їх опис.
Молярна електрична провідність водних розчинів
калію хлориду при 25 °С
Число молів | Питома електрична провідність æ, См·м-1 | Молярна електрична провідність m, См·м2·моль-1 | |
в 1 л | в 1 м3 | ||
0,1 0,01 0,001 0,0001 | 103 102 10-1 | 11,1900 1,2890 0,1413 0,014690 0,001489 | 0,01119 0,01289 0,01413 0,01469 0,01489 |
Таблиця 2.
Дані для визначення константи швидкості k реакції омилення
Розділ І
ТЕРМОХІМІЯ
Термохімія вивчає теплові ефекти хімічних реакцій. У багатьох випадках ці реакції протікають при постійному об'ємі чи постійному тиску. З першого закону термодинаміки:
dQ=dU+dA | (1.1) |
випливає, що при даних умовах теплота є функцією стану. При постійному об'ємі теплота дорівнює зміні внутрішньої енергії:
(1.2) |
а при постійному тиску – зміні знтальпії:
(1.3) |
Ці рівності при застосуванні до хімічних реакцій виражають суть закону Гесса:
Тепловий ефект хімічної реакції, що протікає при постійному тиску чи постійному об'ємі, не залежить від шляху реакції, а визначається тільки станом реагентів і продуктів реакції.
З закону Гесса випливають ряд висновків:
Перший висновок: тепловий ефект реакції утворення дорівнює різниці між сумами теплот утворення продуктів реакції і вихідних речовин:
(1.4) |
де nі - стехіометричні коефіцієнти.
Другий висновок (для реакцій з органічними речовинами): тепловий ефект реакції дорівнює різниці між сумою теплот згоряння реагентів і сумою теплот згоряння продуктів реакції (з врахуванням стехіометричних коефіцієнтів):
(1.5) |
Для визначень теплового ефекту при будь-якій температурі користуються рівнянням Кірхгоффа, що описує залежність теплового ефекту реакції від температури:
(диференціальна форма) (інтегральна форма) | (1.6) (1.7) |
де – зміна ізобарної теплоємності.
У вузькому інтервалі температур нехтують залежністю теплоємності від температури. Тоді:
(1.8) |
Теплоємністю називають кількість теплоти, що поглинається одиницею маси чи об'єму речовини при нагріванні на 1 градус. Відповідно, теплоємність розділяють на питому і молярну. Розрізняють також істинну і середню теплоємності.
Істинна теплоємність відповідає кількості теплоти, що поглинається при нескінченно малій зміні температури речовини:
(1.9) |
середня – при кінцевій зміні температури:
(1.10) |
В залежності від умов нагрівання розрізняють теплоємність:
при постійному тиску - ізобарну теплоємність:
(1.11) |
при постійному об'ємі - ізохорну теплоємність:
(1.12) |
Лабораторна робота №1
ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОВОЇ СТАЛОЇ КАЛОРИМЕТРА
Запис вимірювання температури під час досліду
Період | Час, хв. | Показання термометру, °С |
1) Попередній | ||
2) Головний | ||
3) Заключний |
Лабораторна робота №2
ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ГІДРАТОУТВОРЕННЯ
Лабораторна робота №3
БУДОВА АТОМА І МОЛЕКУЛИ, ЕЛЕКТРИЧНІ ТА ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
Лабораторна робота №4.
ВИЗНАЧЕННЯ РЕФРАКЦІЇ РЕЧОВИНИ
Контрольні питання
1. Що називається поляризацією? Складові поляризації.
2. Як залежить поляризація від температури?
3. Зв'язок рефракції з поляризацією.
4. Як залежить рефракція від температури, агрегатного стану речовини, довжини хвилі видимого світла?
5. Як визначаються показники заломлення?
6. Як визначаються густини розчинів?
7. Як визначається питома рефракція розчиненої речовини?
8. Розмірність питомої й молярної рефракцій.
9. У чому полягає властивість адитивності рефракції?
10. Як за допомогою рефракції можна визначити структурну формулу речовини?
