Физическая химия (стр. 5 )

Чистую поляриметрическую трубку споласкивают и наполняют исследуемым раствором. Для этого, держа ее вертикально, заполняют так, чтобы образовался выпуклый мениск. Затем сбоку надвигают сухое покровное стекло и навинчивают прижимную обойму. При этом следят за тем, чтобы в трубке не остался большой пузырек воздуха. Присутствие его мешает наблюдению. Определяют угол вращения раствора, как указанно выше, он положителен (правый).

После этого в две колбочки наливают известные объемы растворов сахара и сильной кислоты нужной концентрации. Выдерживают обе колбочки 10 – 15 минут при температуре опыта (в водяном термостате), после чего сливают и перемешивают оба раствора, переливая из колбочки в колбочку, момент смешивания определяют по часам (с точностью до 1 мин.), это – момент начала реакции. Ему отвечает начальный угол α = (α 0 – α n) V, где V – объемная доля раствора сахара: V= Uc / (Uc + Uk).

Опорожненную от раствора сахара поляриметрическую трубку 2 – 3 раза споласкивают 3 – 5 мл полученной смеси, затем заполняют ее этой смесью и термостатируют. Для этого поляриметрическую трубку вводят в муфту, через которую непрерывно пропускают воду из термостата. Нужную температуру, таким образом, поддерживают в пределах + - 0,1. Если такое устройство отсутствует, трубку погружают в водяной термостат и вынимают ее оттуда на время измерения угла вращения.

Измерения производят через определенный промежуток времени: в начале реакции – через каждые 5 – 10 мин, в конце – через 15 – 30 мин. Во время измерений реакция в трубке продолжается, так что при нескольких измерениях не могут получиться одинаковые отчеты. Для возможного полного устранения влияния этих помех на качество измерения, нужно произвести необходимое количество отчетов (2/3) за 40 – 50 с. Это удается, если техника работы с поляриметром хорошо освоена при установке нуля и определении концентрации раствора чистого сахара. Берут среднее значение из всех отсчетов и отмечают средний момент времени для первого и последнего отсчетов (с точностью до 1 мин.).

Инверсия сахара при комнатной температуре заканчивается (в зависимости от концентрации катализатора) за 1 – 5 суток. Однако ее можно быстро довести до конца при 60 – 700С. Поэтому отдельную порцию реакционной смеси заранее помещают в термостат с температурой 60 – 700С (не выше, во избежание разрушения сахара) на 30 – 40 мин. Смесь нагревают в колбочке с длинной узкой шейкой, на которой отмечают уровень жидкости. После охлаждения до температуры опыта в колбочку доливают до метки дистиллированной воды той же температуры (т. к. некоторое количество воды испаряется, отчего изменяется концентрация раствора).

Полученный таким образом предельный (конечный) угол вращения α будет отрицательным, т. к. в растворе глюкоза и фруктоза, вызывающая левое вращение. Всякий промежуточный угол вращения определяется тем, что в растворе содержится все три вещества. Предположим, что в момент t1 осталась непроинвертированной доля сахара V1. Угол вращения определяется этой долей и равен α0 V1. С другой стороны, доля продуктов инверсии составляет 1 – α0 V1. В конце реакции угол вращения этих продуктов был равен α, а в момент t1 он равен α (1 – V1).

В силу аддитивности угол вращения в тот момент t1 равен α 1= α 0 V1+ α (1 – V1) откуда: V1= (α 1 – α) / (α 0 – α) . Аналогично в момент V2= (α 2 – α) / (α 0 – α )

Очевидно, концентрации непроинвентированного сахара в моменты t1, и t2 равны С0 У1 и С0 У2. Поэтому на основании уравнения:

K = 2,303 / (t1 – t2) lg(αo - α∞) /(αt - α∞)

Если положить α1= α при t1=0 и α2=α t при t2=t, то:

K = 2,303 / t lg(αo - α∞) /(αt - α∞)

Последней формулой следует пользоваться для расчета К. Все углы вводят с инструментальной поправкой. Инструментальную поправку следует вводить в случае, когда она превышает 0,2.

Задания для лабораторной работы

1.  Определить константу скорости инверсии сахара при данной температуре. Вычислить концентрацию сахара в данном растворе через 2 часа. Вычислить за какое время инверсия пройдет на 50%.

2.  Определить константу скорости в зависимости от концентрации ионов водорода (катализировать реакцию сильной и слабой кислотой при одной и той же концентрации или сильной кислотой при двух концентрациях).

3.  Найти энергию активации реакции инверсии (на основании измерения скорости реакции при двух температурах).

Форма отчета

1.  Выполнить соответствующие расчеты.

2.  Построить графики: lg(αt -α∞)= f(t), (αt -α∞)=f(t)

3.  Заполнить таблицу:

8. Примерная тематика курсовых работ (не предусмотрены учебным планом ОП).

9. Учебно-методическое обеспечение и планирование самостоятельной работы студентов

Таблица5 .

№	Модули и темы	Виды СРС	Неделя семестра	Объем часов	Кол-во баллов
обязательные	дополнительные
Модуль 1
1	Раздел 1. Предмет и задачи курса физической химии.	Составьте хронологическую таблицу: «История развития физической химии». 1.Выполнить индивидуальные домашние задачи и упражнения на тему: «Электронное строение атома. Химическая связь и ее виды» 2. Выполнить индивидуальные домашние задачи и упражнения на тему: «Вращательные спектры. Колебательные спектры»	Подготовьте конспект на тему: «Тепловая смерть Вселенной. Теория Клаузиуса»	1-2	11	0-5
2	Раздел2. Строение и свойства молекул	3-4	11	0-10
3	Раздел3. Основы химической термодинамики	Выполнение домаш. инд. заданий на тему: «Зависимость теплового эффекта и теплоемкости от температуры. Расчет тепловых эффектов в разных условиях». Подготовка к коллоквиуму №1	Конспект на тему: «Графический способ определения зависимости теплового эффекта от температуры».	5	11	0-5
	Всего по модулю 1:				33	0-20
Модуль 2
4	Раздел4. Химическое равновесие в реальных системах	1.Выполнить индивидуальные домашние задачи и упражнения на тему: «Системы с эвтектикой. Системы конгруэнтно и инконгруэнтно плавящимися химическими соединениями. Системы с твердыми растворами. Системы с ограниченной растворимостью в жидкой фазе». 2.Выполнить индивидуальные домашние задачи и упражнения на тему: «Графическое представление состава тройных систем. Определение состава при помощи треугольника концентраций по способу Гиббса, Розебума. Трехкомпонентные системы с тройной эвтектикой. Диаграммы растворимости в воде двух солей с одинаковыми ионами». 3.Подготовиться к коллоквиуму №2	1.Выполнить индивидуальные домашние задачи и упражнения на тему: «Уравнения изобары, изохоры, изотермы химических реакций. Определение констант равновесия химических реакций».	6-7	11	0-10
5	Раздел 5 Фазовые равновесия	8-9	11	0-20
6	Раздел 6 Термодинамика растворов	1.Выполнить индивидуальные домашние задачи и упражнения на тему: «Законы Рауля и Генри. Температура замерзания растворов. Температура кипения. Термодинамика жидких летучих смесей».		10	11	0-10
	Всего по модулю 2:				33	0-40
Модуль 3
7	Раздел 7 Электрохимия. Растворы электролитов	1.Выполнить индивидуальные домашние задачи и упражнения на тему: «Электропроводность растворов. Скорость движения ионов, активность, ионная сила, подвижность и числа переноса ионов. Удельная и эквивалентная электропроводность растворов». 2.Выполнить индивидуальные домашние задачи и упражнения на тему: «Электрохимическая система Возникновение электродного потенциала». 3.Выполнить индивидуальные домашние задачи и упражнения на тему: «Уравнение Нернста. Термодинамика электрохимических систем. Электролиз. Законы Фарадея». 4.Подготовьте краткие сообщения тему: «Химические источники тока. Промышленное применение электрохимии. Очистка и опреснение воды электролизом. Очистка воздуха - метод газовой электрохимии. Электролиз и определение степени загрязнения почвы, воды, воздуха. Биоэлектрохимия». 5.Подготовиться к коллоквиуму № 3	1.Выполнить индивидуальные домашние задачи и упражнения на тему: «Зависимость скорости реакции от концентрации. Методы определения порядка реакции. Зависимость скорости реакции от температуры».	11-12	11	0-10
8	Раздел 8 Химическая кинетика	13-15	11	0-20
9	Раздел 9 Катализ	Подготовьте краткие сообщения темы: 1.  Каталитическая селективность и активность. 2.  Адсорбция на поверхности катализатора. 3.  Промотирование и отравление катализаторов. 4.  Ферменты – естественные катализаторы. Подготовиться к коллоквиуму №4.	Выполнение расчетно-графических заданий	16	11	0-10
	Всего по модулю 3:				33	0-40
	ИТОГО:		99	0 – 100

Виды текущего контроля: