Документ 2583556

Методические рекомендации
Физическая и коллоидная химия
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА И
ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ ПРИ ПРЕЗИДЕНТЕ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ»
КОЛЛЕДЖ МНОГОУРОВНЕВОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
По дисциплине: «Физическая и коллоидная химия»
Москва, 2010
Лабораторная работа № 1
Автор составитель : Кехарсаева Э.Р.
Методические рекомендации
ТЕМА:
Физическая и коллоидная химия
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ВЕЩЕСТВ.
Цель работы: Научиться определять вязкость жидкостей
Оборудование и реактивы .
Вискозиметр ( перед использованием для исследования нового вещества необходимо 2-3
раза вискозиметр промыть водой ). фарфоровый стакан, асбестовая сетка, тренога,
горелка, секундомер, термометр, воронка, вода, этиловый спирт, глицерин .
Ход работы
1. Через трубку 1 ( рис 1 ) выполнить веществом резервуар 2.
Записать вещество и температуру в таблицу в графы 2, 3.
2. Через трубку 3 медленно ртом засосать вещество в шарообразные
ёмкости 4 и 5 до уровня " а " ёмкости 4 .
3. Дать жидкости свободно стекать и по достижении уровня жидкости
деления " б " включать секундомер .
4. По достижения уровня жидкости деления " в " выключить
секундомер .
5. Зафиксировать время ( в секундах ) протекания жидкости от
деления " б " до деления " в " и записать в графу 4 таблицы .
6. Повторить измерение , результат , записать в графу 5 таблицы.
Найти среднее арифметическое значение времени, записать в
графу 8 таблицы .
1. При температуре 70 С .
1.Фарфоровый стакан, заполненный на ½ часть водой поставить на треногу
с асбестовой сеткой и нагреть до температуры 40 С.
2.Осторожно ( ! ) опустить в стакан вискозиметр, заполненный жидкостью
в резервуаре 2 , и нагреть до температуры 70 С.
3.Для измерения температуры термометр нужно очень осторожно опустить
в трубку 1 , записать данные в графу 3 таблицы .
4.Вытащить вискозиметр из стакана и быстро сделать соответствующие
измерения ( смотреть раздел 1 пункты 2 , 3, 4 , 5 , 6 )
Определение динамической вязкости вещества
Динамическую вязкость веществ определяют по формуле:

  r4
8 V  l

Где r- радиус капилляра 6 (рис. 1)
V- объем жидкости , проходящей через капилляр
 - время протекания жидкости по капилляру
Автор составитель : Кехарсаева Э.Р.
Методические рекомендации
  r4
8 V  l
Физическая и коллоидная химия
… постоянная данного вискозиметра , определяемая на заводе
и записывается в паспорте прибора
 - изменяется в пуазах (П)
Полученные данные записать в графу 7 таблицы.
Кинематическую вязкость вещества определить по формуле:

cм 2
  (стокс или
)

сек
где  - плотность исследуемого вещества.
Полученные данные записать в графу 7 таблицы.
На основании исследования сделать выводы и дать им объяснение
с точки зрения атомно-молекулярного учения теории об агрегатных состояниях.
Протокол определения вязкости веществ.
№
1
вещество
2
Температура С 1 Время
измерения
С
2
3
4 5
Кинематическая
вязкость вещества
среднее
Динамическая
вязкость
вещества
6
7
8
(t)
Лабораторная работа № 2
ТЕМА:
ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ РАСТВОРЕНИЯ И ГИДРАТАЦИИ ВЕЩЕСТВ .
Цель работы: - научиться исследовать зависимость теплоты от вида кристаллической
решетки вещества ,определять тепловой эффект гидратации медного купороса .
Оборудование и реактивы:
Разновесы, весы, часовое стекло, стакан, мензурка, термометр, фарфоровая чашечка,
стеклянная палочка , держатель , щипцы , спички , горелка , сетка , тренога ,вода , щелочьКОН , медный купорос
CuSO4*5 H2O
Ход работы.
1. Растворить кристаллы гидроксида калия .
а) взвесить 1 грамм щелочи КОН
б) пересыпать в стакан с 20 мл воды щелочь КОН
в) опустить в раствор термометр и осторожно взбалтывать ,
внимательно наблюдая за изменением температуры раствора .
