- •Н.П. Морозова Физическая и коллоидная химия Вопросы, тесты и задачи
- •Введение.
- •Программа курса физической и коллоидной химии
- •Физическая химия
- •1.2.Агрегатное состояние вещества
- •1.3. Основы химической термодинамики и термохимии
- •1.4. Химическая кинетика. Катализ. Фотохимия
- •1.5. Растворы
- •1.6. Электрическая проводимость растворов электролитов
- •1.7. Электрохимия
- •1.8. Поверхностные явления
- •2. Коллоидная химия
- •Общая характеристика коллоидов и их свойства
- •2.2. Теория коллоидных систем
- •2.3. Изменение состояния коллоидных систем
- •2.4. Растворы высокомолекулярных соединений (вмс)
- •2.5. Микрогетерогенные системы. Гели и студни. Полуколлоиды
- •Агрегатные состояния веществ Ответьте на вопросы:
- •Задания с выбором ответа
- •Решение типовых задач
- •Химическая термодинамика и термохимия Ответьте на вопросы:
- •Задания с выбором ответа:
- •Решение типовых задач
- •Кинетика Ответьте на вопросы:
- •Задания с выбором ответа
- •Химическое равновесие – это состояние обратимой реакции, при котором:
- •Катализатор:
- •Методические рекомендации к решению заданий Типовые задания
- •4. Растворы
- •4.1. Растворы электролитов Ответьте на вопросы:
- •Задания с выбором ответа:
- •Буферными свойствами обладает система, состоящая из:
- •Как надо изменить концентрацию ионов водорода в растворе, чтобы рН раствора увеличился на единицу:
- •Сколько ионов водорода содержится в 1 л раствора, рН которого равен 13?
- •Решение типовых задач
- •II способ:
- •1 Способ:
- •2 Способ:
- •4.2. Растворы неэлектролитов Ответьте на вопросы:
- •Задания с выбором ответа
- •Закон Рауля определяет зависимость давления пара над раствором от:
- •Изотонический коэффициент в бесконечно разбавленном растворе CuCl2 равен….
- •Осмотическое давление раствора глицерина с молярной концентрацией 0,1 моль/л при 250с равно ______ кПа.
- •Основные величины, используемые для решения задач на растворы неэлектролитов
- •Решение типовых задач
- •5. Электропроводность Ответьте на вопросы:
- •Задания с выбором ответа
- •6. Электрохимия Ответьте на вопросы:
- •Электрод, который применяется для определения рН …
- •7. Поверхностные явления. Ответьте на вопросы:
- •Задания с выбором ответа
- •Задания с выбором ответа
- •Способность дисперсной системы противостоять силе тяжести, называется кинетической или __________ устойчивостью.
- •Метод седиментационного анализа на основе уравнения Стокса позволяет определить______ частиц дисперсной фазы.
- •Методы получения дисперсных систем, основанные на объединении более мелких частиц в более крупные, называются…
- •9. Устойчивость и коагуляция коллоидных систем Ответьте на вопросы:
- •Задания с выбором ответа
- •Что называется коагуляцией?
- •Коагулирующее действие на золь, полученный по реакции
- •Минимальная концентрация электролита необходимая для коагуляции определенного количества коллоидного раствора за определенный промежуток времени, называется _____ коагуляции
- •Правило Дюкло-Траубе наиболее наглядно характеризует изменение поверхностного натяжения растворов…
- •Ядро противоионы
- •Микрогетерогенные системы.
- •Ответьте на вопросы:
- •Задания с выбором ответа
- •Что такое изоэлектрическое состояние полиэлектролита в растворе?
- •Что такое изоэлектрическая точка белка
- •Решение типовой задачи
- •Приложение
- •В водных растворах при 298 к Возрастает восстановительная способность атомов металлов
- •Возрастает окислительная способность катионов металлов Содержание
- •Физическая и коллоидная химия
- •214000. Смоленск, ул.Б.Советская, 10/2
- •214000, Смоленск, ул.Б.Советская, 10/2
Приложение
Таблица 1. Основные физические постоянные
Постоянная Авогадро |
NA = 6,02 ∙ 1023 моль-1 |
Универсальная газовая постоянная |
R = 8.31Дж/(моль∙К) или кПа ∙л∙К моль-1 |
Постоянная Больцмана |
k = R/NA = 1.38 ∙ 10 -23 Дж/К |
Нормальный молярный объём газа |
V 0 = 22.4 моль/л |
Постоянная Фарадея |
F = 9.65 ∙ 104 Кл/моль |
Таблица 2. Соотношение между единицами СИ и другими (внесистемными) единицами измерения физических величин
Внесистемные |
Единицы СИ |
Внесистемные |
Единицы Си |
Единицы длины |
Единицы мощности |
||
1А0 |
1×10-10 м |
1 лош.сила |
735,499 Вт |
1 мк |
1×10-6 м |
1 эрг/с |
10-7 Вт |
1 мм |
1×10-3 м |
1 кал/с |
4,19 Вт |
1 см |
1×10-2 м |
Единицы энергии |
|
1 км |
1×103 м |
1электрон-вольт |
1,602×10-19 Дж |
Единицы массы |
1 калория |
4,87 Дж |
|
1 а.е.м. |
1,6605×10-27 кг |
1 кДж |
1×103 Дж |
1 г |
1×10-3 кг |
1 эрг |
10-7 Дж |
1 центнер |
1×102 кг |
Единицы плотности |
|
1 тонна |
1×103 кг |
1г/л |
1 кг/м3 |
Единицы времени |
1 г/см3 |
1×103 кг/м3 |
|
1 мин |
60 с |
Единицы площади |
|
1 ч |
3600 с |
1 мм2 |
1×10-6 м2 |
Единицы объема |
1 см2 |
1×10-4 м2 |
|
1 мл |
1×10-6 м3 |
1 га |
1×104 м2 |
1 см3 |
1×10-6 м3 |
1 км2 |
1×106 м2 |
1 л |
1×10-3 м3 |
Единицы молярной массы |
|
Единицы давления |
1 г/моль |
1 кг/моль × 10-3 |
|
1 атм |
1,01325×105 Па |
Единицы молярной концентрации |
|
1 кПа |
1×103 Па |
1 моль/л |
1×103моль/м3 |
1 гПа |
1×102 Па |
Единицы удельной электрической проводимости |
|
1 мм рт.ст |
133,3 Па |
1 См/см |
1×102 См/м |
кгк/м2 |
9,810665 Па |
1 См×см2/моль |
1×10-4 См×м2/моль |
н/м2=1Дж/м3 |
1 Па |
Удельное электрическое сопротивление |
|
кгс/см2 |
98066,5 Па |
Ом×мм2/м |
10-6 Ом×м |
1Мпа |
106 Па |
Ом/см |
10-2 Ом×м |
1 бар |
105 Па |
|
|
1 дин/см2 |
0,1 Па |
|
|
Таблица 3.Плотность водных растворов некоторых неорганических веществ при 200С
ω,% |
ρг/мл |
ω,,% |
ρг/мл |
ω,,% |
ρг/мл |
НС1 |
H2SO4 |
30 |
1.180 |
||
5,0 |
1.023 |
4,44 |
1.023 |
40 |
1.254 |
10,0 |
1.047 |
11,32 |
1.066 |
50 |
1.335 |
15,0 |
1.073 |
15,0 |
1.102 |
KOH |
|
20,4 |
1.098 |
20,0 |
1.139 |
4,09 |
1.035 |
25,0 |
1.124 |
25,0 |
1.178 |
8,0 |
1.072 |
30,0 |
1.148 |
30,0 |
1.218 |
10,44 |
1.109 |
33,3 |
1.164 |
40,0 |
1.303 |
16,0 |
1.148 |
HNO3 |
50,0 |
1,395 |
20,0 |
1,186 |
|
5,00 |
1,026 |
60,0 |
1,498 |
28,0 |
1,288 |
9,34 |
1,054 |
70,0 |
1,611 |
36,8 |
1,395 |
15,0 |
1,084 |
80,0 |
1,727 |
NaOH |
|
25,23 |
1,115 |
90,0 |
1,813 |
4,4 |
1.054 |
38,0 |
1,120 |
96,0 |
1,840 |
10,0 |
1.109 |
43,24 |
1,277 |
98,0 |
1,841 |
15,8 |
1.164 |
50,0 |
1,310 |
Н3РО4 |
22,0 |
1.219 |
|
60,0 |
1,336 |
5,5 |
1,025 |
30,0 |
1.328 |
68,0 |
1,404 |
10,0 |
1,053 |
40,0 |
1.430 |
|
|
15,0 |
1,082 |
50,0 |
1.525 |
|
|
20,0 |
1,113 |
|
|
Таблица 4.Константы диссоциации некоторых слабых электролитов при 250С
Электролит |
Уравнение диссоциации |
Кд |
Азотистая кислота |
HNO2 ↔ H+ + NO2- |
4,0∙10-4 |
Вода |
H2O«H+ + OH- |
1,8×10-16 |
Кремниевая кислота |
H2SiO3«H+ + HSiO3- HSiO3-«H+ + SiO3 2- |
3,2×10-10 1,6×10-12 |
Муравьиная кислота |
HCOOH«H+ + HCOO- |
1,8×10-4 |
Сернистая кислота |
H2SO3«H+ + HSO3- HSO3-«H+ + SO3 2- |
1,3×10-2 6,0×10-8 |
Сероводородная кислота |
H2S«H+ + HS- HS-«H+ + S2- |
8,9×10-8 1,3×10-13 |
Угольная кислота |
H2CO3«H+ + HCO3- HCO3-«H+ + CO32- |
4,31×10-7 5,61×10-11 |
Уксусная кислота |
CH3COOH« H+ + CH3COO- |
1,86×10-5 |
Фосфорная ортокислота |
H3PO4«H+ + H2PO4- H2PO4-«H+ + HPO42- HPO42-«H+ + PO43- |
7,5×10-3 6,2×10-8 2,2×10-13 |
Фтористоводородная кислота |
HF«H+ + F- |
7,4×10-4 |
Цианистоводородная кислота |
HCN«H+ + CN- |
7,2×10-10 |
Щавелевая кислота |
H2C2O4«H+ + HC2O4- HC2O4-«H+ + C2O42- |
5,9×10-2 6,4×10-5 |
Гидроксид алюминия |
Al(OH)3«Al(OH)2+ + OH- |
1,38×10-9 |
Гидроксид железа (III) |
Fe(OH)3«Fe(OH)2+ + OH- Fe(OH)2+«FeOH2+ + OH- |
1,82×10-11 1,35×10-12 |
Гидроксид свинца |
Pb(OH)2«PbOH+ + OH- PbOH+ «Pb2+ + OH- |
9,55×10-4 3,0×10-8 |
Гидроксид аммония |
NH4OH ↔NH4+ + OH- |
1,79×10-5 |
Таблица 5. Стандартные окислительно-восстановительные
потенциалы Е0 в водных растворах при t = 250С
Название и символ элемента |
Электродный процесс |
Стандартный электродный потенциал Е0, в |
Азот N
|
NO2 + H2O = NO3- + 2H+ +e NO + H2O = HNO2 + H+ +e NO + 2H2O = NO3- + 4H+ +3e NO2 + H2O = NO3- + 10H+ + 8e NH4+ + 3H2O = NO3- + 10H+ +8e HNO3 + H2O = NO3- + 3H+ + 2e |
+ 0,810 +1,004 +0,957 +0,960 +0,870 +0,94 +1,2 |
Алюминий AI |
AI = AI3+ + 3e AI + 2H2O = AIO2- + 4H+ + 3e AI + 4OH- = AIO2- +2H2O +3e |
-1,663 -1,262 -2,35 |
Барий Ва |
Ва = Ва2+ + 2е |
- 2,905 |
Бром Br |
3Br- = Br2 + 2e Br2 + H2O = 2BrO3- + 12H+ +10e |
+1,087 +1,52 |
Железо Fe |
Fe2+ = Fe3+ +e Fe = Fe2+ + 2e Fe = Fe+ + 3e Fe(OH)2 + OH- = Fe(OH)3 + e |
+0,771 -0,440 -0,037 -0,56 |
Иод J |
2J- = J2 + 2e J2 + 6H2O = 2JO3- + 12H+ +10e |
+0,536 +1,197 |
Кадмий Cd |
Cd = Cd2+ + 2e |
-0,404 |
Кислород О |
2Н2О = О2 + 4Н+ +4е О2 + Н2О = О3 + 2Н+ + 2е |
+1,229 +2,07 |
Кобальт Со |
Со = Со2+ + 2е |
-0,28 |
Магний Mg |
Mg = Mg2+ + 2e |
-2,363 |
Марганец Mn |
Mn2+ + 4H2O = MnO4- +8H+ +5e MnO2 + 4OH- = MnO4- + 2H2O +3e MnO2 + H2O +2e = Mn(OH)2 + 2OH- MnO42- = MnO4- + e Mn = Mn2+ +2e Mn2+ + H2O = MnO2 + 4H+ +2e |
+1,51 +0,60 -0,05 +0,564 -1,18 +1,23 |
Медь Cu |
Сu = Cu2+ + 2e CuJ = Cu2+ + J- + e |
+0,34 +0,86 |
Мышьяк As |
HAsO2 + 2H2O = H3AsO4 + 2H+ |
+0,57 (0,559) |
Никель Ni |
Ni = Ni2+ +2e |
-0,250 |
Олово Sn |
Sn = Sn2+ + 2e Sn2+ = Sn4+ +2e |
+0,682 +0,15 |
Перекись водорода Н2О2 |
Н2О2 = О2 + 2Н+ +2е 2ОН- = Н2О2 +2е Н2О2 + 2ОН- = О2 + 2Н2О+ + 2е 3ОН- = НО2- + Н2О +2е |
+0,682 +1,80 -0,08 +0,88 |
Ртуть Hg |
Hg = Hg2+ + 2e Hg22+ = Hg2+ +2e |
+86 +0,92 |
Сера S
|
S2- = S + 2e S2- + 4H2O = SO42- + 8H+ +8e S + 3H2O = H2SO3 + 4H+ +4e S + 4H2O = SO42- + 8H+ +6e H2SO3 + H2O = SO42- + 4H+ + 2e H2S = S + 2H+ + 2e SO32- + 2OH- = SO42- + H2O + 2e 2S2O32- = S4O62- + 2e |
-0,48 +0,149 +0,45 +0,36 +0,17 +0,141 -0,93 +0,1 |
Серебро Ag |
Ag = Ag+ + e |
-0,799 |
Свинец Pb |
Pb = Pb2+ + 2e Pb2+ + 2H2O = PbO2 + 4H+ Pb + SO42- = PbSO4 + 2e PbSO4+H2O = PbO2 +4H+ + SO42-+2e |
-0,126 +1,455 -0,356 +1,685 |
Стронций Sr |
Sr = Sr2+ +2e |
-2,888 |
Фосфор Р |
Н3РО3 + Н2О = Н3РО4 + 2Н+ +2е Ркрас. + Н2О « РО43- + 8Н+ +5е Рбел. + 4Н2О = РО43+ + 8Н+ + 5е |
-0,276 -0,128 -0,156 |
Фтор F |
2F- = F2 + 2e |
+2,87 |
Хлор CI |
2CI- = CI2 +2e CI- +6OH- = CIO3- + 3H2O + 6e CI- + H2O = HCIO + H+ +2e CI- +2OH- = CIO- + H2O + 2e |
+0,63 +1,359 +1,494 +0,88 |
Хром Cr |
Cr = Cr3+ + 3e Cr3+ + 7H2O = Cr2O72- + 14H+ +6e Cr2+ = Cr3+ + e Cr(OH)3 + 5OH- = CrO42- + 4H2O +3e Cr2O72- + 5H2O = 2H2CrO6 + 6H+ +8e |
-0,74 +1,36 (1,33) -0,41 -0,13 +0,54 |
Цинк Zn |
Zn = Zn2+ + 2e |
-0,763 |
Таблица 6.Термодинамические константы некоторых кристаллов.
Вещество |
∆Н0298 кДж/моль |
∆G0298, кДж/моль |
∆S0298, Дж/(моль∙К) |
Ag |
0 |
0 |
43 |
Ag2O |
-31 |
-11 |
122 |
Al2O3 |
-1675 |
-1582 |
51 |
AgNO3 |
-127 |
- |
141 |
Al2(SO4)3 |
-3434 |
-3092 |
239 |
B2O3 |
01406 |
-1184 |
54 |
BaO |
-557 |
-528 |
70 |
BaCO3 |
-1202 |
-1139 |
112 |
C(графит) |
0 |
0 |
6 |
С(алмаз) |
0 |
0 |
2 |
CaO |
-635 |
-604 |
40 |
CaC2 |
-62 |
-67 |
70 |
Ca(OH)2 |
-986 |
-897 |
83 |
Ca3(PO4)(триг) |
-4125 |
-3889 |
236 |
Ca3(PO4)3(монокл) |
-4105 |
-3870 |
241 |
СaCO3 |
-1206 |
-129 |
93 |
Ca(HCO3)2 |
-2344 |
|
155 |
CuO |
-165 |
-127 |
43 |
Cr2O3 |
-1142 |
-1045 |
81 |
Cs2O |
-318 |
-275 |
124 |
CsOH |
-406,5 |
-355 |
78 |
Fe |
0 |
0 |
27 |
FeO |
-266 |
-245 |
57 |
Fe2O3 |
-824 |
-742 |
87 |