Розділ IIІ
Лабораторна робота №5
ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ КОНСТАНТИ РІВНОВАГИ
ВІД ТЕМПЕРАТУРИ В ГОМОГЕННІЙ СИСТЕМІ
Мета роботи - ознайомити студентів з основними властивостями зворотних реакцій і з одним з методів дослідження хімічної рівноваги на прикладі реакції:
Розділ ІV
ПОБУДОВА ТА АНАЛІЗ ДІАГРАМ ПЛАВКОСТІ
Лабораторна робота № 6
ВИЗНАЧЕННЯ КРИСТАЛІЗАЦІЇ РЕЧОВИНИ 3
РОЗЧИНУ ПРИ НИЗЬКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Мета роботи: визначення температури початку кристалізації сумішей нафталіну і бензойної кислоти різного складу методом термічного аналізу і побудова на підставі експериментальних даних діаграми плавкості.
Лабораторна робота №7
Контрольні питання
1. Сформулюйте правило фаз Гіббса.
2. Що таке фаза, компонент, ступінь свободи?
3. Вкажіть число фаз і число ступенів свободи для зазначеної фігуративної точки на діаграмі.
4. Як зображується графічно рівновага одноваріантних, двоваріантних і безваріантних систем?
5. У чому полягає фізико-хімічний метод аналізу?
6. На чому заснований термічний аналіз? Чи можна передбачати характер кривої охолодження?
7. Побудуйте криву охолодження для сплаву зазначеного складу.
8. Для заданого сплаву побудуйте шлях кристалізації, вкажіть температуру початку і кінця кристалізації.
9. Для сплаву зазначеної суміші визначте склад і масове співвідношення твердої і рідкої фаз при заданій температурі.
10. Сплави яких сполук будуть мати постійну температуру плавлення?
11. Що таке правило важеля?
12. Що таке евтектика?
13. Від чого залежить тривалість евтектичної зупинки?
Розділ V
Лабораторна робота №8
РОЗПОДІЛ РЕЧОВИНИ
МІЖ ДВОМА РІДКИМИ ФАЗАМИ
Мета роботи: Визначення коефіцієнта розподілу бензойної кислоти між органічним розчинником і водою, а також константи асоціації бензойної кислоти в органічному розчиннику.
Лабораторна робота №9
Лабораторна робота №10
Контрольні питання
1. Дайте визначення закону розподілу.
2. Чим пояснюється відхилення від закону розподілу?
3. В чому полягає процес екстрагування, теоретичне пояснення?
4. Як вести процес екстрагування, щоб досягти більшої повноти витягу речовини, що екстрагується, визначеним об'ємом екстрагуючої речовини?
5. Чим визначається число порцій екстрагуючої речовини?
Лабораторна робота №11
ВИЗНАЧЕННЯ МОЛЕКУЛЯРНОЇ МАСИ
РЕЧОВИНИ КРІОСКОПІЧНИМ МЕТОДОМ
Мета роботи: оволодіти кріоскопічним методом визначення молекулярної маси розчиненої речовини в розведених розчинах.
Лабораторна робота №12
ВИЗНАЧЕННЯ МОЛЕКУЛЯРНОЇ МАСИ РЕЧОВИНИ
ЕБУЛІОСКОПІЧНИМ МЕТОДОМ
(метод визначення молекулярної маси по Сиволобову)
Мета роботи: визначити молекулярну масу речовини, ебуліоскопічним методом.
Завдання до лабораторної роботи
1. Необхідно привести температури кипіння до нормальних умов. Перерахунки виконуються за рівнянням:
tk = 0,00012 (760 - Р) (273 + to) (5.14)
де tk і to - температури кипіння при даному і нормальному тисках, °С;
Р — атмосферний тиск у момент проведення досліду.
2. Розрахувати сховану теплоту випаровування досліджуваної рідини, застосовуючи рівняння Трутона:
(5.15) |
чи більш точне рівняння Кістяковського:
(5.16) |
3. Розрахувати ебуліоскопічну сталу і порівняти її з табличними даними.
(5.17)
4. Розрахувати на основі отриманих даних для одного кіломоля досліджуваної речовини величини DН, DU, DS, DZ, DF випаровування при температурі кипіння.
Розділ VI
Водневий показник як кількісна характеристика
Потенціометрія
Потенціометрія – це методи,які дозволяють визначити різні фізико-хімічні величини і проводити кількісний аналіз на основі вимірювань ЕРС різних електрохімічних елементів.