г) зафиксировать максимальное изменение температуры раствора
д) записать данные в таблицу .
2. растворить кристаллогидрат медного купороса CuSO4 *5 H2O
а) взвесить 1 грамм соли , пересыпать в стакан с 20 мл воды ,
опустить в раствор термометр и осторожно взболтать , внимательно
наблюдая за изменением температуры раствора .
б) зафиксировать максимальное изменение температуры раствора
Автор составитель : Кехарсаева Э.Р.
Методические рекомендации
Физическая и коллоидная химия
в) записать данные в таблицу .
3. Разрушить кристаллы кристаллогидрата медного купороса CuSO4*5H2O
а) взвесить примерно 3 грамма медного купороса
б) в фарфоровой чашечке прокалить эту соль до комнатной температуры и
взвесить 1 грамм этой соли .
в) записать уравнение соответствующего процесса CuSo4 *5H2O =
=CuSO4 + H2O
4. Растворить прокалённую соль CuSO4 в воде
а) взвесить примерно 1 грамм соли в стакан с 20 мл воды , опустить в раствор
термометр .
б) тщательно взбалтывая , наблюдать за изменением температуры в растворе
в) зафиксировать максимальное изменение раствора температуру .
г) записать данные в таблицу
5. На основании проведенных опытов сделать следующие выводы :
1) Какие процессы лежат в основе растворения вещества ?
2) Каковы тепловые эффекты этих процессов и в чем определяется
эффекты растворения в целом ?
3).Какова зависимость теплового эффекта растворения от прочности
кристаллической решетки вещества?
4)У какого из растворяемых веществ ( КОН или CuSO4* 5Н2О ) более
прочная кристаллическая решетка ?
5)Что такое гидратация соли и каков тепловой эффект этого процесса?
Записать соответствующие уравнения процесса для соли CuSO4 или
CuSO4* 5Н2О4
6)Какое из веществ CuSO4 или CuSO4* 5Н2О обладает большим
запасом внутренней энергией молекул?
формула молекул исследуемого в-ва.
Протокол исследования .
вес в граммах
температура (t0 C)
исследуем.
р-ра
воды исследуем.
воды
в-ва.
в-ва..
Изменение
Температуры
t0р-ра- t0воды=∆t0
Лабораторная работа № 3
ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ РЕАКЦИИ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ И
ТЕМПЕРАТУРЫ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ .
ТЕМА:
Цель работы: Научиться исследовать влияние концентрации и температуры веществ на
скорость химической реакции .
Оборудование и реактивы:
Мерные пробирки – 3 шт. , мерные пипетки – 3 шт ., химические пробирки – 3 шт.,
секундомер , термометр , фарфоровый стакан , тренога , горелка , сетка асбестовая .
Вода, растворы тиосульфата натрия Na2SO4 и серной кислоты Н2SO4
Ход работы
1. Провести предварительный эксперимент:
Автор составитель : Кехарсаева Э.Р.
Методические рекомендации
Физическая и коллоидная химия
а) к 1 мм раствора соли тиосульфата натрия Na2S2O3 прилить 1 мл
раствора серной кислоты Н2SO4
б) наблюдать появление помутнения раствора, что и является
эффектом реакции:
в) записать уравнение реакции:
а) Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2S2O3
б) Н2S2O3 → H2O + SO2↑ + S↓ белый
2. Подготовить растворы к первому эксперименту и провести его .
1) в 3 большие пробирки налить по 2 мл серной кислоты
2) в 3 другие пробирки разлить следующее :
а) 1 мл тиосульфата натрия и 2 мл воды
б) 2 мл тиосульфата натрия и 1 мл воды
в) 3 мл тиосульфата натрия
3) В пробирки с раствором соли одновременно прилить по 2 мл
серной кислоты , заранее уже приготовленной .
4) С помощью секундомера зафиксировать время появления
помутнения в каждой пробирке .
5) Записать данные результата опыта в таблицу :
Таблица
Пробирки №
Содержимое пробирок
Na2S2O3
1
2
3
1 мл .
2 мл.
3 мл.
│ H2O
2 мл.
1 мл.
-
│
H2SO4
Время
появления
помутнения
( сек )
2 мл.
2 мл.
2 мл.
3.Сделать соответствующий вывод и дать ему объяснение. Для данного
опыта записать формулу выражающую зависимость скорости от
концентрации реагирующих веществ .
4. Подготовить растворы ко 2-му эксперименту и провести его .
1) налить в 3 пробирки по 2 мл раствора серной кислоты
2) в другие 3 пробирки налить по 2 мл раствора соли тиосульфата
натрия .
3) Прилить к одному из растворов соли 2 мл заранее приготовленной
кислоты.
4) Отметить температуру воздуха в помещении и время появления
помутнения раствора.
5) Вторую пару пробирок с солью и кислотой поместить в стакан с
водой и нагреть на 10 градусов выше комнатной , за температурой
следить по термометру, опущенному осторожно в воду . Слить
содержимое пробирок и вытащив из стакана отметить время
помутнения раствора .
6) Повторить опыт с 3 парой пробирок нагревая их в стакане с водой
до температуры на 20 выше комнатной .
6) Записать результаты опыта :
Автор составитель : Кехарсаева Э.Р.
Методические рекомендации
Физическая и коллоидная химия
Пробирки №
Пара 1-ая
Пара 2-ая
Пара 3-я
Na2S2O3
( мл.)
H2SO4
(мл.)
2
2
2
2
2
2
Температура
(вС)
Время
появления
помутнения
(сек)
5. Сделать соответствующий вывод и дать ему объяснение .
Лабораторная работа № 4
ТЕМА:
ВЛИЯНИЕ КАТАЛИЗАТОРА НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ
Цель работы: Изучить влияние катализатора на скорость химической реакции
Оборудование и реактивы:
пробирки и стеклянные стаканы – по 4 шт., пипетки или цилиндр мерные – 2 шт.,
растворы соляной кислоты и надсернокислого аммония
Ход работы
1.Подготовить растворы к эксперименту.
1). В 4 пробирки налить по 5 мл серной кислоты и 5 мл
надсернокислого аммония
2). Содержимое пробирок осторожно взбалтывать
3). Ставим на белый лист бумаги 4 стакана и рядом пишем
соответствующий номер.
4). В каждом стакане готовим смесь: ( кроме Na2S2O3 ) :
Стакан со
смесью
1
2
3
4
Катализаторы CuSO4
FеSO4 ( мл )
5
5
5
5
KJ ( мл)
5
5
5
5
Na2S2O3
( мл )
10
10
10
10
Н2O ( в мл)
10
10
10
10
1. Провести эксперимент:
1).Прилить в каждый из стаканов со смесью смесь, приготовленную в
пробирках( одновременно )
2). Содержимое стаканов тщательно взболтать.
3). Отметить время появления бурой окраски йода и время
исчезновения этой окраски в каждом стакане.
4). Добавить Na2S2O3 в каждый стакан и измерить.
5). Записать данные и уравнения реакций:
Автор составитель : Кехарсаева Э.Р.
Методические рекомендации
стакан
Физическая и коллоидная химия
катализаторы
FеSO4
CuSO4
+
+
+
+
1
2
3
4
Время прохождения реакции
а
б
а) ( NH4)2S2O8 + H2SO4 + 2KJ = 2 NH4HSO4 + K2SO4 + J2 ↑ бурый
б) J2 + 2 Na2S2O3 = 2NaJ + Na2S4O6
3. Сделать соответствующие выводы:
1). К какому виду катализаторов относятся каждый из катализаторов и их
смесь для первой реакции?
2). Сделать соответствующий вывод для второй реакции?
3). Какой из катализаторов сильнее и для какой реакции?
Лабораторная работа № 5
ТЕМА:
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ
Цель работы: изучить коррозию железа и зависимость её от вида гальванической пары
Оборудования и реактивы:
Пробирки широкие – 3 шт , стакан , пипетка , цилиндр , секундомер , железо
цинк ,
олово , медь , растворы: соляной кислоты HCl , роданистого аммония. ( NH4CNS)
Ход работы:
1. Приготовить 3 пробирки с гальванической парой: 1) Fe/Zn; 2)Fe/Sn;
3) Fe/Сu
2. В стакане приготовить смесь ( NH4CNS или КCNS ) к 30 мл
роданистого аммония прилить 1 каплю соляной кислоты HCl ( 1:4 )и
взбалтывать.
2. Разлить раствор по 10 мл в каждую из указанных выше пробирок.
3. Отметить время появления окраски растворов в каждой пробирке, записать
уравнение реакции , вызывающей этот эффект.
