2024-2025_ОВ-22_plx_Физическая и коллоидная химия_Технология организации ресторанного дела

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

«ИНСТИТУТ ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА»

- филиал Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет»

г. Нижний Новгород

математических и естественнонаучных дисциплин

Закреплена за кафедрой

рабочая программа дисциплины (модуля)

Физическая и коллоидная химия

"____"_________________ 2022 г.

Заведующий выпускающей кафедрой

УТВЕРЖДАЮ

Учебный план

ОВ-22.plx

19.03.04 Технология продукции и организация общественного питания

____________________

экзамены 3

Виды контроля в семестрах:

часов на контроль

самостоятельная работа

аудиторные занятия

Общая трудоемкость

Часов по учебному плану

4 ЗЕТ

Форма обучения

очная

Квалификация

бакалавриат

144

в том числе:

УП: ОВ-22.plx

стр. 2

Программу составил(и):

к. х. н., доцент, Тростин В.Л. _________________

Рецензент(ы):

_________________

Физическая и коллоидная химия

Рабочая программа дисциплины

разработана в соответствии с ФГОС ВО:

Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования - бакалавриат по направлению подготовки 19.03.04 Технология продукции и организация общественного питания (приказ Минобрнауки России от 17.08.2020 г. № 1047)

19.03.04 Технология продукции и организация общественного питания

составлена на основании учебного плана:

утвержденного советом филиала от 12.04.2022 протокол № 3.

Протокол от __ __________ 2022 г. № __

Срок действия программы: уч.г.

Зав. кафедрой к.т.н., доцент Соколов В. А. _______________

математических и естественнонаучных дисциплин

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры

_______________

Методист

Согласовано с Зав. УМО (или инженер по качеству) _______________

УП: ОВ-22.plx

стр. 3

Протокол от __ __________ 2026 г. № __

Зав. кафедрой к.т.н., доцент Соколов В. А.

математических и естественнонаучных дисциплин

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для

исполнения в 2026-2027 учебном году на заседании кафедры

__ __________ 2026 г.

Зав. выпускающей кафедрой

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Протокол от __ __________ 2025 г. № __

Зав. кафедрой к.т.н., доцент Соколов В. А.

математических и естественнонаучных дисциплин

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для

исполнения в 2025-2026 учебном году на заседании кафедры

__ __________ 2025 г.

Зав. выпускающей кафедрой

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Протокол от __ __________ 2024 г. № __

Зав. кафедрой к.т.н., доцент Соколов В. А.

математических и естественнонаучных дисциплин

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для

исполнения в 2024-2025 учебном году на заседании кафедры

Зав. выпускающей кафедрой

__ __________ 2024 г.

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Протокол от __ __________ 2023 г. № __

Зав. кафедрой к.т.н., доцент Соколов В. А.

математических и естественнонаучных дисциплин

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для

исполнения в 2023-2024 учебном году на заседании кафедры

__ __________ 2023 г.

Зав. выпускающей кафедрой

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

стр. 4

УП: ОВ-22.plx

1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

1.1

-формирование представлений о методах анализа веществ;

1.2

-создание прочных знаний фундаментальных понятий, законов физической и коллоидной химии и объяснение их с помощью представлений физики;

1.3

-подготовка специалистов, владеющих теоретическими основами и практическими приемами исследований закономерностей протекания физико-химических процессов, умеющих проводить обработку результатов экспериментальных определений.

1.4

-приобретение способности использовать полученные знания, умения и навыки как при изучении последующих химических и специальных дисциплин, так и в сфере профессиональной деятельности, касающейся технологии продукции общественного питания.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ) В СТРУКТУРЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ

Цикл (раздел) ОП:

Б1.О

2.1

Требования к предварительной подготовке обучающегося:

2.1.1

Неорганическая химия

2.1.2

Физика

2.1.3

Математика

2.1.4

Учебная практика (учебно-ознакомительная)

2.1.5

Физиология питания

2.2

Дисциплины (модули) и практики, для которых освоение данной дисциплины (модуля) необходимо как предшествующее:

2.2.1

Методы анализа пищевых продуктов

2.2.2

Аналитическая химия

2.2.3

Производственная практика (производственно-технологическая практика)

2.2.4

Учебная практика (технологическая практика)

2.2.5

Пищевая химия

2.2.6

Экология производства

2.2.7

Микробиология и санитария питания

2.2.8

Производственная практика (организационно-управленческая практика)

2.2.9

Производственная санитария

2.2.10

Государственная итоговая аттестация (защита выпускной квалификационной работы, включая подготовку к процедуре защиты и процедуру защиты)

2.2.11

Преддипломная практика, в том числе научно-исследовательская работа

3. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

ОПК-2Способен применять основные законы и методы исследований естественных наук для решения задач профессиональной деятельности

ИД-1.ОПК-2Знает основные законы и методы исследований естественных наук, необходимые для решения типовых задач в сфере общественного питания

ИД-2.ОПК-2Умеет выбирать методы исследований естественных наук для решения стандартных задач в сфере общественного питания

ИД-3.ОПК-2Владеет способами применения основных законов и методов исследований естественных наук для решения задач в сфере общественного питания.

В результате освоения дисциплины (модуля) обучающийся должен

3.1

Знать:

3.1.1

• основные химические и физические законы, лежащие в основе физической и коллоидной химии;

3.1.2

• фундаментальные разделы физической и коллоидной химии;

3.1.3

• методы и средства химического исследования физико-химических процессов;

3.1.4

• методы измерения основных физико-химических показателей;

3.1.5

• лабораторное оборудование, посуду, назначение и устройство приборов для исследования физико-химических процессов;

стр. 5

УП: ОВ-22.plx

3.1.6

• методику проведения измерений основных физико-химических параметров модельных систем;

3.1.7

• основные приемы обработки экспериментальных данных.

3.2

Уметь:

3.2.1

• самостоятельно ставить задачу физико-химического исследования в химических системах;

3.2.2

• выбирать оптимальные пути и методы решения подобных задач как экспериментальных, так и теоретических;

3.2.3

• обсуждать результаты физико-химических исследований, ориентироваться в современной литературе по физической и коллоидной химии,

3.2.4

• вести научную дискуссию по вопросам физической и коллоидной химии.

3.3

Владеть:

3.3.1

• методами проведения исследования физико-химических процессов;

3.3.2

• навыками выполнения лабораторных операций;

3.3.3

• навыками проведения исследования физическими и физико-химическими методами с применением современной приборной техники;

3.3.4

• навыками описания методики проводимых экспериментов, подготовки данных для составления отчетов;

3.3.5

• методами оценки погрешностей при проведении эксперимента.

Наименование разделов и тем /вид занятия/

Литература

Часов

Компетен-

ции

Семестр / Курс

Код занятия

Инте

ракт.

Примечание

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

Раздел 1. Физическая химия

1.1

Основы химической термодинамики /Лек/

Л1.1 Л1.2Л2.1 Л2.2 Л2.3 Л2.4

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

1.2

Основы химической термодинамики /Пр/

Л1.1 Л1.2Л2.2 Л2.3 Л2.4

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

1.3

Основы химической термодинамики /Ср/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

1.4

Фазовые равновесия и свойства растворов /Лек/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

1.5

Фазовые равновесия и свойства растворов /Пр/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

1.6

Фазовые равновесия и свойства растворов /Лаб/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

1.7

Фазовые равновесия и свойства растворов /Ср/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

1.8

Электрохимия /Лек/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

стр. 6

УП: ОВ-22.plx

1.9

Электрохимия /Пр/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

1.10

Электрохимия /Лаб/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

1.11

Электрохимия /Ср/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

1.12

Химическая кинетика и катализ /Лек/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

1.13

Химическая кинетика и катализ /Пр/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

1.14

Химическая кинетика и катализ /Лаб/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

1.15

Химическая кинетика и катализ /Ср/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

Раздел 2. Коллоидная химия

2.1

Поверхностные явления /Лек/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

2.2

Поверхностные явления /Пр/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

2.3

Поверхностные явления /Лаб/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

2.4

Поверхностные явления /Ср/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

2.5

Свойства дисперсных систем /Лек/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

стр. 7

УП: ОВ-22.plx

2.6

Свойства дисперсных систем /Пр/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

2.7

Свойства дисперсных систем /Лаб/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

2.8

Свойства дисперсных систем /Ср/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

2.9

Лиофобные дисперсные системы /Лек/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

2.10

Лиофобные дисперсные системы /Пр/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

2.11

Лиофобные дисперсные системы /Лаб/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

2.12

Лиофобные дисперсные системы /Ср/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

2.13

Лиофильные дисперсные системы /Лек/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

2.14

Лиофильные дисперсные системы /Лаб/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

2.15

Лиофильные дисперсные системы /Ср/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

2.16

/Экзамен/

Л1.1 Л1.2Л2.2

Э1

ИД-1.ОПК-2 ИД-2.ОПК-2 ИД-3.ОПК-2

5. ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ

5.1. Контрольные вопросы и задания

КОМПЛЕКТ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» Тема: Агрегатное состояние вещества. Законы идеальных газов. 1. Агрегатное состояние вещества может быть: а) твёрдым, жидким, газообразным и плазмой; б) кристаллическим, аморфным, жидким, газообразным;

стр. 8

УП: ОВ-22.plx

в) металлическим, стеклообразным, жидкокристаллическим, газообразным; г) порошкообразным, желеобразным, эластичным, газообразным. 2. Тип агрегатного состояния вещества зависит при данных условиях: а) от размеров частиц и скорости их движения; б) от частоты и силы столкновения частиц; в) от характера взаимодействия частиц и расстояния между ними; г) от химического строения частиц. 3. Твёрдые вещества могут иметь следующие типы кристаллических решёток: а) изотропные, анизотропные, аморфные, аллотропные; б) ионные, атомные, молекулярные, металлические; в) изоморфные, гетероморфные, тиксотропные, гетеротрофные; г) каркасные, слоистые, ячеистые, многогранные. 4. В узлах кристаллической решётки могут находиться: а) атомы, ионы, молекулы; б) атомы, ионы, электроны; в) ионы, электроны, протоны; г) атомы, ионы, нейтроны. 5. Найдите соответствие: а) хлорид натрия – ионная решётка; б) графит – молекулярная решётка; в) железо – проводит электрический ток, т. к. в узлах решётки находятся электроны; г) воск, парафин – имеют неодинаковые свойства в разных направлениях. 6. Плазма получается: а) при нагревании газа до высоких температур; б) при большом разряжении газа в магнитном поле; в) путём облучения газа; г) при пропускании через газ электрического тока. 7. Выберите показатели, которые могут быть измерены для жидкостей: а) подвижность, текучесть, сжимаемость, полярность; б) вязкость, плотность, поверхностное натяжение; в) температура кипения, кристаллизации, возгона, критическая температура; г) летучесть, прозрачность, показатель отражения. 8. Газ можно: а) уменьшать в объёме и сжижать; б) охлаждать до -273,5° С; в) превратить в твёрдое вещество при резком расширении; г) превратить в жидкость выше критической температуры под большим давлением. 9. Газ является идеальным, если… а) он состоит из одинаковых атомов; б) можно не учитывать массы и взаимодействие частиц газа; в) частицы газа находятся друг от друга на одинаковом расстоянии; г) столкновения частиц газа являются упругими и нечастыми. 10. Состояние идеального газа описывается равенством: а) PV = nRT; б) PV/T = P0V0/T0; в) p = CRT; г) PT = mRV. 11. Универсальная газовая постоянная равна: а) изменению объёма при нагревании 1 моль газа на 1° К при 101,3 кПа; б) работе расширения 1 моль газа при нагревании его на 1° К; в) работе расширения 1 моль газа при нагревании его на 1° К при 101,3 кПа; г) изменению давления 1 моль газа при нагревании его на 1° К при объёме газа 1 л. 12. Относительная плотность этана по воздуху равна: а) 1,0; б) 1,5; в) 2; г) 0,5. 13. В 1 л любого газа при н. у. содержится молекул: а) 0,27 · 1023; б) 0,27 · 1026; в) 6,02 · 1023; г) 6,02 · 1026. 14. В каком газе больше молекул, если массы газов одинаковы: а) в азоте; б) в кислороде; в) в сероводороде; г) число молекул одинаково. 15. Парциальное давление газа:

стр. 9

УП: ОВ-22.plx

а) часть общего давления газа в смеси газов; б) равно общему давлению газа в газовой смеси; в) пропорционально объёму газовой смеси; г) пропорционально исходному давлению газа. 16. Смешали три газа объёмом по 1 л, находящиеся под давлением 1 атм. в ёмкости объёмом 3 л. Парциальное давление газов и общее давление смеси равно: а) 1 атм.; 3 атм.; б) 0,33 атм.; 1 атм.; в) 0,33 атм.; 3 атм.; г) 3 атм.; 1 атм. 17. Смешали 1 л водорода (1 атм.), 2 л углекислого газа (2 атм.) в баллоне на 0,5 л. Давление смеси равно: а) 10 атм.; б) 3 атм.; в) 1,5 атм.; г) 1 атм. 18. Найдите правильное соответствие: а) чем больше давление при постоянной температуре, тем меньше объём газа; б) чем меньше парциальные давления газов, тем больше давление газовой смеси; в) 1 л влажного воздуха весит больше 1 л сухого воздуха; г) при сжимании газовой смеси парциальные давления газов в смеси уменьшаются. 19. Давление 1 кг водорода объёмом 1 м3 при 0° С равно….. кПа: а) 1544,0; б) 1133,0; в) 273,0; г) 8,3. 20. Объём 1 моль кислорода при 0° С и давлении 1 атм. равен: а) 1 л; б) 22,4 л; в) 1 м3; г) 10 л. Тема: Первое начало термодинамики. 21. Энергия – это: а) показатель теплосодержания; б) мера движения и взаимодействия; в) критерий работоспособности; г) мера реакционноспособности. 22. Системы бывают: а) изолированные (не обмениваются энергией с внешней средой); б) закрытые (обмениваются только энергией); в) открытые (обмениваются только массой); г) замкнутые (обмениваются и массой и энергией). 23. Теплота, подведённая к системе, идёт на: а) повышение температуры; б) увеличение внутренней энергии и на работу; в) увеличение полной энергии системы; г) возрастание теплосодержания. 24. Изохорные процессы идут при: а) постоянной температуре; б) постоянном объёме; в) постоянном давлении; г) отсутствии теплообмена. 25. Изобарные процессы идут при: а) постоянном объёме; б) постоянном давлении; в) постоянной температуре; г) отсутствии теплообмена. 26. Изотермические процессы идут при… а) постоянном объёме; б) постоянном давлении; в) постоянной температуре; г) отсутствии теплообмена. 27. Теплота, подведённая к системе в изобарном процессе, идёт на изменение… а) свободной и связанной энергии; б) внутренней энергии системы и на работу против сил внешнего давления; в) внутренней и внешней энергии; г) температуры системы. 28. Энтальпия – функция состояния и равна… а) внутренней энергии и работе;

стр. 10

УП: ОВ-22.plx

б) сумме связанной и свободной энергии; в) внутренней энергии; г) тепловому эффекту химической реакции. 29. Теплота изохорного процесса равна изменению… а) энтальпии; б) свободной энергии; в) внутренней энергии; г) потенциальной энергии. 30. Тепловой эффект химической реакции зависит от… а) состояния реагирующих веществ; б) состояния продуктов реакции; в) состояния реагирующих веществ и продуктов реакции; г) пути процесса. Тема: Второе начало термодинамики. 31. Свободная энергия – часть… а) внутренней энергии, способная переходить в теплоту; б) внутренней энергии, способная переходить в работу; в) тепловой энергии, выделяющейся во внешнюю среду; г) связанной энергии, переходящая в работу. 32. Самопроизвольные процессы идут: а) спонтанно, без воздействия внешних сил; б) под воздействием внешних сил; в) необратимо; г) обратимо. 33. Энтропия и свободная энергия Гиббса определяют… а) вероятность и направление самопроизвольных процессов; б) направление несамопроизвольных процессов; в) полноту обратимых процессов; г) вероятность и направление всех процессов. 34. Изменение энтропии рассчитывается по формуле: а) DS = DH/T; б) DS = Qобр./T; в) DS = DU/T; г) DS = DG/T. 35. Энтропия повышается при… а) переходе вещества из твёрдого состояния в жидкое и парообразное; б) повышении количества связей в системе; в) уменьшении числа частиц в системе; г) понижении температуры. 36. Изменение свободной энергии Гиббса имеет вид… а) dG = dH –TdS; б) dG = dU – TdS; в) dG = A –Q; г) dG = Q + TdS. 37. Внутренняя энергия системы… а) совокупность всех видов потенциальной энергии; б) сумма всех видов кинетической энергии; в) сумма всех видов свободной энергии; г) сумма всех видов энергии. 38. Внутренняя энергия системы зависит от: а) температуры; б) положения системы; в) скорости движения системы; г) упорядоченности её структуры. 39. В самопроизвольных процессах свободная энергия… а) возрастает; б) понижается; в) не меняется; г) вначале растёт, потом понижается. 40. В изолированных системах самопроизвольно идут процессы, если повышается… а) температура; б) энтропия; в) энтальпия; г) давление. Тема: Законы Рауля. 41. Насыщенный пар – это пар… а) находящийся в равновесии с жидкостью; б) полученный при нагревании жидкости до t° кипения;

