Физическая и коллоидная химия (стр. 3 )

Обратите внимание на то, как строится диаграмма плавкости, почему правило фаз для однокомпонентных систем пишем в виде С = К – Ф + 2, а для двухкомпонентных конденсированных систем в виде С = К – Ф + 1

Вопросы для самоконтроля

1  Что такое фаза, компонент и число степеней свободы?

2  Записать правило фаз Гиббса в общем виде и прочитать его.

3  Написать правило фаз Гиббса для однокомпонентных систем. Что озна­чает «2» в этом уравнении?

4  Написать правило фаз Гиббса для двухкомпонентных конденсированных систем. Что означает «I» в этом уравнении? Почему надо писать «I», a не «2» ?

5  Начертить диаграмму состояния воды и разобрать ее по правилу фаз. Что такое тройная точка?

6  Начертить диаграмму состояния серы и разобрать ее по правилу фаз. Сколько здесь тройных точек?

7  Как строится кривая плавкости (показать на примере системы Cd - Bi)?

Литература: [1], с.85-96; [2], с.176-196; [3], с.139-144; [4], с.65-74

Методические указания по теме 1.7 Растворы

При изучении этой темы необходимо уделить особое внимание выражению и перерасчету концентраций растворов. Уделить внимание изучению условий кипения и замерзания растворов.

Обратить внимание на процессы перегонки растворов, а так же на закономерности этих процессов их практическое применение. Особое внимание уделить процессу ректификации: физической сущности и теоретическим основам процесса, условиям работы и принципиальному устройству ректификационной колонны, а также методам разделения азеотропных смесей.

Изучая законы Рауля, запомнить, что он применим только для идеальных растворов. При изучении криоскопии и эбулиоскопии усвоить методику определения молекулярной массы вещества с помощью криоскопии (или эбулиоскопии). Законы Коновалова и перегонку жидких смесей надо разбирать с помощью диаграмм: t0кип. – состав. При рассмотрении второго закона Коновалова особое внимание обратить на то, что такое азеотроп и как его разделить.

Изучая растворы газов в жидкостях обратить внимание на абсорбцию газов жидкостями и на практическое применение этого процесса.

Пример 1 Осмотическое давление раствора не электролита при 170С равно,82×105 Па. Определить осмотическое давление этого раствора при 570С.

Решение. Используем закон Вант - Гоффа для не электролитов П = СRT

Сначала найдем концентрацию раствора

; Т1 = 290 К

кмоль/м3

Находим осмотическое давление раствора при 570С

Т2 = 330 К

П2 = 0,2×8,314×103×330 = 5,487×105 Па.

Пример 2 Определить осмотическое давление 0,01н. раствора К2SO4 при 180С, если степень диссоциации соли в растворе равна 87%.

Решение. Находим величину изотонического коэффициента

i = 1 + a(K – 1);

К2SO4 « 2K+ + SO4-2

K = 3;I = 1 + 0,87(3 – 1) = 2,74.

По закону Вант – Гоффа для электролитов находим величину осмотического давления данного раствора при данной температуре П = iCRT, где Т = 290 К, С – концентрация, которая дана в г-экв/л, а ее надо выразить в кмоль/м3.

М(К2SO4) = 174,2 Э(К2SO4) = 174,2/2 = 87,1

Найдем число молей К2SO4

n= m/M

0,01н. = 0,01 г-экв/л, т. к. 1 г-экв равен 87,1 г, то 0,01 г-экв К2SO4 будет равен 0,871 г

n = 0,871/174,2 = 0,005 моль К2SO4

Следовательно, С = 0,005 моль/л = 0,005 кмоль/м3

П = 2,74·0,005·8,314·103·291 = 9,3·104 Па.

Пример 3 Определить давление пара раствора 6,4 г нафталина в 90 г бензола при 200С, если давление пара бензола при данной температуре равно 9953,82 Па.

Решение. Давление пара раствора можно определить из закона Рауля

;

n(C6H6) = 0,09/78 = 1,15*10-3 кмоль

n(C10H8) = 0,0064/128 = 5*10-5 кмоль

Рассчитываем давление паров бензола над раствором

Па

Пример 4 Давление пара чистого ацетона при 200С 23940 Па. Давление пара раствора камфоры в ацетоне, содержащего 5 г камфоры на 200 г ацетона при той же температуре, равно 23710 Па. Определить молекулярную массу камфоры, растворенной в ацетоне.