4. Заполнить ниже следующую таблицу:
Гальваническая пара 1
-2
3
Направление
движения
электронов
(
указать стрелкой)
Катод:
Анод
Время появления
окраски
Э.Д.С. системы
(
записать формулу
расчета)
Автор составитель : Кехарсаева Э.Р.
Методические рекомендации
Физическая и коллоидная химия
Лабораторная работа № 6
ТЕМА:
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ДИССОЦИАЦИИ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
МЕТОДОМ КРИОСКОПИИ
Цель работы: определить степень диссоциации электролита методом криоскопии
Оборудование и реактивы и реактивы. Техно - химические весы и разновес. Стаканы
вместимостью 100 мл. Мерный цилиндр вместимостью 100 мл. Криоскоп. Пипетки
вместимостью 10 мл. Система для измерения сопротивления растворов (см. примечание
к выполнении опыта 2). Снег. Лёд. Хлорид натрия (крист.), хлорид калия (крист., 0,021
н.), иодид калия (крист.), нитрат калия (крист.). Нитрат натрия (крист.). Уксусная
кислота (1 н.).
Ход работы
Опыт 1. Определение кажущейся степени диссоциации сильных электролитов
методом криоскопии
Выполнение опыта. Получить у преподавателя соль, степень диссоциации которого
надо определить. Заполнить наружный стакан почти до верха смесью снега и поваренной
соли. Во внутренний стакан налить 100 мл дистиллированной воды и собрать прибор.
Определить температуру кристаллизации (замерзания) чистой воды (она может несколько
отклоняться от 0 °С по термометру из- за неточности изготовления последнего).
Записывать показания термометра в течение 4 мин через каждые 20 с при периодическом
перемешивании. По полученным данным построить график температура – время (удобнее
по оси ординат откладывать температуру). Отметить на графике температуру, при
которой наблюдается появление первых кристаллов льда, - это и есть температура
кристаллизации воды. Иногда вода переохлаждается, и при появлении льда её
температура несколько повышается, а затем снова начинает падать. В этом случае точкой
кристаллизации является температура после повышения, но до последнего спуска (см.
построенный график). Записать полученную таким образом точку кристаллизации чистой
воды.
Второй (сухой) стакан на 200 мл взвесить на техно – химических весах и затем
взвесить в нём количество полученной у преподавателя соли, отвечающее 0,2 моль её.
Прилить 100 мл дистиллированной воды. Размешать соль до полного замерзания раствора
и описанным выше способом определить температуру кристаллизации раствора по
появлению кристаллов , учитывая, что в этом случае также возможно переохлаждение.
Запись данных опыта и расчёты. Все наблюдения записать в журнал. Результаты
измерений записать по следующей форме:
Масса стакана, т1, г.
Масса стакана с солью, т2, г.
Масса соли, т = т2 - т1, г.
Масса воды, тH2 0, г (равна её объему, мл).
Температура кристаллизации воды, tкр, °С.
Температура Кристаллизации раствора, tкр, °С.
Рассчитать моляльную концентрацию раствора с:
Автор составитель : Кехарсаева Э.Р.
Методические рекомендации
Физическая и коллоидная химия
с = т 1000/М тН2 O
где М – молекулярная масса соли.
Вычислить понижение температуры кристаллизации раствора неэлектролита по
следствию из закона Рауля:
Δtнеэл = К H2 O с
где КH2O – криоскопическая постоянная воды, равная 1, 86°.
Определить понижение температуры кристаллизации взятого раствора электролита
Δtэл по экспериментальным данным:
Δtэл = tкр - t´кр
Чем объясняется отличие этой величины от рассчитанной для раствора
неэлектролита?
Найти изотнический коэффициент:
t = Δtэл/Δtнеэл
Соотношение между изотоническим коэффициентом и степенью диссоциации, а
выражается формулой:
а = i – 1/n – 1
где n – число ионов, на которые распадается электролит.
Зная, что все взятые соли – бинарные электролиты, рассчитать кажущуюся степень
диссоциации по формуле:
а=i-1
Соотношение между изотоническим коэффициентом и степенью диссоциации является
«кажущейся»? Как она зависит от концентрации соли?
