Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Арзамасский государственный педагогический

институт им. А.П. Гайдара»

А.П. Киндеров

Методические рекомендации к семинарам и практикуму

по дисциплине

«ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ»

(часть I)

Арзамас

АГПИ

2009

Печатается по решению редакционно-издательского совета

ГОУ ВПО «Арзамасский государственный педагогический институт

им. А.П. Гайдара»

Киндеров A.П.

Методические рекомендации к семинарам и практикуму

по дисциплине «Физической и коллоидная химия»: - Арзамас: АГПИ, 2009.- с.38

Методические рекомендации содержат вопросы для самоподготовки студентов к семинарам и задачи для самостоятельного решения. Методические рекомендации предназначены для студентов специальности 032400.00-биология с дополнительной специальностью химия.

© Киндеров А.П. , 2009.

© Арзамасский государственный

педагогический институт

им. А.П. Гайдара, 2009.

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………..3

Семинар 1. Первый закон термодинамики……………………………………….4

Семинар 2. Термохимия………………………………………………………….6

Семинар 3. Второй закон термодинамики………………………………………8

Семинар 4. Химическое равновесие……………………………………………..11

Семинар 5. Растворы неэлектролитов…………………………………………...13

Семинар 6. Растворы электролитов……………………………………………...16

Семинар 7. Электропроводность растворов…………………………………….20

Семинар 8. Электродные процессы……………………………………………...23

Семинар 9. Электролиз расплавов и растворов солей………………………….26

Семинар 10. Химическая кинетика и катализ…………………………………...29

Семинар 11. Классификация и методы получения КДС……………………….32

Семинар 12. Устойчивость и коагуляция лиофобных и лиофильных золей….35

Введение

Курс физической и коллоидной химии предназначен для студентов естественно-географического факультета. Методические рекомендации составлены с учетом знаний полученных студентами ранее, при изучении общей, органической и аналитической химии. Кроме вопросов для самоподготовки методические рекомендации содержат задачи для самостоятельного решения дома и в ходе семинара. Основная задача курса физической и коллоидной химии - изучение основных законов природы, выработка алгоритма решения задач и подготовка студентов к работе в современной средней школе.

Семинар 1. Первый закон термодинамики

4 часа

Цель семинара:

1. Изучить один из основных законов природы.

2. Выявить связь и подчиняемость живых организмов первому началу термодинамики.

3. Научиться решать задачи с использованием математического аппарата относящегося к первому закону термодинамики.

План занятия

1. Изучение основных теоретических понятий термодинамики.

2. Решение расчетных задач по теме семинара.

3. Подведение итогов семинара.

Основная литература

1. Зайцев О.С. Основы химической термодинамики. Изд. 3-е. М.: Химия, 2007. – с.11-28.

2. Зимон А.Д. Физическая химия. Изд. 3-е. М.: Агар, 2006. – с. 28-47.

Дополнительная литература

1. Болдырев А.И. Физическая и коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 2003.

2. Киреев В.А. Курс физической химии. – М.: Химия, 1995.

3. Физическая химия./ К.С. Краснов, Н.К. Воробьев, И.Н. Годнев и др.; Под ред. К.С. Краснова. – М.: Высшая школа, 1995.

4. Чанг Р. Физическая химия с приложениями к биологическим системам. – М.: Мир, 1980.

Методические рекомендации

При изучении темы следует обратить внимание на всеобъемлющее значение I закона термодинамики. Отклонений от этого закона не бывает. Ему подчиняется вся неживая и живая природа независимо от размеров и сложности систем. Необходимо знать все формулировки, а также формулы, которые используются для характеристики термодинамических процессов. Уметь использовать формулы для решения задач.

Вопросы для самоподготовки

1. Что такое термодинамика, какие явления она изучает?

2. Приведите несколько формулировок I закона термодинамики и его математическое выражение для круговых и некруговых процессов.

3. Что называется системой? Какие виды систем Вам известны? Примеры различных систем.

4. Стационарная открытая термодинамическая система. Что это такое? Что у нее общего и чем она отличается от равновесной системы?

5. Дайте определение и приведите примеры термодинамических процессов: изотермического, изобарического, изохорического и адиабатического.

6. Что такое внутренняя энергия системы и из чего она слагается?

7. Что такое кинетическая и потенциальная энергия системы? Почему внутренняя энергия идеального газа слагается только из кинетической энергии его молекул?

8. Почему термодинамика рассматривает не абсолютное значение внутренней энергии, а только ее изменение?

9. Что такое энтальпия, какова ее связь с внутренней энергией? Почему для конденсированных систем разница между энтальпией и внутренней энергией мала, а для газообразных значительна?

10. Какие возможны способы передачи энергии от одной системы к другой? Дайте термодинамическое определение теплоты и работы.

11. Можно ли сказать: „В чайнике горячей воды содержится 12000 кДж теплоты”. Как правильно построить это предложение?

12. Что такое „Вечный двигатель первого рода”, почему его нельзя построить?

13. Что такое теплоемкость удельная, молярная? Какая существует связь между молярной теплоемкостью при постоянном давлении и при постоянном объеме?

14. Работа определяется двумя величинами: фактором интенсивности и фактором экстенсивности. Что будут представлять собой эти факторы при совершении механической работы, электрической и работы по расширению газов?

