- •Техника безопасности
- •1. Электропроводность растворов электролитов
- •Электропроводность растворов электролитов
- •Удельная электропроводность
- •Кондуктометрическое титрование
- •Определение растворимости труднорастворимой соли.
- •Работа 1.1. Определение концентрационной зависимости удельной и молярной электропроводности сильного электролита
- •Порядок выполнения работы:
- •Работа 1.2. Определение константы диссоциации слабого электролита методом электропроводности
- •Порядок выполнения работы:
- •Работа 1.3. Кондуктометрическое титрование
- •Порядок выполнения работы:
- •Работа 1.4. Кондуктометрическое определение термодинамических параметров растворения труднорастворимого соединения
- •Порядок выполнения работы:
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •2. Электродвижущие силы Возникновение потенциалов на границах фаз.
- •Электродный потенциал
- •Водородный электрод
- •Измерение электродных потенциалов
- •Электрохимический (гальванический) элемент
- •Концентрационный гальванический элемент
- •Измерение эдс гальванического элемента компенсационным методом
- •Температурная зависимость эдс.
- •Электроды сравнения
- •Хлорсеребряный электрод
- •Окислительно-восстановительные электроды и их потенциалы
- •Мембранные равновесия. Стеклянный электрод
- •Кислотно-основные буферные системы
- •Механизм буферного действия
- •Буферная емкость
- •Порядок выполнения работы:
- •Порядок выполнения работы:
- •Порядок выполнения работы:
- •Окислительно-восстановительных потенциалов
- •Порядок выполнения работы:
- •Буферной ёмкости буферных систем
- •Порядок выполнения работы:
- •Порядок выполнения работы:
- •Контрольные вопросы Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •3. Адсорбция
- •Метод полных концентраций
- •Термодинамика адсорбции по Гиббсу
- •Уравнение адсорбции Гиббса
- •Адсорбция из жидких растворов на поверхности твердых адсорбентов
- •Теплоты адсорбции
- •Работа 3.1. Изучение адсорбции паров воды на твердом адсорбенте
- •Порядок выполнения работы:
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Работа 3.2. Изучение адсорбции уксусной кислоты из водного раствора на активированном угле
- •Интерферометрический метод анализа концентрации растворов.
- •Технология проведения адсорбции и методика определения равновесных концентраций растворов и расчета адсорбции по результатам эксперимента:
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Работа 3.3. Изучение адсорбции поверхностно-активных веществ (пав) на границе воздух-раствор
- •Измерение поверхностного натяжения жидкостей методом Ребиндера.
- •Расчет адсорбции на границе раздела водный раствор – воздух.
- •Порядок выполнения работы:
- •Проверка выполнимости правила Дюкло – Траубе
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •4. Газовая хроматография
- •Общие сведения о газовом хроматографе
- •Детекторы
- •Детектор по теплопроводности (дтп)
- •Пламенно-ионизационный детектор (пид)
- •Качественный и количественный анализ в газовой хроматографии.
- •Определение мольных теплот растворения газов и паров в жидкостях газохроматографическим методом
- •Порядок работы на хроматографе лхм-80
- •Работа 4.1. Качественный и количественный анализ смеси углеводородов с помощью газовой хроматографии на колонке с апьезоном, нанесенным на хроматон.
- •Определение качественного состава смеси углеводородов по совпадению времен удерживания компонентов контрольной смеси с временами удерживания углеводородов c6 - с9 .
- •Расчет поправочных коэффициентов для углеводородов c6 - с9 и определение количественного состава контрольной смеси углеводородов в мольных процентах.
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Работа 4.2. Определение мольных теплот растворения нормальных углеводородов c6- c9 в апьезоне хроматографическим методом
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Работа 4.3. Определение индексов ковача веществ и их температурных коэффициентов на апьезоне
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Химическая кинетика
- •Кинетические уравнения реакций различных порядков Реакции нулевого порядка
- •Реакции первого порядка
- •Реакции второго порядка
- •Реакции n-го порядка
- •Способы определения порядков реакции.
- •Зависимость скорости реакции от температуры
- •Сложные реакции
- •Работа 5.1. Кинетика омыления этилацетата в присутствии ионов гидроксила.
- •Порядок выполнения работы:
- •Определение æ0.
- •Определение константы скорости реакции при разных температурах.
- •Определение энергии активации и предэкспоненциального множителя.
