Методика проведения опытов

Содержание

Введение.............................................................................................................. 4

1 Лабораторная работа №1

Калориметрические измерения: определение водяного числа калориметра

и удельной интегральной теплоты растворения соли.................................... 6

2 Лабораторная работа №2

Определение молярной массы неэлектролита криоскопическим методом... 12

3 Лабораторная работа №3

Определение кажущейся степени диссоциации хлорида калия

криоскопическим методом............................................................................... 19

4 Лабораторная работа №4

Изучение взаимной растворимости жидкостей в трехкомпонентной

системе с ограниченной растворимостью в жидком состоянии.................... 26

5 Лабораторная работа №5

Изучение адсорбции уксусной кислоты из водных растворов на угле........ 32

6 Лабораторная работа №6

Седиментационный анализ суспензии кварца в воде..................................... 42

7 Лабораторная работа №7

Получение гидрофобных золей и определение заряда коллоидных частиц 53

8 Лабораторная работа №8

Исследование коагулирующего действия ионов в зависимости от

величины их заряда......................................................................................... 60

Список рекомендуемой литературы.................................................................. 64

Заключение.......................................................................................................... 65

Использованная литература............................................................................... 66

Введение

Настоящие методические указания составлены в соответствии c рабочей программой по физической химии для направления подготовки бакалавров 270800 Строительство, профиль подготовки «Производство строительных материалов, изделий и конструкций». Они учитывают специфику данного направления подготовки бакалавров и различный первоначальный уровень химических знаний студентов, а потому являются актуальными.

Целью данной методической разработки является повышение эффективности преподавания физической химии. Это достигается существенной методической и дидактической поддержкой самостоятельной работы студентов при подготовке к защите тем лабораторных работ.

Настоящие методические указания наряду с методиками проведения опытов и обработки их результатов содержат методический материал, призванный помочь студенту в самоподготовке к защите тем лабораторных работ. Он включает теоретические пояснения к каждой работе, примеры решения типовых задач, перечень понятий и законов, которые должен знать студент, а также умений и навыков, которыми он должен обладать. В конце каждой лабораторной темы приводятся задания для самоконтроля.

В ходе лабораторных работ студенты должны приобрести навыки самостоятельной экспериментальной работы, выполнения химических расчетов, работы со справочной химической литературой, научиться сопоставлять, анализировать и интерпретировать данные опытов и на этой основе делать логичные и обоснованные выводы и заключения.

Для более эффективного использования времени аудиторных занятий предлагается заранее познакомиться с предстоящей работой, прочитав соответствующий раздел настоящих методических указаний, а при необходимости также конспекты лекций и определенные главы учебника. После выполнения опытов студенты защищают тему лабораторной работы. Для этого они должны:

˗ предъявить отчет о выполнении лабораторной работы, который оформляется в лабораторном журнале в соответствии с требованиями к форме и содержанию отчета;

˗ уметь изложить ход проведения лабораторных опытов, объяснить результаты эксперимента;

˗ по просьбе преподавателя составить соответствующие уравнения реакций, произвести расчеты, не выходящие за рамки типовых задач;

˗ показать удовлетворительные знания теоретических вопросов, не выходящих за рамки требований к уровню подготовки студентов (приводятся в методических указаниях для каждой лабораторной работы).

Отчет должен содержать название и цель работы, краткий конспект теоретической части (по желанию), название опыта, сжатое описание методики эксперимента, уравнения реакций, наблюдаемые эффекты, ответы на все вопросы, поставленные в заданиях.

Если на это есть указания, экспериментальные данные сводятся в таблицы. Расчеты определяемых величин приводятся полностью с необходимыми краткими пояснениями. При необходимости, полученные экспериментальные зависимости представляются в виде графиков. При построении графиков необходимо помнить следующее:

- размер графика должен быть не меньше, чем половина тетрадного листа;

- на осях координат через равные интервалы указываются единицы масштаба;

- точки должны наноситься на график в соответствии с выбранным масштабом без нанесения дополнительных линий их координат и отметок на осях;

- точки соединяются так, чтобы большинство из них попало на линию или было в одинаковой мере отдалено по обе стороны от нее.