15. Что такое максимальная работа расширения идеального газа? Почему газ, расширяясь в вакууме, работы не совершает?

16. Напишите уравнения, выражающие максимальную работу расширения идеального газа при изотермическом, изобарическом, изохорическом и адиабатическом процессах.

17. Дайте определение обратимым и необратимым термодинамическим процессам. Приведите примеры. Можно ли реальные природные процессы считать полностью обратимыми?

Задачи для самостоятельного решения

1. Определите изменение внутренней энергии при изобарическом (1,013∙10⁵ Па) испарении воды массой 100 г при 150 °С, если объемом жидкой воды пренебречь. Теплота испарения воды при 150 °С равна 2112,66 Дж/г.

2. Одноатомный газ объемом 5 л (условия нормальные) нагревают до 600 °С при постоянном объеме. Каковы конечное давление и количество затраченной теплоты?

3. Какое количество теплоты необходимо для изохорического нагревания углекислого газа массой 50 г в интервале температур от 300 до 400 °С, если С_V = 40,2 Дж/моль.

4. При действии кислоты на металл выделился водород объемом 0,007 м³ при давлении в 1,013∙10⁵ Па. Определите работу, произведенную газом против атмосферного давления.

5. Азот количеством вещества 5 моль при 100 °С занимал объем 0,025 м³. При нагревании газа до 200 °С было затрачено 14650 Дж. Определите С_р и конечный объем, если давление газа при этом не изменилось.

6. 1моль одноатомного газа, взятого при 25 °С и давлении 1,013∙10⁵ Па, адиабатически расширился до 0,05 м³. Каковы будут конечные давление и температура?

Семинар 2. Термохимия

4 часа

Цель семинара:

1. Изучить закон Гесса и следствия из него.

2. Научиться решать задачи, связанные с термохимическими расчетами.

План занятия

1. Изучение закона Гесса и следствий из него.

2. Решение термохимических задач

3. Изучение термохимии в средней школе.

4. Подведение итогов семинара.

Основная литература

1. Зайцев О.С. Основы химической термодинамики. Изд. 3-е. М.: Химия, 2007. – с. 11-21.

2. Зимон А.Д. Физическая химия. Изд. 3-е. М.: Агар, 2006. – с. 32-38.

Дополнительная литература

1. Карапетьянц М.Х. Введение в теорию химических процессов. – М.: Высшая школа, 1980.

2. Смирнова Н.А. Физическая и коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 2003.

3. Физическая химия. / К.С. Краснов, Н.К. Воробьев, И.Н. Годнев и др. Под ред. К.С. Краснова. – М.: Высшая школа, 1995.

4. Физическая химия. / Б.П. Никольский, Н.А. Смирнова, М.Ю. Панов и др.; Под ред. Б.П. Никольского. – М.: Химия, 1987.

Методические рекомендации

Изучение тепловых эффектов, сопровождающих химические реакции – важная научная и практическая задача. Следовательно, при подготовке к семинару необходимо не только знать формулировки основных законов термохимии, но и уметь применять их для решения термохимических задач. Следует обратить внимание также на то, что формулировки следствий из закона Гесса могут быть различными, но они не противоречат друг другу.

Вопросы для самоподготовки:

1. Что называется тепловым эффектом химической реакции?

2. Сформулируйте закон Гесса и следствия, вытекающие из него. Каково значение этого закона?

3. Объясните, почему закон Гесса есть частный случай первого закона термодинамики.

4. Какие уравнения называют термохимическими? Чем они отличаются от обычных?

5. Применяя математическое выражение первого закона термодинамики, покажите, что тепловой эффект при постоянном давлении есть изменение энтальпии, а тепловой эффект при постоянном объеме — изменение внутренней энергии химической реакции.

6. Какие химические реакции называют экзотермическими и эндотермическими? Приведите примеры. Каким математическим знаком обозначают теплоту, подведенную к системе в термодинамике и в термохимии; теплоту, выделенную системой?

7. Почему для конденсированных систем разница между ∆Н и ∆U мала, а для газообразных значительна? Напишите уравнение, выражающее связь между тепловым эффектом при постоянном дав­лении и тепловым эффектом при постоянном объеме.

8. Дайте определение понятиям «энтальпия образования», «энтальпия разложения», «энтальпия растворения», «энтальпия сгорания», «энтальпия нейтрализации».

9. Почему при определении теплот растворения на 1 моль раз­личных растворенных веществ берется различное количество вещества растворителя?

10. Сформулируйте закономерности, установленные для теплот образования химических соединений.

11. Чем объяснить постоянство теплот нейтрализации сильной кислоты сильным основанием?

12. Одинаковый ли тепловой эффект будет, при: а) нейтрализа­ции серной кислоты гидроксидом натрия; б) нейтрализации серной кислоты гидроксидом аммония. Дайте объяснение.

13. Будет ли наблюдаться выделение или поглощение теплоты при сливании разбавленных растворов:

а) хлорида калия и бромида натрия;

б) хлорида калия и нитрата серебра;

в) сульфата натрия и нитрата свинца;

г) хлорида кальция и нитрата натрия?

14. Как зависит тепловой эффект химической реакции от темпе­ратуры? Напишите математическое выражение закона Кирхгофа. В каких случаях тепловой эффект химической реакции не зависит от температуры? Почему?

15. Что такое энергия связи? Энергия разрыва связи?