Решение. Раствор разбавленный, поэтому можно воспользоваться упрощенной формулой

Из этой формулы рассчитываем число молей комфоры:

,

М( СО(СН3)2 ) = 58; na = 200/58 = 3,45

.

Но .

Откуда .

Пример 5 При какой примерно температуре будет замерзать водный раствор этилового спирта концентрации 0,4 (40%) масс. доли С2Н5ОН.

Решение. Используем формулу

.

Раствор замерзает примерно при – 270С.

Пример 6. Раствор, содержащий 1,70 г хлорида цинка в 250 г воды, замерзает при – 0,230С. Определить кажущуюся степень диссоциации ZnCl2 в растворе.

Решение. Вычисляем DТЗ данного раствора:

М(ZnCl2) = 136.

Из формулы

,

находим изотонический коэффициент:

Используя формулу i = 1 + (K – 1)a, вычисляем a соли в растворе (К = 3):

;

.

Пример 7 В 1 л водного раствора содержится 0,15 г йода. Какова будет степень извлечения йода из данного раствора 40 см3 ССl4:

а) при однократном извлечении всем количеством растворителя;

б) при четырехкратном извлечении порциями по 10 см3? Коэффициент распределения йода между Н2О и ССl4 0,0117.

Решение. Используем формулу

а) количество йода, оставшееся после однократного извлечения

n = 1

г.

Это составляет

.

Следовательно, в слой ССl4 перейдет

100 – 22,6 = 77,4 % йода;

б) количество йода, оставшееся после четырехкратного извлечения (n = 4)

г,

или .

В слой ССl4 перейдет 100 – 8,45 = 91,55%.

Вопросы для самоконтроля

1  В чем суть гидратной теории Менделеева? Какое из 2-х веществ КС1 и СН3СООН будет в воде диссоциировать, а какое не будет диссоциировать и почему?

2  Что такое осмос? Когда он наблюдается?

3  Закон Вант-Гоффа для неэлектролитов и разбавленных растворов сла­бых электролитов. Для чего в уравнение для определения осмотического давления вводится изотонический коэффициент?

4  Закон Рауля и отклонения от него.

5  1-й закон Коновалова, его графическое изображение. Как идет про­цесс перегонки жидких смесей, подчиняющихся этому закону? 1-й закон Коновалова, его графическое изображение с положительным и отрицательным отклонением. Как идет процесс перегонки жидких сме­сей, подчиняющихся этому закону? Что такое азеотроп? Как его разделить?

6  Что такое криоскопия? Написать формулу для определения молекуляр­ного веса вещества этим методом, когда растворенное вещество является неэлектролитом и электролитом. В какую из этих формул и почему вво­дится изотонический коэффициент? Как устроен криоскоп, что определяют с его помощью и как определяют?

7  Что такое эбулиоскопия? Написать формулу для определения молеку­лярной массы вещества этим методом, когда растворенное вещество являет­ся не электролитом и электролитом.

8  Две несмешивающиеся между собой жидкости. Вид диаграмм: давление - состав и t - состав. Объяснить, почему температура кипения смеси понижается?

9  На чем основана перегонка с водяным паром? Когда она применяет­ся? Что такое расходный коэффициент пара?

10  На каком законе основана экстракция из растворов? Написать формулу для определения количества экстрагированного вещества.

11  Закон распределения.

Литература: [1], с.109-139; [2], с.203-249; [3], с.144-156; [4], с.77-101

Методические указания по теме 1.8 Электрохимия

При изучении темы «Электрохимия» необходимо ознакомиться с понятиями электропроводности удельной и эквивалентной. Знать формулу взаимосвязи между удельной и эквивалентной электропроводностью, усвоить электрическую схему для практического определения удельной электропроводности растворов электролитов, а также методику этого определения.

Знакомясь с элементом Якоби, обратите внимание на принцип его работы и химическую реакцию, лежащую в основе работы этого гальванического элемента. Изучая электроды сравнения, разберитесь в принципе их действия и практическом применении. Запомните электрическую схему для определения ЭДС элемента, изучите методику этого определения, а также устройство элемента Вестона и ту химическую реакцию, которая идет при его работе.

Переходя к разделу о потенциометрии, уделите побольше времени следующим вопросам: когда применяется потенциометрический метод, для чего он применяется и как применяется?

Одним из важных вопросов, рассматриваемых в этой теме, является вопрос об «активности электролита». Нужно уяснить, что означает термин «активность электролита» и для каких электролитов он вводится.