стр. 11

УП: ОВ-22.plx

в) способный конденсироваться; г) способный совершать работу. 42. Если в воде растворить нелетучее вещество, то давление насыщенного пара… а) повысится; б) понизится; в) не изменится; г) или понизится, или повысится. 43. Зависимость давления насыщенного от концентрации раствора имеет вид: а) P = P0 C; б) DP = P0 N; в) P = P0 CT; г) DP = P0 CRT. 44. При температуре кипения: а) давление пара максимально; б) давление пара равно атмосферному; в) летучая жидкость начинает испаряться; г) пар становится насыщенным. 45. Температура кипения зависит от: а) природы жидкости; б) атмосферного давления; в) формы поверхности жидкости; г) количества жидкости. 46. Если в воде растворить нелетучее вещество, то температура кипения: а) повысится; б) понизится; в) не изменится; г) или повысится, или понизится. 47. Зависимость температуры кипения от концентрации раствора имеет вид: а) t = KЭC; б) t = KЭCR; в) dt = KЭC; г) dt = KЭCR. 48. При температуре замерзания: а) давление пара минимально; б) жидкость не испаряется; в) давление пара над твёрдой и жидкой фазами равно атмосферному; г) давление пара над твёрдой и жидкой фазами одинаково. 49. В присутствии нелетучего вещества температура замерзания жидкости… а) понижается; б) повышается; в) не меняется; г) или повышается, или понижается. 50. Зависимость температуры замерзания от концентрации раствора имеет вид… а) t = KКC; б) t = KКCR; в) Dt = KКC; г) Dt = KКCR. Тема: Осмос, осмотическое давление. 51. Диффузия: а) процесс перемещения частиц; б) процесс выравнивания температуры во всех частях системы; в) самопроизвольное выравнивание концентрации во всех частях системы за счёт теплового движения частиц; г) самопроизвольное упорядоченное движение частиц из одной части системы в другую за счёт собственной теплоты. 52. Осмос – это: а) односторонняя самопроизвольная диффузия молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией; б) диффузия молекул растворителя через полупроницаемую мембрану под действием внешнего давления; в) самопроизвольная диффузия молекул растворённых веществ через полупроницаемую мембрану из раствора с большей концентрацией в раствор с меньшей концентрацией; г) Односторонняя диффузия молекул растворителя и растворённых веществ через полупроницаемую мембрану с целью выравнивания концентраций. 53. Осмотическое давление зависит… а) от природы растворителя и растворённых веществ; б) от давления насыщенного пара растворителя; в) от концентрации раствора; г) от температуры кипения. 54. Осмотическое давление рассчитывается по формуле: а) p = CDT;

стр. 12

УП: ОВ-22.plx

б) p = CRT; в) p = KRT; г) p = CRK. 55. Растворы, имеющие одинаковые осмотические давления называются: а) изотонические; б) гипотонические; в) гипертонические; г) изотермические. 56. Имеется четыре раствора, один литр которых содержит 10 г глицерина – C3H8O3 (1 колба), 10 г сахара – C12H22O11 (2 колба); 10 г глюкозы – C6H12O6 (3 колба) и 10 г карбамида – CO(NH2)2 (4 колба). В какой колбе находится раствор с большим осмотическим давлением? а) в первой; б) во второй; в) в третьей; г) в четвёртой. 57. На засоленных почвах (солончаки) растения (культурные) могут погибнуть, т. к…. а) насыщенные солями почвенные воды попадут в клетки растений; б) питательные вещества из клеток растений переходят в почвенный раствор; в) вода из клеток растений переходит в почвенный раствор; г) питательные вещества из засоленных почв не попадают в клетки растений. 58. Имеется 4 раствора, содержащие в 5 л 1 моль сахарозы (первый); в 1 л 3 моль глюкозы (второй); в 2 л 1,5 моль мочевины (третий) и в 100 мл 0,5 моль глицерина (четвёртый). В каком растворе больше осмотическое давление? а) в первом; б) во втором; в) в третьем; г) в четвёртом. 59. Первый раствор содержит в 100 мл 1026 частиц; второй – в 1 л 1023 частиц; третий – в 0,5 л 1022 частиц; четвёртый – в 2 л 1027 частиц. В каком растворе осмотическое давление больше? а) в первом; б) во втором; в) в третьем; г) в четвёртом. 60. Какой из растворов, содержащих по 5 г вещества в 100 мл; в 1 л; в 1м3; в 1 дм3 закипит быстрее? а) первый; б) второй; в) третий; г) четвёртый. Тема: Поверхностные явления. Адсорбция. 61. На поверхности раздела веществ в различных агрегатных состояниях возникает: а) энтропия; б) свободная энергия; в) избыточная связанная энергия; г) некомпенсированная энтальпия. 62. Адсорбция – это… а) смешивание веществ в различных агрегатных состояниях; б) поглощение жидкости твёрдым веществом; в) самопроизвольное поглощение вещества поверхностью другого вещества; г) односторонняя диффузия молекул растворённого вещества к поверхности твёрдого вещества. 63. Адсорбция возникает на поверхности раздела фаз: а) карбонат кальция – карбонат магния; б) углерод – цинк; в) углерод – углекислый газ; г) оксид кальция – медь. 64. Адсорбция бывает: а) химическая и физическая; б) кинетическая и потенциальная; в) свободная и связанная; г) энтальпийная и энтропийная. 65. Адсорбция ионов может быть… а) специфической, обменной, эквивалентной; б) неспецифической, молярной, эквимолярной; в) вынужденной, свободной, связанной; г) полярной, неполярной. 66. Вязкость жидкости – это внутреннее трение, которое проявляется при… а) движении ионов в растворе под действием электрического поля; б) хаотическом движении молекул жидкости; в) упорядоченном движении молекул жидкости; г) относительном движении соседних слоёв жидкости.

стр. 13

УП: ОВ-22.plx

67. Поверхностное натяжение жидкости – это: а) работа увеличения поверхности жидкости на 1 см2; б) энергия взаимодействия поверхностного и внутренних слоёв жидкости; в) связанная поверхностная энергия; г) энергия взаимодействия молекул жидкости в поверхностном слое. 68. Поверхностно – активные вещества: а) понижают поверхностное натяжение жидкостей; б) повышают поверхностное натяжение жидкостей; в) понижают вязкость жидкостей; г) повышают вязкость жидкостей. 69. Полярные растворители хорошо растворяют: а) жидкие и твёрдые неполярные вещества; б) жидкие и твёрдые полярные вещества; в) твёрдые полярные и жидкие неполярные вещества; г) твёрдые неполярные и жидкие полярные вещества. 70. На полярных твёрдых поверхностях хорошо закрепляются: а) неполярные вещества; б) амфотерные вещества; в) полярные вещества; г) полярные и неполярные вещества. 71. На поверхности угля хорошо закрепляется: а) вода; б) этиловый спирт; в) бензол; г) ацетон. Тема: Буферные растворы, водородный показатель. 72. Водородный показатель (pH) равен: а) lg[H+]; б) ln[OH–]; в) –lg[OH–]; г) –lg[H+]. 73. Водородный показатель изменяется от… а) 0 до 7; б) 0 до 12; в) 0 до 14; г) 1 до 14. 74. Выберите правильные соответствия: а) если среда щелочная, то pH меньше 7; б) при pH 10 среда кислая; в) если среда кислая, то pH больше 7; г) если pH 7, среда нейтральная. 75. pH раствора соляной кислоты при концентрации 1 моль/л равен: а) 1; б) 0,1; в) 0; г) 10. 76. pH раствора гидроксида натрия при молярной концентрации 0,1 моль/л равен… а) 1; б) 10; в) 14; г) 13. 77. Буферные растворы – это смеси: а) сильных кислот и их солей; б) сильных оснований и их солей; в) слабых кислот и слабых оснований с их солями; г) слабых и сильных кислот. 78. Какие растворы относятся к буферным: а) H2SO4 + Na2SO4; б) NaOH + NaCl; в) NH3 + NH4Cl; г) CH3COOH + HCl. 79. pH буферных растворов не меняется при добавлении к ним небольших количеств… а) солей слабых кислот; б) солей слабых оснований; в) слабых кислот или слабых оснований; г) сильных кислот или сильных оснований. 80. Какие объекты обладают буферными свойствами: а) раствор сильной кислоты;

стр. 14

УП: ОВ-22.plx

б) почвенные растворы; в) раствор поваренной соли; г) раствор сильной щёлочи. Тема: Коллоидная химия. 81. Коллоидная химия изучает: а) гетерогенные дисперсные системы; б) гомогенные дисперсные системы; в) однофазные и многофазные системы; г) однокомпонентные и многокомпонентные системы. 82. Коллоидные частицы имеют диаметр (м): а) 10 –7 – 10 –5; б) 10 –7 – 10 –9; в) 10 –9 – 10 –10; г) 10 –5 – 10 –7. 83. Коллоидные растворы – системы, состоящие из: а) жидкой дисперсной фазы и жидкой среды; б) твёрдой дисперсной фазы и жидкой среды; в) твёрдой дисперсной фазы и газообразной среды; г) жидкой дисперсной фазы и газообразной среды. 84. Найдите правильные соответствия: а) молекулярно-дисперсные системы – истинные растворы; б) микрогетерогенные системы – коллоидные растворы; в) ультрамикрогетерогенные системы – тонкие суспензии; г) грубодисперсные системы – эмульсии и пены. 85. Способы получения коллоидных растворов бывают: а) дисперсионные и конденсационные; б) коагуляционные и седиментационные; в) механические и химические; г) пептизационные и ультразвуковые; 86. Процесс очистки коллоидных растворов от примесей осуществляется путём: а) фильтрации; б) диализа и электродиализа; в) центрифугирования; г) седиментации. 87. Коллоидные частицы обладают: а) диффузией и осмосом; б) броуновским движением; в) невысокой поверхностной энергией; г) высокой коагулирующей способностью. 88. Броуновское движение – это: а) хаотическое движение частиц за счёт сообщения теплоты из внешней среды; б) хаотическое движение частиц под действием ударов молекул растворителя; в) хаотическое движение молекул растворителя вследствие ударов коллоидных частиц; г) беспорядочное движение молекул растворителя и коллоидных частиц. 89. Коллоидные растворы способны: а) опалесцировать; б) отражать и преломлять свет; в) поглощать и отражать свет; г) пропускать и поглощать свет. 90. На границе раздела коллоидная частица – раствор образуется: а) слой из положительно заряженных ионов; б) слой из отрицательно заряженных ионов; в) слой из молекул растворителя; г) двойной электрический слой. 91. Коллоидная частица… а) имеет только положительный заряд; б) имеет только отрицательный заряд; в) может иметь как положительный, так и отрицательный заряд; г) не имеет заряда. 92. Электроосмос – это движение в электрическом поле… а) жидкости; б) тонких частиц; в) положительно заряженных ионов; г) отрицательно заряженных ионов. 93. Электрофорез – это движение в электрическом поле: а) тонких частиц; б) жидкости; в) положительно заряженных ионов;

стр. 15

УП: ОВ-22.plx

г) отрицательно заряженных ионов. 94. Двойной электрический слой возникает… а) на поверхности раздела твёрдое – жидкость; б) внутри твёрдой фазы; в) внутри жидкой фазы; г) внутри газовой фазы. 95. Внутри двойного электрического слоя потенциал падает… а) резко; б) плавно; в) вначале плавно, потом резко; г) вначале резко, потом плавно. 96. Двойной электрический слой состоит из… а) потенциалопределяющих ионов; б) прочносвязанных противоионов; в) непрочносвязанных противоионов; г) потенциалопределяющих ионов и противоионов. 97. Электрокинетический потенциал (дзета-потенциал) на коллоидной частице образуется при… а) осаждении частиц; б) отталкивании частиц; в) хаотическом движении частиц; г) притяжении частиц. 98. Электрокинетический потенциал (дзета-потенциал) возникает… а) на поверхности частицы; б) на границе раздела частицы и слоя противоионов; в) на границе раздела прочносвязанных и непрочносвязанных противоионов; г) на границе раздела потенциалопределяющих ионов и противоионов. 99. Заряд на коллоидной частице образуется вследствие: а) броуновского движения; б) закрепления (адсорбции) или диссоциации ионов с поверхности частицы; в) взаимодействия частиц между собой; г) создания на поверхности частицы слоя из молекул растворителя. 100. Коллоидная частица входит в состав: а) мицеллы; б) гранулы; в) агрегата; г) ассоциата. 101. Мицелла… а) имеет только положительный заряд; б) имеет только отрицательный заряд; в) может иметь и положительный и отрицательный заряд; г) не имеет заряда. 102. Кинетическая устойчивость – свойство дисперсных частиц… а) не укрупняться при соударении; б) удерживаться в объёме жидкости, не осаждаясь; в) не взаимодействовать с растворителем при движении; г) не разукрупняться при соударении. 103. Агрегативная устойчивость – свойство дисперсных частиц… а) не осаждаться; б) не разукрупняться; в) удерживаться в объёме раствора, не осаждаясь; г) сохранять свои размеры, не укрупняясь. 104. Коагуляция частиц – это: а) осаждение; б) слипание, укрупнение; в) разукрупнение, расщепление; г) удерживание частиц в объёме жидкости. 105. Седиментация – это: а) агрегация, слипание частиц; б) осаждение частиц; в) разукрупнение частиц; г) взаимодействие частиц с растворителем. 106. Коллоидные растворы – относительно устойчивые системы, т. к.: а) коллоидные частицы хорошо растворимы в растворителе; б) коллоидные частицы плохо растворимы в растворителе; в) на частицах образуются защитные оболочки из молекул растворителя; г) частицы имеют заряды одинакового знака. 107. Электролиты – коагулянты вызывают: а) агрегацию, слипание частиц;

стр. 16

УП: ОВ-22.plx

б) дезагрегацию, разрушение частиц; в) растворение частиц; г) появление заряда на частицах. 108. Порог коагуляции – это: а) концентрация электролита, при которой частицы теряют заряд; б) концентрация электролита, при которой частицы приобретают максимальный заряд; в) максимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию; г) минимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию; 109. Коллоидная защита – это: а) повышение устойчивости растворов высокомолекулярных соединений при добавлении коллоидных растворов; б) повышение устойчивости коллоидных растворов при добавлении высокомолекулярных соединений; в) понижение дисперсности коллоидного раствора при добавлении коагулянтов; г) повышение дисперсности коллоидного раствора при добавлении пептизаторов. 110. Старение коллоидных растворов – это: а) самопроизвольное разукрупнение частиц; б) самопроизвольное утоньшение гидратных оболочек частиц; в) самопроизвольное укрупнение частиц; г) автокоагуляция частиц. 111. Повышение чувствительности коллоидного раствора к коагуляции называется: а) седиментацией; б) стабилизацией; в) коалесценцией; г) сенсибилизацией. 112. Какие системы относятся к суспензиям? а) твёрдое – газ; б) жидкость – газ; в) жидкость – жидкость; г) твёрдое – жидкость. 113. Какие системы являются суспензиями? а) глина в воде; б) сахар в воде; в) растительное масло в воде; г) углекислый газ в воде. 114. Для суспензий характерны следующие свойства: а) седиментация, фильтрация, флотация; б) диффузия, осмос; в) броуновское движение; г) опалесценция. 115. Какие системы относятся к эмульсиям? а) жидкость – газ; б) жидкость – твёрдое; в) жидкость – жидкость; г) твёрдое – газ. 116. Какие системы являются эмульсиями? а) этиловый спирт в воде; б) вода в бензоле; в) растительное масло в спирте; г) глицерин в воде. 117. Для повышения устойчивости эмульсий к ним добавляют: а) коагулянты; б) пептизаторы; в) эмульгаторы; г) диспергаторы. 118. Пены представляют собой: а) дисперсии частиц в жидкости; б) дисперсии жидкости в жидкости; в) дисперсии газа в жидкости; г) дисперсии жидкости в газе. 119. В качестве стабилизаторов (пенообразователей) пены используют: а) растворы мыла; б) низкомолекулярные спирты (метиловый, этиловый); в) растительные масла; г) глицерин. 120. Аэрозоли подразделяются на: а) эмульсии; б) суспензии; в) пены; г) туманы, дымы.

