WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |
4 Министерство образования и науки Российской Федерации Воронежский государственный университет ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ ПРАКТИКУМ по специальности 040500 - «Фармация» Воронеж – 2004 5 Утверждено научно-методическим советом химического факультета от …………………..2004 г., протокол №…..

Составители: Бобринская Е.В., Введенский А.В.

Науч. ред. Введенский А.В.

Практикум подготовлен на кафедре физической химии химического факультета Воронежского государственного университета.

В написании 5 главы настоящего практикума принимал участие ассистент кафедры физической химии Крысанов В.А.

Рекомендуется для студентов фармацевтического факультета всех форм обучения.

ПРЕДИСЛОВИЕ 6 Предлагаемые к выполнению работы разбиты на пять основных тем и в максимальной степени адаптированы к восприятию студентами нехимических специальностей. С этой целью до разумного минимума сокращена теоретическая часть каждой работы, а основное внимание сосредоточено на изложении методических подробностей эксперимента, которые необходимо учитывать в ходе выполнения задания. Следует обращать внимание на строгое соблюдение последовательности действий как в процессе подготовки опыта, так и при его выполнении. При возможности эксперименты надо дублировать, соблюдая особую тщательность при получении различного рода калибровочных зависимостей.

Большинство заданий составлено таким образом, что предусматривают несколько вариантов исполнения за счет изменения реагентов и условий проведения работы. Непременным условием получения точного количественного результата являются аккуратность на всех этапах химического эксперимента, чистота реагентов, точность в приготовлении растворов. Необходимые указания по расчету концентраций обычно приводятся в заданиях. Тем не менее предполагается, что студент обладает необходимыми навыками приготовления растворов различных концентраций из исходных веществ, разбавления имеющихся растворов до нужной концентрации, а также знаком с правилами обращения с простейшей измерительной аппаратурой - вольтметрами, амперметрами, осциллографами, аналитическими весами и т.д.

Особое внимание следует обратить на оформление работы и анализ полученных результатов с точки зрения изучаемых в работах общих физико-химических закономерностей. Необходимые для расчетов сведения справочного характера, как правило, уже приведены в практическом задании. Каждая работа должна быть закончена краткими выводами, не являющимися простым перечислением того, что сделано.

ТЕМА 1. ПОСТУЛЯТИВНЫЕ ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ Работа 1. Определение теплоты растворения соли Изменение энтальпии в ходе растворения 1 моля вещества при Р = атм. в таком количестве растворителя, которое соответствует получению раствора с моляльностью m, называется стандартной моляльной теплотой растворения Н°(m)раств.

Задача работы: ознакомление с калориметрическим методом определения теплового эффекта физико-химического процесса и установление характера зависимости стандартной моляльной теплоты растворения соли от концентрации раствора.

Оборудование, реактивы: калориметр, мерный цилиндр, термометр Бекмана, термометр ртутный от 0 до 50° С, секундомер, соли KCl и K2S(можно NaCl, KN03, NazS04 и др., по указанию преподавателя).

Выполнение работы 1. Подготавливают к работе калориметр, изображенный на рис. 1-1.

Рис. 1-1.

Устройство калориметра для определения тепловых эффектов Стакан (1), вставленный в изотермическую оболочку (2), закрывается крышкой (3). Отверстие (4), предназначенное для введения навески соли, закрывается пробкой (5), сквозь которую пропущен особо чувствительный (0,01°/дел) ртутный термометр Бекмана (6). Для перемешивания раствора служит мешалка (7), соединенная с электродвигателем (8). Определение теплоты любого физико-химического процесса, протекающего в калориметре при Р = 1 атм., базируетсяна формуле:

Н° = СК • Т, (1-1) где Ск - постоянная калориметра, а Т - изменение температуры в ходе процесса.

2. Для нахождения С калориметр предварительно калибруют, измеряя к Т в процессе, тепловой эффект которого заранее известен. Так, при растворении навески g = 10 г КС 1 в 400 см воды величина Н° составляет 2.58 кДж (при 20 °С) и 2.37 кДж (при 25 °С). Чтобы выбрать одно из этих значений, в стакан калориметра наливают данное количество воды и обычным термометром измеряют его температуру.

3. На аналитических весах берут навеску КС 1 g = 10 г.

