Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра физики и химии

Руководство

к выполнению лабораторных работ

по физической химии на УЛК «Химия»

для студентов, обучающихся по специальности 270106

«Производство строительных материалов, изделий и конструкций»

Воронеж 2010

УДК 544

ББК 24.5

Составители О. В. Слепцова, Г. Г. Кривнева

Руководство к выполнению лабораторных работ по физической химии на УЛК «Химия» для студентов специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»: метод. указания / Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т; сост.: О.В. Слепцова, Г.Г. Кривнева. − Воронеж, 2010. – 38 с.

Методические указания составлены в соответствии с Государственным образовательным стандартом по дисциплине «Физическая химия» и предназначены для студентов специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» дневной и заочной форм обучения.

Описана методика выполнения лабораторных работ по наиболее важным для данной специальности темам физической химии на учебно-лабораторном комплексе «Химия». Каждая тема содержит краткие теоретические сведения, вопросы для теоретической подготовки к занятию, задачи для самостоятельного решения.

Ил. 6. Табл. 1. Библиогр.: 2 назв.

УДК 544

ББК 24.5

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Рецензент: Н. В. Соцкая, канд. хим. наук, доцент кафедры физической химии Воронежского государственного университета

Введение

Непременным условием успешного изучения курса физической химии является выполнение студентами лабораторных работ. В методические указания включены лабораторные работы по наиболее важным для специальности «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» темам по данной дисциплине. Выполняются лабораторные работы на учебно-лабораторном комплексе «Химия» (далее УЛК «Химия»).

УЛК «Химия» является многофункциональным прибором, что обеспечивается использованием комплекта модулей: «Термостат», «Электрохимия», «Термический анализ». Сочетанием модулей, подключаемых к универсальному контроллеру, создаются различные типы лабораторных установок для проведения соответствующих лабораторных работ по физической химии. Возможность управления УЛК через компьютер позволяет не только задавать параметры эксперимента, но и проводить компьютерную обработку результатов, строить и обрабатывать экспериментальные графики. Программное обеспечение отличается наглядностью и простотой, имеет понятный интерфейс, не вызывает необходимости иметь особые навыки работы с персональным компьютером и Windows.

Использование компьютеризированного оборудования при выполнении лабораторных работ формирует у студентов умение спланировать, организовать и провести эксперимент, обработать, обобщить и представить в устном и письменном виде полученные результаты.

Тема 1. Термохимия Теоретические сведения

Термохимия изучает тепловые эффекты физико–химических процессов, в том числе химических реакций. В основе термохимии лежит первый закон термодинамики, который устанавливает связь между количеством сообщенной системе теплоты Q, совершенной системой работой А и изменением внутренней энергии ΔU:

Q = ΔU + A или Q = ΔU + р∙ΔV, (1)

так как во многих процессах работа совершается против внешнего давления и рассчитывается по формуле А = р∙ΔV, где р – внешнее давление, ΔV − изменение объема системы.

Для процессов, связанных с бесконечно малыми изменениями, уравнение (1) принимает вид

δQ = dU + δA или δQ = dU + р∙dV. (2)

Теплота, сообщенная системе, идет на приращение внут­ренней энергии и совершение работы. Теплота является положительной, если энергия поступает в систему, и отрицательной, если энергия отводится из системы. Работа считается положительной, если она совершается системой, и отрицательной, если совершается над системой.

Количество теплоты, которое выделяется или поглощается при необратимом протекании химической реакции, когда единственным видом работы является работа расширения, а температуры исходных веществ и продуктов реакции одинаковы, называется тепловым эффектом реакции.

В большинстве случаев химические реакции протекают при постоянном давлении (р = const). В этих условиях тепловой эффект реакции Q_p равен изменению энтальпии реакции ΔH:

Q_p = ΔU + p∙ΔV = ΔH. (3)

Основой закон термохимии – закон Г.И. Гесса гласит: если химическая реакция протекает при постоянном объеме или давлении, то её тепловой эффект будет определяться начальным и конечным состоянием системы и не будет зависеть от пути процесса.

Согласно следствию закона Гесса энтальпия процесса ΔH может быть определена как разность между суммой энтальпий образования продуктов реакции (Δ_fH_прод) и суммой энтальпий образования исходных веществ (Δ_fH_исх) с учетом стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции.

Экспериментальное определение тепловых эффектов проводят в специальных приборах – калориметрах. Важнейшими частями калориметра являются: калориметрический сосуд с калориметрической жидкостью, помещенные в него термометр и мешалка, а также защит­ная оболочка, уменьшающая тепловое взаимодействие калориметра с окружаю­щей средой. Способы изолирования калориметра от теплообмена с окружающей средой раз­личны. Калориметр с воздушной изотермической оболочкой обеспечивает точность в определении тепловых эффектов до 2 % при изменении температуры на 1 и более. Поглощение или выделение теплоты в ходе изучаемого процесса приводит к изменению температуры калориметрической системы. По изменению температуры рассчитываются тепловые эффекты различных процессов или теплоемкости.