Министерство образования Нижегородской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Дзержинский химический техникум им. Красной Армии»

Методические указания

к выполнению практических занятий

по дисциплине «Физическая и коллоидная химия»

Специальность 18.02.11

«Технология пиротехнических составов и изделий»

2016– 2017 уч. Год

Введение

Данные методические указания разработаны для студентов техникума, обучающихся по специальности 18.02.11 «Технология пиротехнических составов и изделий». В данном сборнике представлено описание практических занятий, которые предлагаются к выполнению при изучении дисциплины «Физическая и коллоидная химия». Выполнение этих занятий необходимо для комплексного освоения студентами этой дисциплины и привития им практических навыков в использовании физико-химических методов исследования.

Цель: наиболее тесно связать вопросы теории с практикой, показать направляющую роль теории в опыте и научить студента пользоваться математическим аппаратом в экспериментальной работе.

В ходе выполнения практических занятий студенты должны освоить следующие теоретические сведения и практические навыки и умения:

Студент должен знать:

1.Практическое занятие № 1

- основные законы идеальных газов, уравнение состояния идеальных газов

- параметры газообразного состояния (давление, объем, температура), их единицы измерения

- стандартное и нормальное состояние веществ

2. Практическое занятие № 2

- понятия и параметры газовых смесей

- закон Дальтона

3. Практическое занятие № 3

- понятия и параметры газовых смесей

- закон Дальтона

4. Практическое занятие № 4

- понятие теплоемкости, виды теплоемкости

5. Практическое занятие № 5

- виды термодинамических процессов

- понятие теплоты и работы, формулы для расчета

6. Практическое занятие № 6

- понятие теплового эффекта реакции, виды тепловых эффектов

- формулы для расчета тепловых эффектов

7. Практическое занятие № 7

- формулу Коновалова

8. Практическое занятие № 8

- понятия термодинамического потенциала, свободная энергия Гиббса

- формулы для расчета изменения свободной энергии Гиббса

- критерии самопроизвольного протекания процессов

9. Практическое занятие № 9

- основные понятия по занятиям 1 - 8

10. Практическое занятие № 10

- основные понятия химической кинетики: скорость химической реакции, закон действия масс

11. Практическое занятие № 11

- понятие константы скорости химической реакции

- понятие периода полураспада

- интегральные формулы для расчета констант и периода полураспада реакций первого и второго порядков

12. Практическое занятие № 12

- понятие константы равновесия химической реакции

- принцип составления математических зависимостей для расчета констант равновесия химических реакций

13. Практическое занятие № 13

- понятие константы равновесия химической реакции

- принцип составления математических зависимостей для расчета констант равновесия химических реакций

14. Практическое занятие № 14

- принцип Ле-Шателье

15. Практическое занятие № 15

- понятие концентрации

- формулы для определения различных способов определения концентраций

16. Практическое занятие № 16

- понятия осмотического давления и изотонического коэффициента

- закон Вант-Гоффа

- формула для расчета изотонического коэффициента

17. Практическое занятие № 17

- закон Рауля

18. Практическое занятие № 18

- формулы для расчета изменения температур кипения и замерзания растворов

- понятия эбулиоскопической и криоскопической констант

19. Практическое занятие № 19

- понятие простой перегонки, 1 закон Коновалова

20. Практическое занятие № 20

- основные теоретические понятия по занятиям 15 - 19

Студент должен уметь:

1. Практическое занятие № 1

- рассчитывать параметры идеальных газов

2. Практическое занятие № 2

- рассчитывать состав газовой смеси

3. Практическое занятие № 3

- рассчитывать параметры газовых смесей

4. Практическое занятие № 4

- определять теплоемкость газов и их смесей с помощью справочной литературы

5. Практическое занятие № 5

- рассчитывать значения теплоты и работы для различных процессов

6. Практическое занятие № 6

- определять изохорный и изобарный тепловые эффекты реакций

7. Практическое занятие № 7

- рассчитывать теплоты сгорания веществ по формуле Коновалова

8. Практическое занятие № 8

- рассчитывать изменение свободной энергии Гиббса

- делать вывод о возможности самопроизвольного протекания реакции в заданных условиях

9. Практическое занятие № 9

- использовать практические навыки, полученные на занятиях1-8

10. Практическое занятие № 10

- составлять кинетическое уравнение реакции

- рассчитывать скорость реакции

11. Практическое занятие № 11

- рассчитывать константы скорости и период полураспада реакции

12. Практическое занятие № 12

- составлять математическое выражение для расчета константы равновесия химической реакции

- определять значения констант Кс и Кр реакции

13. Практическое занятие № 13

- определять равновесные и начальные концентрации реагирующих веществ в обратимых реакциях

14. Практическое занятие № 14

- делать вывод о направлении смещения химического равновесия с применением принципа Ле-Шателье

15. Практическое занятие № 15

- рассчитывать концентрацию растворов по приведенным данным

16. Практическое занятие № 16

- определять параметры раствора с использованием закона Вант-Гоффа

17. Практическое занятие № 17

- определять параметры раствора с использованием закона Рауля

18. Практическое занятие № 18

- рассчитывать температуры кипения и замерзания растворов

19. Практическое занятие № 19

- проводить анализ диаграмм «состав жидкой смеси – температура кипения»

20. Практическое занятие № 20

- использовать практические навыки, отработанные на занятиях 15 -19

В начале каждого занятия приведены тема и цель. Каждое занятие разделено на две части: теоретическую и расчетную. В теоретической части конспективно представлены основные понятия и формулы по теме, соответствующей практическому занятию. В расчетной части приведено решение типовых задач и примеры для самостоятельно выполнения.

В конце работы представлены требования к оформлению отчета.

В методических указаниях присутствует Приложение, содержащее основные справочные данные, необходимые для выполнения расчетов при решении задач.

Содержание

Наименование занятия	Тема занятия	Стр.
Практическое занятие № 1	Решение задач с использованием законов идеальных газов.	8
Практическое занятие № 2,3	Способы выражения концентрации газовой смеси. Расчет параметров газовой смеси.	11
Практическое занятие № 4	Расчет теплоемкости веществ с использованием справочной литературы.	14
Практическое занятие № 5	Расчет количества теплоты и работы в различных термодинамических процессах	17
Практическое занятие № 6	Расчет тепловых эффектов реакций по справочным данным	20
Практическое занятие № 7	Расчет тепловых теплоты сгорания веществ по формуле Коновалова	22
Практическое занятие № 8	Расчет изменения свободной энергии Гиббса в химических реакциях.	25
Практическое занятие № 9	Подготовка к контрольной работе	27
Практическое занятие № 10	Расчет скорости химических реакций.	28
Практическое занятие № 11	Расчет константы скорости химических реакций.	31
Практическое занятие № 12	Расчет константы равновесия реакции.	34
Практическое занятие № 13	Расчет состава равновесной смеси.	37
Практическое занятие № 14	Принцип Ле-Шателье	40
Практическое занятие № 15	Способы выражения концентрации растворов.	42
Практическое занятие № 16	Расчет осмотического давления растворов.	44
Практическое занятие № 17	Расчеты по закону Рауля.	47
Практическое занятие № 18	Расчет температуры кипения и замерзания раствора.	49
Практическое занятие № 19	Перегонка двойных жидких смесей.	51
Практическое занятие № 20	Подготовка к контрольной работе.	53
Ответы к заданиям для самостоятельной работы		54
ПРИЛОЖЕНИЕ Таблица 1 Таблица2 Таблица 3 Таблица 4 Таблица 5 Таблица 6 Таблица 7 Таблица 8	Таблица логарифмов Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева Термодинамические свойства простых веществ, соединений и ионов в водных растворах Стандартные энтальпии сгорания органических соединений Численные значения термической характеристики Кинетические константы гомогенных реакций Криоскопические и эбулиоскопические константы растворителей Греческий алфавит	55 56 58 59 68 69 70 71 72

Практическое занятие №1 Решение задач с использованием законов идеальных газов.

Цель работы:

^{- изучить параметры состояния газов (давление, температура, объем), основные газовые законы (Бойля-Мариотта, Шарля, Гей-Люссака), основное уравнение идеальных газов;}

- научиться применять газовые законы для описания различных процессов и расчета параметров состояния.

Вопросы для подготовки к занятию:

- основные законы идеальных газов, уравнение состояния идеальных газов

- параметры газообразного состояния (давление, объем, температура), их единицы измерения

- стандартное и нормальное состояние веществ

Ход работы

I. Теоретическая часть

Основные понятия и расчетные формулы.

1. Нормальные условия: р = 1 атм = 760 мм рт ст = 101325 Па

Т = 273 К ( 0 ºC)

Стандартные условия: р = 1 атм = 760 мм рт ст = 101325 Па

Т = 298 К ( 25 ºC)

2. Основное уравнение состояния идеальных газов

m p•V

p•V = —— R •T, или —— = const (1)

М Т

где m – масса газа, кг

p – давление газа, Па

T – абсолютная температура, К ( Т = t° (°С) + 273)

R – универсальная газовая постоянная,

R = 8,314 Дж/(моль•К)= 8314 Дж/(кмоль•К)

II. Практическая часть

II.1 Примеры решения задач

1. Газ под давлением 120000 Па занимает объем 4,5 л. Каково будет давление, если не изменяя температуры, увеличить объем до 0,0055 м³?

Дано: Т = const р1 =120000 Па V1 = 4,5 л V2 = 0,0055 м³ - Р2 - ? Ответ: 98000 Па.

СИ 0,0045 м³

Решение: m p•V p•V = —— R •T, или —— = const М Т Т = const, то есть Т1 = Т2, тогда p1•V1= p2•V2 p1•V1 120000•0,0045 Отсюда p2 = ―――; р2 = ------------------ = 98000 Па V2 0,0055

2. При 37°C объем газа равен 0,5 м³. Какой объем займет газ при 100°C, если давление останется неизменным?

Дано: р = const t1 = 37 °C V1 = 0,5 м³ t2 = 100°C V2 - ? Ответ:0,60 м³

СИ 310 К 373 К

Решение: m p•V p•V = —— R •T, или —— = const М Т Так как р =const, то есть р1 = р2, то Т1/ Т2 = V1/ V2 , Отсюда V2• Т1 = V1• Т2 V1 •Т2 0,5 • 373 V2= ―――; V2 = ------------------ = 0,60 м³ Т1 310

3. При 22°C и 95940 Па объем кислорода равен 20 л. Найти его объем при нормальных условиях.

Дано: р1= 93280 Па t1 = 22 °C V1 = 20л t0 = 0°C р0= 101325Па V0 - ? Ответ:0,0175м³

СИ 295 К 0,02 м³ 273 К

Решение: m p•V p•V = —— R •T, или —— = const М Т Тогда: pо•Vо p1•V1 ——— = ---------- То Т1 Отсюда: pо•Vо •Т1 = То•p1•V1, p1•V1 •То 95940 •0,02• 273 Vо= --------------; Vо = ------------------------ = 0,0175 (м³) pо • Т1 101325• 295

4. Найти плотность хлора при давлении 1 Мпа и температуре 50 °С.

Дано: Вещество: Cl2 р = 1 Мпа t = 50 °C ρ - ? Ответ: 11,544 кг/м3

СИ 1000000 Па 323 К

Решение: m p•V p•V = —— R •T, или —— = const М Т Плотность определяется по формуле: ρ = m/V, отсюда m = ρ •V. Подставим значение m в уравнение состояния, получим: ρ •V p•V = —— • R •T , p •V •М = ρ •V• R •T М p •V •М p •М ρ = ------------- = ----------; М(Cl2) = 31 г/моль = 0,031 кг/моль V• R •T R •T 1000000 •0,031 ρ = ------------------------- = 11,544 (кг/м3) 8,314 •323

5. Найти массу воздуха (Мв = 29 г/моль), который занимает при стандартных условиях объем 500л.

Дано: Вещество: Воздух Мв=29 г/моль р = 101325 Па t = 25 °C V= 500 л m - ? Ответ: 593 г

СИ 0,029 кг/моль 298 К 0,5 м3

Решение: m p•V p•V = —— R •T, или —— = const, отсюда: М Т p •V •М p •V •М = m• R •T ; m = ------------- R •T 101325•0,5•0,029 m = ------------------------ = 0,593 (кг) = 593 г 8,314•298