4. Вводят в калориметр термометр Бекмана. При помощи лаборанта настраивают его таким образом, чтобы уровень столбика ртути располагался несколько выше середины условной температурной шкалы.

Включают мешалку и в течение 5-6 мин через каждые 30 секунд фиксируют показания термометра Бекмана.

5. Аккуратно приподняв термометр Бекмана, через отверстие (4) высыпают в стакан заранее отмеренную на аналитических весах навеску хлорида калия. Быстро вставляют термометр и, не выключая мешалки, продолжают регистрировать изменение температуры раствора. Вначале произойдет резкое понижение температуры, которая, спустя 5-10 минут, стабилизируется или даже начнет несколько повышаться. Заканчивают эксперимент, выключают мешалку, выливают раствор КС 1, ополаскивают стакан калориметра дистиллированной водой.

6. Строят зависимость температуры (в условной шкале) от времени опыта, которая должна иметь вид, изображенный на рис. 1-2. Проводят Т, усл.град АА Т В В t, мин 5 - Рис. 1-2. Температурная кривая процесса растворения KCl.



касательные к начальному и конечному участку кривой, делят отрезок АВ пополам и между точками А1 и B1 определяют величину Т. Вычисляют С к по (1-1).

7. Отмеряют на аналитических весах две навески в 5 и 10 г K2S04 (или иной соли).

8. Заливают в калориметр 400 см3 дистиллированной воды и повторяют измерения по п.п. 4 - 6, используя вместо хлорида калия навеску K2S04 g = 5 г.

Отметим, что форма температурной кривой может уже быть иной.

Подставляя полученное значение Т и найденное С в (1-1), определяют к величину Н°раст навески массой 5г K2S04 в 400 см3 воды.

9. Рассчитывают стандартную моляльную теплоту растворения соли, используя формулу:

m0 )( = НН раст раст (400 + g), (1-2) где - плотность воды при температуре опыта. Обычно принимают = 1 г/см3.

10. Проводят вновь определение Н°(m)раст по п.п. 8 - 9, но с навеской g = 10 г K2S04.

11. Формулируют выводы, касающиеся знака теплового эффекта растворения соли и характера его зависимости от концентрации раствора.

Оформляют работу.

Работа 2. Определение теплового эффекта процесса диссоциации слабой кислоты Изменение энтальпии в процессе диссоциации 1 моля одноосновной слабой кислоты RH на R- и Н+ при Р = 1 атм называется стандартной молярной теплотой диссоциации Н0(с )дисс.

Задача работы: ознакомление с калориметрическим методом определения теплового эффекта физико-химического процесса. Расчет стандартной молярной теплоты диссоциации слабой одноосновной кислоты по стандартным молярным теплотам нейтрализации этой кислоты и какой-либо сильной кислоты (такой же концентрации) одним и тем же раствором сильного основания:

Н0(с )дисс. = Н0(с )нейтр. слаб. – Н0(с )нейтр. сильн. (1-3) Оборудование, реактивы: калориметр, мерный цилиндр, пробирка, термометр Бекмана, термометр ртутный от 0 до 50°,С, секундомер, 0.1 М растворы слабой и сильной кислот (например, СН3СООН и НС1), 4 М раствор NaOH, крист. соль КС1.

Выполнение работы 1. Подготавливают к работе калориметр. Определяют его постоянную Ск согласно пп. 1-6 работы 1.

2. Наливают в калориметр 400 см 0,1 М раствора уксусной кислоты, а в пробирку - 10 см 4М раствора NaOH. Перестраивают термометр Бекмана так, чтобы уровень столбика ртути располагался внизу условной температурной шкалы, т.к. процесс нейтрализации кислоты экзотермический.

3. Включают мешалку и проводят снятие полной температурной кривой, вливая в кислоту раствор основания. Расчет Н0(с )нейтр. слаб.

ведут по формуле (1-1). Полученная величина характеризует эффект нейтрализации молей кислоты. Для перехода к молярной теплоте растворения составляют пропорцию:

Н0нейтр. слаб. – моль Н0(с)нейтр. слаб. – 1 моль..

В данном случае = С *V = 0.1 моль/дм3 • 0.4 дм3 = 0.04 моль, поэтому Н0(с)нейтр. слаб. = 25 Н0нейтр. слаб. (1- 4) 4. Наливают в калориметр 400 см 0.1 М раствора НС1 и проводят определение молярной кислоты нейтрализации сильной кислоты Н0 нейтр. сильн. согласно п.п. 2 и 3 данной работы.