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Работа 5.2. Изучение кинетики гомогенно-каталитического разложения н2о2 .
- •Порядок подготовки установки к работе и работа на ней.
- •Порядок проведения кинетических опытов:
- •Варианты задания и методика расчетов.
- •Изучение зависимости скорости реакции разложения перекиси водорода от концентрации катализатора.
- •Влияние начальной концентрации н2о2 на период полупревращения. Определение порядка реакции.
- •III. Определение константы равновесия и константы скорости реакции разложения перекиси водорода.
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Работа 5.3. Изучение кинетики инверсии сахарозы.
- •Методика измерения угла вращения на поляриметре (сахариметре)
- •Методика измерения угла вращения на автоматическом поляриметре
- •Порядок выполнения работы:
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Работа 5.4. Изучение кинетики реакции окисления иодид-ионов ионами трёхвалентного железа фотометрическим методом
- •Порядок выполнения работы:
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
Перед выполнением работы:
Какова цель работы?
Нарисуйте схему газового хроматографа. Расскажите, из каких узлов состоит хроматограф. Порядок включения узлов.
Какие параметры хроматографического опыта нужно измерить перед впуском смеси в хроматограф?
Как задать и измерить температуру колонок?
Какие параметры надо измерять в процессе получения хроматограммы вещества или смеси веществ?
Зачем делают впуски воздуха в колонку?
Как рассчитать VR из параметров опыта?
К защите работы:
Что является качественной характеристикой данного вещества в хроматографическом анализе?
Какие зависимости параметров удерживания наблюдаются в гомологических рядах углеводородов?
Дайте определение индекса Ковача.
От каких параметров зависит индекс Ковача вещества?
Как использовать индексы Ковача, известные из литературы, для качественного анализа смесей?
Химическая кинетика
Химическая кинетика – раздел физической химии, в котором изучаются скорости протекания химических процессов, их зависимости от различных факторов: концентрации реагирующих веществ, температуры, давления, присутствия катализатора и т.д.
Различаются простые (элементарные) химические реакции, протекающие в одну стадию, и сложные реакции, протекающие через несколько стадий (т.е. являющиеся совокупностью простых реакций). Механизмом (кинетической схемой) химической реакции называется совокупность простых реакций, через которые она протекает.
В ходе химической реакции концентрации её участников изменяются. Исходные вещества (реагенты) расходуются, и концентрация их уменьшается, продукты образуются, их концентрация растет. Если реакция является сложной, то образуются промежуточные вещества, концентрация которых сначала возрастает, а затем уменьшается до нуля. Кинетической кривой называется зависимость концентрации какого-либо участника реакции от времени. Как и любая функция, кинетическая кривая может быть задана в виде графика, таблицы или уравнения (аналитически).
Важнейшими понятиями являются «скорость химической реакции» и «скорость химической реакции по данному веществу». Пусть в гомогенной системе объёмом V проходит химическая реакция, и за время dτ количество i-го участника реакции системе изменилось на величину dni. В том случае, если стехиометрическое уравнение реакции неизвестно, её скорость определяется по веществу i, как изменение количества этого вещества ni (в молях) в единицу времени τ в единице реакционного пространства R, взятую со знаком «+», если вещество образуется в ходе химической реакции, и со знаком «–», если оно расходуется
5.1
Реакционным пространством R для гомогенных реакций, протекающих в объеме данной фазы, является объем (R=V), для гетерогенных реакций, протекающих на поверхности раздела фаз – площадь поверхности (R=S).
Скорость wi называется скоростью химической реакции по веществу i.
Рассмотрим скорость реакции в закрытой гомогенной системе. Если объём реакционной системы постоянен, его можно внести под знак дифференциала, и скорость химической реакции по веществу i будет равна производной его концентрации по времени:
, 5.2
Различают среднюю и инстинную скорость химической реакции. Средняя скорость реакции равна:
, 5.3
где ni1, ni2 – количество молей реагирующего вещества в моменты времени τ1 и τ2, соответственно, V – объем системы. Если объем системы не меняется в ходе реакции, то
, 5.3*
В различных интервалах времени средняя скорость химической реакции имеет разные значения; истинная (мгновенная) скорость реакции определяется как производная от концентрации по времени:
Графическое изображение зависимости концентрации реагентов от времени есть кинетическая кривая (рисунок 5.1).
