- •Дмитрів а. М., Стецьків а. О., Сав’як о. Л. Фізична хімія Навчальний посібник
- •Івано-Франківськ – 2013
- •Передмова
- •Загальні правила роботи у лабораторії фізичної і колоїдної хімії
- •Правила техніки безпеки при виконанні робіт у лабораторії фізичної та колоїдної хімії
- •Основні правила надання першої допомоги при нещасних випадках
- •Розділ 1 Хімічна термодинаміка
- •Перший закон термодинаміки
- •1. Ізотермічний процес:
- •2. Ізохорний процес:
- •3. Ізобарний процес:
- •Термохімія
- •Залежність ентальпії реакції від температури. Рівняння кірхгофа
- •Приклади розв'язування задач
- •Заняття №1
- •Завдання для самостійної позааудиторної роботи
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Лабораторна робота Визначення теплового ефекту нейтралізації Інформаційна частина
- •Експериментальна частина
- •Методичні вказівки
- •Питання для самоконтролю
- •Заняття №2
- •Теоретична частина другий закон термодинаміки. Ентропія
- •Статистичний характер другого закону термодинаміки
- •Обчислення ентропії. Зміна ентропії у різних процесах
- •Третій закон термодинаміки. Абсолютне значення ентропії
- •Характеристичні функції
- •Термодинаміка хімічної рівноваги хімічний потенціал
- •Закон дії мас та константи рівноваги
- •Рівняння ізотерми хімічної реакції
- •Залежність константи рівноваги від температури. Рівняння ізохори та ізобари хімічної реакції
- •Приклади розв'язування задач
- •Завдання для самостійної позааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Лабораторна робота Дослідження рівноваги оборотної хімічної реакції Інформаційна частина
- •Експериментальна частина
- •Методичні вказівки
- •Вміст колб № 1-6
- •Питання для самоконтролю
- •Розділ 2 фазові рівноваги
- •Приклади розв'язування задач
- •Заняття №3 Тема: Термічний аналіз. Фазові перетворення в одно- і дво компонентних системах. Розподіл речовини між двома рідинами. Екстракція. Побудова діаграми стану бінарної системи.
- •Завдання для самостійної позааудиторної роботи
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Лабораторна робота Побудова діаграми стану бінарної системи нафталін-фенол
- •Експериментальна частина
- •Методичні вказівки
- •Склад зразків
- •Питання для самоконтролю
- •Розділ 3 розчини
- •ОсМотичний тик розчинів. Зниження температури замерзання і підвищення температури кипіння розбавлених розчинів неелектролітів
- •Приклади розв'язування задач
- •Заняття №4 Тема: Колігативні властивості розчинів. Визначення молярної маси розчиненої речовини методом кріоскопії.
- •Завдання для самостійної позааудиторної роботи
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Лабораторна робота Визначення молярної маси розчиненої речовини методом Раста Інформаційна частина
- •Експериментальна частина
- •Методичні вказівки
- •Питання для самоконтролю
- •Заняття №5 Тема: Електрична провідність розчинів електролітів. Кондуктометричне титрування. Визначення ізотонічного коефіцієнту розчину електроліту.
- •Теоретична частина
- •Приклади розв'язування задач
- •Електропровідність розчинів електролітів
- •Приклади розв'язування задач
- •Завдання для самостійної позааудиторної роботи
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Перелік питань, які виносяться на змістовий модуль 1
- •Лабораторна робота Визначення ізотонічного коефіцієнту розчину електроліту Інформаційна частина
- •Експериментальна частина
- •Методичні вказівки
- •Питання для самоконтролю
- •Розділ 4 електрохімія
- •Заняття №6 Тема: Електродні потенціали та електрорушійна сила гальванічних елементів. Окисно-відновні електроди. Потенціометричне визначення рН розчину.
- •Теоретичні відомості
- •Гальванічні елементи, їх класифікація
- •Приклади розв’язування задач
- •Завдання для самостійної позааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Лабораторна робота Потенціометричне визначення рН водних розчинів Інформаційна частина
- •Експериментальна частина
- •Методичні вказівки
- •Результати вимірювань ерс хлорсрібно-скляного кола
- •Питання для самоконтролю
- •Поясніть, чому потенціал хлорсрібного електрода при даній концентрації кСl є сталим?
- •Заняття №7
- •Теоретичні відомості
- •Завдання для самостійної позааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Експериментальна частина
- •Методичні вказівки
- •Питання для самоконтролю
- •Розділ 5 хімічна кінетика і каталіз
- •Методи визначення порядку реакції
- •Приклади розв’язування задач
- •Заняття № 8
- •Завдання для самостійної позааудиторної роботи
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Лабораторна робота Визначення константи швидкості реакції йодування ацетону
- •Експериментальна частина
- •Методика виконання роботи
- •Вивчення швидкості реакції йодування ацетону
- •Використовуючи рівняння (8.2) та значення Сац,0, сн,0, Сx і τ розраховують константу швидкості k.