Отчет обязательно должен содержать выводы либо по всей работе, либо по отдельным ее частям.

Лабораторная работа №1

Калориметрические измерения: определение водяного числа калориметра и удельной интегральной теплоты растворения соли

Цель: ознакомление с калориметрическим методом определения тепловых эффектов физико-химических процессов, определение водяного числа калориметра (суммарной теплоемкости калориметрической системы) и удельной интегральной теплоты растворения соли.

Оборудование и реактивы: калориметрическая система (рисунок 1.1), секундомер, мерный цилиндр, ртутный термометр, соли: KCl; Na₂SO₄ или другие по указанию преподавателя.

Теоретические пояснения

Калори́метр (от латинского calor — тепло) — прибор для измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощающейся в каком-либо физическом, химическом или биологическом процессе.

Путем калориметрических измерений можно получить экспериментальные данные по теплоемкостям веществ и тепловым эффектам различных процессов. Величина и знак теплового эффекта ΔН определяется по изменению температуры калориметра.

Можно выделить два основных типа калориметров: приборы с постоянной и переменной температурой. В наших опытах используется второй тип. В ходе опыта температура системы изменяется, причем не только за счет протекания изучаемого процесса, но и частично за счет теплообмена с окружающей средой. Теплообмен в студенческих опытах стараются минимизировать, однако полностью устранить его не удается.

Теплообмен искажает истинные результаты опыта, поэтому он должен быть учтен. В настоящей работе это предлагается сделать графическим методом, который рассматривается в разделе, касающемся обработки результатов опыта.

В основе определения тепловых эффектов калориметрическим методом лежит уравнение (1.1).

, (1.1)

где - общий тепловой эффект проводимого в калориметре процесса;

- изменение температуры в результате процесса;

- суммарная теплоемкость калориметрической системы (водяное число).

Следует помнить, что тепловой эффект q и энтальпия процесса ΔН имеют противоположные знаки:

- для экзотермического процесса q>0; ΔH<0;

- для эндотермического процесса q<0; ΔH>0

Водяное число К, называемое также постоянной калориметра, соответствует тому количеству теплоты, которое необходимо для изменения температуры системы на 1 градус.

Удельный тепловой эффект процесса, отнесенный к 1г вещества, измеряется в Дж/г и рассчитывается по формуле

(1.2)

Водяное число можно рассчитать по формуле:

, (1.3)

где m_i – массы веществ, калориметра и вспомогательных устройств (мешалка, термометр, пробирка);

С_i – их удельные теплоемкости.

При обычных температурах для большинства твердых веществ истинные теплоемкости мало зависят от температуры, а удельные теплоемкости разбавленных водных растворов неорганических солей практически одинаковы (4,1 Дж/г·град).

где G – масса воды;

m – масса соли;

С – удельная теплоемкость раствора;

- теплоемкость калориметра и вспомогательных устройств.

Если для серии опытов масса воды и массы солей остаются неизменными, то можно считать, что водяное число К будет величиной постоянной.

Для определения водяного числа в калориметре проводят такой процесс, тепловой эффект которого точно известен, например, растворение KCl в воде.

Зависимость удельной теплоты растворения KCl, выраженной в Дж/г, от температуры в интервале от 10⁰С до 30⁰С имеет следующий вид:

=-(334,3–3,866·t), (1.4)

где t – средняя температура опыта, ⁰С.

t=0,5(t₁+t₂), (1.5)

где t₁ и t₂ – температуры начала и окончания растворения.

Водяное число калориметра рассчитывают по формуле:

(1.6)

Зная величину водяного числа калориметра, можно определить удельную интегральную теплоту растворения любой неорганической соли по формуле (1.2).

Методика проведения опытов