стр. 17

УП: ОВ-22.plx

121. Растворение нерастворимых в воде органических веществ в концентрированных растворах мыл называется: а) коалесценция; б) солюбилизация; в) пептизация; г) сенсибилизация. 122. К природным высокомолекулярным соединениям относятся: а) белки, крахмал, синтетический каучук; б) глины, графит, алмаз, целлюлоза; в) натуральный каучук, полистирол; г) полисахариды, полиэтилен. 123. Какие свойства характерны для растворов высокомолекулярных соединений (ВМС)? а) молекулы ВМС проходят сквозь полупроницаемую мембрану; б) медленная диффузия; в) не устойчивы во времени; г) гетерогенность. 124. Для растворов высокомолекулярных соединений характерны специфические свойства: а) набухаемость; б) имеют чёткий конус Тиндаля; в) незначительная вязкость; г) желатинирование. 125. Изоэлектрическая точка белка… а) область концентраций, при которой количество заряженных и незаряженных молекул равно; б) значение pH, при котором молекула белка не имеет заряда; в) точка, в которой количество положительно заряженных и отрицательно заряженных молекул одинаково; г) точка, в которой количество положительных и отрицательных зарядов в молекуле белка одинаково. 126. В растворе смеси белков казеина и глиадина изоэлектрические точки равны соответственно 4,6 и 9,8. Какой заряд будут иметь молекулы казеина и глиадина в нейтральной среде (pH 7)? а) казеин (+), глиадин (+); б) казеин (–), глиадин (+); в) казеин (–), глиадин (–); г) казеин (+), глиадин (–). 127. Разрушение растворов высокомолекулярных соединений при добавлении электролитов высокой концентрации называется: а) коацервация; б) коалесценция; в) высаливание; г) пептизация. 128. Гели – это: а) растворы полимеров низкой концентрации; б) концентрированные эмульсии; в) концентрированные суспензии; г) коллоидные системы, потерявшие текучесть. 129. Процесс образования гелей идёт интенсивнее при: а) повышении температуры; б) повышении концентрации; в) понижении концентрации; г) сферической форме частиц. 130. Тиксотропия – это: а) обратимый переход геля в коллоидный раствор при механическом воздействии; б) самопроизвольное уменьшение объёма геля; в) превращение коллоидного раствора в гель; г) превращение геля в студень. 131. Самопроизвольный процесс разрушения (старения) геля называется: а) тиксотропия; б) высаливание; в) диспергирование; г) синерезис. 132. Коллоидный раствор иодида серебра получен по реакции: KI избыток + AgNO3 ® AgI + KNO3, выберите формулу мицеллы: а) [(mAgI) · nI– · (n–x)K+]x– · xK+; б) [(mAgI) · nK+ · (n–x)I–]x+ · xI–; в) [(mAgI) · xAg+ · (n–x)NO3–] x+ · xNO3–; г) [(mAgI) · x NO3– · (n–x)K+]x– · xK+; 133. Частицы коллоидного раствора золота имеют отрицательный заряд. Какие электролиты – коагулянты следует использовать… а) FeCl3; б) K2SO4; в) Na3PO4;

стр. 18

УП: ОВ-22.plx

г) NH4Cl. 134. Частицы коллоидного раствора гидроксида железа имеют положительный заряд. Какие вещества следует применить для коагуляции данного раствора? а) этиловый спирт; б) глицерин; в) Na3PO4; г) AlCl3. Критерии выставления оценок за выполнения тестовых заданий: Оценка «отлично» выставляется, если обучающийся выполнил правильно тестовые задания на 86-100%. Оценка «хорошо» выставляется, если обучающийся выполнил правильно тестовые задания на 71-86%. Оценка «удовлетворительно» выставляется, если обучающийся выполнил правильно тестовые задания на 55-71%. Оценка «неудовлетворительно» выставляется, если обучающийся выполнил правильно тестовые задания менее 55% . Вопросы к экзамену 1. Предмет химической термодинамики. Метод и ограничения термодинамики. Основные термины, величины и понятия. Внутренняя энергия. Теплота и работа. 2. Первый закон термодинамики, формулировки и математические выражения. Частные случаи уравнения 1го закона для разных процессов. Термохимия. Тепловые эффекты химических реакций. Закон Гесса. Теплота образования и сгорания. 3. Теплоемкость. Средняя и истинная теплоемкости. Теплоемкость при постоянном объеме и давлении. Закон Кирхгофа. 4. Второй закон термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Максимальная работа. Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы. Формулировки и математические выражения 2го закона. Принцип работы тепловой машины. 5. Энтропия как функция состояния. Изменение энтропии в изолированной системе. Статистический характер 2го закона термодинамики. Уравнение Больцмана. 6. Уравнения Гиббса-Гельмгольца. Химический потенциал. Тепловая теорема Нернста. Третий закон термодинамики. Постулат Планка. 7. Закон действия масс и химическое равновесие. Признаки истинного химического равновесия. Константа химического равновесия. Кс, Кр, Kn, Kf. Связь между ними. 8. Уравнение изотермы реакции. Влияние температуры и давления на химическое равновесие. Принцип Ле Шателье. Уравнения изобары и изохоры химической реакции. 9. Фазы, компоненты и степени свободы. Правило фаз. Однокомпонентные системы. Уравнения Клапейрона-Клаузиуса. 10. Фазовая диаграмма воды. Закон Рауля. 11. Эбуллиоскопия. Криоскопия. Осмотическое давление. Физические основы осмоса. Закон Вант-Гоффа. 12. Равновесие "жидкость-газ". Зависимость растворимости газов от температуры и давления. Закон Генри. 13. Определение раствора. Теории растворов Аррениуса, Менделеева, Каблукова. Способы выражения концентрации растворов. 14. Основные положения теории электролитической диссоциации. Изотонический коэффициент и его связь со степенью диссоциации. Ионное равновесие - связь между концентрацией, константой диссоциации и степенью диссоциации. 15. Классификация электролитов: "сильные" и "слабые". Причины и механизм электролитической диссоциации. Сольватация ионов. Произведение растворимости. Водородный показатель. 16. Основные положения теории сильных электролитов Дебая-Гюккеля. Активность и коэффициент активности. Ионная сила раствора. Протолитическая теория кислот и оснований. Основные положения теории Бренстеда. 17. Основные понятия химической кинетики - механизм химической реакции, виды систем, виды реакций, скорость химической реакции. Основной постулат химической кинетики. Кинетическая классификация реакций. Молекулярность и порядок реакций. 18. Кинетика односторонних реакций простых типов, протекающих в статических условиях. Реакции первого порядка. Реакции второго порядка. Определение порядка реакции. 19. Сложные реакции. Обратимые реакции первого порядка. Параллельные реакции. Последовательные реакции. Сопряженные реакции. Цепные реакции. Фотохимические реакции. 20. Влияние температуры на скорость реакции. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Теория активных соударений. Энергия активации. Понятие о теории переходного состояния. 21. Особенности и классификация каталитических процессов. Гомогенный катализ. Газовый катализ. Катализ в растворах. Кислотно-основной катализ. Характеристика твердых катализаторов. 22. Основные особенности коллоидного состояния. Различные виды коллоидных систем. Лиофильность и лиофобность коллоидов. Способы получения коллоидных растворов. Способы очистки золей. 23. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем. Броуновское движение. Диффузия. Осмотическое давление. Седиментационное равновесие. Оптические свойства коллоидных растворов. Опалесценция, окраска. 24. Электрические свойства коллоидных систем. Электрофорез и электроосмос. Двойной электрический слой. Электрокинетический потенциал. Мицеллярная теория строения коллоидной частицы. Устойчивость и коагуляция коллоидов.

5.2. Темы письменных работ

КОМПЛЕКТ ЗАДАНИЙ

стр. 19

УП: ОВ-22.plx

ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» Теоретические вопросы 1.Дать понятие системы, компонента, фаз. Привести примеры. 2.Экстенсивные и интенсивные свойства системы. Параметры системы. Привести примеры. 3.Первый закон термодинамики применительно к химическим процессам. Энтальпия. 4.Что называется стандартной энтальпией образования вещества, энтальпией химической реакции? 5.Какие формулировки первого закона термодинамики вам известны? 6.Какие формулировки второго закона термодинамики вам известны? 7.Значение второго закона термодинамики. Энергия Гиббса – критерий самопроизвольного протекания процесса. 8.Энтропия. 9.Дать анализ выражения G=Н – TS 10. Зависимость скорости химической реакции от концентрации вещества. Закон действующих масс. 11.Зависимость скорости химической реакции от температуры. Правило Вант- Гоффа. 12.Энергия активации химической реакции, её связь с тепловым эффектом реакции. 13.Сформулируйте основные положения теории электролитической диссоциации, 14.Степень электролитической диссоциации. Приведите примеры сильных и слабых электролитов. 15.Запишите выражение константы диссоциации слабого электролита. Физический смысл константы диссоциации. 16.Химическое равновесие. Принцип Ле-Шателье. 17.Привесли примеры условий смещения химического равновесия. 18.Способы выражения концентрации растворов. 19.Осмотическое давление. 20.Давление пара раствора нелетучего вещества. 21.Зависимость температуры замерзания и кипения от состава раствора. 22.Расскажите о науке – Коллоидная химия. 23.Классификация дисперсных систем по размеру частиц. 24.Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и среды. 25.Классификация дисперсных систем по характеру взаимодействия дисперсной фазы и среды. 26.Какие поверхностные явления вам известны? 27.Что такое поверхностное натяжение? 28.Явление смачивания. Краевой угол смачивания. 29Гидрофобные и гидрофильные поверхности. 30.Поверхностно-актиные вещества. Механизм их действия. Привести примеры. 31.Адсорбция, чем вызвана? Адсорбтив, адсорбент. Приведите примеры. 32.Методы получения дисперсных систем. 33.Свойства дисперсных систем. 34.Строение двойного электрическог слоя. Правило Пескова. 35.Строение мицеллы. 36.Дайте характеристику эмульсий 37.Дапте характеристику пен. 38.Дайте характеристику аэрозолей. 39.Растворы высокомолекулярных соединений, их особенности. 40.Свойства растворов высокомолекулярных соединений. 41.Процесс желатинирования. Гели и студни. 42. Тиксотропия, синерезис. коацервация. 43.Какова роль поверхностных явлений в природе и технике? 44.Роль коллоидной химии в пищевых технологиях. Задачи № Задача. Определить тепловой эффект реакции, составить ТХУ. Рассчитать, сколько кДж теплоты выделится при образовании 100 г продукта 1 2Н2+СО  СНзОНг 2 2СО22СО + О2 3 С2Н6  С2Н4+ Н2 4 СО2+4Н2СН4 + Н2О 5 4НС1г + О22Н20(ж) + 2Cl2 6 2NО22NО + О2 7 Са(ОН)2(к)СаО(к) + Н2Oж 8 2SO2 + О23SO3 9 N2O42NO2 10 С6Н6(ж)+3Н2 С12Н6(г) Таблица 1. Термодинамические величины вещество Нобр 298оС кДж/моль вещество Нобр 298оС кДж/моль CO -110,5 NO2 34,19

стр. 20

УП: ОВ-22.plx

CO2 -393,51 NO 91,26 C2H6 -84,7 Ca(OH)2 -985,12 C2H4 52,4 CaO -635,09 CH4 -74,58 SO2г -296,9 H2Oж -283,83 CH3COOHг -434,84 H2Oг -241,83 SO3г -395,86 HClг -92,31 N2O5 11,11 C6H6ж 49,03 C6H12г -146,44 С2Н2 226,75 CH3OHг -234,6 С2Н5OH -276,98 CH3COOHж -484,09 № 11-15 Составить термохимическое уравнение, используя энтальпии образования веществ. Сделать вывод о возможности самопроизвольного протекания химической реакции. 11. 2Н2+СОСН3ОН 12.2СО2г 2СО + О2 13. C6H6ж +3Н2 С12Н6(г) 14. Ca(OH)2 CaO +Н2О 15. СО2г +4Н2 CH4+2H2Oг Таблица 2. Термодинамические величины. вещество Нобр 298оС кДж/моль Sобр 298оС Дж/мольК H2 0 130,5 CO -110,5 197,5 C2H6 -84,7 205,03 C2H4 52,4 239,73 C6H6ж 49,03 173,26 C6H12ж -123,1 298,2 Ca(OH)2 -985,12 83,4 CaO -635,09 38,1 H2Oг -241,83 188,7 CH4 -74,58 186,3 CO2 -393,51 213,7 № 16-23.Рассчитать рН растворов 16. 0,2М Н2SO4 17. 0.1M CH3COOH 18. 0.01M HCl 19. 0.02M NH4OH 20. 0.05M NaOH 21. 0.01M C2H5COOH 22. 0.025M KOH 23. 0.05M HCOOH № 24-27 Рассчитать степень диссоциации веществ в растворе 24. 0,05М CH3COOH 25.0,03М NH4OH 26.0,01М C2H5COOH 27.0,005М C3H7COOH 28. Какое осмотическое давление создаёт раствор хлорида натрия при температуре 25оС, если в 100мл воды растворить 5,5г соли. 29. Найти молярную массу вещества, если 0,033г его растворили в 150 мл воды при 30оС. Осмотическое давление раствора составляет 250Па 30. Найти молярную массу вещества, если 0,045г его растворили в 300 мл воды при 30оС. Осмотическое давление раствора составляет 350Па 31. Какое осмотическое давление создаёт раствор глюкозы при температуре 30оС, если в 250мл воды растворить 10г глюкозы. 32. Рассчитать давление пара над раствором 30 грамм мочевины в 150 грамм воды. Давление пара чистого растворителя 130 Па. 33.Рассчитать давление пара над раствором 45 грамм мочевины в 400 грамм воды. Давление пара чистого растворителя 150 Па. 34. Рассчитать давление пара над раствором 15 грамм мочевины в 400 грамм воды. Давление пара чистого растворителя 150 Па. 35.Рассчитать давление пара над раствором 25 грамм сахарозы в 200 грамм воды. Давление пара чистого растворителя 150 Па.

стр. 21

УП: ОВ-22.plx

36-45. Составить мицеллу золя, полученного смешиванием растворов. Считать, что второй раствор в избытке. Определись заряд коллоидной частицы. 36. NaCl и AgNO3 37. K2SO4 и Ba(NO3)2 38 Na3PO4 и CaSO4 39. NaOH и CuSO4 40. AgNO3 и KOH 41. Na2SiO3 и HCl 42. ZnCl2 и KOH 43. FeCl2 и NaOH 44. BaCl2 и H2SO4 45. Mg(NO3) и KOH № варианта вопросы задачи 1 1,3,10,18,22 1,11,16,26,36 2 2,4,11,19,23 2,12,17,27,37 3 5,12,9,20,24 3,13,18,28,38 4 6,13,15,17,25 4,14,19,29,39 5 7,14,16,28,26 5,15,20,30,40 6 8,15,20,33,27 6,11,21,31,41 7 9,16,21,30,44 7,12,22,32,42 8 3,10,22,19,34 8,13,23,33,43 9 6,17,20,31,41 9,14,24,34,44 10 2,11,18,29,40 10,15,25,35,45 Варианты контрольных заданий Критерии выставления оценок за контрольную работу по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» Оценка "отлично" ставится, если обучающийся: • выполнил работу без ошибок и недочетов; • допустил не более одного недочета. Оценка "хорошо" ставится, если обучающийся выполнил работу полностью, но допустил в ней: • не более одной негрубой ошибки и одного недочета; • или не более двух недочетов. Оценка "удовлетворительно" ставится, • если обучающийся правильно выполнил не менее половины работы или допустил: • не более двух грубых ошибок; • или не более одной грубой и одной негрубой ошибки и одного недочета; • или не более двух-трех негрубых ошибок; • или одной негрубой ошибки и трех недочетов; • или при отсутствии ошибок, но при наличии четырех-пяти недочетов. Оценка "неудовлетворительно" ставится, обучающийся: • допустил число ошибок и недочетов превосходящее норму, при которой может быть выставлена оценка "3"; • или если правильно выполнил менее половины работы.

5.3. Фонд оценочных средств

Лабораторная работа № 1 Определение pH водных растворов электролитов Цель работы: ознакомить обучающихся с методом pH - метрии и применением его для анализа продовольственных товаров. Оборудование и реактивы: pH - метр лабораторный, индикаторы фенолфталеин и метилоранж, растворы солей NaCI, Na2Co3, NH4CI, раствор HCI, раствор NaOH, универсальная индикаторная бумага, фильтровальная бумага, стаканы на 50-100 мл. Теоретическое введение Точные измерения показывают, что чистая дистиллированная вода в незначительной мере электропроводна, она имеет ионный характер проводимости, следовательно, вода в незначительной мере диссоциирована, что можно представить уравнением: H2O H+ + OH– В соответствии с законом действия масс, для обратимого процесса диссоциации воды константа диссоциации K выражается уравнением: K = =1,8×10–16 где [Н+] и [ОН–] - равновесные концентрации Н+ и ОН- моль/л, [Н2О] - равновесная концентрация недиссоциированных молекул воды, моль/л. Принимая во внимание, что вода практически не диссоциирована (из 555 миллионов молекул воды диссоциирует только одна), можно допустить, что

стр. 22

УП: ОВ-22.plx

равновесная концентрация молекул воды равна общей концентрации воды т., [H2O] = =55,55 моль/л тогда [H+] × [OH–] = K × [H2O] = 1,8 × 10–16 × 55,56 =10–14 т.е.[H+] × [OH–] = 10–14 — ионное произведение воды Произведение концентрации ионов водорода и ионов гидроксила для воды при постоянной температуре (22○С) есть величина постоянная и называется ионным произведением воды Кв. Растворы, в которых концентрация ионов H+ равна концентрации ионов OH–, называются нейтральными растворами. В растворе кислоты концентрация ионов H+ всегда больше концентрации ионов OH–. В щелочном растворе концентрация ионов водорода меньше концентрации ионов гидроксила. По концентрации ионов водорода можно судить о характере среды. [H+] = [ОН–] = 10–7 - нейтральная среда Н+] > 10–7 > [ОН–] - кислая среда [Н+] < 10–7 < [ОН–] - щелочная среда. Охарактеризовать кислотность или щелочность среды раствора числами с отрицательными показателями степени очень неудобно, поэтому ввели водородный показатель pH. рН = – lg [H+] в нейтральной среде pH = 7, в кислой среде pH < 7, в щелочной среде pH > 7 Следует различать общую и активную кислотность. Общая кислотность определяется нормальной концентрацией раствора N, т.е. числом эквивалентов кислоты в объеме раствора. Но так как не все кислоты являются сильными электролитами, то количество свободных ионов [H+] может быть меньше теоретически возможного. Под активной кислотностью понимают концентрацию свободных гидратированных ионов водорода. Величина pH дает количественную оценку только активной кислотности раствора. Один из способов определения pH основан на свойстве некоторых веществ называемых индикаторами, изменять свою окраску в зависимости от степени активной кислотности. Такой метод называют колориметрическим. В настоящее время используются универсальные индикаторы в виде раствора и в виде индикаторной бумаги, по изменению окраски которых сразу определяют pH среды. Определение pH в мутных и окрашенных растворах при помощи индикаторов невозможно, поэтому в этих случаях пользуются специальными электрическими приборами pH - метрами. На практике часто возникает необходимость иметь растворы с устойчивым значением pH, не зависящим от разведения раствора и незначительно изменяющимся от добавления незначительных количеств сильной кислоты или щелочи. Такие растворы называют буферными. Они чаще всего состоят из смеси слабых оснований с их солью. Например: СН3СООН + СН3СООNa – ацетатный буферный раствор, H2CO3 + NaHCO3 – бикарбонатный буферный раствор, NH4OH+NH4Cl – аммиачный буферный раствор. Способность буферных растворов противостоять изменению pH при добавлении кислоты или щелочи называется буферным действием. Экспериментальная часть Задание 1. Определение характера среды растворов с помощью растворов индикаторов В шесть пробирок последовательно поместить растворы Н2О (дистилл.), NaCI, HCI, NH4CI, NaOH, Na2CO3. В каждую добавить 2-3 капли раствора индикатора метилоранжа. Отметить цвет окраски индикатора в этих растворах. Данные опыта записать в таблицу 1. Повторить опыт с этими же исходными растворами, но взять индикатор фенолфталеин. Таблица 1 Исследуемый раствор Окраска индикатора Характер среды (кислая, щелочная, нейтральная) метилоранж фенолфталеин Н2О NaCI HCI NH4CI NaOH Na2CO3 Задание 2. Определение рН растворов с ионами универсальной индикаторной бумаги Полоску универсальной индикаторной бумаги последовательно поместить в исследуемые растворы Н2О, NaCI, HCI, NH4CI, NaOH, Na2CO3 и быстро сравнить окраску полоски с эталонной шкалой. Значения рН записать в таблицу 2. Таблица 2 Исследуемый раствор Значение рН Характер среды (кислая, щелочная, нейтральная) Н2О NaCI HCI NH4CI NaOH Na2CO3 Задание 3. Определение рН растворов с помощью прибора рН-метра-милливольметра

