МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Уральский государственный экономический университет

ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ

Методические указания к лабораторным работам

для студентов факультета сокращенной подготовки

УТВЕРЖДАЮ Первый проректор университета

А.Т. Тертышный

Екатеринбург

2004

СОДЕРЖАНИЕ

1.Ведение. … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … …3

2.Лабораторная работа №1. Термохимия. … … … … … … … … … … …4

1.1.Определение интегральной теплоты растворения соли … … … … .5

1.2.Определение теплового эффекта реакции нейтрализации. … … … 9

3.Лабораторная работа №2. Кинетика химических реакций. … … … … 14

2.1.Определение энергии активации каталитического разложения пе-

роксида водорода. … … … … … … … … ...… … … … … … ... ...14

4.Лабораторная работа №3. Растворы неэлектролитов. … … … … … …20

4.1.Определение молекулярной массы вещества криоскопическим методом. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 20

4.2.Вязкость жидкостей. … … … … … … … … … … … … … … … .25

5.Лабораторная работа №4. Определение электропроводности растворов электролитов. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 29

5.Лабораторная работа №5. Потенциометрические измерения. … … … ..34

5.1.Определение электродвижущей силы и максимально-полезной работы медно-цинкового элемента … … … … … … … … … … ..36

5.2.Определение потенциалов электродов. … … … … … … … … … .40

5.3.Потенциометрическое определение рН растворов. … … … … … .43

6.Лабораторная работа №6. Поверхностные явления и адсорбция. … … .47

6.1.Определение поверхностного натяжения растворов. … … … … ...47

6.2.Адсорбция уксусной кислоты на активированном угле. … … … ...54

7.Лабораторная работа №7. Получение и коагуляция золей. … … … … .60

8.Лабораторная работа №8. Исследование процесса набухания полимеров.

…… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 67

8.1.Набухание зерна (гороха) в воде. … … … … … … … … … … … 69

8.2.Набухание желатина в воде. … … … … … … … … … … … … …71

8.3.Набухание лапши в воде. … … … … … … … … … … … … … …73

8.4.Набухание резины в органическом растворителе. … … … … … ...74

2

ВВЕДЕНИЕ

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

Лабораторные работы по физической и коллоидной химии позволяют глубже и полнее вникнуть в физико-химические процессы, овладеть основными законами физической химии. Они обычно проводятся параллельно с изучением теоретического курса физической и коллоидной химии.

Настоящее пособие составлено в соответствии с программой по физической и коллоидной химии для студентов товароведных и технологических специальностей.

Пособие составлено по основным темам изучаемого курса физической и коллоидной химии. В начале каждой работы даются теоретические положения, необходимые для выполнения лабораторных работ. Приводятся описание лабораторных работ, вопросы к лабораторным работам, программы коллоквиумов и список литературы для изучения теоретических разделов.

Данное пособие позволяет студентам самостоятельно подготовиться к лабораторному практикуму, оформить лабораторный журнал и выполнить лабораторную работу.

3

Лабораторная работа №1

ТЕРМОХИМИЯ

Протекание химических процессов сопровождается энергетическими изменениями, которые приводят к выделению (экзотермические процессы) или поглощению (эндотермические процессы) теплоты. Величина теплового эффекта зависит от условий протекания процесса. Различают тепловой эффект QP (процесс протекает при постоянном давлении) и QV (процесс протекает при постоянном объеме).

В естественных условиях процесс протекает при постоянном внешнем давлении, и сопровождающие его тепловые эффекты представляют QP. Поэтому в дальнейшем рассматривается тепловой эффект QP, а значок «Р» для простоты записи опущен.

Согласно первому закону термодинамики

где ∆H – изменение энтальпии.

Поскольку энтальпия Н является функцией состояния системы, величина QР уже не зависит от пути протекания процесса, а зависит только от конечного и начального состояния системы. Величина QР может быть рассчитана с использованием закона Гесса (например, по стандартным термодинамическим данным теплот образования реагирующих веществ), а также определена экспериментально в соответствии с уравнением

где Q – тепловой эффект процесса, Дж; с – удельная теплоемкость, Дж/г.К; m – масса вещества, г;

∆Т – изменение температуры при протекании процесса, ∆Т=Т2-Т1.

Величины удельных теплоемкостей веществ приводятся в справочниках. Таким образом, определение теплового эффекта сводится к определению изменения температуры при протекании процесса. При этом из ко-

нечной температуры Т2 (или t02C) вычитается начальная температура Т1

(или t01C), т.е. ∆Т=∆t.

Определение температуры проводится в калориметре (или сосуде Дьюара), схема прибора представлена на рис.1.

4

Суть работы. Величина теплового эффекта складывается из теплоты, расходуемой на разрушение кристаллической решетки соли (Qразр) и из теплоты, выделяемой в результате сольватации или, если растворителем является вода, гидратации ионов (Qгидр). В зависимости от величины каждой составляющей теплота растворения является положительной (если

Qразр < Qгидр) или отрицательной (если Qразр > Qгидр).

Различают интегральную и дифференциальную теплоту растворения. Первая соответствует растворению достаточно большого количества соли в чистом растворителе, вторая – бесконечно малого количества соли в растворе этой соли. В предлагаемой работе определяется интегральная теплота растворения соли, указанной преподавателем.

При определении теплоты растворения следует учесть также количество теплоты, идущей на нагревание стеклянного стакана, в котором проходит растворение, т.е.

где Q – теплота растворения, Дж; mр-ра – масса раствора, г;

cр-ра – удельная теплоемкость раствора, Дж/г.К;

mст – масса внутреннего стеклянного стакан калориметра, г; сст – удельная теплоемкость стекла, Дж/г.К; ∆Т – изменение температуры при растворении соли.

Масса раствора (mр-ра) определяется как сумма массы растворителя, т.е. воды (mH2O) и массы растворенной соли (mсоли). Удельную теплоемкость раствора (ср-ра) считаем равной удельной теплоемкости воды, поскольку масса растворяемой соли намного меньше массы воды и ее влиянием на теплоемкость можно пренебречь. Из справочника находим удельные теп-

лоемкости стекла (сст = 0,753 Дж/г.К) и воды (своды = 4,184 Дж/г.К). Учитывая, что тепловые эффекты даются на 1 моль растворенного

вещества, получаем окончательную формулу для определения теплового эффекта растворения соли в воде.

где М – молярная масса соли, г; [Q] – Дж/моль или кДж/моль.

Таким образом, экспериментальное определение теплоты растворения сводится к определению изменения температуры в процессе растворения соли.

6