Физическая химия (стр. 3 )

Практические работы по физической химии. Учебное пособие для вузов/Под ред. , , . – 5-е изд. перераб.-СПб. Изд-во «Профессия», 2002.-С. 63.

Раздел 6 «Термодинамика растворов неэлектролтитов»

Определение молекулярного веса неэлектролита методом криометрии Определение осмотической концентрации раствора методом криометрии. Эбуллиоскопический метод определения молекулярного веса вещества.

Методика выполнения лабораторных работ приведена в практикуме по физической химии:

Практические работы по физической химии. Учебное пособие для вузов/Под ред. , , . – 5-е изд. перераб.-СПб. Изд-во «Профессия», 2002.-С. 87.

Раздел 7 «Электрохимия»

Измерение ЭДС концентрационного гальванического элемента. Определение рН раствора при помощи стеклянного электрода. Определение удельной электропроводности воды. Исследование электропроводности водных растворов слабых электролитов. Кондуктометрическое титрование раствора кислот и оснований различных типов.

Методика выполнения лабораторных работ приведена в практикуме по физической химии:

1.  Практические работы по физической химии. Учебное пособие для вузов/Под ред. , , . – 5-е изд. перераб.-СПб. Изд-во «Профессия», 2002.-С.99.

2.  Практикум по физической химии: Учебное пособие/Под ред. . _СПб.:Изд-во «Лань», 2004.-С.123

Раздел 8 «Химическая кинетика»

Определение константы скорости инверсии тростникового сахара. Определение константы скорости реакции окисления иодистоводородной кислоты перекисью водорода. Фотометрическое изучение кинетики разложения комплексного иона триоксалата марганца. Каталитическое разложение пероксида водорода.

Методика выполнения лабораторных работ приведена в практикуме по физической химии:

Практические работы по физической химии. Учебное пособие для вузов/Под ред. , , . – 5-е изд. перераб.-СПб. Изд-во «Профессия», 2002.-С.156. Практикум по физической химии: Учебное пособие/Под ред. . _СПб.:Изд-во «Лань», 2004.-С.147

Требования к оформлению лабораторных работ:

1.  Тема лабораторной работы

2.  Цель лабораторной работы

3.  Теоретическая часть

4.  Ход проведения эксперимента

5.  Отчет о работе (таблицы, графики, расчеты)

6.  Выводы к лабораторной работе

Примеры лабораторных работ прилагаются.

Раздел 2 «Строение и свойства молекул»

Лабораторная работа № 1

Изучение строения молекул методом молекулярной рефракции.

Цель работы:

Определить удельную и молярную рефракцию органической жидкости и по эмпирической формуле вещества определить наиболее вероятную структурную формулу вещества. Определить удельную рефракцию смеси и ее состав по удельным рефракциям компонентов.

Теоретические основы:

Поляризация полярных молекул складывается из ориентационной, атомной и электронной:

П = Пэл + Пат + ПОР (1)

Сумма электронной и атомной поляризаций называется деформационной поляризацией Пдеф. Таким образом, поляризация молекулы складывается из ориентационной и деформационной:

П = Пор + Пдеф. (2)

Атомная и электронная поляризации не зависят от температуры, а ориентационная поляризация уменьшается с повышением температуры. Между молярной поляризацией и диэлектрической проницаемостью e установлена зависимость:

П = * (3)

где r - плотность вещества, М – молекулярная масса.

Световые волны имеют большую частоту колебаний, в их электромагнитном поле постоянный диполь полярной молекулы не успевает ориентироваться за время одного колебания ( ≈10 –13 сек), а ядря атомов не успевают сместиться в сторону от центра сосредоточения зарядов. Поэтому в уравнении (1) два последних члена равны нулю и молекулярная поляризация определяется электронной поляризацией:

П = Пэл

В этом случае электронная поляризация представляет собой изменение состояния электронных облаков, образующих химические связи между атомами. Величина Пэл – важная молекулярная постоянная, ее называют молекулярной рефракцией и обозначают Rм = Пэл.

Из электромагнитной теории Максвелла известно, что для длин волн, сильно удаленных от области их поглощения молекулами вещества, справедливо равенство n2 = e, где n – показатель преломления света для определенных длин волн. Отсюда уравнение (3) преобразуется в следующее:

Rм = * (4)

Из уравнения (4) видно, что Rм имеет размерность объема, то есть молекулярная рефракция выражает объем всех молекул, содержащихся в одном моле вещества, и характеризует поляризуемость всех содержащихся в нем электронов.