Потенціометричний вимір рН виконують за допомогою гальванічного елементу, один з електродів якого (індикаторний) оборотний щодо йонів водню, другий має постійний потенціал, що не залежить від властивостей досліджуваного розчину (електрод порівняння).
Рис.6.1 Схема електродної системи p-метра :
Порожня кулька з електродного скла; 2 - розчин, що заповнює внутрішню порожнину електрода; 3 - внутрішній контактний електрод; 4 - допоміжний електрод; 5 - електролітичний контакт; 6 - пориста перегородка; 7 - pНметр; 8 - скляний електрод.
Для виміру величини рН використовують електродну систему зі скляним електродом, електрорушійна сила якої залежить від активності йонів водню в розчині.
Скляний електрод 8 являє собою трубку з напаяною на корпус порожньою кулькою 1 з літієвого електродного скла.
При зануренні електрода в розчин, між поверхнею кульки електрода й розчином, відбувається обмін йонами, в результаті якого йони літію в поверхневих шарах скла заміщаються йонами водню, і скляний електрод здобуває властивості водневого електрода. Між поверхнею скла й контрольованим розчином виникає різниця потенціалів, обумовлена активністю йонів водню в розчині:
(6.12)
Для створення електричного кола при вимірі застосовуються контактні електроди: внутрішній контактний електрод 3 – хлорсрібний, здійснюючий електричний контакт із розчином HCl, що заповнює внутрішню частину скляного електрода, і зовнішній контактний електрод 4 (так званий електрод порівняння) – хлорсрібний електрод, здійснюючий електричний контакт із контрольним розчином.
Для захисту від впливу високих температур (при вимірі рН гарячих розчинів) електрод порівняння поміщають поза контрольним розчином і з'єднують із ним за допомогою електричного ключа 5 – трубки, наповненої насиченим розчином KCl , що закінчується пористою перегородкою 6. Розчин KClбезупинно просочується через пористу перегородку, запобігаючи проникненню з контрольного розчину в систему електрода сторонніх йонів, які могли б змінити потенціал електроду. Електрорушійна сила електродної системи дорівнює алгебраїчній сумі контактних потенціалів φк і φвсп, потенціалу, що виникає на внутрішній поверхні скляного електроду φвн і обумовленого величиною рН внутрішнього розчину і потенціалу, що виникає на зовнішній поверхні скляного електроду φх. Величини φк і φвсп, φвн не залежать від вмісту контрольного розчину й міняються тільки при зміні температури.
, (6.13)
де φ0 = φк + φвсп+ φвн .
Електрорушійна сила електродної системи лінійно залежить від величини рН розчину.
Замірюючи ЕРС електродної системи електронним мілівольтметром 7, шкала якого градуйована в одиницях рН, визначають величину рН контрольного розчину.
Лабораторна робота №13
ВИЗНАЧЕННЯ рН БУФЕРНИХ РОЗЧИНІВ
ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНИМ МЕТОДОМ
Ціль роботи: Визначити рН буферних розчинів потенціометричним методом.
Послідовність виконання роботи
Використовуючи 0,1н. розчин оцтової кислоти й оцтово-кислого натрію приготувати п'ять буферних розчинів. Загальна кількість буферної суміші й кількості CH3COOH і CH3COONa задає викладач. Визначити величини рН буферних розчинів на рН-метрі.
Розрахувати величини рН по вищенаведеному рівнянню (6.11, 6.10, 6.9) й порівняти з отриманими эксперементально значеннями.
Дані занести в таблицю 6.1.
Таблиця 6.1
Склад і рН буферних розчинів
Варіанти | |||||
,мл | |||||
,мл | |||||
рН (пр) | |||||
рН (теор) | |||||
Контрольні питання
1. Що таке йонний добуток води?
2. Що таке рН розчину? Які значення має рН?
3. Як розрахувати рН розчину, якщо відома концентрація гідроксид-йонів?
4. За допомогою яких електродів визначають рН розчину?
5. Розповісти про будову скляного електроду.
6. Розповісти про будову хлорсрібного електроду.
7. Буферні розчини та їх властивості.
8. Що таке буферна ємність розчину?
9. Як розрахувати коефіцієнт активності?
10. Що таке йонна сила розчину?