Пример 1 При рафинировании меди ток в 50 А выделяется за 4 ч 224 г меди. Определить выход по току.

Решение. По объединенному закону Фарадея рассчитываем количество меди, которое должно было выделиться за 4 ч.

t = 4 ч = 14400 с

F = 96500 Кл

Выход по току определяется

.

Пример 2 Вычислить, при какой концентрации раствора уксусной кислоты степень электролитической диссоциации равна 2,5 %. Какова при этом концентрация ионов водорода, если константа диссоциации равна 1,76×10-5.

Решение. Так как уксусная кислота является слабым электролитом, то она подчиняется закону разбавления Оствальда:

Отсюда находим, что

кг-экв/м3

Концентрация ионов водорода будет равна

кг-ион/м3.

Пример 3 При 180С потенциал медного электрода, погруженного в 0,05 м раствора Сu(NO3)2 , равен 0,266 В. Определить нормальный электродный потенциал меди по отношению к нормальному водородному электроду, если степень диссоциации Сu(NO3)2 в данном растворе равна 1.

Решение. ЭДС гальванического элемента вычисляется по формуле:

При 180С

Найдем концентрацию ионов меди

М (Сu(NO3)2) = 187,54.

1 кмоль Сu(NO3)2 – 187,54 кг

0,005 кмоль Сu(NO3)2 – Х кг

Х = 0,94 кг Сu(NO3)2 содержится в 1 м3 раствора.

МCu = 63,54

ЭCu = 63,54/2 = 31,77

В 187,54 кг Сu(NO3)2 содержится 63,54 кг Cu

В 0,94 кг Сu(NO---- Х кг Cu

Х = 0,319 кг

1 кг-ион Сu2+ составляет 31,77 кг

Х кг-ион Сu2+ - 0,319 кг

Х = 0,01 кг-ион/м3

Определим нормальный потенциал меди.

Вопросы для самоконтроля

1  Что называется удельной и эквивалентной электропроводностью? В каких единицах они измеряются? Какая между ними существует взаимосвязь? Что такое разбавление и что оно показывает?

2  Что такое слабый электролит? Закон разбавления Оствальда? Для ка­ких электролитов он применим?

3  Что называется гальваническим элементом? Как устроен гальваниче­ский элемент Якоби? На какой химической реакции основана работа этого элемента? Как условно записывается элемент Якоби?

4  Что такое нормальный водородный электрод? Как он устроен? Как ус­ловно записать его? Какая реакция идет при работе этого электрода? Как рассчитать потенциал водородного электрода? Чему равен потен­циал нормального водородного электрода?

5  Как устроен каломельный электрод? Как условно его записать? На ка­кой реакции основана работа каломельного электрода? Чему равны по­тенциалы каломельных электродов? От чего это зависит? По отношению к какому электроду определены потенциалы каломельных электродов?

6  Начертить электрическую схему для определения ЭДС элемента ме­тодом компенсации. Как определяют практически ЭДС элемента с по­мощью этой схемы? Какая применяется формула для расчета ЭДС элемента этим методом? Для чего используется элемент Вестона? Почему рассчитывают ЭДС элемента через ЭДС элемента Вестона, а не через ЭДС аккумулятора?

7  Как устроен элемент Вестона? Как условно записать его? Какая реак­ция идет при работе этого элемента? Почему элемент Вестона можно использовать в качестве эталона для определения ЭДС других элемен­тов?

8  Что такое концентрационный элемент? На чем основана его работа? По какой формуле рассчитывают ЭДС такого элемента?

Литература: [1], с.142-169; [2], с.255-325; [3], с.186-205; [4], с.134-177

Методические указания по теме 2. 1 Дисперсные системы

Приступая к изучению коллоидной химии, необходимо усвоить, что такое коллоид и что такое кристаллоид. Подробно изучить методы получения коллоидных растворов и строение коллоидных мицелл.

Приступая к изучения процесса адсорбции, сначала надо усвоить: что такое адсорбция и не путать с понятиями, «абсорбция» и «сорбция». Усвоить, что процессы адсорбции и хемосорбции имеют очень большое значение, так как широко применяется в нефтяной промышленности при очистке нефтепродуктов.

Пример 1 Золь йодистого серебра получен в результате постепенного добавления к 20 мл 0,01 н. раствора КI, 5 мл 0,12 н. раствора АgNO3. Написать формулу мицеллы получившегося золя и определить направление движения его частиц в электрическом поле.