стр. 23

УП: ОВ-22.plx

Измерить значения рН каждого исследуемых растворов на приборе рН-метре-милливольтметре. Для этого перед началом измерения включают прибор в сеть, дают некоторое время прибору нагреться. Затем электроды прибора осторожно вынимают из стаканчика с дистиллированной водой, промокают фильтровальной бумагой. в стаканчик наливают исследуемый раствор и погружают в него электроды прибора. По отклонению стрелки прибора по шкале рН снимают показания, и значение рН записывают в таблицу. Перед измерением рН другого раствора тщательно промывают электроды дистиллированной водой и промакают их фильтровальной бумагой. Так последовательно измеряют значение рН каждого из представленных растворов. Результаты записывают в таблицу 3 и делают вывод о характере среды каждого раствора. Таблица 3 Исследуемый раствор Значение рН Характер среды (кислая, щелочная, нейтральная) Н2О NaCI HCI NH4CI NaOH Na2CO3 По окончании работы электроды прибора тщательно промывают дистиллированной водой, помещают их в стаканчик с дистиллированной водой и выключают рН-метр. Контрольные вопросы 1. Что такое рН растворов? 2. Какие существуют методы определения характера среды растворов, и какие из этих методов самые точные? 3. Что называется ионным произведением воды? Лабораторная работа № 2 Исследование химического равновесия и условий его смещения Цель работы: изучить влияние различных факторов на химическое равновесие. Оборудование и реактивы: • химические стаканы, • пробирки, • насыщенные растворы FeCI3, NH4CNS, • сухая соль NH4CI, • дистиллированная вода. Теоретическое введение Химическое равновесие – это состояние обратимого процесса, при котором скорости прямой (Vпр.) и обратной (Vобр.) реакций равны. аА + bВ = сАВ Vпр. = Vобр kпр * [A]a x [B]b = kобр.* [AB]c где [A], [B], [AB] – равновесные концентрации, моль/л; a, b, c – стехиометрические коэффициенты. Отношение kпр /kоб= Кр называется константой равновесия. Она зависит только от природы реагирующих веществ и от температуры, но не зависит от концентрации реагирующих веществ, от присутствия катализатора и внешнего давления. Величина Кр количественно характеризует состояние равновесия: чем больше Кр, тем больше концентрация продуктов реакции в момент равновесия: Кр = Химическое равновесие нарушается при изменении условий протекания реакций: изменение концентрации какого-либо из веществ, участвующих в реакции, давления или температуры. В соответствии с принципом Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказать какое-либо воздействие извне, то в результате протекающих в ней процессов, равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие уменьшается. Экспериментальная часть Задание. Исследовать влияние изменения концентрации реагирующих веществ на химическое равновесие Реакция между хлоридом железа (III) FeCI3 и роданидом аммония NH4CNS выражается уравнением: FeCI3 + 3NH4CNS = Fe(CNS)3 + 3NH4CI желтый прозрачный темно-красный прозрачный раствор раствор раствор раствор Напишите выражение константы равновесия данной реакции. В стаканчик налейте 40 мл дистиллированной воды и добавьте по 1-2 капли насыщенных растворов FeCI3 и NH4CNS. Образуется раствор красного цвета. По изменению интенсивности этой окраски можно судить о направлении смещения равновесия в ту или иную сторону. Полученный раствор разлейте в 4 пробирки поровну. В первую пробирку добавьте 2-3 капли насыщенного раствора FeCI3, во вторую – 2-3 капли насыщенного раствора NH4CNS, в третью – несколько кристалликов NH4CI. Сравните окраску растворов во всех трех пробирках с контрольной смесью в четвертой пробирке, в которой находится исходный раствор. По изменению интенсивности окраски определите направление смещения равновесия. Дайте объяснения наблюдаемым явлениям, пользуясь выражением константы химического равновесия и принципом Ле Шателье. Результаты опыта занесите в таблицу. Таблица

стр. 24

УП: ОВ-22.plx

№ пробирки Что добавили Изменение интенсивности окраски Направление смещения равновесия 1 2 3 4 Контрольные вопросы 1. Что называют химическим равновесием? 2. Каков физический смысл константы равновесия? Лабораторная работа № 3 Определение зависимости скорости реакции от концентрации и температуры Цель работы: изучить влияние концентрации реагирующих веществ и температуры на скорость химической реакции. Оборудование и реактивы: • растворы Na2S2O3, H2SO4, Н2О дистиллированная вода, • измерительные пробирки, • нумерованные пробирки, • химические стаканы, • термометры, • электроплитка, • секундомеры. Теоретическое введение Химическая реакция наступает только при столкновении активных молекул, то есть таких молекул, которые обладают большим запасом энергии по сравнению со средней кинетической энергией других молекул реагирующих веществ. Всякая химическая реакция протекает с определенной скоростью. Скорость химической реакции измеряется изменением концентрации реагирующих веществ единицу времени: V = ±C/t, где С –изменение концентрации вещества моль/л; t – интервал времени. Время реакции измеряется в широких пределах – от долей секунды (взрыв) до миллионов лет (образование природных ископаемых). Это объясняется тем, что скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ и от условий, в которых она протекает. Важнейшим из этих условий являются концентрация реагирующих веществ и температура. Зависимость скорости реакции от концентрации выражается законом действия масс: скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степени их стехиометрических коэффициентов. V = k x CAa x CBb, где V – скорость реакции; CA и CB – молярные концентрации веществ А и В; k – константа скорости, зависит от природы реагирующих веществ, но не зависит от концентрации реагирующих веществ; а и b – стехиометрические коэффициенты. На скорость реакции сильное влияние оказывает изменение температуры. При повышении температуры увеличивается скорость химических реакции, так как возрастает количество активных молекул и число их столкновений в единицу времени. Зависимость скорости реакции от температуры выражается правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции возрастает в 2 – 4 раза. , где Vt2 и Vt1 - скорость при температурах t2 и t1 ; γ - температурный коэффициент реакции. Кроме концентрации и температуры на скорость химической реакции оказывают влияние действие катализаторов, поверхность соприкосновения реагирующих веществ и другие факторы. Экспериментальная часть Изменение скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ и от температуры удобно проследить на реакции взаимодействия тиосульфата натрия Na2S2O3 c серной кислотой H2SO4. Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + S + SO2 + H2O Выделяющаяся сера вызывает помутнение раствора. Время, которое проходит от момента сливания двух веществ до заметного помутнения раствора, зависит от концентрации реагирующих веществ и температуры и может характеризовать относительную скорость реакции. Чем быстрее наступает помутнение раствора, тем больше скорость данной реакции. Задание 1. Исследовать зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ В трех пронумерованных пробирках (1, 2, 3) приготовьте раствор тиосульфата натрия Na2S2O3 различной концентрации из исходного раствора и воды. Для этого с помощью измерительных пробирок в каждую пробирку налейте: в первую – 3 мл раствора Na2S2O3; во вторую – 2 мл раствора Na2S2O3 и 1 мл H2O; в третью – 1 мл раствора Na2S2O3 и 2 мл H2O. В три другие пробирки налейте по 1 мл раствора серной кислоты H2SO4. Затем в каждую пробирку с приготовленным раствором тиосульфата натрия Na2S2O3 добавьте по 1 мл приготовленного раствора серной кислоты H2SO4 и точно по секундомеру отметьте, через какое время наблюдается помутнение

стр. 25

УП: ОВ-22.plx

раствора.Результаты запишите в таблицу 1. Таблица 1. Опыт 1 № пробирки Объем, мл Относительная концентрация Na2S2O3 Время появления мути, сек. Скорость реакции V=1/t Na2S2O3 H2O H2SO4 1 3 - 1 3 2 2 1 1 2 3 1 2 1 1 Изобразите полученные результаты графически, отложив на оси абсцисс относительную концентрацию Na2S2O3 (мл), а на оси ординат – скорость реакции V=1/t. Масштаб по осям координат равномерный. По отношению у/х определить константу скорости реакции. Задание 2. Исследовать зависимость скорости реакции от температуры Изучение скорости реакции взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой проводите при трех температурах, отличающихся на 100С. В три нумерованные пробирки (1, 2, 3) налейте по 2 мл раствора Na2S2O3, а три другие – по 2 мл раствора H2SO4. Каждую пару пробирок поместите в стакан с водой и выдержите 3 минуты при заданной температуре t10С, которую измерьте термометром. Затем содержание пробирок слейте в одну пробирку, отсчитайте с помощью секундомера время от момента сливания до помутнения раствора. Проделайте опыт с другими парами пробирок при температуре t20С, а затем при температуре t30С. Данные опытов запишите в таблицу 2. Таблица 2. Опыт 2. № опыта Температура, t0С, Время появления мути, t сек. Скорость реакции V=1/t 1 2 3 Изобразите графически полученные результаты, отложив на оси абсцисс температуру, а на оси ординат – скорость реакции V=1/t. Масштаб по осям координат равномерный. Рассчитайте температурный коэффициент скорости реакции Y по формуле: Контрольные вопросы 1. Напишите математические выражения для скоростей следующих химических реакций: а) N2(г) + O2(г) = 2NO(г) б) CH4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(г) в) 2Н2S(г) + 3O2(г) = 2SO2(г) + 2Н2О(г) г) Fe2O3(к) + 3H2(г) = Fe(к) + 3Н2О(г) 2. Реакция между веществами SO2 и O2 выражается уравнением: 2 SO2(г) + O2 = 2SO3(ж) Начальная концентрация SO2 равна 0,5 моль/л, а O2 – 0,3 моль/л, константа скорости k = 0,4. Чему равна скорость реакции в начальный момент? 3. Как возрастет скорость реакции при повышении температуры с 100С до 400С, если температурный коэффициент скорости реакции равен 2? Лабораторная работа № 4 Изучение процессов адсорбции различных веществ из растворов Цель работы: изучить адсорбционную способность различных веществ и влияние различных факторов на адсорбцию. Приборы и реактивы: ступки, воронки, стеклянные трубки, химические стаканы, пробирки, бумажные фильтры, активированный уголь, каолин, слабоокрашенные водные и спиртовые растворы фуксина, раствор эозина и метиленового синего, растворы K2Cr2O7- 0,5н; Pb(NO3)2 - 0,05%; HCI, NaOH - 2H, CuSO4, FeCl3 - 0,05%; K4[Fe(CN)6] - 1%. Теоретическое введение Поглощение каким-либо веществом др. веществ называется сорбцией. Если этот процесс идет только на поверхности, то его называют адсорбцией. Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называют адсорбентом, а поглощаемое вещество – адсорбтивом. Адсорбция – процесс самопроизвольный, сопровождающийся уменьшением свободной поверхностной энергии за счет уменьшения поверхностного натяжения. Все адсорбенты можно разделить на два основных типа: гидрофильные, которые хорошо смачиваются водой, и гидрофобные, которые водой не смачиваются, но смачиваются неполярными органическими жидкостями. К гидрофильным адсорбентам относятся силикагель, глины, пористое стекло. Гидрофобные адсорбенты – активированный уголь, графит, тальк и др. На практике активированный уголь обычно применяют как адсорбент для водных растворов. По отношению к воде поверхность угля заряжена положительно. Адсорбция растворенных веществ твердыми адсорбентами подчиняется общему правилу: чем лучше данный растворитель смачивает поверхность адсорбента, тем меньше адсорбция молекул растворенного вещества из данного раствора и,

стр. 26

УП: ОВ-22.plx

наоборот, если растворитель плохо смачивает данную твердую поверхность, то адсорбция молекул растворенного вещества на ней будет велика. Адсорбироваться могут не только молекулы (молекулярная адсорбция), но и ионы (ионная адсорбция). Особенностью ее является избирательная адсорбция одного из ионов. Закономерности этого вида адсорбции выражаются правилами избирательной ионной адсорбции Пескова-Фаянса: 1. Если адсорбент не заряжен, на его поверхности адсорбируются родственные ионы, т.е. ионы, имеющие одинаковые атомы или атомные группировки с адсорбентом. 2. Если адсорбент заряжен, на его поверхности адсорбируются противоположные заряду ионы. Хорошо адсорбируются ионы красителей, диссоциирующих по схеме: ROH R+ + OH– (основные красители, например, метиленовый синий) RH R+ + H– (кислые красители, например, эозин, фуксин и другие). Основным видом ионной адсорбции является ионообменная адсорбция. Она заключается в том, что адсорбенты обмениваются ионами с раствором, причем этот обмен происходит в эквивалентных количествах. К такому обмену способны, например, искусственно получаемые ионообменные смолы, или иониты. Различают катиониты, т.е. иониты, способные к обмену катионами, и аниониты – вещества, обменивающие свои анионы. На способности избирательного и последовательного поглощения адсорбентами растворенных веществ основывается хроматографический метод анализа, заключающийся в разделении сложных смесей на составные части в специальных адсорбционных колонках с адсорбентом, например, с каолином, причем вещества адсорбируются послойно. Экспериментальная часть Задание 1. Адсорбция ионов свинца углем В две пробирки налейте по 5мл раствора Pb(NO3)2. В одну пробирку добавьте небольшое количества раствора K2Сr2O7 для доказательства наличия ионов Pb+2 в растворе. Что наблюдаете? Напишите уравнение качественной реакции на Pb+2. В другую пробирку добавьте около 1 г активированного угля, закройте ее пробкой и встряхивайте в течение 3 мин. Отфильтруйте раствор в чистую пробирку и убедитесь в отсутствии ионов Pb+2 (проба с K2Cr2O7). Объясните наблюдаемое явление. Задание 2. Влияние природы растворителя на адсорбцию В одну пробирку налейте 5 мл слабоокрашенного водного раствора фуксина, в другую такое же количество спиртового раствора фуксина. В обе пробирки внесите по 0,1 г угольного порошка и взболтайте в течение 3 мин. Отфильтруйте растворы. Что наблюдаете? Почему в одном случае адсорбция фуксина идет хорошо, а в другом плохо? Задание 3. Избирательная адсорбция кислых и основных красителей каолином В две пробирки поместите по 0,2 г адсорбента каолина. В первую пробирку налейте 2 мл раствора эозина, во вторую - 2 мл раствора метиленового синего. Пробирки закройте пробками, смесь взболтайте и отфильтруйте. Почему метиленовый синий адсорбируется, а эозин не адсорбируется каолином? Задание 4. Разделение ионов железа и меди при помощи адсорбционной хроматографии В качестве адсорбента используйте каолин. Для проведения опыта возьмите стеклянную трубочку, закрытую с одной стороны пробкой из фильтровальной бумаги или марли, заполните ее на две трети каолином. В стаканчике приготовьте смесь растворов солей CuSO4 и FeСl3 около 3 мл и пропустите ее через колонку адсорбента. Что наблюдаете? Пропустите через колонку раствор K4 [Fe(CN)6] для доказательства распределения ионов Cu2+ и Fe3– на разных уровнях колонки. Наблюдайте явление синей зоны берлинской лазури Fe4 [Fe(CN)6]3 и коричневой зоны железосинеродистой меди Cu2 [Fe(CN)6]. Напишите уравнения реакций их получения. В каком порядке ионы железа и меди адсорбируются из раствора? Контрольные вопросы 1. Каковы виды адсорбции? 2. Как влияет на молекулярную адсорбцию из растворов природа растворителя, адсорбента, растворенного вещества? 3. В чем особенность обменной адсорбции? Лабораторная работа № 5 Свойства коллоидных растворов Цель работы : изучить основные свойства коллоидных систем Оборудование реактивы: • мерные стаканы на 50-100мл, • полоски фильтровальной бумаги, • р-р FeCl3, К4 [Fе(СN)3], H2O дистиллированная; • водные растворы красителей эозина, фуксина, малахитового зеленого, • спиртовка. Теоретическое введение Основными свойствами коллоидных систем являются молекулярно-кинетические, оптические, электрокинетические. К молекулярно-кинетическим свойствам относятся броуновские движения, диффузия, осмос и другие. Броуновское движение – выражается в том, что частицы дисперсной фазы под влиянием ударов молекул дисперсной среды находятся в состоянии непрерывного хаотического движения. Броуновское движение является причиной диффузии частиц в коллоидных системах. Диффузией – называют процесс самопроизвольного выравнивания концентрации частиц дисперсной фазы в объеме дистиллированной воды вследствие их теплового (броуновского) движения. Осмосом – называют одностороннюю диффузию дисперсной среды. Осмос можно наблюдать тогда, когда коллоидный раствор и дисперсионная среда отдельны друг от друга полупроницаемой перегородкой, пропускающей молекулы дисперсной среды. Таким образом, молекулы дисперсной среды свободно проходят через полупроницаемую перегородку, а частицы дисперсной фазы, встречая такую перегородку на своем пути, производит на нее давление, называемое осмотическим. Осмотическое давление качественно можно наблюдать по деформации полупроницаемой перегородки

