Физическая химия в дорожном материаловедении. Лабораторный практикум для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство» профиль «Производст

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ»

С.И. Сохина, Ю.А.Ташкинов

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ в дорожном материаловедении

Лабораторный практикум

Макеевка 2020

УДК 525.7/8:544(076)

ББК 39.311:24.5я7

С 54

Рекомендовано к изданию Советом факультета инженерных и экологических систем в строительстве Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры» 25 июня 2020 г., протокол №10

Рецензенты:

В.И. Нездойминов, доктор технических наук, профессор, заведующий

кафедрой водоснабжения, водоотведения и охраны водных ресурсов.

В.И. Братчун, доктор технических наук, профессор, заведующий

кафедрой автомобильных дорог и аэродромов.

С 54 Сохина С.И. Физическая химия в дорожном материаловедении :

лабораторный практикум для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство» профиль «Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций» всех форм обучения / С.И. Сохина, Ю.А. Ташкинов. – Макеевка: ДонНАСА, 2020. – 52 с.

Содержит практический и экспериментальный материал для подготовки к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Физическая химия в дорожном материаловедении» в соответствии с программой, утвержденной Министерством образования. Лабораторный практикум включает 6

лабораторных работ, которые позволяют усвоить основные понятия и законы физической химии, овладеть техникой химических расчетов, выработатьнавыки выполнения химических экспериментов и обобщений наблюдаемых явлений.

УДК 525.7/8:544(076)

ББК 39.311:24.5я7 © С.И. Сохина,

Ю.А. Ташкинов, 2020 © ГОУ ВПО «ДОННАСА», 2020

2

3

ПРАВИЛА РАБОТЫ В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ [4]

Все работы в лаборатории выполняются студентами индивидуально. За каждым студентом закрепляется определенное рабочее место и набор посуды.

Во время работы необходимо соблюдать тишину и чистоту, а после выполнения привести в порядок посуду и рабочее место.

Необходимые для работы реактивы выставляются на рабочих местах, а

реактивы общего пользования хранятся на специальных полкахили в вытяжных шкафах. Реактивы общего пользования запрещается уносить на рабочие места.

Следует помнить: химическая лаборатория – место серьезной

работы!

Для успешного выполнения лабораторных опытов необходимо придерживаться следующих правил:

а) опыты проводить строго в соответствии с инструкциями;

б) начинать выполнение опыта только тогда, когда подготовлено все необходимое для его проведения;

в) посуду с реактивами не переносить с места на место, а сразу же ставить там, где они должны находиться во время выполнения опыта;

г) взятые для опыта реактивы нельзя отливать в посуду, где они хранятся;

д) рабочее место следует держать в чистоте;

ж) не проводить опыты, которые не имеют отношения к выполняемой лабораторной работе.

4

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

1.Работы с отравляющими и сильно пахнущими веществами проводить в вытяжном шкафу.

2.Работы с эфиром, спиртом, ацетоном, бензолом и другими воспламеняющимися веществами проводить далеко от огня.

3.Сосуды с горючимиили легковоспламеняющимися веществами нельзя ставить возле включенного прибора.

4.Концентрированные растворы отмерять цилиндрами или по массе, но не пипетками.

5.При разбавлении концентрированной серной кислоты водой приливать кислоту к воде тонкой струей при постоянном перемешивании и охлаждении, а

не наоборот.

6.Не оставлять нагревательных приборов без присмотра.

7.Бережно обращаться с химической посудой и предметами оборудования, не пользоваться битой посудой.

8.Сливать кислоты и ядовитые вещества не в раковину, а в специальные емкости.

9.Выбрасывать твердые отходы не в раковину, а в специальные мусоросборники.

10.Знать технику пожаротушения и место нахождения противопожарных

средств: огнетушителя, песка.

11. Знать правила оказания первой помощи пострадавшим от несчастных случаев.

12. После окончания пользования водой, газом, электронагревательными приборами необходимо закрыть краны и отключить электроприборы.

5

ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ ПРИ НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЯХ

1.При порезах стеклом следует удалить его обломки из раны, смазать место пореза 3%-м спиртовым раствором йода и перевязать.

2.При ожогах пламенем горелки или нагретыми предметами следует немедленно положить на обожженное место ватуили марлю, хорошо смоченную этиловым спиртом или 2 – 5 %-м раствором марганцевокислого калия или 5 %-м раствором танина. Не следует смачивать обожженное место водой.

3.При попадании кислот и щелочейна кожу необходимо обмыть пораненное место вначале большим количеством воды, апотом в случае ранения кислотой промыть 5 %-м раствором гидрокарбоната натрия, а в случае попадания щелочи – 1 - 2%-м раствором уксусной или борной кислоты.

4.При попадании в глаза брызг кислоты или щелочи необходимо промыть глаз большим количеством воды, а затем 3 %-м раствором гидрокарбоната натрия (если попала кислота) или насыщенным раствором борной кислоты (если попала щелочь).

5.При ожогах кожи разъедающими органическими веществами необходимо быстро смыть их большим количеством подходящего органического растворителя (этиловым спиртом).

