- •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
Завдання для самостійної позааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
Класифікація електродів та гальванічних елементів. Напруга гальванічних елементів. Методи вимірювання напруги гальванічних елементів.
Потенціометрія. Загальна характеристика методу, етапи потенціометрії. Області використання потенціометрії у фізичній хімії.
Застосування методу потенціометрії для визначення фізико-хімічних величин: визначення термодинамічних характеристик електро-хімічних реакцій (зміни енергії Гіббса, константи рівноваги, зміни ентропії і теплового ефекту), визначення коефіцієнту активості електролітів, константи дисоціації слабких електролітів, йонних добутків розчинників.
Нерівноважні електродні процеси. Полярографія.
Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
Які фізико-хімічні характеристики можна визначити методом прямої потенціометрії і потенціометричного титрування?
Привести криві потенціометричного титрування і пояснити їх хід.
Накреслити графік потенціометричного титрування суміші соляної й оцтової кислот лугом (з потенціалом індикаторного електрода по осі ординат) і електричну схему установки. Які електроди можна при цьому застосовувати в якості індикаторних?
Дати загальну характеристику полярографічного методу аналізу.
Особливості проведення якісного і кількісного полярографічного методу аналізу.
Ііі. Розв’язати задачі
Розрахувати ЕРС концентраційного гальванічного елемента, що складається з водневих електродів, заповнених 1 М розчинами НCl і NaOH, в яких коефіцієнти активності відповідно становлять 0,809 і 0,678.
Для водневого концентраційного гальванічного елемента виміряна ЕРС становить 0,373 В. Знайти рН шлункового соку, в якому занурено один водневий електрод, якщо другий такий же електрод поміщений у пробу крові з рН = 7,4.
Знайти рН та рОН шлункового соку, яким заповнено водневий електрод, що з'єднаний у гальванічний елемент з насиченим каломельним електродом при 20 °С, ЕРС цього елемента 0,195 В, а потенціал каломельного електроду дорівнює 0,247 В.
Самостійна робота на занятті
1. Виконання тестових завдань (перевірка домашньої самопідготовки).
2. Виконання лабораторної роботи.
3. Обговорення та математична обробка експериментальних результатів.
4. Обговорення висновків та оформлення протоколу (залік лабораторної роботи).
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА
Визначення константи дисоціації оцтової кислоти
методом потенціометричного титрування
Інформаційна частина
Метод потенціометричного титрування успішно використовують для визначення констант дисоціації слабких кислот. Процес дисоціації слабкої кислоти, наприклад оцтової, можна представити наступним рівнянням:
СН3СООН СН3СОО– + Н+.
Згідно закону дії мас, константу дисоціації можна записати в вигляді рівняння:
Кд = [СН3СОО–][Н+]/[СН3СООН], (7.1)
де [СН3СОО–] – рівноважна концентрація ацетат-йонів у водному розчині; [Н+] – рівноважна концентрація йонів Гідрогену; [СН3СООН] – рівноважна концентрація молекул недисоційованої кислоти.
З рівняння (7.1) концентрація йонів Гідрогену виражається наступним рівнянням:
[Н+] = Кд [СН3СООН]/[СН3СОО–] (7.2)
або у логарифмічній формі
рН = рКд – lg([СН3СООН]/[СН3СОО–]), (7.3)
де pH = –lg[H+]; рКд = –lg Кд.
У процесі титрування СН3СООН лугом, наприклад NaOH, утворюється повністю дисоційована сіль – СН3СООNa. Таким чином, в результаті титрування утворюється буферна суміш СН3СООН + СН3СООNa. Для слабкої оцтової кислоти (рКд = 4,75) можна прийняти, що в ході титрування концентрація недисоційованих молекул рівна загальній концентрації невідтитрованої кислоти:
[СН3СООН] = (C0V0 – C1V1)/(V0 + V1), (7.4)
де C0 – концентрація оцтової кислоти в аліквоті, відібраній для титрування; V0 – об’єм аліквоти оцтової кислоти; C1 – концентрація титранту (NaOH); V1 – об’єм прилитого титранту.
Враховуючи, що СН3СООNa повністю дисоційований електроліт, концентрація ацетат-йонів в результаті його дисоціації значно перевищує рівноважну концентрацію СН3СОО–, що утворюється за рахунок дисоціації оцтової кислоти. Виходячи з цього, в першому наближенні можна припустити, що концентрація ацетат-йонів рівна концентрації натрій ацетату, утвореного в результаті титрування:
[СН3СОО–] = C1V1/(V0 + V1). (7.5)
Комбінуючи вирази (7.4) і (7.5) рівняння (7.3) можна записати наступним чином:
рН = рКд – lg[(C0V0 – C1V1)/C1V1]. (7.6)
Рівняння (7.6) лежить в основі методу визначення величини константи дисоціації з допомогою потенціометричного титрування. Виміривши рН розчину після приливання певного об’єму титранту (V1) до розчину оцтової кислоти, з допомогою рівняння (7.6) можна обчислити значення Кд (значення C0, V0 та С1 – задаються).