стр. 27

УП: ОВ-22.plx

(мембраны) (рис. 1) Рис. 1. Осмотическое давление в коллоидных растворах. Наиболее характерными оптическими свойствами коллоидных растворов являются светорассеяние (эффект Фарадея-Тиндаля), опалесценция и другие. В основе этих свойств может рассеяние и поглощения света коллоидными частицами. Эффект Фарадея-Тиндаля заключается в том, что если световой луч пропустишь через прозрачный коллоидный раствор, находящийся в темноте, то в золе будет заметен светящийся след светового луча в виде конуса (рис.2.) Рис.2. Эффект Фарадея-Тиндаля В истинных растворах или чистых жидкостях это явление не наблюдается, поэтому эффектом Фарадея-Тиндаля часто используется для того, чтобы решать вопрос о том относится ли данная система к коллоидам. Явление опалесценции выражается в появлении некоторой мутноватости и в изменении окраски золя в происходящем и отраженном свете. Цвет опалесценции золей преимущественно голубой (голубой цвет разбавленного водой молока, синий цвет морской волны, табачного дыма). Объясняется это тем, что желтые и красные лучи (с большей длинной волны) мало рассеиваются и проходят через систему, а голубые и синие (с меньшей длиной волны) хорошо рассеиваются. Во всех коллоидных системах, особенно в тех, где дисперсионной средой является вода, большую роль играет электрический заряд на поверхности частиц. Свойства коллоидных растворов, связанные с зарядом частиц, называют электрокинетическими. Из этих свойств наибольшее значение имеют электрофорез и электроосмос. Электрофорез – движение коллоидных частиц в воде под действием электрического поля. Причиной всех электрокинетических свойств является образование двойного электрического слоя на границе раздела двух фаз, который может образоваться в результате различных причин (обмен ионами между фазами, преимущественной адсорбцией ионов одного знака на поверхности раздела, адсорбционной ориентацией полярных молекул и т.д.) Строение двойного электрического слоя объясняется адсорбционной теорией Штерна, которую иллюстрирует рисунок 3. Рис. 3.Строение двойного электрического слоя Двойной электрический слой состоит из двух частей плотного слоя - адсорбционного и размытого слоя диффузного. Диффузный слой подвижен, а адсорбционный - нет. Разность потенциалов между адсорбционным и диффузным слоями называется электрокинетическим или дзета потенциалом (потенциал). Теория строения двойного электрического слоя лежит в основе строения мицелл - твердых частиц дисперсной фазы коллоидной дисперсности. Основную часть мицеллы составляет агрегат, состоящей из большого числа атомов, ионов или молекул не растворимого в воде вещества и имеющий кристаллическое строение. На поверхности твердого агрегата адсорбируются ионы стабилизатора, которые определяют знак и величину термодинамического потенциала (потенциалопределяющие ионы). Эта часть мицеллы называется ядром. Вокруг ядра располагается часть противоионов стабилизатора - адсорбционный слой. Ядро вместе с адсорбционным слоем противоионов составляет коллоидную частицу. Она всегда имеет заряд, соответствующий знаку заряда потенциалопределяющих ионов. Остальные противоионы образует диффузный слой мицеллы. В целом, мицеллы электронейтральные. Для примера рассмотрим строение мицеллы гидрозоля иодида серебра AgI, полученного в результате реакции: AgNОз(р)+КI(р)=АgI(т) + КNOз(р), Стабилизатор АgNОз Аg ++ NОз - + { [ (m AgI) n Ag+] xNO3-} (n-x)NO3- агрегат ядро коллоидная частица мицелла При электрофорезе под действием электрического поля коллоидные частицы перемещаются к катоду (заряжен отрицательно), а ионы диффузного слоя - к аноду (заряжен положительно) Экспериментальная часть Определение знака заряда коллоидных частиц методом капиллярного анализа.

стр. 28

УП: ОВ-22.plx

Некоторые вещества при погружении в воду заряжается отрицательно (целлюлоза, шелк, стекло, песок и т. д.). На этом явлении основан метод капиллярного анализа. Вода поднимается вверх по полоске фильтровальной бумаги, опушенной одним концом в воду. Это поднятие воды по капиллярам бумаги происходит вследствие сил поверхностного натяжения. Если в воде находятся отрицательно заряженные коллоидные частицы, то они не притягиваются капиллярами бумаги и будут двигаться вверх. Если частицы имеют положительный заряд, то они не будут подниматься, и осядут на поверхности бумаги. Кроме определения знака заряда частиц, капиллярный метод можно применять для анализа смесей различных окрашенных веществ. Задание 1. Определение знака заряда коллоидных частиц Получить золы берлинской лазури и гидроксида железа и по 10мл данных золей налить в маленькие стаканчики. Затем в стаканчик с растворами золей опустить одинаковые полоски фильтровальной бумаги так, чтобы бумага не касалась стенок стакана. Через некоторое время измеряют высоту подъема частиц по бумаге и определяют заряд частиц исследуемых золей. Задание 2. Определение знака заряда частиц красителей Приготовленные 1-2%-ные растворы красителей по 10мл наливают в стакан и опускают в них полоски фильтровальной бумаги. Через некоторое время измеряют высоту подъема различных красителей и делают заключение о заряде частиц. Задание 3. Капиллярный анализ с положительно заряженной бумагой Положительно заряженную бумагу получают путем обработки ее золем гидроксида алюминия АI(ОН)3. Для приготовления золя АI(ОН)3 к 1% раствору АIСI3 приливают раствор аммиака: АIСI3 + ЗNH4ОН = АI(ОН)3 + ЗNH4СI Получившийся осадок АI(ОН)3 промывают на фильтре несколько раз теплой водой. К концу промывания осадок становиться очень вязким. Его переносит в большой стакан емкостью 500мл, наливают ¾ высоты стакана дистиллированной воды и кипятят, добавляя по каплям 0,1Н раствор НСI. Осадок постепенно переходит в золь. Полученным золем обрабатывают фильтровальную бумагу, погружая ее в раствор на 1-2 часа. Затем бумагу высушивают на воздухе и разрезают на полоски. С такой бумагой проводят опыты, применяя красители, указанные в предыдущих опытах. Полученные во всех трех опытах результаты записывают в таблицу. Название золя или красителя Высота подъема, мм Знак заряда коллоидных частиц Определение отрицательно заряженной полоской бумаги Определение положительно заряженной полоской бумаги Контрольные вопросы 1. Какими свойствами обладают коллоидные системы? 2. В чем сущность метода капиллярного анализа? 3.Почему положительно заряженные частицы не поднимаются вверх по полоске фильтровальной бумаги? Лабораторная работа № 6 Получение коллоидных растворов Цель работы: изучить основные методы получения коллоидных растворов. Оборудование и реактивы: • пробирки, пипетки, воронки, стаканчики, • фильтровальная бумага, • спиртовки, • растворы H3PO4 – в 50 раз разбавленный, FеCI3 – 2%, K4[Fe(CN)6] – 0,01н и насыщенный, Na2S2O3 – 0,05н, Н2С2О4 – 0,01н, CuSO4 – 1%, • дистиллированная вода. Теоретическое введение Коллоидные раствора получают методами диспергирования (дробления) и конденсации (укрупнения). Для того, чтобы полученные коллоидный раствор (золь) был агрегативно устойчивым, в него вводят специальные вещества – стабилизаторы, которые, образуя вокруг частиц защитный адсорбционный слой, не дают слипаться частицам. К методам диспергирования условно относят метод пептизации. Он заключается в том, что к свежеприготовленному рыхлому осадку диспергируемого вещества прибавляют раствор электролита (стабилизатора) благодаря действию которого частицы осадка отделяются друг от друга и переходят во взвешенное состояние, образуя золь. В принципе, процесс дробления в этом методе нет, так как частицы осадка уже должны иметь коллоидную дисперсность, а прибавленный электролит – стабилизатор только придает системе агрегативную устойчивость. Любой коллоидный раствор состоит из дисперсной фазы и дисперсионной среды. В гидрозолях дисперсионной средой является вода, а дисперсионной фазой – твердые частицы коллоидной дисперсности – мицеллы. Основную часть мицеллы

стр. 29

УП: ОВ-22.plx

составляет агрегат, состоящий из большого числа (m) молекул нерастворимого в воде вещества и имеющий кристаллическое строение. На поверхности твердого агрегата адсорбируются родственные ионы стабилизатора (n), которые способны достраивать кристаллическую решетку агрегата, их называют потенциалопределяющими ионами. Эта часть мицеллы называется ядром. Вокруг ядра располагается часть противоионов стабилизатора (х) – адсорбционный слой. Ядро вместе с адсорбционным слоем противоионов составляет коллоидную частицу. Она всегда имеет заряд, соответствующий заряду потенциалопределяющих ионов. Остальные противоионы (n-x) образуют диффузный слой мицеллы. Например, строение мицеллы гидрозоля иодида серебра, полученного в результате реакции: AgNO3(p) + KI(p) = AgI(m) + KNO3(p) стабилизатор AgNO3, его диссоциация: AgNO3 = Ag+ + NO3- + { [ (m AgI) n Ag+] xNO3-} (n-x)NO3- агрегат ядро коллоидная частица мицелла Экспериментальная часть Задание 1.Получить золь берлинской лазури Fe4 [Fe(CN)6 ] реакцией обмена К 10 мл 0,01н раствора K4[Fe(CN)6] прибавить 2-3 капли 2% раствора FeCI3. Получается золь синего цвета. Написать уравнение реакции получения золя и строение мицеллы берлинской лазури. Задание 2. Получить золь берлинской лазури Fe4 [Fe(CN)6] методом пептизации К 10 мл раствора FeCI3 прибавить 1 мл насыщенного раствора K4[Fe(CN)6], отфильтровать и промыть осадок дистиллированной водой. Обработать осадок на фильтре 0,01н раствором щавелевой кислоты Н2С2О4 (пептизатор), при этом фильтруется синий золь берлинской лазури. диссоциация пептизатора: Н2С2О4 = 2Н+ + С2О42- Структура мицеллы: { [ ( m Fe4[Fe(CN)6]3 ) n С2О42-] 2x H+ }- 2(n-x) H+ Сравните строение мицелл золя берлинской лазури в заданиях 1 и 2. Задание 3. Получить золь Cu2[Fe(CN)6 ] реакцией обмена К 10 мл 0,01н раствора K4[Fe(CN)6] прибавить 2-3 капли 2% раствора CuSO4. Получается раствор красно-коричневого золя Cu2[Fe(CN)6 ]. Написать уравнение реакции получения золя и строение мицеллы. Задание 4. Получить золь Fe(ОН)3 реакцией гидролиза В пробирку налить 1 мл 2% раствора FeCI3 и 10 мл дистиллированной воды, взболтать смесь и нагреть ее до кипения. Получается красно-бурый прозрачный золь Fe(ОН)3 . FeCI3 + НОН = FeOHCI + HCI FeOCI HCI FeOHCI – стабилизатор FeOHCI = FeO+ + CI- Одним из продуктов гидролиза по III ступени является Fe(ОН)3 – твердая фаза. Написать структуру мицеллы золя Fe(ОН)3 установить заряд коллоидной частицы. Задание 5. Получить золь серы В стаканчик поместить 15 мл 0,05н раствора Na2S2O3 и 5 мл разбавленной в 50 раз ортофосфорной кислоты H3PO4. При этом идет химическая реакция по уравнению: 3 Na2S2O3 (p) + 2H3PO4.(p) = 4S(т) + 2H2SO4(p) + 3Na3PO4(p) + H2O(ж) При толщине слоя в 1 см цвет золя серы в проходящем (интенсивном освещении) свете вследствие уменьшения дисперсности в течение 20 минут изменяется от темного через оранжевый, красный, фиолетовый до голубого, иногда с зеленоватым оттенком, после чего золь коагулирует. Напишите структуру мицеллы золя серы, установите заряд коллоидной частицы. Контрольные вопросы 1. Какие существуют методы получения золей? 2. К какому электроду (катоду или аноду) будут двигаться коллоидные частицы золя СаСО3, если стабилизатор Na2СО3? Лабораторная работа № 7 Получение эмульсий и пен, выявление роли стабилизатора Цель работы: изучить методы получения эмульсий и пен и факторы их устойчивости и разрушения. Оборудование и реактивы: • плоскодонные колбы с пробками на 50 мл, • мерные цилиндры на 10 и 250 мл, • микроскоп, предметные стекла, • секундомеры, • подсолнечное масло, ацетон, вода дистиллированная, • краситель судан,

стр. 30

УП: ОВ-22.plx

• раствор олеата натрия – 2%, • растворы НСI – 1н и конц., • раствор желатина 1%, • раствор MgSO4 - 30%. Теоретическое введение Эмульсии – дисперсные системы, состоящие из двух взаимно нерастворимых жидкостей, одна из которых распределена в другой в виде мельчайших капелек. Обе жидкие фазы эмульсии сильно отличаются по своей природе: а) одна фаза образована полярной жидкостью (водой) и условно обозначается буквой «в», б) другая фаза образована неполярной жидкостью (бензил, керосин, четыреххлористый углерод и т.д.), она называется маслом независимо от ее природы и обозначается буквой «м». Существует два типа эмульсий: 1. «Масло в воде» (м/в) – это эмульсия первого рода или прямая, где дисперсная фаза – масло, а дисперсионная среда – вода. 2. «Вода в масле» (в/м) – это эмульсия второго рода или обратная, где дисперсная фаза – вода, а дисперсионная среда – масло. При изменении условий один тип эмульсии может переходить в другой. Это явление называется обращением фаз эмульсий и для него характерно равновесие: в/м м/в. Процесс образования эмульсий можно осуществить двумя методами: диспергированием и конденсацией. Эмульсии, как и все коллоидные системы, агрегативно неустойчивы из-за избытка свободной энергии на межфазной поверхности, поэтому к ним добавляют стабилизатор, который называют эмульгатором. Роль эмульгаторов играют различные вещества: ПАВ, электролиты, ВМС, твердые вещества в виде порошков. Из всех ПАВ лучшими эмульгаторами являются мыла, например, олеат или стеарат натрия. Установить тип эмульсии можно несколькими методами, одним из которых является метод окрашивания, основанный на применении красителей, растворимых в масле или воде. Если масло-дисперсная фаза, то при применении красителя (судан III), растворимого в масле, окрашиваются капельки масла. Наблюдение удобно проводить при помощи микроскопа. На практике нередко возникает важная техническая задача – разрушение эмульсий. Разрушение может быть достигнуто химическим путем. Так, эмульсии первого рода, стабилизированные мылом, можно деэмульгировать, добавляя минеральные кислоты, которые разрушают эмульгатор. Пены – высококонцентрированные дисперсные системы, состоящие из ячеек, заполненных газом (воздухом, азотом, углекислым газом и т.д.), разделенных очень тонким слоем жидкости. Газ рассматривается в пенах как дисперсная фаза, а жидкость как дисперсная среда. Пены также термодинамически неустойчивы, поэтому для образования устойчивых высокодисперсных пен в жидкость вводят стабилизатор, называемый пенообразователем. Пенообразователями являются ПАВ – спирты, жирные кислоты, мыла и ВМС (белки). Они снижают поверхностное натяжение и поэтому стабилизируют пену. Пены могут быть и твердообразными – это строительные материалы (пенобетон, пеностекло, пенопласты), а также продовольственные товары: пастила, зефир, суфле. Пены получают двумя методами: 1. Диспергированием газа при механическом встряхивании сосуда, частично заполненного раствором пенообразователя. 2. Выделением газа или пара в виде новой дисперсной фазы при кипении жидкости или из перенасыщенного раствора. Разрушение пен можно вызвать введением пеногасителей – ПАВ, которые не образуют прочных пленок. Они вытесняют пенообразователи из поверхностного слоя, делают его менее прочным и способствуют разрыву стенок пузырьков пен. Экспериментальная часть Задание 1. Получить эмульсию методом диспергирования В две плоскодонные колбочки налить по 10 мл масла. В первую колбочку добавить 10 мл дистиллированной воды, во вторую – 10 мл 2%-ного раствора олеата натрия. Колбочки плотно закрыть пробками и энергично встряхивать (2-5 мин.) до получения эмульсии. Сопоставить устойчивость эмульсий в первой и второй колбочках. Задание 2. Установить тип эмульсии Взять капельку полученной устойчивой эмульсии (задание 1), окрасить ее красителем Суданом, поместить на предметное стекло и рассмотреть под микроскопом. Определить, что окрашено: дисперсионная среда или дисперсная фаза. Сделать заключение о типе эмульсии. Задание 3. Провести обращение фаз эмульсии Половину эмульсии, стабилизированной олеатом натрия, перенести в чистую колбу и добавить при встряхивании по каплям 0,5 мл 30%-ного раствора MgSO4. Тщательно встряхнуть до образования устойчивой эмульсии. Определить тип эмульсии методом окрашивания. Задание 4. Разрушить эмульсию химическим путем В эмульсию, стабилизированную олеатом натрия, добавить по каплям при встряхивании 1н раствор HCl. Что происходит? Задание 5. Получить пены методом диспергирования и определить кратность и устойчивость их в зависимости от природы пенообразователя В два чистых мерных пронумерованных цилиндра с пробками на 200-250 мл налить по 50 мл водных растворов пенообразователей: раствор олеата натрия и раствор желатина. Цилиндры встряхивать одновременно в течение 30 сек. После прекращения встряхивания включить секундомер и немедленно отметить объем образовавшейся пены в обоих цилиндрах. Истинный объем пены получают, вычитая из общего объема системы в цилиндре объем оставшегося раствора, затем отмечают время (сек.) самопроизвольного уменьшения объема пен в 2 раза. Данные заносят в таблицу. Пенообразователь Объем, мл Характеристики пен ПАВ Объем водного раствора, мл

стр. 31

УП: ОВ-22.plx

Концентрация, вес, % Пен V пен Vж пеннообразование Жидкости оставшейся Устойчивость, τ=1/2 сек Кратность Vпены Vж 1. олеат натрия 50 2 2. желатин 50 1 Задание 6. Провести гашение пен различными пеногасителями Повторным встряхиванием в течение 30 секунд восстановить обильную пену в цилиндре 1, где раствор олеата натрия, и добавить 1-2 капли концентрированной соляной кислоты. Что наблюдается? Гашение пены во втором цилиндре, где был 1%-ный раствор желатина, провести, добавив 1-2 капли ПАВ (ацетона). Контрольные вопросы 1. Что называют эмульсиями и пенами? 2. Какие вещества являются эмульгаторами и пенообразователями? 3. Какие два типа эмульсий различают по природе дисперсной фазы? 4. Какие вещества могут вызвать разрушение эмульсии и как они называются? 5. Каковы основные характеристики пен? 6. В чем заключается явление пеногашения? Лабораторная работа № 8 Коагуляция коллоидных растворов Цель работы: изучить факторы, обуславливающие коагуляцию и определить порог коагуляции. Оборудование и реактивы: • бюретки, • коническая колба на 250 мл, • пробирки с делениями, • штативы с пробирками, • растворы: FeCl3 -концентрированный; Na3PO4, Na2SO4, СH3СOON4 - 0,02M, дистиллированная вода. Теоретическое введение Все коллоидные системы по степени взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой делятся на лиофильные и лиофобные. Лиофильные системы (растворы высокомолекулярных соединений) устойчивы за счет интенсивного взаимодействия двух фаз и образования сольватной оболочки, препятствующей слипанию частиц. Лиофобные системы отличаются неустойчивостью и склонностью к укрупнению частиц вследствие слабого взаимодействия двух фаз. Основной причиной неустойчивости лиофобных систем является коагуляция, т.е. слипание частиц друг с другом. Процесс коагуляции можно обнаружить по увеличению мутности или изменению цвета коллоидной системы. Коагуляция коллоидных растворов может быть вызвана различными факторами: изменением температуры, облучением, электрическим током, механическим воздействием, введением электролитов. Особо важную роль в процессе коагуляции играют электролиты. Минимальная концентрация электролита, при котором наблюдается коагуляция, называется «порогом коагуляции». Порог коагуляции С пор выражается в миллимоль на литр и рассчитывается по формуле: С пор. = (1) где С – молярная концентрация раствора электролита; V – минимальный объем раствора электролита, необходимый для коагуляции золя; Vзоль– объем раствора золя, обычно берут 10 мл золя. Основные закономерности электролитной коагуляции: 1. Коагулирующим действием обладает лишь тот ион электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. Чем выше заряд иона, тем больше его коагулирующая способность (правило Шульце-Гарди). 2. В ряду органических ионов коагулирующее действие возрастает с повышением адсорбционной способности. 3. В ряду неорганических ионов одинаковой валентности их коагулирующая активность возрастает с уменьшением гидратации. Zi+ Na+ K+ Rb+2 Cs+ Различают две стадии коагуляции – скрытую и явную. Первая стадия – скрытая, обычно заканчивается для не органических коллоидов очень быстро и в этот начальный период укрупнения частиц осадка еще не образуется. Вторая стадия – явная, наступает при дальнейшей агрегации частиц, которая завершается полным разделением системы на две фазы и выпадением частиц или всего коллоидного вещества в осадок. Экспериментальная часть Задание 1. Получение золя гидроксида железа (III)

стр. 32

УП: ОВ-22.plx

В конической колбе на 250 мл нагрейте на электроплитке до кипения 150 мл дистиллированной воды. Сняв колбу с плитки, влейте в горячую воду 5 мл концентрированного раствора FeСl3. Образуется коллоидный раствор (золь) Fe(ОH)3 красно-коричневого цвета, стабилизированный хлоридом железа (3). Полученный золь охладите до комнатной температуры и используйте в задании 2. Задание 2. Коагуляция золей электролитами и определение порога коагуляции Налейте в пробирку 5 мл золя гидроксида железа (3), а в бюретку – 0, 02 М раствор Na3PO4. Из бюретки следует медленно приливать раствор фосфата натрия в пробирку с золем Fe(OH)3 при тщательном перемешивании. Признаком начала коагуляции считается помутнения золя по всему объему раствора. Повторите опыт, взяв в качестве коагулирующих электролитов Na2SO4 и CH3COONa. Определив пороги коагуляции, данные опытов запишите в таблицу. Проанализируйте результаты опытов и отметьте, почему коагулирующая способность ионов различна. Электролит Концентрация электролита Объем электролита, мл. Объем золя Fe(OH)3 мл. Коагулирующий ион Порог коагуляции ммоль/л Na3PO4 Na2SO4 CH3COONa Контрольные вопросы 1. Что называют коагуляцией, и какие факторы ее вызывают? 2. В чем заключается правило Шульце – Гарди? 3. Что такое порог коагуляции? 4. Какой объем электролита (мл) 0,01М раствора K2Cr2O7 нужно добавить к 1 мл золя Al(OH)3,чтобы вызвать его коагуляцию? Порог коагуляции- 0,63 м моль/л? Лабораторная работа № 9 Изучение явлений набухания и студнеобразования для различных пищевых продуктов Цель работы: изучить факторы студнеобразования и основные свойства студней. Оборудование и реактивы: • пробирки с пробками, • стаканы на 50 и 200 мл, термометры на 100оС, • водяная баня, • пластинки желатина и резины, • крахмал-порошок, • раствор желатина-8%, • бензол, Н2О дистиллированная Теоретическое введение Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называются такие вещества, молекулы которых состоят из сотен, тысяч и десятков тысяч атомов. Обычно ВМС считаются вещества, у которых молярная масса выше 10 000. По происхождению ВМС подразделяются на природные и синтетические. К числу важнейших природных ВМС растительного и животного происхождения относятся белки (желатин, альбумин), полисахариды (крахмал, агар-агар, целлюлоза, пектиновые вещества), натуральный каучук и др. Растворы ВМС получают путем растворения их в соответствующих растворителях, например, желатин растворяется в воде, но не растворяется в этиловом спирте, каучук растворяется в бензоле, бензине, но не растворяется в воде. Процесс растворения ВМС своеобразен и отличается от растворения низкомолекулярных веществ. Растворению ВМС предшествует набухание. Набухание – это самопроизвольный процесс поглощения низкомолекулярного растворителя высокомолекулярным веществом, сопровождающийся увеличением его массы и объема. Набухание часто является начальным этапом растворения ВМС. Различают ограниченное и неограниченное набухание. Неограниченное набухание – это набухание, заканчивающееся растворением. Так набухают глобулярные белки в воде. Ограниченное набухание – это набухание, которое не переходит в растворение. Так набухают при умеренных температурах желатин и агар-агар в воде. Способность ВМС к набуханию в различных жидкостях при различных условиях количественно характеризуется степенью набухания. Степень набухания α численно выражается количеством граммов жидкости, поглощенной одним граммом ВМС. Увеличиваясь при набухании в объеме, ВМС оказывает давление на окружающую среду. Это давление набухающего ВМС называется давлением набухания. Так сухой горох, помещенный в сосуд, заполняемый водой, при набухании может его разорвать. Набухание – это экзотермический процесс, т. е. сопровождается выделением тепла. Например, при набухании 1г сухого желатина выделяется 27,93 Дж тепла, а 1г крахмала – 32,3 Дж. Растворы ВМС и некоторые коллоидные системы способны при известных условиях терять текучесть и застудневать, образуя при этом студни. В студнях частицы дисперсной фазы связаны между собой в сетчатый каркас, а дисперсионная среда заключена в промежутках между ними. Таким образом, студни – это структурированные системы со свойствами эластичных твердых

стр. 33

УП: ОВ-22.plx

тел. Студни ВМС могут быть получены в основном двумя путями: методом застудневания растворов полимеров и методом набухания сухих ВМС в соответствующих жидкостях. охлаждение раствор полимера концентрирова- студень ограничение полимер ние, прибавление набухания электролита Для студней характерен ряд свойств твердых тел: они сохраняют форму, обладают упругими свойствами и эластичностью. При нагревании студни переходят в вязкотекучее состояние. Этот процесс называется плавлением. Многие студни способны разжижаться и переходить в растворы при механическом воздействии (перемешивание, встряхивание), а в состоянии покоя вновь застудневать. Свойства студней многократно изотермически разжижаться при механических воздействиях и застудневать в состоянии покоя называется тиксотропией. Свежеприготовленные студни с течением времени подвергаются изменениям, так как процесс структурирования в студне продолжается. При этом на поверхности студня начинают появляться капельки жидкости, которые, сливаясь, образуют жидкую среду. Такой самопроизвольный процесс разделения студня на две фазы, сопровождающийся изменением объема студня при сохранении общей формы, называется синерезисом (отмоканием). Экспериментальная часть Задание 1. Исследовать набухание желатина и каучука (резины) в различных жидкостях Прямоугольные пластинки желатина и каучука или резины длиной 5 см, шириной 0,3 см поместить в узкие пробирки с дистиллированной водой, а две другие такие же пластинки – в пробирки с бензолом. Все пробирки плотно закрыть пробками и положить горизонтально. Через 1 час наложить пробирки на полоски миллиметровой бумаги, измерить длину пластинок и определить изменение пластинок вследствие набухания. Набухают только лиофильные к данной жидкости вещества (желатин – в воде, резина – в бензоле). Задание 2. Изучить зависимость времени студнеобразования о температуры и концентрации раствора Горячий 8%-ный раствор желатина или крахмала разбавить водой, получив 8; 4; 2% растворы. Налить по 5 мл этих растворов в одинаковые пробирки и поместить их в большой сосуд с холодной водой известной температуры (лучше 10оС) и заметить время. Периодически наклоняя пробирки установить время студнеобразования по образованию невытекающего студня. Вычертить кривую зависимости времени студнеобразования от концентрации раствора. Нагрев пробирки на водяной бане до плавления студней, погружают их в сосуд с ледяной водой (0оС) и опять определяют время студнеобразования. Задание 3. Наблюдать выделение тепла при набухании В стаканчике размешать 5г предварительно хорошо высушенной при 105оС и охлажденной до комнатной температуры крахмала с 5 л воды. В смесь погрузить термометр и наблюдать повышение температуры смеси. Контрольные вопросы 1. Что называют студнями? 2. Какие факторы влияют на процесс студнеобразования? 3. В чем заключается явление синерезиса? 4. В чем сущность набухания? Чем оно отличается от простого поглощения жидкости твердым телом? Практическая работа №1 Определение теплового эффекта химической реакции Цель работы: освоить вычисление теплового эффекта химической реакции, составление термохимического уравнения Теоретическое введение Первый закон термодинамики позволяет определить тепловой эффект химической реакции. Теплота, поглощаемая системой, расходуется на увеличение внутренней энергии и на совершаемую системой механическую работу. Q = ∆U + A Если работа сводится к расширению или сжатию газа, то QР = ∆U + Р∆V В химии чаще всего рассматривают изобарные процессы (P = const), и тепловой эффект в этом случае называют изменением энтальпии системы или энтальпией процесса: QP = - ∆H ΔH = ΔU + PΔV Энтальпия имеет размерность энергии (кДж). Ее величина пропорциональна количеству вещества; энтальпия единицы количества вещества (моль) измеряется в кДж∙моль–1. В термодинамической системе выделяющуюся теплоту химического процесса условились считать отрицательной (экзотермический процесс, ΔH< 0), а поглощение системой теплоты соответствует эндотермическому процессу, ΔH > 0. Уравнения химических реакций с указанием энтальпии процесса называют термохимическими. Численные значения энтальпии ΔH указывают через запятую в кДж и относят ко всей реакции с учетом стехиометрических коэффициентов всех реагирующих веществ. Поскольку реагирующие вещества могут находиться в разных агрегатных состояниях, то оно указывается нижним правым индексом в скобках: (т) – твердое, (к) – кристаллическое, (ж) – жидкое, (г) – газообразное, (р) – растворенное. При взаимодействии газообразных H2 и O2 образующаяся H2O может находиться в трех агрегатных состояниях, что скажется на изменении энтальпии: Н2(г) + 1/2О2(г) = 2Н2О(г) ∆Н0 = −286,8 кДж

стр. 34

УП: ОВ-22.plx

Н2(г) + 1/2О2(г) = 2Н2О(ж) ∆Н0 = −241,83 кДж Приведенные энтальпии образования (реакций) отнесены к стандартным условиям температуры и давления (T = 298 K, P = 101,325 кПа). Стандартное состояние термодинамической функции, например, энтальпии, обозначается нижним и верхним индексами:ΔΗ0298 нижний индекс обычно опускают: ΔΗ0. Стандартная энтальпия образования ΔΗ0обр – тепловой эффект реакции образования одного моля вещества из простых веществ, его составляющих, находящихся в устойчивых стандартных состояниях. Энтальпия образования простых веществ принята равной нулю. Пользуясь табличными значениями ΔΗ0обр, ΔΗ0сгор, можно рассчитать энтальпии различных химических процессов и фазовых превращений. Закон Гесса (1841 г.): «Тепловой эффект химической реакции не зависит от пути, по которому она протекает, а определяется только природой и состоянием исходных веществ и продуктов реакции». Из закона Гесса вытекают следующие следствия: 1. Энтальпия реакции равна разности сумм энтальпий образования конечных и начальных участников реакций с учетом их стехиометрических коэффициентов. ΔH = ΣΔHобр.конечн – ΣΔHобр.нач 2. Энтальпия реакции равна разности сумм энтальпий сгорания начальных и конечных реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов. ΔH = ΣΔHсгор.нач – ΣΔHсгор.конечн 3. Энтальпия реакции равна разности сумм энергий связей Eсв исходных и конечных реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов. В ходе химической реакции энергия затрачивается на разрушение связе в исходных веществах (ΣEисх) и выделяется при образовании продуктов реакции (–ΣEпрод). Отсюда: ΔH° = ΣEисх – ΣEпрод Следовательно, экзотермический эффект реакции свидетельствует о том, что образуются соединения с более прочными связями, чем исходные. В случае эндотермической реакции, наоборот, прочнее исходные вещества. 4. Энтальпия реакции образования вещества равна энтальпии реакции разложения его до исходных веществ с обратным знаком. ΔHобр = –ΔHразл 5. Энтальпия гидратации равна разности энтальпий растворения безводной соли ΔHраств б/с и кристаллогидрата ΔHраств крист. Закон Гесса позволяет обращаться с термохимическими уравнениями как с алгебраическими, т. е. складывать и вычитать их, если термодинамические функции относятся к одинаковым условиям. Пример 1. Реакция горения протекает по уравнению СН4(г)+2О2 (г)=СО2(г)+2Н2О(ж)+890,31 кДж Вычислите, сколько тепла выделится при сгорании 100 л (н.у.) углеводорода? Решение: В данном термохимическом уравнении 890,31 кДж – тепловой эффект реакции окисления 1 моля (22.4 л) газообразного метана (СН4). 100 л газа в нормальных условиях соответствует 100/22,4=4,46 молям газа, следовательно, при сгорании 100 л газа выделится 890,31∙4,46=3970,78 кДж тепла. Пример 2. Рассчитайте изменение внутренней энергии (∆U) в химической реакции: 4NH3(г) + 5O2(г) = 4NO(г) + 6H2O(г) Решение: 4NH3(г) + 5O2(г) = 4NO(г) + 6H2O(г) n, моль 4 5 4 6 ∆Н0298, кДж/моль −46 0 90 −242 ∆Н0298 реагентов и продуктов реакции находим из таблицы приложения 1. ∆Uх.р.=∆Нх.р.− ∆nRT, По закону Гесса определяем энтальпию химической реакции .∆Нх.р=4.∆Н0NO+6 〖〖∆Н〗^0〗_воды−4〖〖∆H〗^0〗_(〖NH〗_3 ) .∆Нх.р=4∙90+6∙(−242)−4∙(−46)=−904 кДж ∆n=Σn_прод− Σn_исх=(4+6)−(4+5)=1, где n – число молей газообразных веществ R=8,31∙10−3 кДж/моль∙К; Т=298 К Определяем изменение внутренней энергии химической реакции ∆Uх.р.= .=∆Нх.р.−∆nRT = −904−8,31∙10−3∙298=−907 кДж Пример 3. Исходя из теплоты образования газообразного диоксида углерода (∆Н0 = −393,5 кДж/моль) и термохимического уравнения реакции: С(графит) + 2N2O(г) = CO2 (г) + 2N2 (г); ∆Н0 = −557,5 кДж (1) вычислите теплоту образования 2N2O(г). Решение: Обозначим через х теплоту образования N2O(г) и запишем термохимическое уравнение реакции образования N2O из простых веществ: N2(г) + 1/2О2(г) = N2O(г); ∆Н01 = х кДж (2) Запишем также термохимическое уравнение реакции образования СО2(г) из простых веществ: С(графит) + О2(г) = СО2(г); ∆Н02 = −393,5 кДж (3) Из уравнений реакций (2) и (3) можно получить уравнение реакции (1). Для этого умножим уравнение (2) на два и вычтем