6.В случае вдыхания хлора или паров брома необходимо прополоскать рот 3%-м раствором карбоната натрия и взвесью оксида магния в воде.

Соблюдать покой, производить вдыхание кислорода.

7.Во всех случаях отравлений, ожогов и ранений после оказания первой помощи в лаборатории потерпевшего немедленно отправить в поликлинику.

8.О каждом случае травматизма следует сообщать преподавателю.

6

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Выполнение лабораторных работ – важный этап в изучении курса физической химии, главное средство овладения теоретическими и методическими идеями курса. В настоящих методических указаниях нашли отображение важнейшие разделы курса и работы, представляющие непосредственный интерес для студентов специальности ПСКИМ, поскольку курс физической химии является теоретическим фундаментом этой специализации. Здесь студент осваивает методы физико-химического исследования, экспериментальное обоснование теоретических положений курса, постигает путь исследований: постановка задачи – эксперимент (опыт) –

обобщение – объяснение.

Методические указания не содержат теоретических объяснений,

поскольку выполнение лабораторной работы не должно сводиться к проверке готовых теоретических и экспериментальных фактов, а должно направлять студента на самостоятельный поиск этих фактов.

Поэтому выполнению каждой работы должен предшествовать процесс подготовки к ней, включающий в себя изучение целей и задач работы,

теоретических положений, на которых базируется ее выполнение, выбор путей и методов проведения эксперимента.

Если это возможно - качественно оценить результаты (например, порядок величины) и закономерности измерения (например, постоянство, изменение по линейному, экспоненциальному, параболическому закону и т.п.).

В процессе подготовки студенты изучают инструкцию к лабораторной работе по настоящим методическим указаниям, теоретический материал по конспекту лекций, рекомендованным учебникам и учебным пособиям, решают типичные задачи, предложенные преподавателем (или дополнительно выбранные самостоятельно).

7

Такая предварительная подготовка является совершенно необходимой,

так как работа в физико-химической лаборатории лишь тогда имеет смысл,

когда она выполняется сознательно.

На лабораторном оборудовании работа в лаборатории предусматривает проведение эксперимента, включая измерения, расчеты, обработку и обобщение результатов.

Экспериментальная часть работы выполняется после предварительного собеседования с преподавателем, которому студент показывает знания теоретических основ работы, рациональный выбор методики проведения эксперимента и обработки результатов с экономным распределением времени,

материалов и реактивов.

Материалы и реактивы должны использоваться в оптимальных количествах, обеспечивающих надежное получение результатов, и по возможности с минимальным количеством параллельных определений.

Экономия времени достигается за счет рационального программирования расчетов с использованием электронных вычислительных программ,

исключения бессмысленных параллельных опытов, качественной предварительной подготовки к работе.

Результатом выполнения работы должно быть обобщение и объяснение данных эксперимента и, если это предусмотрено целями и задачами работы,

нахождение закономерностей хода явления, химического,

термодинамического, технологического и других процессов.

Все расчеты и окончательные данные работы должны быть представлены в отчете в СИ.

8

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА О ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Лабораторные работы выполняются студентами индивидуально (в

отдельных случаях каждый студент выполняет часть общей работы, а

результаты обобщает при обсуждении). Выполнение лабораторной работы сопровождаются записями в лабораторном журнале, где указывается название работы, дата выполнения, цели и задачи, записываются основные формулы и уравнения, использованные при расчетах.

Экспериментальные данные заносят в таблицы. Здесь выполняют необходимые расчеты и графические построения, оценивают точность измерений по вычисленной ошибке (расчет ошибки измерений выполняют по методике, изложенной в отдельном пособии). После выполнения работы эти результаты в журнале подписываются преподавателем.

Лабораторный журнал является документом, удостоверяющим выполнение работы, и хранится у студента.

9

Лабораторная работа №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ РАСТВОРЕНИЯ СОЛИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ РАСТВОРЕНИЯ

НЕИЗВЕСТНОГО ВЕЩЕСТВА

Цель работы: определить интегральную теплоту растворения безводного сульфата меди и его кристаллогидрата.

Теоретическая часть [1]

При растворении соли в воде наблюдается или поглощение, или выделение тепла. При этом происходят, одновременно следующие процессы:

1.Разрушение кристаллической решетки вещества (происходит поглощение тепла в количестве, равном Q1 – эндотермический процесс).

2.Гидратация ионов (сопровождается выделением определенного количества тепла, равное Q2 – экзотермический процесс).

Теплота растворения соли равна алгебраической сумме тепловых

Соединения, обладающие прочной кристаллической решеткой и слабо гидратирующиеся в растворе, будут растворяться с поглощением тепла.

Соединения с непрочной кристаллической решеткой или образующие в растворе сильно гидратированные ионы, например, ионы водорода или гидроксида, будут растворяться с выделением тепла.

Теплота растворения вещества повышается с увеличением количества растворителя, приходящегося на один моль растворяемого вещества. Если же на один моль вещества приходиться более 100-300 молей растворителя, то дальнейшее разбавление раствора очень слабо изменяет значение теплоты растворения.

10