ВУЗ: Украинский Государственный химико-технологический Университет
Категория: Методичка
Дисциплина: Химия
Добавлен: 06.02.2019
Просмотров: 2128
Скачиваний: 4
1
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД
«УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ
УНІВЕРСИТЕТ»
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
ДО ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМУ
ДЛЯ СТУДЕНТІВ-БАКАЛАВРІВ НАПРЯМУ ПІДГОТОВКИ 6.051301 –
„ХІМІЧНА ТЕХНОЛОГІЯ” З ДИСЦИПЛІНИ «ФІЗИЧНА ХІМІЯ».
ЧАСТИНА I.
РОЗДІЛИ «ТЕРМОДИНАМІКА», «ХІМІЧНА ТА ФАЗОВА РІВНОВАГА»,
«РОЗЧИНИ»
Затверджено на засіданні
кафедри фізичної хімії.
Протокол № 4 від 02.12.14.
Дніпропетровськ УДХТУ 2015
2
Методичні вказівки до лабораторного практикуму з розділів "Хімічна
термодинаміка", "Хімічна та фазова рівновага", "Розчини" курсу "Фізична
хімія" для студентів-бакалаврів напряму підготовки 6.051301 / Укл.:
Д.В. Гиренко, О.І. Касьян, Б.В. Мурашевич. – Дніпропетровськ: ДВНЗ УДХТУ,
2015. –
47 с.
Укладачі: Д.В. Гиренко, канд. хім. наук
О.І. Касьян, канд. хім. наук
Б.В. Мурашевіч, канд. хім. наук
Відповідальний за випуск О.Б. Веліченко, доктор хім. наук
Навчальне видання
Методичні вказівки до лабораторного практикуму для студентів-бакалаврів
напряму підготовки 6.051301 – „Хімічна технологія”
з дисципліни "Фізична хімія". Частина І.
(розділи «Термодинаміка», «Хімічна та Фазова рівновага», «Розчини»)
Укладачі: ГИРЕНКО Дмитро Вадимович
КАСЬЯН Ольга Іванівна
МУРАШЕВІЧ Богдан Валерійович
Редактор Л.М. Тонкошкур
Коректор Л.Я. Гоцуцова
Підписано до друку 15.12.14. Формат 60×84 1/16. Папір ксерокс. Друк різограф.
Умов. друк. арк. 2,08. Обл.-вид. арк. 2,12. Тираж 100 прим. Зам. № 42.
Свідоцтво ДК № 303 від 27.12.2000.
ДВНЗ УДХТУ, 49005, м. Дніпропетровськ-5, просп. Гагаріна, 8.
Видавничо-поліграфічний комплекс ІнКомЦентру
3
ЗМІСТ
ВСТУП .............................................................................................................................. 4
1. ТЕРМОХІМІЧНІ ВИМІРЮВАННЯ ......................................................................... 5
1.1. Загальні положення калориметрії ........................................................................... 5
1.2. Робота з найпростішим калориметричним приладом .......................................... 6
1.3. Робота з електронним калориметром ..................................................................... 9
Лабораторна робота № 1. Визначення інтегральної теплоти розчинення та
теплоти гідратоутворення солі ..................................................................................... 10
Лабораторна робота № 2. Визначення теплового ефекту реакції нейтралізації
сильних та слабких кислот ........................................................................................... 15
2. ХІМІЧНА РІВНОВАГА. РІВНОВАЖНІ ПРОЦЕСИ ............................................ 19
Лабораторна робота № 3. Визначення константи рівноваги реакції взаємодії
залізо(III) хлориду з калій йодидом ............................................................................ 19
Лабораторна робота № 4. Визначення теплоти дисоціації слабкого електроліту .. 23
3. ФАЗОВІ РІВНОВАГИ .............................................................................................. 28
Лабораторна робота № 5. Визначення теплоти пароутворення рідини .................. 28
Лабораторна робота № 6. Кріоскопія .......................................................................... 33
Лабораторна робота № 7. Вивчення взаємної розчинності в двокомпонентній
системі ............................................................................................................................ 36
Лабораторна робота № 8. Термічний аналіз ............................................................... 39
ПИТАННЯ ДО ТЕМИ «ТЕРМОДИНАМІКА» .......................................................... 42
ПИТАННЯ ДО ТЕМИ «ХІМІЧНА РІВНОВАГА. РІВНОВАЖНІ ПРОЦЕСИ» .... 42
ПИТАННЯ ДО ТЕМИ «ФАЗОВІ РІВНОВАГИ» ...................................................... 43
СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ ........................................................ 44
Додаток 1. Приклад оформлення лабораторної роботи ............................................ 45
4
ВСТУП
Предмет навчальної дисципліни “Фізична хімія” полягає у встановленні
взаємозв’язку хімічних і фізичних явищ в різних системах. Сучасна фізична
хімія є фундаментом хімічної технології, яка дає кількісний апарат для
моделювання і розрахунків хімічних процесів будь-якого профілю з метою
вдосконалювати технологічних схем, впровадження нових технологій,
конструкційних матеріалів та реагентів. Основною задачею фізичної хімії є
теоретичний вибір оптимальних параметрів для проведення технологічних
процесів. Вивчення фізичної хімії є однією з важливих складових теоретичної і
практичної підготовки сучасного інженера-хіміка.