стр. 35

УП: ОВ-22.plx

найденное уравнение из уравнения (3). Имеем: С(графит) + 2N2O(г) = CO2 (г) + 2N2 (г); ∆Н0 = (−393,5−2∙х) кДж. Сравнивая уравнения (1) и (4), находим: −393,5−2∙х = −557,5. Отсюда х = 82 кДж/моль Пример 4. Рассчитайте энтальпию образования жидкого сероуглерода (СS2) по следующим данным: S(ромб)+O2(г)=SO2(г) ∆H1=−296,9 кДж СS2(ж)+3О2(г)=СО2(г)+2SO2(г) ∆H2=−1109 кДж С(граф)+О2(г)=СО2(г) ∆H3=−393,5 кДж Решение: Составим термохимическое уравнение образования СS2(ж): С(граф)+2S(ромб)=СS2(ж); ∆Hх.р. Для определения ∆H производим соответствующие алгебраические действия с термохимическими уравнениями, чтобы получить искомое: 2 S(ромб)+O2(г)=SO2(г); ∆H1=−296,9 кДж 1 С(граф)+О2(г)=СО2(г); ∆H3=−393,5 кДж −1 СS2(ж)+3О2(г)=СО2(г)+2SO2(г); ∆H2=−1109 кДж 2S(ромб) + 3О2(г) + С(граф) − 3О2(г) − СS2(ж) = 2SO2(г) + СО2(г) − СО2(г) − 2SO2(г)= =2∆H1 + ∆H3 − ∆H2 2S(ромб) +C(граф) = CS2(ж)+2∆H1+∆H3−∆H2 ∆Hх.р.= -2∆H1−∆H3+∆H2=−121,7 кДж/моль Практическая часть Используя образцы решения задач выполнить расчёт тепловых эффектов химических реакций в следующих задачах. Вариант 1 1. Вычислите, сколько тепла выделится при сгорании 100 литров углеводорода. Реакция горения протекает по уравнению: С6Н8(г) + 8О2(г) = 6СО2 (г) + 4Н2О (ж) + 2331,97 кДж. 2. Рассчитайте изменение внутренней энергии (кДж) в химической реакции: 2Сl2(г)+2H2O (г) = 4HCl (г)+O2(г). 3. Рассчитайте тепловой эффект реакции: CH4(г) + Cl2(г) = CH3Cl(г) + HCl(г), если известны тепловые эффекты реакций: CH4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(ж) ∆Н10=−892,0 кДж 2СН3Сl(г) + 3О2(г) = 2СО2(г) + 2Н2О(ж) + 2НСl(г) ∆Н20=−1374 кДж 2Н2(г) + О2(г) = 2Н2О(ж) ∆Н30=−571,7 кДж Н2(г) + Сl2(г) = 2НCl(г) ∆Н40=−814 кДж Вариант 2 1. Вычислите, сколько тепла выделится при сгорании 100 литров углеводорода. Реакция горения протекает по уравнению: С6Н14(г) + 9,5О2(г) = 6СО2 (г) + 7Н2О (ж) + 3414,22 кДж. 2. Рассчитайте изменение внутренней энергии (кДж) в химической реакции: СО2 (г) +С (к) = 2СО (к). 3. Рассчитайте тепловой эффект реакции: 2С(графит) + 3Н2(г) = С2Н6(г), если известны тепловые эффекты реакций: С2Н6(г) + 3,5О2(г) = 2СО2(г) + 3Н2О(ж) ∆Н10=−1559,87 кДж С(графит) + О2(г) = 2СО2(г) ∆Н20=−393,51 кДж Н2(г) + О2(г) = Н2О(ж) ∆Н30=−285,84 кДж Вариант 3 1. Вычислите, сколько тепла выделится при сгорании 100 литров углеводорода. Реакция горения протекает по уравнению: С6Н6(г) + 7,5О2(г) = 6СО2 (г) + 3Н2О (ж) + 2120,98 кДж. 2. Рассчитайте изменение внутренней энергии (кДж) в химической реакции: 2СО (г) + 2Н2 (г) = СН4 (г) + СО2 (г). 3. Вычислите теплоту образования гидроксида кальция, исходя из следующих термохимических уравнений: Сa(к) + 0,5О2(г) = СаО(к) ∆Н10=−635,60 кДж Н2(г) + 0,5О2(г) = Н2О(ж) ∆Н20=−285,84 кДж СаО(к) + Н2О(ж) = Са(ОН)2(к) ∆Н30=−65,06 кДж Вариант 4 1. Вычислите, сколько тепла выделится при сгорании 100 литров углеводорода. Реакция горения протекает по уравнению: С5Н10(г) + 7,5О2(г) = 5СО2 (г) + 5Н2О (ж) + 3319,51 кДж 2. Рассчитайте изменение внутренней энергии (кДж) в химической реакции: 2SО2 (г) + O2 (г) = 2SО3 (г). 3. Определите энтальпию образования диборана B2H6(г) при T = 298К из следующих данных: B2H6(г) + 3O2(г) = B2O3(тв) + 3H2O(г) ∆H10=−2035,6 кДж/моль 2B(тв) + 3/2 O2(г) = B2O3(тв) ∆H20=−1273,5 кДж/моль H2(г) + 1/2 O2(г) = H2O(г) ∆H30 = −241.8 кДж/моль Вариант 5

стр. 36

УП: ОВ-22.plx

1. Вычислите, сколько тепла выделится при сгорании 100 литров углеводорода. Реакция горения протекает по уравнению: С4Н6(г) + 5,5О2(г) = 4СО2 (г) + 3Н2О (ж) + 2543,46 кДж. 2. Рассчитайте изменение внутренней энергии (кДж) в химической реакции: 2CH4(г) = C2H4 (г) + 2H2 (г) 3.Рассчитайте энтальпию образования N2O5(г) при T = 298 К на основании следующих данных: 2NO(г) + O2(г) = 2NO2(г) ∆H10=-114,2 Дж/моль 4NO2(г) + O2(г) = 2N2O5(г) ∆H20=-110,2 Дж/моль N2(г) + O2(г) = 2NO(г) ∆H30=182,6 Дж/моль Вопросы 1. Какие основные термодинамические функции вы знаете? 2. Сформулируйте сущность первого закона термодинамики 3. В чём причины возникновения тепловых эффектов? Какие бывают тепловые эффекты? 4. Сформулируйте закона Гесса и следствия из него. Практическая работа № 2 Определение самопроизвольного протекания реакции. Термодинамические расчёты Цель работы: освоить вычисление энергии Гиббса для определения направления химической реакции. Теоретическое введение Изменение энтальпии системы не может служить единственным критерием самопроизвольного осуществления химической реакции, поскольку многие эндотермические процессы протекают самопроизвольно. Энтропия (S) – термодинамическая функция состояния, которая служит мерой беспорядка (неупорядоченности) системы. Возможность протекания эндотермических процессов обусловлена изменением энтропии, ибо в изолированных системах энтропия самопроизвольно протекающего процесса увеличивается ΔS > 0 (второй закон термодинамики). Л. Больцман определил энтропию как термодинамическую вероятность состояния (беспорядок) системы W. Поскольку число частиц в системе велико (число Авогадро NA = 6,02∙1023), то энтропия пропорциональна натуральному логарифму термодинамической вероятности состояния системы W: S = R · ln W Размерность энтропии 1 моля вещества совпадает с размерностью газовой постоянной R и равна Дж∙моль–1∙K–1. Например, изменение энтропии плавления равно теплоте (энтальпии) плавления: ΔSпл = ΔHпл/Tпл Для химической реакции изменение энтропии аналогично изменению энтальпии: Второй закон термодинамики определяет направление самопроизвольного протекания процессов и закономерности химического равновесия. Существует несколько формулировок второго закона термодинамики. Согласно Р. Клаузиусу: Теплота не может переходить сама собой от тела менее нагретого к телу более нагретому. Формулировка Кельвина: Невозможно превратить в механическую работу теплот какого-либо тела, не производя никакого другого действия, кроме охлаждения этого тела. Математическое выражение второго закона термодинамики: δS≥δQ/Т В этом уравнении знак неравенства относится к необратимым самопроизвольным процессам, а знак равенства – к обратимым процессам. Условия самопроизвольного протекания процессов 1. Процессы в изолированной системе В изолированных системах самопроизвольно протекают процессы, сопровождающиеся увеличением энтропии. dS>0 Когда энтропия достигнет максимального для данных условий значения, в системе установится состояние равновесия (dS=0). 2. Процессы при постоянных объеме и температуре Введем новую термодинамическую функцию F, называемую изохорно-изотермическим потенциалом или свободной энергией Гельмгольца: ∆F = ∆U − T∙∆S, где ∆F – энергия Гельмгольца реакции при стандартных условиях; ∆U – изменение внутренней энергии системы при стандартных условиях; ∆S – изменение энтропии в результате реакции при стандартных условиях; Т – температура, при которой происходит реакция, К. При постоянных объеме и температуре самопроизвольно могут протекать только процессы, сопровождающиеся уменьшением F. dF<0 Достижение некоторого минимального при данных условиях значения F является условием равновесия. dF=0 3. Процессы при постоянных давлении и температуре Введем новую термодинамическую функцию G, называемую изобарно-изотермическим потенциалом или свободной энергией Гиббса: ∆G = ∆H − T∙∆S, где ∆G – энергия Гиббса реакции при стандартных условиях; ∆Н – изменение энтальпии в результате реакции при стандартных условиях;

стр. 37

УП: ОВ-22.plx

При постоянных давлении и температуре самопроизвольно могут протекать только процессы, сопровождающиеся уменьшением G. dG<0 Таким образом, условиями самопроизвольного протекания процессов являются: dS>0 – в изолированной системе; dF<0 – в изохорно-изотермическом процессе; dG<0 – в изобарно-изотермическом процессе. Факторы, определяющие направленность процессов Первый фактор – энергетический. Самопроизвольному протеканию реакции способствует ее экзотермичность. Второй фактор – структурный. Самопроизвольному протеканию процесса способствует увеличение неупорядоченности в системе. В зависимости от соотношения величин ∆Н и Т∙∆S возможны следующие случаи: Случай 1. ∆Н<0, ∆S>0. Оба фактора благоприятны и независимо от величин ∆Н, ∆S и Т процесс протекает в прямом направлении. Случай 2. ∆Н>0, ∆S<0, т.е. оба фактрора неблагоприятны. Независимо от абсолютных величин ∆Н, ∆S и Т процесс может протекать только в обратном направлении. Случай 3. ∆Н>0, ∆S>0. Реакция будет протекать в прямом направлении только, если благоприятный фактор будет превышать неблагоприятный, т.е. если |T∙∆S|>|∆H|. Следовательно, самопроизвольному протеканию реакции должно способствовать повышение температуры. Случай 4. ∆Н<0, ∆S<0. В данном случае условие самопроизвольного течения реакции: |∆H|>|T∙∆S|. Такие реакции протекают обычно при низких температурах. Случай 5.Н=ТS. Система находится в состоянии химического равновесия Пример 1. Вычислите ΔG0298 для следующих реакций: а) 2 NaF(к) + Cl2 (г) = 2 NaCl (к) + F2 (г) б) PbO2 (к) + 2Zn(к) = Pb (к) + 2ZnО (к) Сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания реакций. Решение: Если ΔG0< 0, то химические реакции могут протекать самопроизвольно. Свободная энергия Гиббса в стандартных условиях ΔG0 для простых веществ равна 0. ∆ G 0р = ∑ ∆ G 0прод − ∑∆ G 0исход а) ΔG0298 = 2∙ ΔG0298 (NaCl (к)) − 2∙ ΔG0298 (NaF (к)) = 2∙(−284,03) – 2∙(−541,0) = +313,94 кДж б) ΔG0298 = 2∙ ΔG0298 (ZnО(к)) − 2∙ ΔG0298(PbO2(к)) = 2∙(−318,2) – 2∙(−219,0) = −417,4 кДж Следовательно, реакция: а) не возможна; б) возможна. Пример 2. Реакция протекает по уравнению: ZnO (к) + CO (г) = Zn (к) + CO2 (г) Вычислите ∆G этой реакции, используя табличные значения ∆ Н 0298 и ∆ S0298, и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания реакции. Решение: 1. По следствию из закона Гесса определим ∆ Н 0р и ∆ S0р: ∆ Н 0р = ∑ ∆ Н 0прод − ∑∆ Н 0исход ∆ Н 0р = (∆ Н 0 Zn + ∆ Н 0 CO2 ) − (∆ Н 0 ZnO + ∆ Н 0 CO) = (0 + (− 393,51)) – (− 349,0 + (−110,5)) = + 65,99 кДж ∆ S0р = ∑ S 0прод − ∑ S 0исход ∆ S0р = (41,59 + 213,6) − (43,5 + 197,4) = 14,29 Дж/ К Определим свободную энергию Гиббса ∆G298 по второму закону термодинамики: ∆G298 = ∆ Н 0298 − Т ∙∆ S 0298 = 65,99 – 298∙14,29/1000 = + 61,73 кДж Ответ: ∆Gреакц > 0 , следовательно, при стандартных условиях реакция протекать не будет. Пример 3. Установить, возможно ли при температурах 298 и 2500К восстановление диоксида титана до свободного металла по схеме: TiO2(к) + 2C(графит) = Ti(к) + 2CO(г). Зависимостью ∆Н0 и ∆S0 от температуры пренебречь. Решение: В таблице приложении 1 находим ∆G0298 обр, ∆Н0298 обр. и ∆S0298 обр. для TiO2(к), С(графит), Ti(к) и CO (г). TiO2 (к) + 2С(графит) = Ti(к) + 2CO (г) n, моль 1 2 1 2 ∆G0298, кДж/моль −888,6 0 0 −137,1 ∆Н0298, кДж/моль −943,9 0 0 −110,5 ∆S0298, Дж/(моль∙К) 50,3 5,7 30,6 197,5 По закону Гесса определяем свободную энергию Гиббса: ∆G0298 = ∑∆G0298 прод. − ∑∆G0298 исх. веществ = ∆G0298 (Ti(к)) + 2∙∆G0298(СО(г)) − ∆G0298 (TiO2 (к)) + 2∙∆G0298 (С(графит)) ∆G0298 = −137,1∙2−(−888,6) = 614,4 кДж Поскольку G0298 > 0, восстановление TiO2 при 298К невозможно. По следствию из закона Гесса определяем ∆Н0 и ∆S0 ∆ Н0 = ∑ ∆ Н 0прод − ∑∆ Н 0исход

стр. 38

УП: ОВ-22.plx

∆ Н0 = ∆ Н0(Ti(к)) + 2∙∆ Н0(CO (г)) − ∆ Н0(TiO2 (к)) − ∆ Н0(С(графит)) ∆ Н0 = 2∙(−110,5) – (−943,9) = 722,9 кДж ∆ S0 = ∑ ∆ S 0прод − ∑∆ S 0исход ∆ S0 = ∆ S0(Ti(к)) + 2∙∆ S0(CO (г)) − ∆ S0(TiO2 (к)) − ∆ S0(С(графит)) ∆ S0 = 30,6 + 2∙197,5 – 50,3 − 2∙5,7 = 363,9 Дж/К Определим ∆G02500 ∆G02500 = ∆Н0 − Т∙∆S0 ∆G02500 = 722,9 − 2500∙363,9/1000 = −186,9 кДж Так как ∆G02500 < 0, следовательно, восстановление TiO2 графитом при 2500К возможно. Пример 4. Вычислите ∆Н298 (кДж), ∆S298 (Дж/К), ∆G298 (кДж) для следующей реакции: 2СО(г)+2Н2(г)=СН4(г)+СО2(г) Возможна ли реакция при Р=1 атм и Т=298К? Вычислите температуру равновесия реакции и константы равновесия при 298 и 1000К. Решение: 2СО(г) + 2Н2(г) = СН4(г) + СО2(г) n, моль 2 2 1 1 ∆Н0298, кДж/моль −110,5 0 −74,85 396,3 ∆S0298, Дж/моль∙К 197,4 130,6 186,19 213,6 По закону Гесса определяем ∆Н298, ∆S298 ∆Н298=∆Н_(〖СН〗_4)^0+∆Н_(〖СО〗_2)^0-2∙∆Н_СО^0 ∆Н298=−74,85−396,3−2∙(−110,5)=−250,15 кДж ∆S298=∆S_(〖СН〗_4)^0+∆S_(〖СО〗_2)^0-2∙∆S_СО^0-2∙∆S_(H_2 ) ∆S298=186,19+213,6−2∙197,4−2∙130,6=−256,21 Дж/К Определяем ∆G298 по второму закону термодинамики: ∆G298=∆Н298−Т∙∆S298 ∆G298=−250,15−298∙(−256,21)∙10−3=−173,8кДж Так как ∆G298=−173,8 кДж (<0), следовательно, реакция при 298К термодинамически вероятна. Определим температуру равновесия реакции Температура равновесия реакции – это температура, когда ∆G0Т = 0 Tравн. = ∆G/∆S = − (-250,15)/(-256,21∙〖10〗^(-3) ) = 976К Определяем константу равновесия при температуре 298К К298равн. = 〖10〗^(-(∆G^0)/(2,3∙T∙К)) = 〖10〗^(173,8/〖2,3∙298∙8,31∙10〗^(-3) ) = 1030,5 Большое значение К298равн. свидетельствует о том, что в стандартных условиях (Р = 1 атм. и Т = 298К) идет практически только прямая реакция. Определяем константу равновесия при температуре 1000К К1000равн. =e^(-(〖∆H〗^0- T∆S)/RT) К1000равн = e^(- (-250,15-1000∙(-256,21)∙〖10〗^(-3))/(8,31∙〖10〗^(-3)∙〖10〗^3 )) = e−0,72 = 0,48 Следовательно, при Т = 1000К в равновесной смеси преобладают исходные вещества. Ответ: ∆Н0298 = −250,15 кДж; ∆S0298 = −256,21 Дж/К; ∆G0298 = −173,8 кДж; Tравн. = 976К; К298равн.= 1030,5; К1000равн. = 0,48 Практическая часть Вариант 1 Вычислите ∆G0 реакции димеризации диоксида азота при стандартных условиях и 1000С. Сделайте вывод о направлении процесса 2NO2(г) → N2O4(г) при этой температуре. Вычислите ∆Н0298 (кДж/моль), ∆S0298 (Дж/моль∙К), ∆G0298 (кДж/моль) для следующей реакции: СО(г) + Н2О(г) = СО2(г) + Н2 (г). Возможна ли реакция при Р= 1 атм и Т=298 К? Определите температуру равновесия реакции и константы равновесия при 298 и 1000К. О чем свидетельствуют значения Травн и Кравн? Вариант 2 Вычислите ∆G0 реакции Cu2S(к) + 2Cu2O(к) → 6Cu(к) + SO2(к) при стандартных условиях и при 5000С. Возможно ли протекание процесса при этих температурах? Вычислите ∆Н0298 (кДж/моль), ∆S0298 (Дж/моль∙К), ∆G0298 (кДж/моль) для следующей реакции: 2СН3ОН(ж) + 3О2(г) = 4Н2О(ж) + 2СО2 (г) Возможна ли реакция при Р= 1 атм и Т=298 К? Вариант 3 Вычислите ∆G0 реакции Pb(к) + СuO(к) → PbO(к) + Сu(к) при стандартных условиях и 10000С. В каком направлении протекает реакция при 10000С? Вычислите ∆Н0298 (кДж/моль), ∆S0298 (Дж/моль∙К), ∆G0298 (кДж/моль) для следующей реакции: 4НСl(г) + О2(г) = 2Сl2(г) + 2Н2О(г) Возможна ли реакция при Р= 1 атм и Т=298 К? Определите температуру равновесия реакции и константы равновесия при 298 и 1000К. О чем свидетельствуют значения Травн и Кравн?