Лабораторна робота №14
ВИЗНАЧЕННЯ СТУПЕНЯ Й КОНСТАНТИ ДИСОЦІАЦІЇ СЛАБКОГО ЕЛЕКТРОЛІТУ МЕТОДОМ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРОВІДНОСТІ
Ціль роботи – установити залежності питомої й еквівалентної електричних провідностей від концентрації розчину (або розведення) і визначити ступені й константи дисоціації слабких електролітів.
Розділ VІІ
Лабораторна робота №15
Контрольні питання
1. Що таке енергія активації?
2. Яка стадія в складній реакції називається лімітуючою?
3. Чому швидкість реакції йодування ацетону не залежить від концентрації йоду?
4. Які реакції називають автокаталітічними?
5. Для чого при титруванні застосовується розчин бікарбонату натрію?
6. Як записуються рівняння швидкості реакції другого порядку в диференціальному і інтегральному вигляді, рівняння Ареніуса у логарифмічній і експоненційній формі?
7. У чому полягає правило Вант-Гофа?
8. Яку розмірність має константа швидкості другого порядку?
9. Що називають швидкістю хімічної реакції? Які фактори впливають на швидкість реакції?
10. Що розуміють під порядком реакції? Які фактори впливають на порядок реакції?
11. Які речовини називаються каталізаторами, у чому полягає явище каталізу?
12. Основні властивості каталізаторів.
Лабораторна робота №16
ВИВЧЕННЯ ШВИДКОСТІ ІНВЕРСІЇ ЦУКРУ
Ціль роботи – вивчити інверсію цукру й обчислити на підставі дослідних значень константи швидкості реакції.
Контрольні питання
1. Яка молекулярність реакції інверсії тростинного цукру?
2. Чому реакції інверсії тростинного цукру протікає як реакція першого порядку?
3. Напишіть рівняння реакції першого порядку в диференціальній і інтегральній формі.
4. Яку розмірність має константа швидкості першого порядку?
5. Які речовини називають оптично активними.
6. Що таке питоме обертання?
7. Пристрій і принцип роботи поляриметра.
8. Навіщо рекомендується постійно збільшувати проміжки часу між вимірами кута обертання по ходу реакції?
9. Від чого залежить кут нахилу прямій на графіку
lg() = f(t)?
10. Яка роль Н+ у реакції інверсії тростинного цукру?
Лабораторна робота №17
ВИВЧЕННЯ КІНЕТИКИ РОЗЧИНЕННЯ
ТВЕРДОЇ КИСЛОТИ У ВОДІ
Мета роботи: вивчити кінетику розчинення бензойної кислоти у воді; розрахувати константу швидкості процесу розчинення, якщо швидкість процесу визначається дифузійної стадією.
Котрольні питання
1. Які процеси називаються гетерогенними? З яких стадій складаються гетерогенні хімічні реакції?
2. Що називається дифузією?
3. Перший і другий закони Фіка.
4. Константа швидкості процесу розчинення.
5. Що називається коефіцієнтом дифузії? Від яких факторів він залежить? Яка його розмірність?
6. Що таке стаціонарна дифузія?
7. Який вигляд має кінетична рівняння стаціонарної дифузії? Який порядок цього процесу?
8. Опишіть кінетику процесу розчинення твердої речовини в рідині. Як можна прискорити цей процес?
9. Як можна встановити природу лімітуючої стадії у випадку гетерогенного хімічного процесу?
Додатки
Таблиця 1
Таблиця 2
Таблиця 3
Множники і префікси для утворення десяткових кратних і дольних одиниць
мега | M | 106 | санти | с | 10–2 |
кіло | к | 103 | мілі | м | 10-3 |
гекто | г | 102 | мікро | мк | 10-6 |
деци | д | 10-1 | нано | н | 10-9 |
Таблиця 4
Таблиця 5
Питома електрична провідність 0,01М розчину KСl при різних температурах
Температура, °С | Питома електрична провідність ( χ),·104 Ом-1 ·см-1 | Температура, °С | Питома електрична провідність (χ),·104 Ом-1 ·см-1 |
11,47 | 13,05 | ||
11,73 | 13,32 | ||
11,99 | 13,59 | ||
12,25 | 13,86 | ||
12,51 | 14,13 | ||
12,78 |
Таблиця 7
Таблиця 8
Йонні електричні провідності при нескінченному розведені λ∞
t°C йон | ||||||||
Н + | 300,6 | 349,8 | 441,4 | 483,1 | ||||
СН3СОО - | 20,1 | - | - | 40,9 | - | - | - |
Таблиця 9
Йонні електричні провідності при нескінченному розведені при температурі 25°C
Йон | йона, Ом-1см2моль-1 | Поправочний коефіцієнт, |
Н + | 349,8 | 0,0142 |
СН3СОО - | 40,9 | 0,0206 |
Література
1. Фізична і колоїдна хімія /Калачний В.І., Осіпенко Л.К., Грицан Л.Д. та ін. – Х.: Прапор. - Видавництво УкрФА. - 1999. – 368с.