5. Рассчитывают Н0(с)дисс. по уравнению (1-3). Анализируют результат, формулируют выводы и оформляют работу.

Работа 3. Измерение теплового эффекта процесса гидратообразования Стандартной молярной теплотой Н0(с )гидр. гидратообразования называют изменение энтальпии в процессе присоединения к 1 молю безводной кристаллической соли соответствующего количества кристаллизационной воды при Р = 1 атм. с образованием устойчивого кристаллогидрата.

Задача работы: ознакомление с калориметрическим методом определения теплового эффекта физико-химического процесса и нахождение стандартной молярной теплоты гидратообразования по стандартным молярным теплотам растворения безводной кристаллической соли Н0(с ) раств. (б/в) и ее кристаллогидрата Н0(с ) раств.

:

(.) крист. гидр Н0(с)гидр. = Н0(с)раств.( б/в ) – Н0(с)раств. (крист. гидр.) (1-5) Оборудование, реактивы: калориметр, термометр Бекмана, термометр ртутный от 0 до 50°С, секундомер, соли CuS04 и С uS04*5H(можно иные пары безводной соли и ее кристаллогидрата по указанию преподавателя), соль КС1.

Выполнение работы 1. Подготавливают к работе калориметр и определяют его теплоемкость Ск согласно п.п. 1-6 работы 1.

2. Берут на аналитических весах навеску g = 10 г безводной соли CuS04, которую предварительно нужно прокалить. Эта навеска содержит = g/M моль соли, причем М = 160 г/моль - молярная масса безводного сульфата меди.

3. Заливают в калориметр 400 см дистиллированной воды. Включают мешалку и проводят снятие полной температурной кривой процесса растворения, используя вместо хлорида калия навеску сульфата меди.

Подставляя полученное значение T и найденное С в формулу (1-1), к определяют величину Н0 раств. б/в. Для перехода к стандартной молярной теплоте растворения соли составляют пропорцию:

Н0 раств(б / в) – моль Н0(с ) раств. (б /в ) – 1 моль, откуда M Н0(с )ра ств. (б /в ) = Н0 раст в (б /в ) * (1-6) g 4. Отмеряют навеску g = 10 г CuS04*5H20 и проводят вновь измерения по п.З. При этом в калориметр наливают 396.4 см воды, учитывая воду, имеющуюсяв кристаллогидрате. Находят Н0раств (крист. гидр) кристаллогидрата сульфата меди, а по (1-6) рассчитывают Н0(с)раств (крист. гидр). Надо лишь учесть, что теперь М = 250 г/моль - молярная масса кристаллогидрата.





5. Используя (1-5), рассчитывают Н0(с ) гидр.. Формулируют выводы, оформляют работу.

Работа 4. Определение термодинамических характеристик химической реакции Напряжение гальванического элемента Е и его температурный коэффициент (dE/dT)p при Р = 1 атм могут быть использованы для расчета молярных термодинамических характеристик химической реакции, протекающей в элементе:

- энергии Гиббса G = - zFE, (Дж/моль) (1-7) - энтальпии Н = -zF [E-T(dE/dT)p], (Дж/моль) (1-8) - энтропии S = zF (dE/dT)p, (Дж/моль К) (1-9) - энергии Гельмгольца F = G - nгRT, (Дж/моль) (1-10) - внутренней энергии U = Н - nгRT, (Дж/моль) (1-11) где nг- изменение числа молей газообразных реагентов.

Задача работы: Измерение напряжения электрохимической цепи при разных температурах, определение температурного коэффициента.

Вычисление по этим данным термодинамических характеристик G, Н, S, F и U химической реакции, а также расчет этих же характеристик по табличным данным.

В работе может быть использована одна из электрохимических цепей (табл. 1-1).

Таблица 1-1.

Электрохимическая цепь (dE/dT)*104, В/град Zn | ZnSO4 (нас.) || CuSO4 (нас.) | Cu -4,Zn | ZnCl2 (нас.) || KCl(нас.) | AgCl,Ag -4,Cd | CdCl2 (нас.) || KCl(нас.) | AgCl,Ag -6,Cd | CdCl2 (нас.) || PbCl2 (нас.) | Pb -4,Pb | PbCl2 (нас.) || KCl(нас.) | AgCl,Ag -1,Pb | Pb(СН3СООН)2 || Cu(СН3СООН)2 | Cu 3,Оборудование, реактивы: водяная баня или термостат, высокоомный вольтметр, термометр на 50-100°С, электроды для составления гальванической цепи, насыщенный раствор КС 1.

