- •Методическое пособие для студентов специальности
- •Часть I. Физическая химия
- •1. Электрохимические системы. Химические источники тока. Коррозия металлов
- •1.1. Предмет электрохимии
- •1.2. Электродные потенциалы. Уравнение Нернста
- •Стандартные потенциалы металлических, водородного и кислородного электродов (при парциальных давлениях водорода и кислорода 1 атм), измеренные относительно стандартного водородного электрода
- •1.3. Направление окислительно-восстановительных реакций с участием металлов, водорода и кислорода в водных растворах электролитов
- •Реакции металлов с раствором соли другого металла
- •Реакции металлов с растворами кислот, водой и растворами щелочей
- •Реакции молекулярного н2 с растворами солей металлов
- •Реакции кислорода с металлами в присутствии водной среды
- •1.4. Химические источники тока
- •1.5. Электрохимическая коррозия металлов
- •1.6. Примеры решения задач
- •1.7. Задачи для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа № 1. Коррозия и защита металлов
- •Опыт 3. Влияние хлорид - ионов на коррозию алюминия
- •2. Равновесная термодинамика. Химические и фазовые равновесия в одно- и многокомпонентных системах
- •2.1. Химический потенциал. Правило фаз
- •2.2. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах
- •2.3. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах
- •2.3.1. Равновесие между жидкой и твердой фазой. Эвтектические смеси
- •2.3.2. Равновесие между жидкостью и насыщенным паром. Азеотропные смеси. Законы Коновалова
- •2.4. Примеры решения задач
- •2.5. Задачи для самостоятельной работы
- •3. Поверхностные явления. Адсорбция
- •3.1. Движущие силы адсорбции
- •3.2. Адсорбция на границе раздела жидкой и газообразной фаз. Поверхностно-активные вещества (пав)
- •3.3. Адсорбция на границе раздела твердой и жидкой (или газообразной) фаз
- •3.3.1. Теория мономолекулярной адсорбции
- •3.3.2. Хроматография
- •3.3.3. Ионообменная адсорбция и хроматография
- •3.4. Примеры решения задач
- •3.5. Задачи для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа № 2. Адсорбция уксусной кислоты из водного раствора на активированном угле
- •Реактивы и посуда
- •Методика выполнения работы
- •4. Кинетика и катализ
- •4.1. Теория абсолютных скоростей химических реакций
- •4.2. Кинетика каталитических реакций
- •Гомогенный и гетерогенный катализ
- •Ферментативные реакции
- •Примеры каталитических процессов
- •4.3. Принцип линейных соотношений свободных энергий (лссэ)
- •Соотношение Бренстеда
- •Принцип энергетического соответствия Баландина
- •Уравнение Гаммета
- •4.4. Задачи для самостоятельной работы
- •Литература по курсу физической химии
- •Часть II. Основы коллоидной химии
- •1. Дисперсные системы. Смачивание. Капиллярные явления
- •Степень раздробленности дисперсной фазы характеризуют дисперсностью где - поперечный размер частиц (диаметр при их сферической форме).
- •1.1. Типы дисперсных систем
- •1.2. Смачивание
- •1.3. Капиллярные явления. Фазовые равновесия в системах с искривленной поверхностью раздела фаз
- •1.3.1. Фазовые равновесия в двухфазных системах с искривленной поверхностью раздела фаз
- •1) Жидкость ↔ насыщенный пар;
- •2) Твердый электролит ↔ ионы в насыщенном растворе.