Рис. 5.1 Кинетические кривые для исходных веществ (А) и продуктов реакции (В).
|
Рис. 5.2 Графическое определение w.
|
Истинную скорость реакции можно определить графически, проведя касательную к кинетической кривой (рис. 5.2); истинная скорость реакции в данный момент времени равна по абсолютной величине тангенсу угла наклона касательной.
Если стехиометрическое уравнение реакции известно, скорость можно определить по любому из её участников. Пусть, например, уравнение реакции имеет вид:
Тогда: ; ;………
; ; ……….
Скорости не равны друг другу. Из стехиометрического уравнения следует, что если в ходе реакции израсходовалось νА1 моль вещества А1, то одновременно израсходовалось и νА2 моль вещества А2, и образовалось νВ1 и νВ2 моль веществ В1 и В2, т.е.
5.4
Тогда, с учетом (5.4):
, 5.5
и имеет место равенство:
5.6
Скорость w называется скоростью химической реакции. Она одинакова для всех веществ, участвующих в данной реакции и не зависит от выбора реагента. Скорость реакции равна скорости образования какого либо реагента, деленной на его стехиометрический коэффициент с учетом принятых знаков. Для реакции H2 + I2 = 2HI из одного моля Н2 и одного моля I2 получается два моля HI, поэтому скорость образования HI будет вдвое больше скоростей расходования Н2 и I2, а значит скорость реакции будет равна:
.
Размерность скорости реакции … для гомогенных реакций и для гетерогенных реакций.
Кинетическим уравнением химической реакции называется уравнение, описывающее зависимость скорости реакции от концентрации компонентов реакционной смеси:
5.7
Математический вид этой зависимости может быть более или менее сложным. Например, для сложной реакции в газовой фазе H2 + Br2 = 2HBr
,
где k, k1 – постоянные. Для другой сложной реакции COCL2→ CO + CL2 кинетическое уравнение имеет более простой вид: .
Опыт показывает, что часто кинетическое уравнение можно представить в виде произведения концентраций реагирующих исходных веществ, возведенных в некоторые степени n1, n2, …
5.8
Величина k называется константой скорости реакции (или удельной скоростью реакции) и равна скорости реакции при единичных концентрациях всех реагирующих веществ. n1, n2 - порядки реакции по веществам-реагентам (иногда их называют частными порядками). Порядок реакции по данному веществу - это показатель степени, в которой концентрация этого вещества входит в уравнение скорости реакции. Сумма n1+n2+… определяет порядок реакции в целом (п) (общий порядок). Для сложных реакций порядки реакции могут быть целыми, дробными, положительными и отрицательными.
Для элементарных реакций справедлив закон действующих масс, согласно которому скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равным стехиометрическим коэффициентам:
5.9
Величина называется молекулярностью реакции.
Молекулярность элементарной реакции – число частиц, которые, согласно экспериментально установленному механизму реакции, участвуют в элементарном акте химического взаимодействия.
Мономолекулярные – реакции, в которых происходит химическое превращение одной молекулы (изомеризация, диссоциация и т. д.): I2 ––> I• + I•
Бимолекулярные – реакции, элементарный акт которых осуществляется при столкновении двух частиц (одинаковых или различных): СН3Вr + КОН ––> СН3ОН + КВr
Тримолекулярные – реакции, элементарный акт которых осуществляется при столкновении трех частиц:
О2 + NО + NО ––> 2NО2
Реакции с молекулярностью более трёх неизвестны.
Для элементарных реакций, проводимых при близких концентрациях исходных веществ, величины молекулярности и порядка реакции совпадают. Тем не менее, никакой чётко определенной взаимосвязи между понятиями молекулярности и порядка реакции не существует, поскольку порядок реакции характеризует кинетическое уравнение реакции, а молекулярность – механизм реакции.
Для сложных реакций понятие молекулярности неприменимо. Реакции с большими стехиометрическими коэффициентами являются сложными, так как протекают через ряд промежуточных стадий, поэтому частные порядки и стехиометрические коэффициенты, как правило, не совпадают.
В отличие от молекулярности порядок реакции - формальная характеристика. Тем не менее, зная порядки реакции в целом и порядки по реагентам, можно рассчитать константу скорости реакции, а также судить о соответствии предполагаемого механизма реакции (совокупности промежуточных элементарных стадий сложной реакции) опытным данным.