- •Введение
- •Тема 1. Термохимия Теоретические сведения
- •Вопросы для подготовки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Оборудование
- •Подготовка модуля «Термостат» к работе и управление улк «Химия» с помощью компьютера
- •Опыт 1. Определение постоянной калориметра
- •Выполнение измерений
- •Расчет постоянной калориметра
- •Опыт 2. Определение молярной интегральной энтальпии растворения соли
- •Опыт 1. Определение постоянной калориметра
- •Опыт 2. Определение теплоты гашения извести
- •Тема 2. Химическая кинетика Теоретические сведения
- •Вопросы для подготовки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Оборудование
- •Подготовка модуля «Термостат» и управление улк «Химия» с помощью компьютера
- •Опыт 1. Определение электропроводности раствора при различных температурах
- •Опыт 2. Определение электропроводности раствора при полном разложении уксусного ангидрида
- •Расчёты Расчет константы скорости реакции
- •Расчет энергии активации
- •Тема 3. Термический анализ Теоретические сведения
- •Вопросы для подготовки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Оборудование
- •Подготовка модуля «Термический анализ» и управление улк «Химия» с помощью компьютера
- •Построение кривых охлаждения и диаграммы плавкости системы дифениламин – нафталин
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •3 94006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра физики и химии
Руководство
к выполнению лабораторных работ
по физической химии на УЛК «Химия»
для студентов, обучающихся по специальности 270106
«Производство строительных материалов, изделий и конструкций»
Воронеж 2010
УДК 544
ББК 24.5
Составители О. В. Слепцова, Г. Г. Кривнева
Руководство к выполнению лабораторных работ по физической химии на УЛК «Химия» для студентов специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»: метод. указания / Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т; сост.: О.В. Слепцова, Г.Г. Кривнева. − Воронеж, 2010. – 38 с.
Методические указания составлены в соответствии с Государственным образовательным стандартом по дисциплине «Физическая химия» и предназначены для студентов специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» дневной и заочной форм обучения.
Описана методика выполнения лабораторных работ по наиболее важным для данной специальности темам физической химии на учебно-лабораторном комплексе «Химия». Каждая тема содержит краткие теоретические сведения, вопросы для теоретической подготовки к занятию, задачи для самостоятельного решения.
Ил. 6. Табл. 1. Библиогр.: 2 назв.
УДК 544
ББК 24.5
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
Рецензент: Н. В. Соцкая, канд. хим. наук, доцент кафедры физической химии Воронежского государственного университета
Введение
Непременным условием успешного изучения курса физической химии является выполнение студентами лабораторных работ. В методические указания включены лабораторные работы по наиболее важным для специальности «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» темам по данной дисциплине. Выполняются лабораторные работы на учебно-лабораторном комплексе «Химия» (далее УЛК «Химия»).
УЛК «Химия» является многофункциональным прибором, что обеспечивается использованием комплекта модулей: «Термостат», «Электрохимия», «Термический анализ». Сочетанием модулей, подключаемых к универсальному контроллеру, создаются различные типы лабораторных установок для проведения соответствующих лабораторных работ по физической химии. Возможность управления УЛК через компьютер позволяет не только задавать параметры эксперимента, но и проводить компьютерную обработку результатов, строить и обрабатывать экспериментальные графики. Программное обеспечение отличается наглядностью и простотой, имеет понятный интерфейс, не вызывает необходимости иметь особые навыки работы с персональным компьютером и Windows.
Использование компьютеризированного оборудования при выполнении лабораторных работ формирует у студентов умение спланировать, организовать и провести эксперимент, обработать, обобщить и представить в устном и письменном виде полученные результаты.
Тема 1. Термохимия Теоретические сведения
Термохимия изучает тепловые эффекты физико–химических процессов, в том числе химических реакций. В основе термохимии лежит первый закон термодинамики, который устанавливает связь между количеством сообщенной системе теплоты Q, совершенной системой работой А и изменением внутренней энергии ΔU:
Q = ΔU + A или Q = ΔU + р∙ΔV, (1)
так как во многих процессах работа совершается против внешнего давления и рассчитывается по формуле А = р∙ΔV, где р – внешнее давление, ΔV − изменение объема системы.
Для процессов, связанных с бесконечно малыми изменениями, уравнение (1) принимает вид
δQ = dU + δA или δQ = dU + р∙dV. (2)
Теплота, сообщенная системе, идет на приращение внутренней энергии и совершение работы. Теплота является положительной, если энергия поступает в систему, и отрицательной, если энергия отводится из системы. Работа считается положительной, если она совершается системой, и отрицательной, если совершается над системой.
Количество теплоты, которое выделяется или поглощается при необратимом протекании химической реакции, когда единственным видом работы является работа расширения, а температуры исходных веществ и продуктов реакции одинаковы, называется тепловым эффектом реакции.
В большинстве случаев химические реакции протекают при постоянном давлении (р = const). В этих условиях тепловой эффект реакции Qp равен изменению энтальпии реакции ΔH:
Qp = ΔU + p∙ΔV = ΔH. (3)
Основой закон термохимии – закон Г.И. Гесса гласит: если химическая реакция протекает при постоянном объеме или давлении, то её тепловой эффект будет определяться начальным и конечным состоянием системы и не будет зависеть от пути процесса.
Согласно следствию закона Гесса энтальпия процесса ΔH может быть определена как разность между суммой энтальпий образования продуктов реакции (ΔfHпрод) и суммой энтальпий образования исходных веществ (ΔfHисх) с учетом стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции.
Экспериментальное определение тепловых эффектов проводят в специальных приборах – калориметрах. Важнейшими частями калориметра являются: калориметрический сосуд с калориметрической жидкостью, помещенные в него термометр и мешалка, а также защитная оболочка, уменьшающая тепловое взаимодействие калориметра с окружающей средой. Способы изолирования калориметра от теплообмена с окружающей средой различны. Калориметр с воздушной изотермической оболочкой обеспечивает точность в определении тепловых эффектов до 2 % при изменении температуры на 1 и более. Поглощение или выделение теплоты в ходе изучаемого процесса приводит к изменению температуры калориметрической системы. По изменению температуры рассчитываются тепловые эффекты различных процессов или теплоемкости.