- •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 молекулярного н2 с растворами солей металлов
- •Реакции кислорода с металлами в присутствии водной среды
- •1.4. Химические источники тока
- •Реакции металлов с растворами кислот, водой и растворами щелочей
- •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
Опыт 4. Определение порога коагуляции
золя гидроксида трехвалентного железа
Полученный в опыте 3 золь разлейте в 5 пробирок по 10 мл. Для коагуляции золя используйте раствор K2SO4 c концентрацией сэкв= 0.002 моль экв / л. Добавьте в пробирки с золем по 1, 1.5, 2, 2.5 и 3 мл раствора электролита соответственно, хорошо встряхивая пробирки до равномерного перемешивания. Определите тот минимальный объем раствора электролита, который вызывает устойчивое помутнение системы и появление признаков явной коагуляции золя. Используйте этот объем электролита (Vэ) для расчета порога коагуляции данного золя в условиях опыта (в ммоль экв /л) по формуле:
γ = 1000 сэкв Vэ / (Vзоля + Vэ), ммоль экв/л,
где cэкв – молярная концентрация эквивалентов использованного электролита. Отметьте, какой из порогов коагуляции (одно- или двухзарядным ионом) Вы рассчитали.
Литература по курсу коллоидной химии*
1. Литманович, А.А. Растворы полимеров: методич. пособие / А.А. Литманович, О.Е. Литманович; МАДИ. – М., 2010. – 68 с.
2. Лабораторные работы по химии: Часть 2: метод. пособие / под ред. И.М. Паписова; МАДИ (ГТУ). – М., 2005. – 191с.
Вопросы и задачи для подготовки к экзамену по курсу физической и коллоидной химии Физическая химия
1. Электрохимические системы. Химические источники тока. Коррозия металлов
1. Принцип устройства химических источников тока. Внешняя и внутренняя цепь, направление движения электронов и ионов при работе ХИТ, ЭДС источника тока.
2. Необратимые и обратимые ХИТ. Основные виды гальванических элементов и аккумуляторов. Процессы, протекающие на электродах при работе гальванических элементов Даниэля-Якоби, Вольта и концентрационных. Приведите примеры.
_________________________________________________
*При составлении данного пособия частично были использованы материалы из пособия “Лабораторные работы по химии”: часть 3 / под общей редакцией И.М. Паписова; МАДИ (ГТУ). – М., 2006.
3. Токообразующие реакции в кислотных и щелочных аккумуляторах, условия их зарядки. Анодный и катодный процессы.
4. Термодинамическое условие разрядки гальванического элемента и расчет концентраций электролита в анодном и катодном пространствах, при которых происходит разрядка. Приведите пример.
5. Коррозия металлов как самопроизвольно протекающий процесс. Какие металлы с термодинамической точки зрения наименее и наиболее устойчивы к коррозии?
6. Химическая и электрохимическая коррозия. Какой из этих видов коррозии встречается чаще и протекает активнее?
7. Механизм электрохимической коррозии. Каким образом влияет на скорость коррозии металла его контакт с а) более активным металлом; б) менее активным металлом? Опишите схемы процессов коррозии, если она происходит в кислой среде.
8. Коррозия стали во влажной атмосфере. Изменяется ли характер процесса, если атмосфера содержит кислотообразующие газы (СО2, SO2, HCl) ?
9. Методы защиты металлов от коррозии (механические, химические, электрохимические). Приведите примеры.
10. Химическая защита от коррозии: оксидирование, фосфатирование.
11. Катодные и анодные покрытия. Какие окислительно-восстановительные процессы протекают при нарушении сплошности этих покрытий? Приведите примеры.
12. Электрохимическая защита от коррозии. Защита внешним током, протекторы. Приведите примеры, объясните механизм защиты и области применения.