- •1.3.2. Равновесия при контакте трех фаз с искривленными межфазными границами
- •А) Сферическая поверхность жидкость – газ
- •Б) Цилиндрическая поверхность жидкость – газ
- •1.4. Примеры решения задач
- •1.5. Задачи для самостоятельной работы
- •2. Устойчивость, получение, свойства, стабилизация и коагуляция коллоидных систем
- •2.1. Термодинамика образования лиофильных и лиофобных коллоидных систем
- •2.2. Особые свойства коллоидных систем
- •Особые свойства коллоидных систем можно подразделить на две основные группы :
- •Оптические свойства
- •Молекулярно-кинетические свойства
- •Адсорбционные свойства
- •Электрокинетические свойства
- •2.3. Методы получения лиофобных коллоидных систем Диспергирование
- •Конденсационные методы (методы укрупнения)
- •2.4. Стабилизация лиофобных коллоидных систем (золей, эмульсий)
- •2.4.1. Стабилизация электролитами
- •2.4.2. Стабилизация в присутствии пав и полимеров
- •2.5. Коагуляция коллоидных систем
- •2.6. Примеры решения задач
- •2.7. Задачи для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа Получение, коагуляция и стабилизация лиофобных коллоидных систем
- •Опыт 3. Получение и коагуляция золя гидроксида трехвалентного железа
- •Опыт 4. Определение порога коагуляции
- •Литература по курсу коллоидной химии*
- •Вопросы и задачи для подготовки к экзамену по курсу физической и коллоидной химии Физическая химия
- •1. Электрохимические системы. Химические источники тока. Коррозия металлов
- •2. Адсорбция и хроматография
- •3. Фазовые равновесия
- •4. Кинетика и катализ
- •Основы коллоидной химии
2.4. Примеры решения задач
Пример 1. Дибромпропан (ДБП) и дибромэтан (ДБЭ) образуют идеальный раствор. Давление насыщенного пара над индивидуальными веществами составляет 130 мм рт. столба над ДБП и 170 мм рт. столба – над ДБЭ. Рассчитайте:
а) давление насыщенного пара над раствором, содержащим 94 г ДБЭ и 303 г ДБП;
б) состав насыщенного пара (мольные доли этих веществ в паре).
Решение.
а) Рассчитываем мольные доли компонентов (1 – ДБП, 2 – ДБЭ) в растворе (М г/моль – молярная масса):
x1 = (m1/M1) / [(m1/M1) + (m2/M2)] = (303 / 202) / [(303 / 202) + (94 / 188)] = 0.75; x2 = 1 – 0.75 = 0.25.
б) Рассчитываем общее давление насыщенного пара над раствором по уравнению (1.26) : р = (р1 + р2) = 130×0.75 + 170×0.25 = 140 мм рт. ст.;
в) Рассчитываем состав насыщенного пара (мольные доли y1 и y2 в паре), учитывая, что р1 / р2 = y1 / (1 – y1). Подставив рассчитанные выше значения р1 и р2, находим: y1 = 0.7, y2 = 0.3.
Пример 2. Смешали 290 г ацетона (компонент 1, tкип = 56о С) и 380 г сероуглерода CS2 (компонент 2, tкип = 46о С). Азеотроп с мольной долей ацетона в нем, равной 0.33, кипит при 39о С. Сколько и какого (каких) веществ останется в колбе после отгонки азеотропа?
Решение.
Поскольку температура кипения азеотропа ниже, чем температуры кипения компонентов, то испаряться и конденсироваться при перегонке будет азеотроп, а в колбе после его отгонки останется избыток высококипящего компонента – ацетона.
а) Рассчитываем число молей каждого компонента в растворе: n1 = 290 / M1 = 5 молей, n2 = 380 / M2 = 5 молей.
б) Рассчитываем число молей ацетона, отогнанного в составе азеотропа, учитывая, что в азеотроп вошел весь CS2 (низкокипящий компонент) и его мольная доля в азеотропе составила (1 – 0.33) = 0.67: n1(аз) = 0.33 n2 / 0.67 = 2.5 моля.
в) Остаток в колбе после перегонки (n1 – n1(аз)) = 2.5 моля ацетона или 145 г.
2.5. Задачи для самостоятельной работы
1. В городе Сочи сегодня +25о С, относительная влажность воздуха 80%. Выразите парциальное давление паров воды в паскалях (Па).
2. Сколько молекул серы S2 содержится в 1 см3 воздуха над куском твердой серы в стандартных условиях?
3. Бензол и толуол образуют идеальный раствор. Давление насыщенного пара над индивидуальными веществами составляет 74 мм рт. столба над бензолом и 22 мм рт. ст. – над толуолом. Сколько г толуола надо добавить к 39 г бензола, чтобы давление насыщенного пара над раствором было 35 мм рт. ст. ? Рассчитайте состав пара (мольные доли каждого компонента).
4. Сколько воды можно отогнать из 100 мл 5% - ного раствора HCl плотностью 1.023 г/см3, если мольная доля HCl в азеотропе с максимумом температуры кипения составляет 0.2 ?
5. Хлорид магния образует с водой эвтектику (tпл = - 33.6о С) при его мольной доле 0.047. Раствор 10 г хлорида магния в 50 г воды охладили до - 33.6о С. Сколько и какого вещества выделится в твердую фазу ?
6. Шестиводный хлорид кальция CaCl2*6H2O образует с водой эвтектику (tпл = - 55о С) при его мольной доле 0.383. Раствор 111 г безводного CaCl2 в 162 г воды охладили до - 55о С. Сколько и какого вещества выделится в твердую фазу ?