Выполнение работы 1. По указанию преподавателя готовят к работе электроды для составления какой-либо гальванической цепи (табл. 1-1). Хлорсеребряный электрод II рода заполняют насыщенным раствором КС 1. Электрод I рода (рис. 1-3) изготавливают самостоятельно. Для этого пластинку (1) соответствующего металла (Cu, Cd, Zn или Pb) зачищают наждачной бумагой, промывают дистиллированной водой и помещают в стеклянный сосуд (2), закрытый снизу корковой пробкой (3). Сосуд заполняют насыщенным раствором соли, Рис. 1-3.

Схема для измерений напряжения гальванической цепи при разных температурах содержащей катионы соответствующего металла (CuS04, ZnCl2 и т.д.).

Собранные электроды помещают в стеклянный стакан (4), заполненный насыщенным раствором КС 1, вводят в стакан термометр (5).

2. Выводы от электродов подсоединяют к вольтметру (6) таким образом, чтобы измеряемое напряжение было положительным.

3. Стакан с электродами погружают в водяную баню или термостат (7). Измеряют напряжение цепи (Е) при нескольких температурах, начиная от комнатной и заканчивая при 50-60°С. Отсчет напряжения цепи следует проводить лишь после того, как установится тепловое равновесие, на что может потребоваться 10-15 минут. Необходимо следить, чтобы в сосудах, куда погружены электроды, не исчезал осадок кристаллической соли (если растворы насыщены).

4. Строят зависимость Е = f (Т), где Т должна быть выражена в градусах Кельвина. Определяют температурный коэффициент dE/dT = Е/Т, используя линейный участок на полученной Е,Т - зависимости.

5. Записывают уравнение анодной и катодной реакций, протекающих на электродах, а также общее уравнение токообразующей химической реакции в гальванической цепи. Оценивают величину nг.

6. По формулам (1-7) - (1-11) вычисляют G, Н, S, F и U для реакции, протекающей в гальваническом элементе.

7. Используя табличные значения стандартных энергий Гиббса, энтальпий и энтропии образования соединений (Сf°, Нf°, Sf°), теоретически вычисляют С°, Н° и S° данной реакций при 298 К.

8. Сопоставляют экспериментально полученные данные с найденными расчетным путем. Анализируют причины расхождений.

Оформляют работу, формулируют выводы.

Работа 5. Определение теплоты смачивания и удельной поверхности порошка калориметрическим методом Важной характеристикой поверхности твердого тела является степень ее гидрофильности. Применительно к порошкам зачастую определяют величину коэффициента гидрофильности – отношение удельной теплоты смачивания порошка водой к удельной теплоте смачивания неполярной жидкостью (углеводородом). Поверхность считается гидрофильной, если >1, и гидрофобной, если <1. Теплоту смачивания обычно относят к единице поверхности (или массы) смачиваемого вещества и выражают в Дж/м2 или в Дж/кг.

Задача работы: определить теплоту смачивания порошка, рассчитать коэффициент гидрофильности и удельную поверхность порошка.

Оборудование, реактивы: калориметрическая установка, термометр Бекмана, секундомер, мерный цилиндр, конические колбы на 250-400 см с пробками; дистиллированная вода, активированный уголь (можно оксид цинка, мел, прокаленный силикагель, крахмал, агар-агар, и т.д.), бензол (можно толуол, н-гептан, н-гексан).

Выполнение работы 1. Подготавливают к работе калориметр и определяют его постоянную Ск согласно пп. 1-6 работы 1.

2. В двух бюксах на технических весах берут две навески исследуемого порошка массой 5-10 г (по выбору преподавателя). Порошок должен быть предварительно доведен в сушильном шкафу до постоянной массы.

3. С помощью мерной колбы отбирают 200 см дистиллированной воды и такой же объем неполярной жидкости. Рассчитывают массы жидкостей по уравнению: g =, где – плотность соответствующей жидкости (г/см ) при температуре опыта.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.