- •Питання для самоконтролю
- •Заняття № 9
- •Теоретична частина вплив температури на швидкість реакції
- •Рівняння Арреніуса
- •Каталіз
- •Характерні особливості каталізаторів
- •Гомогенний каталіз
- •Кислотно-основний каталіз
- •Ферментний каталіз
- •Гетерогенний каталіз
- •Приклади розв’язування задач
- •Завдання для самостійної позааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Перелік питань, які виносяться на змістовий модуль 2
- •Самостійна робота на занятті
- •Експериментальна частина
- •Методичні вказівки
- •Питання, які виносяться на модуль 1 «фізична хімія»
- •Банк тестів з фізичної хімії
- •1. Хімічна термодинаміка
- •2. Фазові рівноваги
- •3. Загальна характеристика розчиНів
- •4. Електрохімія
- •5. Хімічна кінетика
- •Засоби контролю знань студентів
- •Значення найважливіших фундаментальних сталих
- •Кріоскопічні та ебуліоскопічні константи деяких розчинників
- •Константи дисоціації деяких слабких електролітів при 25 °с
- •Стандартні ентальпії утворення ∆н0298, ентропії ∆s0298 та енергії Гіббса ∆g0298 деяких речовин при 298 к
- •Стандартні електродні потенціали деяких металів у водних розчинах
- •Перелік літератури Основна література
- •Додаткова література
Приклади розв'язування задач
Задача 1. Для 0,015 М розчину масляної кислоти С2Н7СООН при 25 °С виміряний опір становить 2210 Ом. Обчислити ступінь і константу йонізації цієї кислоти, а також концентрацію йонів Н+ та рК, якщо постійна електродної комірки становить 40 м-1, а гранична електропровідність йонів Н+ і С3Н7СОО- 0,0350 і 0,004 См·м2/моль відповідно.
розв'язування. За даними задачі обчислюємо:
1. Питому електропровідність χ розчину масляної кислоти
.
2. Молярну електропровідність λ:
.
3. Граничну молярну електричну провідність λ∞:
λ∞ = λН++ λС3Н7СОО- = 0,0350 + 0,0040 = 0,0390 См·м2·моль-1.
4. Ступінь йонізації α для кислоти:
.
5. Константу йонізації К і рК:
.
рK = –lgK = –(lg1,49·10-5) = –(0,173–5,0) = 4,827 ≈ 4,8.
6. Концентрацію йонів [Н+]:
[Н+]=С·α=0,015·3,1·10-2 = 4,65·10-4 моль/л.
Задача 2. Знайти розчинність, добуток розчинності для солі Ag3PO4 за такими даними експерименту: постійна електродної комірки k = 95,5 м-1, опір дистильованої води та насиченого розчину Ag3PO4 при 25 °С становив 15,4·106 і 5,99·105 Ом відповідно. Гранична молярна електропровідність йонів у цих умовах становить (См·м2·моль-1): λAg+ = 0,0035, λPO43- = 0,00473 .
розв'язування. Визначаємо питому електропровідність дистильованої води:
.
Аналогічно розраховуємо питому електропровідність для насиченого розчину важкорозчинної солі Ag3PO4:
.
Обчислюємо питому електропровідність солі:
.
Визначаємо граничну молярну електропровідність солі:
λ∞ = λAg+ + λPO43- = 0,00535 + 0,00473 = 0,0108 См·м2·моль-1.
Одержана величина практично співпадає з молярною електропровідністю λсолі. Обчислюємо молярну концентрацією С із формули:
.
.
Переведемо визначену концентрацію всього електроліту на концентрацію його різних йонів:
[йонів] = С/валентність.
[Ag+] = С/1= 1,41·10-5 моль/м3;
[РО43-] = С/3=1,41·10-5/3=4,7·10-6 моль/м3.
Знаючи, що ця сіль дисоціює за схемою: Ag3PO4 3Ag++ PO43-, обчислюємо добуток розчинності:
ДР= [Ag+]3·[РО43-] = (1,41·10-5)3·4,7·10-6 = 1,32·10-20.
Завдання для самостійної позааудиторної роботи
І. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
Теорія розчинів С. Арреніуса. Рівновага в розчинах слабких електролітів.
Протонна теорія кислот та основ Бренстеда-Лоурі.
Сучасні теорії дисоціації слабких електролітів Льюїса та Ізмайлова.
Колігативні властивості розчинів електролітів.
Термодинамічна константа дисоціації. Активність, коефіцієнт активності. Йонна сила розчину. Йонний добуток води та деяких неводних розчинників.
Водневий показник. Шкала кислотності розчинника. Розрахунок рН розчинів кислот і основ. Гідроліз. Розрахунок рН гідролізованих розчинів.
Буферні розчини. Розрахунок рН буферних розчинів.
Міжйонна взаємодія у розчинах сильних електролітів. Теорія Дебая-Гюккеля.
Рухливість йонів в електричному полі. Питома електрична провідність електролітів, залежність її від різних факторів.
Еквівалентна електрична провідність. Залежність еквівалентної електричної провідності від різних факторів. Закон Кольрауша.
Теорія електричної провідності розчинів Дебая-Онзагера. Релаксаційний і електрофоретичний ефект гальмування провідності у розчинах електролітів. Швидкості руху йонів та числа переносу йонів. Аномальна рухливість йонів гідроксонію та гідроксилу.
Основи методу кондуктометрії. Пряма кондуктометрія та кондуктометричне титрування. Використання методу кондуктометрії для фізико-хімічних досліджень: визначення ступеня і константи дисоціації, добутку розчинності, концентрації розчинів електролітів.