2. Практические работы по физической химии /Под редакцией К. П. Мищенко, А.А. Равделя и А. М. Пономаревой/ - Л.: Химия. - 1982. - 400 с.
3. Дулицкая Р. А., Фельдман Р. Й. Практикум по физической и коллоидной химии. - М.: Высшая школа. - 1978.
4. Каретников Г.С., Козырева Н. А., Кудряшов И.В. Практикум по физической химии - М.: Высшая школа. - 1986. - 495с.
5. Практикум по физической химии / под редакцией Горбачева. - М.: Высшая школа. - 1966.
6. Методическое указание к лабораторным работам по физической химии (часть І). – Херсон: ХИИ. - 1985.
7. В.І.Лебідь Фізична хімія. – Харьків: Фоліо, 2005. – 478с.
8. В.Л.Чумак, С.В.Іванов Фізична хімія. – Київ: Книжкове вид-во Національного авіаційного університету, 2007. – 648с.
ЗМІСТ
Назва розділу | сторінка |
ПЕРЕДМОВА | |
ОФОРМЛЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАННЯ | |
Розділ І. Термохімія | |
Лабораторна робота №1 Визначення теплової сталої калориметра. | |
Лабораторна робота №2 Визначення теплоти гідратоутворення купрум (II) сульфату | |
Лабораторна робота №3 Визначення теплоти нейтралізації сильної кислоти сильною основою у воді | |
Розділ II. Будова атома і молекули, електричні та оптичні властивості Рефрактометрія | |
Лабораторна робота №4 Визначення рефракції речовини і встановлення його структури | |
Розділ IIІ. Хімічна рівновага | |
Лабораторна робота №5 Визначення залежності константи рівноваги від температури в гомогенній системі | |
Розділ III. Фазові рівноваги | |
Лабораторна робота №6 Визначення кристалізації речовини з розчину при низьких температурах | |
Лабораторна робота №7 Кристалізація бінарних сумішей (система NaNO3 – KNO3) | |
Розділ IV. Розчини | |
Лабораторна робота №8 Розподіл речовини між двома рідкими фазами | |
Лабораторна робота №9 Визначення ступеня асоціації оцтової кислоти в бензолі (чи хлороформі) | |
Лабораторна робота №10 Вивчення процесу екстрагування | |
Кріоскопія, ебуліоскопія | |
Лабораторна робота №11 Визначення молекулярної маси кріоскопічним методом | |
Лабораторна робота №12 Визначення молекулярної маси речовини ебуліоскопічним методом (метод визначення молекулярної маси по Сиволобову) | |
Розділ VI. Електрохімія | |
Лабораторна робота №13 ВизначеннярНбуферних розчинівпотенціометричним методом | |
Лабораторна робота №14 Визначення ступеня і константи дисоціації слабкого електроліту методом електричної провідності | |
Розділ VІI. Хімічна кінетика | |
Лабораторна робота №15 Вивчення швидкості йодування ацетону | |
Лабораторна робота №16 Вивчення інверсії цукру | |
Лабораторна робота №17 Вивчення кінетики розчинення твердої кислоти у воді | |
ДОДАТОК | |
ЛІТЕРАТУРА |
ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ЕЛЕМЕНТІВ
Д. І. МЕНДЕЛЄЄВА
Друк виконано в
Редакційно-видавничому відділі ХНТУ
м. Херсон, Бериславське шосе, 24
Підписано до друку .
Замовлення № .
Наклад прим.
– Конец работы –
Используемые теги: дисципліни, Фізична, ХІМІЯ0.066
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: З дисципліни ФІЗИЧНА ХІМІЯ
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов