527

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Пермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д.Н. Прянишникова

Л.П. Юнникова, Н.Н. Яганова, И.Д. Якимова

ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ

ХИМИЯ

Лабораторный практикум

Пермь

ИПЦ «Прокростъ»

2017

УДК 541.1 (075) + 541.18 (075) ББК 24.5

Ю 539

Рецензенты:

Е.В. Пименова, кандидат химических наук, доцент, зав. кафедрой экологии ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ;

А.Б. Шеин, доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой физической химии ФГБОУ ВО ПГНИУ.

Ю 539 Юнникова, Л.П.

Физическая и коллоидная химия : лабораторный практикум / Л.П. Юнникова, Н.Н. Яганова, И.Д. Якимова; М-во с.-х. РФ, федеральное гос. бюджетное образов. учреждение высшего образов. «Пермский гос. аграрно-технолог. ун-т. им. акад. Д.Н. Прянишкова» – Пермь : ИПЦ «Прокростъ», 2017. – 102 с.

ISBN 978-5-94279-367-8

В издании приведены планы подготовки к занятиям и описания лабораторных работ с использованием различного оборудования и веществ. Часть лабораторных работ содержит небольшие проблемные ситуации, решение которых позволяет студентам активно освоить курс физической и коллоидной химии. В приложении представлены необходимые для расчетов справочные материалы.

Лабораторный практикум предназначен для студентов высших учебных заведений по направлениям подготовки 38.03.07 Товароведение, 35.03.03 Агрохимия и агропочвоведение, 35.03.04 Агрономия.

УДК 541.1 (075) + 541.18 (075) ББК 24.5

Утверждено в качестве лабораторного практикума на заседании методической комиссии факультета почвоведения, агрохимии, экологии и товароведения ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ (протокол № 8 от 21.03.2017).

Учебное издание

Юнникова Лидия Петровна, Яганова Надежда Николаевна, Якимова Ирина Дмитриевна

ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Подписано в печать 03.11. 17. Формат 60×84 1/16. Усл. печ. л. 6,38. Тираж 100 экз. Заказ № 146

ИПЦ «Прокростъ»

Пермского государственного аграрно-технологического университета имени академика Д.Н. Прянишникова,

614990, Россия, г. Пермь, ул. Петропавловская, 23 тел. (342) 210-35-34

© ИПЦ «Прокростъ», 2017

© Юнникова Л.П., 2017

ISBN 978-5-94279-367-8 © Яганова Н.Н., 2017

© Якимова И.Д., 2017

2

СОДЕРЖАНИЕ Введение……………………………………………….…….. 5 Принятые сокращения……………………………….….…... 8 Раздел 1. Физическая химия………………………………... 9

Тема I. Химическая термодинамика……………………….…. 9

Лабораторная работа № 1. УИРС. Определение термодинамических констант органических соединений рефрактометрическим методом………...…………………... 9

Тема II. Свойства растворов…………………………………... 27

Лабораторная работа № 2. Определение температуры замерзания растворов……………………..………………… 29 Лабораторная работа № 3. Осмос и осмотическое давление……………………..……………………………….. 31 Лабораторная работа № 4. Потенциометрическое определение константы и степени диссоциации уксусной кислоты……...………………………………………………… 32 Лабораторная работа № 5. Буферные растворы..……...….... 34

Тема III. Электропроводность растворов…………………… 36

Лабораторная работа № 6. Кондуктометрическое определение степени и константы электролитической диссоциации слабого электролита …...……….…………….. 37

Тема IV. Электрохимия………………………………………..…. 39

Лабораторная работа № 7. Определение стандартного потенциала стеклянного электрода…………………..…….. 39 Лабораторная работа № 8. УИРС. Определение окислительно-восстановительного потенциала и водородного показателя химического и биологического объектов………………………………………………………. 42 Лабораторная работа № 9. Потенциометрическое титрование сильной кислоты сильной щелочью…………... 46 Лабораторная работа № 10. Потенциометрическое определение концентрации иона в исследуемом растворе……………………………………………………...... 49

Тема V. Адсорбция…………………………………………………. 52

Лабораторная работа № 11. Адсорбция………………..…… 52 Лабораторная работа № 12. УИРС. Адсорбция уксусной кислоты почвой…………………………………………….. 56 Лабораторная работа № 13. Бумажная хроматография

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторные работы являются важным этапом учебного процесса, совершенствующим теоретическую и практическую подготовку будущего специалиста.

