Работа 3. Определение энтальпий

ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ И ТЕПЛОЕМКОСТИ ВЕЩЕСТВ

 

Объем требований к допуску

 

Термодинамические системы. Понятие системы. Классификация систем. Открытая, закрытая и изолированная система. Состояние системы и его описание. Интенсивные и экстенсивные параметры состояния. Стационарное и равновесное состояние системы. Понятие процесса. Обратимые и необратимые процессы в системе. Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы. Изобарные, изохорные, изотермические, адиабатические и политропические процессы. Гомогенные и гетерогенные системы. Понятие фазы. Фазовые переходы.

Термическое равновесие в системе. Нулевое начало термодинамики.

Понятия энергии, теплоты и работы. Внутренняя энергия и энтальпия системы как функции состояния. Первое начало термодинамики. Работа расширения. Полезная работа и ее виды. Теплоемкость. Удельная и молярная теплоемкость. Теплоемкость при постоянном давлении и постоянном объеме. Теплоемкость газов, жидкостей и твёрдых тел.

Термохимия. Тепловой эффект химической реакции, протекающей при постоянном давлении или постоянном объёме. Закон Лавуазье-Лапласа. Закон Гесса. Теплота образования и теплота сгорания вещества. Следствия из закона Гесса. Термохимические уравнения. Выполнение термохимических расчетов путем линейной комбинации термохимических уравнений. Теплоты фазовых переходов и их использование в термохимиических расчетах. Средние энергии химических связей и их использование в термохимических расчетах. Энтальпия растворения, энтальпия кристаллической решетки и энтальпия сольватации ионов. Энтальпия образования кристаллогидрата.

Стандартное состояние газа, жидкости, твердого тела и раствора. Стандартные условия. Использование значений стандартных термодинамических функций в термодинамических расчетах. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Уравнения Кирхгофа.

Калориметрическое изучение тепловых эффектов. Принцип действия и устройство калориметра. Уравнение теплового баланса калориметра. Предварительный, главный и заключительный периоды калориметрического опыта. Графическое определение разности температур в калориметрических измерениях. Термометр Бекмана.

Расчет средней величины и доверительного интервала определяемой величины.

 

Варианты лабораторного задания

 

1. Определение энтальпии растворения солей.

2. Определение энтальпии реакции нейтрализации.

3. Определение энтальпии реакции образования кристаллогидрата сульфата меди (II).

 

 

Литература

 

1. Глинка Н.Л. Общая химия.- Л., 1984.- С. 158-163.

2. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия.- М., 1981.- С. 161-171, 174-176.

3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия.- М., 1988.- С. 156-165.

4. Неницеску К.Д. Общая химия.- М., 1968.- С. 181-188.

5. Угай Я.А. Общая химия.- М., 1977.- С. 131-137.

6. Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия.- М., 1991.- С. 392-399.

7. Физическая химия / Под ред. К.С.Краснова.- М., 1982.- С. 180-218.

8. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия.- М., 1988.- С. 60-83.

9. Киреев В.А. Курс физической химии.- М., 1975.- С. 237-272.

10. Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика.- М., 1975.- С. 11-27, 30-55.

11. Физическая химия: Теоретическое и практическое руководство / Под ред. Б.П.Никольского.- Л., 1987.- С. 387-401.

12. Рачинский Ф.Ю., Рачинская М.Ф. Техника лабораторных работ.- Л., 1982.- С. 179.

13. Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии.- М., 1978.- С. 54-96.

 

РАБОТА 4. СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

 

Объем требований к допуску

 

Скорость химической реакции. Механизм химической реакции. Стадии химической реакции. Молекулярность химической реакции. Кинетическое уравнение. Константа скорости химической реакции. Кинетический закон действия масс. Порядок реакции. Расчет константы скорости и порядка реакции по экспериментальным данным. Кинетические кривые и их уравнения.

Температурная зависимость константы скорости химической реакции. Правило Вант-Гоффа. Температурный коэффициент скорости химической реакции. Уравнение Аррениуса. Энергия активации и ее физический смысл. Предэкспоненциальный множитель, частотный и пространственный факторы. Расчет температурного коэффициента скорости и энергии активации по экспериментальным данным.

Катализ и ингибирование. Гомогенный и гетерогенный катализ. Принцип действия катализаторов и ингибиторов.

Обратимость химических реакций. Химическое равновесие. Термодинамический и кинетический подходы к химическому равновесию. Константа химического равновесия. Виды констант химического равновесия и связь между ними. Выражение константы химического равновесия для гомогенных и гетерогенных реакций. Термодинамический расчет констант химического равновесия и состава равновесной смеси с использованием уравнения изотермы химической реакции, уравнения Гиббса-Гельмгольца и уравнений Кирхгофа.