Решение. Определяем какой из растворов взят в избытке:

число мг-экв КI 20×0,01 = 0,2 мг-экв

число мг-экв АgNO3 5×0,12 = 0,6 мг-экв.

В растворе имеется избыток AgNO3.

KI + AgNO3 « AgI + KNO3

Ядром коллоидных частиц золя AgI будут адсорбироваться преимущественно ионы Ag+ и частично ионы NO3 - . Формула мицеллы золя йодистого серебра

Заряд частиц определяется по потенциалобразующему иону. В данном случае она заряжена положительно (мицелла электронейтральна), и поэтому в электрическом поле частица будет двигаться к отрицательному полюсу (катоду).

Вопросы для самоконтроля

1  Что такое коллоид и кристаллоид?

2  Что такое дисперсная фаза и дисперсионная среда?

3  Дисперсионные методы получения коллоидных растворов?

4  Конденсационные методы получения коллоидных растворов?

5  Как построена мицелла? Имеет ли она заряд? Имеет ли заряд частица? Написать формулу мицеллы и определять знак заряда частицы, если кол­лоидный раствор AgCl получен реакцией двойного обмена:

а) между избытком AgNO3 и KCl;

б) между AgNO3 и избытком КС1;

6  Кинетические свойства дисперсных систем.

7  Оптические свойства дисперсных систем.

8  Электрокинетические явления.

9  Что такое коагуляция и каковы ее причины?

10  Что такое адсорбция? На поверхности раздела каких фаз она происхо­дит? Каково значение поверхностно-активных веществ?

11  Практическое применение адсорбции.

12  Что такое называется эмульсией?

13  Какие типы эмульсий Вы знаете?

14  Что такое эмульгатор, для чего он вводится и какова его роль? Меха­низм действия эмульгатора. Каким должен быть эмульгатор для эмульсий типа В/М и М/В?

15  Что такое обращение фаз эмульсий?

16  Процессы деэмульгирования и их значение для промышленности (на­пример, нефтяной).

17  Значение эмульсий.

18  Пены и их значение.

Литература: [1], с.214-216, с.230-259, с. 263-271; [2], с.329-373; [3], с.209-214; [4], с.165-170

Методические указания по теме 2.2 Растворы высокомолекулярных соединений

При изучении этой темы обратить внимание на особенности растворов ВМС, т. е. на зависимость свойств полимеров от вязкости и молекулярной массы ВМС. Усвоить классификацию полимеров, а также уметь определять молекулярную массу этих растворов. Усвоить защитные свойства растворов ВМС и их практическое использование. Научиться определять «золотое число» растворов ВМС.

Вопросы для самоконтроля

1  Что такое высокомолекулярное соединение?

2  Перечислите особенности высокомолекулярные соединений. Агрегатные состояния высокополимеров.

3  Перечислите особенности растворов ВМС

4  Что такое набухание?

Литература: [1], с.274-281; [2], с.376-395; [3], с.218-222

4 Задания для выполнения контрольной работы

Указание по выбору варианта и определение вопросов и заданий для контрольной работы

Выбор вопросов и заданий к контрольной работе определяется по фамилии, имени и отчеству студента, которые записываются в виде таблички, где номер буквы в ФИО определяет номер задачи, а буква, по нижеприведенной таблице, номер вопроса.

Если фамилии студентов одинаковые, то отсчёт номеров вопросов у одного из них, того кто имеет больший порядковый номер в журнале, производится в обратном порядке.

Например:

С	И	Д	О	Р	О	В
1	2	3	4	5	6
9	19	33	52	68	2

Таблица выбора вариантов для контрольной работы №1

ФИО	Номера вопросов
1	2	3	4	5	6
А, Б	1	16	31	46	61	76
В, Г	2	17	32	47	62	77
Д, Е,Ё	3	18	33	48	63	78
Ж, З,И	4	19	34	49	64	79
Й, К	5	20	35	50	65	80
Л, М	6	21	36	51	66	1
Н, О	7	22	37	52	67	2
П, Р	8	23	38	53	68	3
С, Т	9	24	39	54	69	4
У, Ф	10	30	40	55	70	5
Х, Ц	11	25	41	56	71	6
Ч, Ш	12	26	42	57	72	7
Щ, Ы	13	27	43	58	73	8
Ь, Ъ,Э	14	28	44	59	74	9
Ю, Я	15	29	45	60	75	10