Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина

Институт естественных наук

Кафедра физической химии

В.А.Черепанов, А.Ю.Зуев, Д.С. Цветков

Практикум по физической химии

методические указания

Екатеринбург 2011 г

Оглавление

Оглавление 2

ВВЕДЕНИЕ 3

1. Термохимия. 6

1.1. Краткая теория. 6

1.2 Экспериментальная часть. 9

1.2.1. Аппаратура 9

1.2.2. Определение постоянной калориметра. 13

1.3. Лабораторная работа 1. Определение теплоты растворения металлического магния Mg в растворе соляной кислоты HCl. 16

Справочная информация. 24

1.4. Лабораторная работа 2. Определение теплоты гидратации сульфата меди CuSO₄. 25

2. Термодинамика фазовых переходов. 33

2.1. Краткая теория. Однокомпонентная система. 33

2.2. Лабораторная работа 3. Определение теплоты испарения жидкости динамическим методом 36

3. Гетерогенное химическое равновесие. 46

3.1. Краткая теория 46

1.2. Лабораторная работа 4. 49

Определение константы равновесия и расчет основных термодинамических величин реакций разложения оксидов никеля и кобальта. 49

4. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем. 61

4.1. Краткая теория. 61

4.2. Лабораторная работа 5. Построение диаграммы состояния бинарной системы фенол-нафталин. 67

5. Электропроводность растворов электролитов. 79

5.1. Краткая теория 79

5.2. Лабораторная работа 6. Электропроводность растворов электролитов. 87

5.3. Лабораторная работа 7. Числа переноса ионов в растворах электролитов. 92

6. Электрохимическое равновесие электрод-электролит 96

6.1. Краткая теория 96

6.2. Лабораторная работа 8. Измерение электродных потенциалов и ЭДС гальванических элементов. 103

7. Химическая кинетика 109

7.1. Краткая теория 109

7.2. Лабораторная работа 9. Определение скорости реакции омыления уксусноэтилового эфира. 113

7.3. Лабораторная работа 10. Определение скорости реакции инверсии тростникового сахара. 122

Введение

Физическая химия, возникшая на стыке двух фундаментальных разделов естествознания – физики и химии, устанавливает взаимосвязь между протеканием химических реакций и изменением энергии, занимается проблемами строения вещества и его свойствами в различных состояниях. В процессе становления физической химии такие её разделы, как химическая термодинамика, кинетика и катализ, квантовая химия, электрохимия, кристаллохимия, химия твердого состояния, радиохимия и другие выделились в самостоятельные научные направления. Будучи вполне самостоятельным, каждое из этих направлений связано с другими областями химического знания и входит в определенную иерархическую систему химических наук, которая и образует современную химию. Единой универсальной связкой этих наук являются методы физической химии.

Подготовка специалистов химиков включает освоение ими методов физической химии и приобретение навыков и умений по применению этих методов на практике для решения химических задач. Последнее означает, что важнейшей стороной подготовки является овладение студентами техникой физико-химического эксперимента.

Необходимость создания настоящего учебного пособия продиктована значительным обновлением материальной базы физико-химического практикума кафедры физической химии. В рамках выполнения инновационной образовательной программы УрГУ (2007 – 2008 гг.) и позднее – программы развития УрФУ было закуплено новое лабораторное оборудование, на основе которого были поставлены новые работы и значительно модернизированы существующие.

Настоящее пособие является руководством к практическим занятиям по общему курсу физической химии и обобщает многолетний опыт проведения лабораторных работ на кафедре физической химии Уральского государственного университета.

Главная задача практикума – привить студентам необходимые экспериментальные навыки физико-химического эксперимента, связанного с измерением физических величин, характеризующих химические превращения. Немаловажной задачей является также закрепление у студентов знаний, полученных в лекционном курсе физической химии. Для решения этих задач в руководство включены лабораторные работы, иллюстрирующие основные экспериментальные подходы при исследовании теплот химических реакций, термодинамики фазовых переходов, диаграмм состояния, электрохимии растворов, химической кинетики и др.

Каждой лабораторной работе предшествует краткая теория, которая лежит в основе эксперимента и необходима для осмысленного выполнения работы. Однако эти вводные разделы не претендуют на систематическое изложение всего теоретического материала и не могут заменить курса лекций и имеющуюся учебную литературу. Затем идет описание приборов и реактивов, используемых при выполнении работы, и порядка ее выполнения. Завершают описание каждой лабораторной работы методические указания по составлению отчета. Для ряда работ в качестве приложений даны примеры отчетов, выполненных в среде компьютерной математики Maple, позволяющей одновременно представлять результаты работы в виде текста, рисунков, электронных таблиц и графиков, осуществлять необходимые расчеты, включая статистическую обработку результатов измерений.

Авторы признательны инженерам кафедры физической химии В. В. Середе и Н. С. Сарычевой, которые внесли существенный вклад в развитие и постановку лабораторных работ, описанных в настоящем пособии.