Динамическое равновесие. Принцип Ле Шателье. Зависимость положения равновесия гомогенных и гетерогенных реакций от температуры, давления, концентрации реагирующих веществ, присутствия посторонних инертных молекул.

Определение параметров линейной регрессии. Метод наименьших квадратов. Линеаризующие преобразования. Определение параметров линейной зависимости графическим методом.

 

Варианты лабораторного задания

 

1. Влияние концентрации реагирующих веществ, температуры и катализатора на скорость химических реакций.

2. Влияние концентрации реагирующих веществ и температуры на химическое равновесие.

Литература

 

1. Глинка Н.Л. Общая химия.- Л., 1984.- С. 163-173, 176-196.

2. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия.- М., 1981.- С. 174-190, 195-202, 212-227.

3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия.- М., 1988.- С. 169-181, 191-200, 204-206.

4. Неницеску К.Д. Общая химия.- М., 1968.- С. 167-180, 188-198.

5. Угай Я.А. Общая химия.- М., 1977.- С. 138-144, 149-165.

6. Физическая химия / Под ред. К.С.Краснова.- М., 1982.- С. 218-260, 521 - 535.

7. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия.- М., 1988.- С. 83-123, 284-315.

8. Киреев В.А. Курс физической химии.- М., 1975.- С. 237-272.

9. Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики.- М., 1984.- С. 48-102.

10. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления: Учеб. пособие для втузов.- 12-е изд.- Т. 1.- М.: Наука, 1978.- С. 292 - 296.

 

РАБОТА 5. РАСТВОРЫ.

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА РАСТВОРАМИ

 

Объем требований к допуску

 

Дисперсные системы. Истинные и коллоидные растворы. Многообразие растворов. Значение растворов в природе и технике. Понятие о компоненте, фазе и числе степеней свободы. Правило фаз Гиббса. Диаграмма состояния воды.

Классификация растворов. Растворы насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные. Растворы концентрированные и разбавленные.

Способы выражения концентрации растворов. Массовая доля и массовый процент. Молярная доля и молярный процент. Молярная, моляльная и нормальная концентрация. Титр раствора. Плотность раствора. Пересчет концентраций растворов. Разбавление, концентрирование и смешивание растворов.

Растворение веществ. Растворение как физико-химический процесс. Физическая и химическая теории растворов. Энергия кристаллической решетки, энтальпия гидратации и энтальпия растворения. Растворимость веществ в воде и ее температурная зависимость. Техника приготовления растворов заданной концентрации из безводных солей, кристаллогидратов, жидких веществ, фиксаналов.

Равновесие газ-раствор. Закон Генри. Константа Генри, коэффициент растворимости Оствальда и коэффициент абсорбции Бунзена.

Равновесие раствор-раствор. Закон распределения Нернста. Экстракция. Понятие исходного раствора, экстрагента, рафината и экстракта. Однократная и многократная экстракция.

Коллигативные свойства растворов. Давление паров бинарных растворов. Идеальные и реальные растворы. Закон Рауля. Криоскопический и эбулиоскопический законы. Определение молярной массы вещества криоскопическим методом. Явление осмоса. Осмотическое давление. Уравнение Вант-Гоффа.

Поглощение света растворами. Диапазон электромагнитных волн. Видимый свет. Спектральный и дополнительный цвета. Основной закон светопоглощения. Светопропускание, экстинкция, коэффициент экстинкции. Связь спектра поглощения раствора с его окраской. Измерение оптической плотности растворов с помощью фотоэлектроколориметра. Правила работы с фотометрическими кюветами.

 

Варианты лабораторного задания

 

1. Приготовление растворов веществ заданной концентрации.

2. Определение молярной массы неэлектролитов криоскопическим методом.

3. Определение растворимости солей в воде.

4. Поглощение света растворами.

 

Литература

 

1. Глинка Н.Л. Общая химия.- Л., 1984.- С. 205-222.

2. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия.- М., 1981.- С. 229-245.

3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия.- М., 1988.- С. 125-135.

4. Неницеску К.Д. Общая химия.- М., 1968.- С. 147-166.

5. Угай Я.А. Общая химия.- М., 1977.- С. 206-223.

6. Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия.- М., 1991.- С. 424-432.

7. Физическая химия / Под ред. К.С.Краснова.- М., 1982.- С. 321-324, 336-364.

8. Киреев В.А. Курс физической химии.- М., 1975.- С. 345-394.

9. Воскресенский П.И. Техника лабораторных работ.- М., 1973.- С. 369-386.

10. Рачинский Ф.Ю., Рачинская М.Ф. Техника лабораторных работ.- Л., 1982.- С. 104-109, 329-338.

11. Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа.- Л., 1986.- С. 6-11, 33-35, 40-50, 164-165.