Экспериментально установлено, что рефракция молекулы приближенно является суммой рефракций отдельных ионов, атомов или связей, входящих в нее. Это свойство рефракции называется свойством аддитивности рефракции это свойство можно объяснить тем, что смещение электронов в молекуле (чем, в основном, определяется рефракция) мало зависит от того, в какие молекулы такие группировки входят. Кроме того, смещение электронов незначительно изменяется и агрегатным состоянием. Поэтому аддитивность рефракции позволяет с помощью рефракций отдельных атомов, ионов или связей (см. Приложение) приближенно вычислять рефракцию молекул и решать вопрос о возможном их строении. Подлинный физический смысл имеют рефракции связей, так как поляризуемое электронное облако в химическом соединении принадлежит связи, а не отдельным атомам. Следовательно, определяя рефракцию взятого вещества экспериментально и сравнивая ее с вычисленной, можно решить, каким строением обладает вещество.

В практике часто пользуются удельной r (в см/г), то есть рефракцией 1 г вещества:

r = * (5)

Подобно молярной, удельная рефракция также аддитивна.

Рефракция смеси веществ равна сумме удельных рефракций, составляющих смесь веществ, умноженных на массовую долю вещества в смеси:

r1-2 = * r1 + * r2 , (6)

где r1 –2 – удельная рефракция смеси,

r1, r2 – удельные рефракции компонентов смеси,

с1 – концентрация первого компонента в % масс.

Экспериментальная часть.

Лабораторный опыт №1

Определение вероятной структурной формулы органического вещества

1.  Получить у преподавателя задание (эмпирическую формулу и плотность исследуемого вещества).

2.  Измерить на рефрактометре показатель преломления и исследуемого вещества и вычислить его молярную рефракцию по формуле (4).

3.  Изобразить предполагаемые структурные формулы вещества и с помощью приложения вычислить рефракции изображенных веществ, пользуясь свойством аддитивности рефракции.

4.  На основании сопоставления значений рефракций расчетных с экспериментальной величиной выбирают вероятную структурную формулу исследуемой жидкости.

Лабораторный опыт №2

Определение состава водно-ацетоновой смеси по рефракциям раствора и его компонентов

1.  Получить задание у преподавателя (два раствора с известной плотностью).

2.  Измерить показатели преломления растворов и вычислить их удельные рефракции.

3.  Измерить показатели преломления воды и ацетона и вычислить их удельные рефракции.

4.  Определить состав смеси по формуле (6), выразив из нее величину с1.

Раздел 9. «Катализ»

Лабораторная работа №2

Специфический кислотно-основной катализ

Определение скорости константы инверсии сахарозы

Цель работы:

1. Изучить скорость инверсии сахарозы.

2. Определить угол вращения и константу скорости инверсии сахарозы.

Основы теории: При реакции гидролиза тростникового сахара (I) образуется глюкоза (II) и фруктоза (III):

С12Н22О11 + Н2О → С6Н12О6 +С6Н12О6

Все три вещества обладают асимметрическим атомом углерода и являются оптически активными. Водный раствор тростникового сахара вращает плоскость поляризации проходящего света вправо, раствор продуктов реакции - влево. По мере течения реакции правое вращение отменяется левым. Поэтому приведенную реакцию называют инверсией (обращением).

Для изучения скорости инверсии обычно берут 10-20%-ный водный раствор тростникового сахара. В последнем случае в 100г. раствора содержится 20/342= 0,06 моль сахара и 80/18= 4,44 моль воды. Когда реакция проходит сполна, воды вместо 4,44 моль остается 4,38. Концентрация воды меняется настолько незначительно, что можно считать ее постоянной. Поэтому реакция протекает по левому порядку, хотя в ней участвует два рода молекул.

Если порядок реакции понижен вследствие избытка одного из реагентов, то говорят о псевдопорядке, или ложном порядке, реакции.

Гидролиз тростникового сахара в нейтральном водном растворе практически не идет: его ускоряют прибавлением в качестве катализатора сильной (т. е. хорошо ионизированной) кислоты. Константу скорости реакции вычисляют по уравнению, а для выражения отношения концентраций в нем пользуются свойством оптической активности растворов.

Как известно, электрические колебания естественного света происходят по всем плоскостям, проходящим через световой луч. Колебания поляризованного света происходят только в одной из таких плоскостей. Плоскость, перпендикулярная к плоскости электрических колебаний поляризованного луча (и так же проходящая через луч), называется плоскостью поляризации.