Целью лабораторных работ по физической и коллоидной химии является овладение техникой экспериментальных исследований и методиками обработки результатов анализа. Студенты должны научиться работать с лабораторным оборудованием и с контрольноизмерительными приборами.

Дисциплина способствует формированию следующих компетенций:

5

Врезультате освоения дисциплины студент должен:

знать:

химические растворы (растворы, электрохимические системы, каталитические системы, коллоидные растворы);

химическую термодинамику;

скорость реакции и методы ее регулирования;

классификацию химических соединений;

строение и реакционную способность;

химические и физико-химические методы установления строения вещества и его качественного и количественного анализа.

уметь:

оценивать возможные отрицательные последствия на окружающую среду производственной деятельности, связанную с использованием экологически опасных веществ;

контролировать качество опасных веществ;

контролировать качество отходов сельскохозяйственного производства и оценить их влияние на окружающую среду.

прогнозировать поведение химическое соединений;

определять качественный и количественный состав простых и сложных веществ.

владеть навыками:

определения водородного показателя и окислительновосстановительных потенциалов;

приготовления растворов с заданной концентрацией;

написания химических формул и реакций;

6

проведения качественного и количественного химического и физико-химического анализа.

Для успешного выполнения лабораторной работы студент предварительно должен изучить теорию по теме, для этого в каждой главе представлены контрольные вопросы. В ходе выполнения лабораторной работы внимательно следовать инструкции, соблюдать правила безопасной работы в лаборатории, внимательно записывать результаты анализа и проводить математические расчеты. После выполнения лабораторной работы представить результаты эксперимента преподавателю.

7

Принятые сокращения

ВМС – высокомолекулярные соединения; Д.с. – дисперсная среда; Д.ф. – дисперсная фаза;

ДЭС – двойной электрический слой; Кв – ионное произведение воды; Кк – константа диссоциации кислоты;

Ко – константа диссоциации основания; Ох – окислитель; РА – атомная поляризация;

Рд – деформационная поляризация; Роб – общая мольная поляризация; Рор – ориентационная поляризация; РЭ – электронная поляризация; рН – водородный показатель;

рОН – гидроксильный показатель; Red – восстановитель;

УИРС – учебно-исследовательская работа студента; ЭДС – электродвижущая сила.

8

РАЗДЕЛ 1. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Тема I. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Лабораторная работа № 1

УИРС. Определение термодинамических констант органических соединений рефрактометрическим методом

Контрольные вопросы по теме:

1.Что такое показатель преломления? Как его измерить?

2.Что называется поляризацией? Какие виды поляризации вы знаете?

3.Что можно вычислить, используя значения показателя преломления и диэлектрической проницаемости?

4.Что вы знаете о диэлектрической проницаемости жидкостей? Какие свойства молекул отражает диэлектрическая проницаемость?

5.Что такое дипольный момент? Причины его возникновения.

6.Какие молекулы называются полярными и неполярными?

7.Как рассчитать дипольный момент молекулы?

8.Что называется общей молярной поляризацией? Как ее вычислить?

9.Что называется молекулярной рефракцией? Как ее определить?

10.В чем состоит аддитивность молекулярной рефракции? Для решения каких задач используют аддитивность молекулярной рефракции?

11.Что такое критическая температура для газов? Как ее вычислить рефрактометрическим методом?

9

12.Что такое мольная теплоемкость? Как ее вычислить рефрактометрическим методом?

13.Что такое тепловой эффект сгорания 1 моля вещества? Как его вычислить рефрактометрическим методом?

Цель работы: определение для исследуемого вещества изменения энтальпии при сгорании (∆Нºсгор), мольной теплоемкости (ср) и критической температуры (tкрит).

Оборудование: рефрактометр.

Реактивы: н-амиловый спирт, изо-амиловый спирт, ацетон, н-бутиловый спирт, изобутиловый спирт, н-гексан, н- гептан, глицерин, муравьиная кислота, н-пентан, н- пропиловый спирт, изопропиловый спирт, уксусная кислота, этиловый спирт.

Рефрактометрия – совокупность методов исследования вещества на основе измерения его показателя преломления

(n).

Луч видимого света на границе перехода из одной прозрачной среды (I) в другую прозрачную среду (II) с большей плотностью меняет свое направление, т.е. преломляется (рис.1). Отношение синуса угла падения (sin α) к синусу угла преломления (sin β) называется

относительным показателем преломления среды (nотн).

Показатель преломления (λ) зависит от длины волны падающего света, температуры, давления, состава и строения вещества.

10