Fe3O4 |
-1118 |
-1015 |
146 |
FeCl3 |
-405 |
-336 |
130 |
FeCO3 |
-745 |
-638 |
93 |
Hg |
0 |
0 |
72 |
HgCl2 |
-230 |
-186 |
144 |
Hg2Cl2 |
-265 |
-211 |
196 |
K2O |
-362 |
-193 |
87 |
KOH |
-426 |
-375 |
59 |
Li2O |
-596 |
-560 |
38 |
LiOH |
-485 |
-439 |
43 |
MgO |
-601 |
-569 |
27 |
MnO |
-385 |
-363 |
60 |
Mg(NO3)2 |
-790 |
-683 |
164 |
MgCO3 |
-1096 |
-1029 |
66 |
(NH4)NO3 |
-365 |
-183 |
151 |
NH4Cl |
-315 |
-203 |
95 |
Na2O |
-431 |
-377 |
71 |
NaAlO2 |
-1133 |
-1070 |
71 |
Na2CO3 |
-1132 |
-1048 |
135 |
Na2SiO3 |
-1588 |
-1464 |
114 |
P2O5 |
-2984 |
-2698 |
229 |
PbO |
-219 |
-189 |
66 |
PbO2 |
-277 |
-218 |
72 |
PbSO4 |
-920 |
-813 |
149 |
PbS |
-101 |
-99 |
91 |
Rb2O |
-330 |
-291 |
110 |
RbOH |
-414 |
-364 |
71 |
S(ромб) |
0 |
0 |
32 |
SiO2 |
-861 |
-803 |
28 |
TiO2 (β) |
-944 |
-889 |
50 |
Таблица 7. Термодинамические константы некоторых газов и жидкостей
Вещество |
∆Н0298 кДж/моль |
∆G0298, кДж/моль |
∆S0298, Дж/(моль∙К) |
CO(Г) |
-110 |
-137 |
198 |
CO2(Г) |
-393 |
-394 |
214 |
CS2(Г) |
117 |
67 |
238 |
CCl4(Ж) |
-135 |
-65 |
216 |
C2H2(Г) |
226 |
209 |
200 |
C2H4(Г) |
55 |
68 |
232 |
CH4(Г) |
-75 |
-51 |
186 |
C2H6(Г) |
-85 |
-33 |
230 |
CH3OH(Ж) |
-239 |
-166 |
127 |
COCl2 |
-223 |
-210 |
289 |
Cl2(Г) |
0 |
0 |
223 |
HCl(Г) |
-92 |
-95 |
187 |
HCl(Ж) |
-168 |
-131 |
55 |
H2(Г) |
0 |
0 |
131 |
H2O(Г) |
-242 |
-229 |
189 |
H2O(Ж) |
-286 |
-237 |
70 |
H2O2(Ж) |
-17 |
-120 |
110 |
N2(Г) |
0 |
0 |
192 |
N2O(Г) |
82 |
104 |
220 |
NO(Г) |
91 |
87 |
211 |
NO2(Г) |
33 |
51 |
240 |
N2H4(Г) |
9 |
98 |
304 |
NH3(Г) |
-46 |
-16 |
192 |
O2(Г) |
0 |
0 |
205 |
PH3 |
5 |
13 |
210 |
SO2(Г) |
-297 |
-300 |
248 |
SO3(Г) |
-396 |
-371 |
257 |
H2S(Г) |
-21 |
-34 |
206 |
H2SO4 (Ж) |
-811 |
-609 |
157 |
ж – жидкое состояние; г- газообразное состояние
Таблица 8. Криоскопические (К) и эбуллиоскопические (Э) постоянные К∙кг/моль, некоторых растворителей
Растворитель |
t зам, С0 |
К |
t кип, С0 |
Э |
Вода |
0,00 |
1,86 |
100,0 |
0,52 |
Бензол |
5,45 |
5,07 |
80,2 |
2,57 |
Нитробензол |
5,85 |
6,9 |
211,03 |
5,27 |
Циклогексан |
6,2 |
20,2 |
81,5 |
2,75 |
Диоксан |
12,34 |
4,72 |
100,8 |
3,2 |
Уксусная кислота |
16,64 |
3,9 |
117,8 |
3,1 |
Таблица 9. Потенциалы электродов сравнения
Электрод |
С(КС1) моль/л |
Потенциалы при различных температурах (0С) |
||
18 |
20 |
25 |
||
Хлорсеребряный |
0,1 |
- |
0,29 |
0,29 |
1,0 |
- |
0,24 |
0,24 |
|
насыщ. |
0,199 |
0,20 |
0,20 |
|
Хингидронный |
0,1 |
0,7042 |
0,7027 |
0,6990 |
каломельный |
0,1 нас. |
0,3369 0,2438 |
0,3368 - |
0,3365 - |
Таблица 10.Стандартные электродные потенциалы