Освоєння фізичної хімії на рівні самостійного застосування вимагає від
студента не тільки якісної теоретичної підготовки, але й кропіткої
експериментальної роботи. В ході виконання лабораторного практикуму з
хімічної термодинаміки студент знайомиться з основними експериментальними
методами визначення термодинамічних величин, дослідження рівноваги
хімічних процесів, навчається користуватись необхідним для цього
обладнанням.
В результаті вивчення теоретичних основ хімічної термодинаміки та
проведення лабораторного практикуму з хімічної термодинаміки студент
повинен
ВМІТИ:
1. Використовуючи довідкові дані про теплоти утворення або теплоти
згоряння речовин, які беруть участь у хімічному або фізичному
процесі, а також теоретичні положення першого закону термодинаміки,
розраховувати теплові ефекти при стандартних умовах та за будь-яких
температур.
2. Використовуючи довідкові дані і теоретичні положення другого закону
термодинаміки, розраховувати зміну ентропії для хімічних процесів, а
також абсолютну ентропію речовин за будь-яких температур.
3. Опановувати
основні
експериментальні
методи
визначення
термодинамічних величин (теплоємності, теплові ефекти, теплоти
розчинення, плавлення, випаровування, зміну ентальпії в залежності від
Т) та необхідне для цього обладнання.
4. Використовуючи теоретичні положення хімічної термодинаміки в
умовах лабораторії або виробництва, навчитись розраховувати
можливість перебігу процесу, прогнозувати вплив температури, тиску,
присутності інертних газів на вихід продукту, обґрунтовувати вибір
параметрів процесу з точки зору виходу продукту та його чистоти.
5. Визначати концентрації (активності) компонентів при рівновазі з метою
обчислення констант рівноваги та термодинамічних параметрів.
5
1. ТЕРМОХІМІЧНІ ВИМІРЮВАННЯ
1.1. Загальні положення калориметрії
Термохімія – розділ хімічної термодинаміки, пов’язаний з вивченням
теплових ефектів хімічних реакцій і фізико-хімічних процесів.
Тепловим ефектом реакції називають максимальну кількість теплоти,
віднесену до 1 молю речовини, яка супроводжує реакцію (тобто поглинається
або виділяється) при умовах, що:
– реакція відбувається необоротно при сталому тиску чи об'ємі;
– в системі не здійснюється ніякої роботи крім роботи розширення (A=P
V);
– вихідні речовини і продукти реакції мають однакову температуру.
Калориметрія – це сукупність методів визначення кількості теплоти, що
поглинається або виділяється в різних фізико-хімічних процесах.
Калориметричні (термохімічні) вимірювання дозволяють експериментально
визначити теплові ефекти різних фізико-хімічних процесів, а також
теплоємності систем. Розрахунки теплових ефектів за експериментальними
даними проводять на основі законів Гесса і Кірхгофа.
Теплоємністю (С) речовини називають кількість теплоти, яку необхідно
передати системі для нагрівання її на один градус. Теплоємність вимірюється в
Дж/К. Питома теплоємність відноситься до 1 кг речовини (Дж/кг∙К), а мольна
теплоємність – до одного моля речовини (Дж/моль∙К).
Величина теплоємності залежить від температури, тому розрізняють
справжню та середню теплоємності. Справжня теплоємність – це відношення
нескінченно малої кількості теплоти до нескінченно малого прирощення
температури. Тож,
V
V
T
U
C
)
(
– ізохорна теплоємність;
P
P
T
H
C
)
(
– ізобарна
теплоємність. Середня теплоємність для даного інтервалу температур (Т
1
– Т
2
) –
це відношення певної кількості теплоти до різниці цих температур:
1
2
/
T
T
Q
С
.
Більшість калориметричних вимірювань зводиться до того, що процес,
тепловий ефект якого необхідно встановити, проводять у спеціальному приладі
– калориметрі та спостерігають обумовлену цим процесом зміну температури
Т.
Теплові ефекти пов'язують зі зміною температури рівнянням теплового
балансу:
Q
p
= (m
1
C
1
+m
2
C
2
+m
3
C
3
+……+m
n
C
n
)
Т,
(1.1)
де m
1,2,3,..,n
– маси (г), а С
1,2,3,…,n
– мольні теплоємності (Дж/моль·К)
компонентів реакційної системи, яка досліджується, та всіх частин
калориметра, котрі беруть участь у теплообміні з навколишнім середовищем.
Якщо в ході експерименту величини m і C не змінюються в межах точності
експерименту, то рівняння (1.1) можна записати в такому вигляді:
Q
p
= К
Т,
(1.2)