Ответ на последний вопрос можно проверить опытным путём, определив
температуру замерзания децимоляльного раствора соли. Для этого описанным выше
путём рассчитать и приготовить в стакане децимоляльный раствор той же соли и вновь
определить его температуру замерзания.
Лабораторная работа № 7
СИНТЕЗ ГИДРОЗОЛЯ ЖЕЛЕЗА (111), ИЗУЧЕНИЕ ЕГО КОАГУЛЯЦИИ
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРОГА КОАГУЛЯЦИИ
ТЕМА:
Цель работы: Изучить способы получения гидрозолей и изучить их коагуляцию и
стабилизацию
Оборудование и реактивы:
Треножник, асбестированная сетка, спиртовка, коническая колба на 150 мл, капеная
пипетка, 2%-ный раствор FeCl3, дистиллированная вода; три конические колбы на 100 мл,
две пипетки на 25мл, две бюретки на 50 мл с делениями в 0,1 мл, восковой карандаш для
стекла, золь железа, растворы:
2М NaCl, 0,001M CaCl2, 0,001AlCl3, 0,01M Na2SO4, 0,001M K4[Fe(CN)6] ;двенадцать
пробирок, 1М раствор KCl , 0,01М раствор K2SO4, 0,001M раствор K3[Fe(CN)6], золь
гидроксида железа (111) Fe(OH)3
Ход работы.
Опыт 1.
Автор составитель : Кехарсаева Э.Р.
Методические рекомендации
Физическая и коллоидная химия
100мл дистиллированной воды нагревают до кипения. Затем в кипящую воду по
каплям добавляют 5-10 мл 2% -ного раствора FeCl3. Получают коллоидный раствор
гидроксида железа (111) интенсивного красно-коричневого цвета.
Опыт 2.
В три чистые сухие конические колбы на 100мл пипеткой вливают по 35 мл
отдиализированного гидрозоля Fe(OH)3. После этого в каждую колбу с золем осторожно
по каплям добавляют из бюретки растворы различных электролитов до появления первых
признаков коагуляции.
Результаты записывают в таблицу.
Начало коагуляции для золей можно наблюдать только при помощи
ультрамикроскопа. Объем электролита, который потребовался, чтобы вызвать коагуляцию
определяют с точностью до одной капли (объем капли равен приблизительно 0,05мл).
Полученные ркзультаты следует перенести на график, откладывая на оси абсцисс
логарифмы числа миллилитров 0,001м раствора, а на оси ординат-величины, обратные
значению степени окисления коагулирующих ионов.
Таким образом, можно получить наглядное представление о том, как с уменьшением
числа зарядов коагулирующего иона возрастает количество электролита, необходимое для
коагуляции.
электролит
NaCl
CaCl2
AlCl3
Сэлектролита в, м
Vэлектролита, необходимого
Vэлектролита в пересчете на
для коагуляции,мл
0,001 М раствор, мл
2,0
0,01
0,001
Опыт 3
В двенадцать чистых пробирок наливают по 5 мл золя гидроксида железа и указанный в
таблице объем дистиллированной воды и раствора электролита. Затем содержимое
пробирок хорошо перемешивают и через 1 час отмечают, в каких пробирках наблюдается
явная коагуляция (помутнение) и седиментация.
Реагенты, результаты наблюдений
Золь гидроксида железа (111), мл
Дистиллированная вода, мл
Раствор электролита, мл
Коагуляция через 1 час. Результаты наблюдений
1
5
4,5
0,5
2
5
4
1
3
5
3
2
4
5
1
4
В случае, если ни в одной из пробирок не произойдет коагуляция, то опыт повторяют с
более(в 2-5 раз) концентрированными растворами электролитов. Вычисляют порог
коагуляции для каждого электролита и записывают результаты в таблицу.
Электролит
Коагулирующий ион
Порог коагуляции
Автор составитель : Кехарсаева Э.Р.
Методические рекомендации
1.
2.
3.
4.
Физическая и коллоидная химия
Литература
Кругляков П.М. Физическая и коллоидная химия. М., Высшая школа, 2007г.
Ахметов В.В. Физическая и коллоидная химия м, Высшая школа, 1986г.
Галиева О.С. Сборник задач и упражнений по физической и коллоидной
химии. М., Высшая школа 1980г.
Краткий справочник физико-химических величин М., 1983г.
Автор составитель : Кехарсаева Э.Р.