стр. 39

УП: ОВ-22.plx

Вариант 4 Вычислите ∆G0 реакции ZnO(к) + CO(г) → Zn(к) + СО2 (г) при 800К. В каком направлении протекает реакция при стандартных условиях? Вычислите ∆Н0298 (кДж/моль), ∆S0298 (Дж/моль∙К), ∆G0298 (кДж/моль) для следующей реакции: СаСО3(к) + НСl(ж) = СаСl2(ж) + СО2(г) + Н2О(ж) Возможна ли реакция при Р= 1 атм и Т=298 К? Определите температуру равновесия реакции и константы равновесия при 298 и 1000К. О чем свидетельствуют значения Травн и Кравн? Вариант 5 Вычислите ∆G0 реакции СО(г) + 2Н2(г) = СН3ОН(г) при стандартных условиях. Определите возможность ее протекания при 1000К. Вычислите ∆Н0298 (кДж/моль), ∆S0298 (Дж/моль∙К), ∆G0298 (кДж/моль) для следующей реакции: FeO (к) + Н2(г) = Fe(к) + Н2О(г) Возможна ли реакция при Р= 1 атм и Т=298 К? Определите температуру равновесия реакции и константы равновесия при 298 и 1000К. О чем свидетельствуют значения Травн и Кравн? Вопросы 1. В чём сущность и математическое выражение второго закона термодинамики? 2. Сущность энтропии и ее статистическая природа. 3. Как использовать второй закон термодинамики для предсказания возможности самопроизвольных процессов в изолированной системе, изобарно-изотермических и изохорно-изотермических? Практическая работа № 3 Расчёт рН растворов Цель работы: освоить методы решения задач на расчёт рН растворов Теоретическое введение Точные измерения показывают, что чистая дистиллированная вода в незначительной мере электропроводна, она имеет ионный характер проводимости, следовательно, вода в незначительной мере диссоциирована, что можно представить уравнением: H2O H+ + OH– В соответствии с законом действия масс, для обратимого процесса диссоциации воды константа диссоциации K выражается уравнением: K = =1,8×10–16 где [Н+] и [ОН–] - равновесные концентрации Н+ и ОН- моль/л, [Н2О] - равновесная концентрация недиссоциированных молекул воды, моль/л. Принимая во внимание, что вода практически не диссоциирована (из 555 миллионов молекул воды диссоциирует только одна), можно допустить, что равновесная концентрация молекул воды равна общей концентрации воды т.о., [H2O] = =55,55 моль/л тогда [H+] × [OH–] = K × [H2O] = 1,8 × 10–16 × 55,56 =10–14 т.е.[H+] × [OH–] = 10–14 — ионное произведение воды Произведение концентрации ионов водорода и ионов гидроксила для воды при постоянной температуре (22○С) есть величина постоянная и называется ионным произведением воды Кв. Растворы, в которых концентрация ионов H+ равна концентрации ионов OH–, называются нейтральными растворами. В растворе кислоты концентрация ионов H+ всегда больше концентрации ионов OH–. В щелочном растворе концентрация ионов водорода меньше концентрации ионов гидроксила. По концентрации ионов водорода можно судить о характере среды. [H+] = [ОН–] = 10–7 - нейтральная среда Н+] > 10–7 > [ОН–] - кислая среда [Н+] < 10–7 < [ОН–] - щелочная среда. Охарактеризовать кислотность или щелочность среды раствора числами с отрицательными показателями степени очень неудобно, поэтому ввели водородный показатель pH. Величину десятичного логарифма молярной концентрации ионов водорода, взятую с обратным знаком, т. е. (−lg [H+]), называют водородным показателем раствора и обозначают «рН». Таким образом, если рН = − lg [H+], то логарифмированием выражения для К(Н2О) , получаем: рН + рОН = 14. В нейтральной среде pH = 7, в кислой среде pH < 7, в щелочной среде pH > 7 Следует различать общую и активную кислотность. Общая кислотность определяется нормальной концентрацией раствора N, т.е. числом эквивалентов кислоты в объеме раствора. Но так как не все кислоты являются сильными электролитами, то количество свободных ионов [H+] может быть меньше теоретически возможного. Под активной кислотностью понимают концентрацию свободных гидратированных ионов водорода. Величина pH дает количественную оценку только активной кислотности раствора. Протекание химических реакций в растворах зависит от реакции среды, поэтому водородный показатель – важнейшая характеристика, которую надо контролировать. Простейший способ контроля – применение индикаторов – веществ, окраска которых зависит от величины рН раствора. Каждый индикатор «работает» в своем интервале рН, что видно из представленной ниже таблицы 7. Таблица 7 Индикатор Область перехода окраски, рН Изменение окраски

стр. 40

УП: ОВ-22.plx

Фенолфталеин 8,0 – 10,0 бесцветная − малиновая Метиловый оранжевый 3,0 – 4,5 красная – желтая Лакмус 5,5 – 7,0 Красная – синяя Универсальный индикатор 1,0 – 12,0 красная – синяя Расчет рН растворов сильных электролитов Пример 1. Определить рН раствора, если концентрация ионов водорода в растворе равна 4∙10-3моль/дм3. Решение: Определим рН раствора рН=−lg[H+] рН=− lg 4∙10−3= − lg4 − lg10−3=3− lg4=3 − 0,6=2,4 Пример 2. Определите концентрацию ионов водорода в растворе, рН которого равен 4,60 Решение: Определим концентрацию ионов водорода в растворе −lg[H+]=4,60 [H+]=2,5∙10−5моль/дм3 Пример 3. Вычислите рН раствора соляной кислоты концентрации 0,001 моль/л. Решение: Так как [H+] = c(HCl), то рН=−lgc(HCl)= − lg10−3=3 Пример 4. Вычислите рН раствора гидроксида калия, концентрация которого с=0,015 моль/л. Решение: Определим рН раствора гидроксида калия рН = 14 – рОН = 14 + lgс(КОН) = 14 + lg0,012 = 14 − 1,92 = 12,1 Пример 5. Определите водородный показатель раствора, в 1 дм3 которого содержится гидроксид натрия массой 0,1 г. Диссоциация щелочи считать полной. Решение: Определим количество NaOH в 1 дм3 раствора ν=(m(NaOH))/(M(NaOH))=0,1/40=2,5∙10−3моль/ дм3 Учитывая полную диссоциацию [OH−]=2,5∙10−3моль/ дм3 рОН= −lg (2,5∙10−3)=3− lg2,5=3 − 0,4=2,6 Определим водородный показатель раствора рН=14 − рОН=14 − 2,6=11,4 Расчет рН растворов слабых электролитов При растворении в воде или других растворителях электролиты подвергаются электролитической диссоциации, т.е. распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы – катионы и анионы. В растворах слабых электролитов устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами и продуктами их диссоциации – ионами. Например, в водном растворе уксусной кислоты устанавливается равновесие СН3СООН ↔ Н+ + СН3СОО−, константа диссоциации которого связана с концентрациями соответствующих частиц соотношением: К = ([Н^+ ]∙[〖СН〗_3 〖СНОО〗^- ])/[〖СН〗_3 СООН] Степень диссоциации α электролита называется доля его молекул, подвергшихся диссоциации, т.е. отношение числа молекул, распавшихся в данном растворе на ионы, к общему числу молекул электролита в растворе. Константа и степень диссоциации связаны соотношением (закон разбавления Оствальда): К = α2∙СM/(1−α), где СM − молярная концентрация электролита, моль/л. Если степень диссоциации значительно меньше единицы, то при приближенных вычислениях можно принять, что 1 – α ≈ 1. Тогда выражение закона разбавления упрощается: К = α2∙СM, Откуда α = √(К/С_M ). Пример 6. Рассчитайте водородный показатель раствора уксусной кислоты концентрации 0,01 моль/ дм3, степень диссоциации которой равна 4,2 %. Решение: Определим концентрацию ионов водорода по формуле для слабых электролитов: [Н+]=α∙СМ=0,042∙0,01=4,2∙10−4 Определим водородный показатель раствора уксусной кислоты концентрации рН= − lg(4,2∙10−4)=4 − lg4,2=4 − 0,6=3,4 Пример 7. Определите степень диссоциации (%) и [Н+] по первой ступени диссоциации 0,1М раствора Н2S, если константа диссоциации Н2S по первой ступени равна 6∙10−8. Решение: Первая ступень диссоциации Н2S→Н++(НS)− Вторая ступень диссоциации (НS)−→ Н++S2− Определяем степень диссоциации α=√(К/С)=√((6∙〖10〗^(-8))/0,1)=√(60〖∙10〗^(-8) )=7,8∙10−4 или 7,8∙10−2 % Найдем концентрацию ионов водорода [Н+] [Н+]=√(К〖∙С〗^ )=√(6〖∙10〗^(-8)∙0,1) = 7,8∙10−5 моль/ дм3 Пример 8. Определите концентрацию ионов [Н+] и рН 0,5М раствора пропионовой кислоты С2Н5СООН.

стр. 41

УП: ОВ-22.plx

(Кдисс=1,4∙10−5). Решение: Пропионовая кислота С2Н5СООН − слабая кислота, поэтому используем формулу [Н+]=√(К〖∙С〗^ ) [Н+]=√(1,4〖∙10〗^(-5) 0,5)=√(0,7〖∙10〗^(-5) )=2,6∙10−35 моль/ дм3 Определим рН 0,5М раствора пропионовой кислоты С2Н5СООН рН= − lg[H+] = − lg(2,6∙10−3) = 3 − lg2,6 = 2,58 Пример 9. Смешали два раствора соляной кислоты: 50 мл с концентрацией 0,2 моль/л и 300 мл с концентрацией 0,02 моль/л. Вычислить рН полученного раствора. Решение: Определим концентрацию полученного раствора Сраствора=ν_(р.в.)/V_(р-ра) =(С_1∙V_(1+) C_2 〖∙V〗_2)/(V_1+V_2 )=(0,2 моль/л∙0,05л+0,02 моль/л∙0,3л)/(0,35 л) = 0,046 моль/л Вычислим рН раствора рН= − lg0,046 = 1,3 Пример 10. Вычислить рН раствора, полученного смешением равных объемов растворов с(HCl)=0,015 моль/л и с(NaOH)=0,03 моль/л. Решение: Запишем уравнения реакции HCl+NaOH→NaCl+H2O Так как в избытке NaOH, следовательно, после протекания реакции нейтрализации среда раствора будет щелочной. Определим концентрацию NaOH после завершения реакции: с(NaOH)=ν/V=(0,03∙V-0,015∙V)/2V=(0,015∙V)/2V=0,0075 моль/л Вычислить рН раствора рН=14 – ОН = 14+lg[OH−]=14 + lg0,0075=11,9 Пример 11. Определите рН 0,17Н уксусной кислоты, константа диссоциации которой равна 1,78∙10-5. Решение: Определим степень диссоциации α=√(К_дисс/С)=√((1,78〖∙10〗^(-5))/0,17)=√(〖10〗^(-4) )=〖10〗^(-2) Определяем концентрацию ионов водорода [H+] = α∙с = 10−2∙0,17 = 0,17∙10−2 моль/л Определяем водородный показатель раствора уксусной кислоты рН = −lg[H+] = −lg (0,17∙10−2)=2 − lg0,17 = 2,77 Практическая часть Вариант 1 1. Концентрация ионов водорода в растворе равна 4∙10−3 моль/л. Определить рН раствора. Вычислить рН 0,01М раствора уксусной кислоты СН3ООН, если константа диссоциации равна 1,75∙10−5. Вариант 2 2. Определить концентрацию ионов водорода в растворе, рН которого равен 4,6. Вычислить рН 0,2М раствора муравьиной кислоты НСООН, если константа диссоциации равна 1,8∙10−4. Вариант 3 1. Чему равна концентрация гидроксид-ионов в растворе, рН которого равен 10,8. 2. Константа диссоциации синильной кислоты HCN равна 7,9∙10−10. Определите рН 0,001М раствора HCN. Вариант 4 1. Вычислите рН раствора, в котором концентрация ионов водорода равна 8,1∙10−3 моль/л. 2. Чему равна молярная концентрация водного раствора уксусной кислоты СН3СООН, если рН его равен 5,2, а константа диссоциации кислоты 1,75∙10−5? Вариант 5 1. Найдите молярную концентрацию ионов ОН− в водном растворе, если молярная концентрация Н+ равна 10−3 моль/л. 2. Константа диссоциации масляной кислоты С3Н7СООН равна 1,5∙10−5. Определить рН 0,005М раствора. Рассчитать рН растворов 1. 0,2М Н2SO4 2. 0.1M CH3COOH Ка=1,8510-5 3. 0.01M HCl 4. 0.02M NH4OH Кb=1,710-5 5. 0.05M NaOH 6. 0.01M C2H5COOH Ка=1,6510-6 7. 0.025M KOH 8. 0.05M HCOOH Ка=1,8510-4 Рассчитать степень диссоциации веществ в рвстворе 9. 0,05М CH3COOH 10.0,03М NH4OH 11.0,01М C2H5COOH 12.0,005М C3H7COOH Ка=1,9510-6 Вопросы 1. Что такое ионное произведение воды? 2. Дайте определение водородного показателя. 3. Что показывает водородный показатель?

стр. 42

УП: ОВ-22.plx

4. Как можно определить кислотность среды? Практическая работа № 4 Расчёт молекулярной массы вещества, используя законы Рауля и уравнение осмотического давления. Цель работы: освоить расчёт молярной массы с использованием законов Рауля и осмотического давления Теоретическое введение Разбавленные растворы неэлектролитов обладают рядом свойств (коллигативные свойства), количественное выражение которых зависит только от числа находящихся в растворе частиц растворенного вещества и от количества растворителя. К молекулярно – кинетическим свойствам растворов относится непрерывное тепловое (броуновское) движение молекул растворителя. По этой причине отдельные молекулы способны вырываться из жидкости и переходить в газообразную фазу (испаряться). Этот процесс является обратимым: часть молекул растворителя переходит обратно в жидкость (конденсируется). Давление пара растворителя над раствором, соответствующее состоянию равновесия, когда скорости процессов испарения и конденсации равны, называется давлением насыщенного пара жидкости (Ро). Значения Ро чистых растворителей в зависимости от температуры приведены в справочных таблицах. Если в растворителе растворено твердое нелетучее вещество, то его давлением пара над раствором можно пренебречь. Молекулы растворенного вещества препятствуют улетучиванию молекул растворителя из раствора, поэтому давление насыщенного пара растворителя над раствором ниже, чем над чистым растворителем (при одинаковой температуре). Для растворов справедлив закон Р. Рауля: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества. Математическое выражение закона Рауля можно записать следующим образом: (Р^0 〖- Р〗_(р-ра))/Р^0 = ∆Р/Р^0 = χ р.в. = ν_(р.в.)/(ν_(р.в.) 〖+ ν〗_(р-ля) ) где Р0 − давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем; Рр-ра − парциальное давление насыщенного пара растворителя над раствором; χ р.в. − мольная доля растворенного вещества; ν_(р.в.) − количество моль растворенного вещества; ν_(р-ля) − количество моль растворителя. Поскольку давление пара зависит от температуры, из закона Рауля вытекают два важных следствия: - понижение температуры замерзания раствора относительно чистого растворителя пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества; - повышение температуры кипения раствора по сравнению с чистым растворителем пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества. Количественные расчеты температур замерзания и кипения растворов проводятся по формулам: ∆Тзам. = То зам. – Тр-ра зам. = Ккр. ∙ Х = Ккр.∙ νр.в / m р-ля ∆Ткип. = Тр-ра кип. – Токип. = Кэб. ∙Х = Кэб..∙ νр.в / m р-ля где То зам. − температура замерзания чистого растворителя; Тр-ра зам − температура замерзания раствора; Токип. − температура кипения чистого растворителя; Тр-ра кип. − температура кипения раствора; Ккр − криоскопическая константа чистого растворителя, соответствующая ∆Тзам. (понижению температуры замерзания раствора) при концентрации растворенного вещества в нем, равной 1 моль/кг; Кэб. − эбуллиоскопическая константа чистого растворителя, соответствующая ∆Ткип. (повышению температуры кипения раствора) при концентрации растворенного вещества, равной также1 моль/ кг; Х − моляльная концентрация растворенного вещества; m р-ля − масса растворителя, кг. Значения криоскопических и эбуллиоскопических постоянных приведены в таблице приложения 4. Пример 1. Навеска вещества массой 12,42 г растворена в 500 см3 воды. Давление пара полученного раствора при 200С равно 3732,7 Па. Давление пара воды при той же температуре равно 3742 Па. Рассчитайте молярную массу растворенного вещества. Решение: Пользуясь законом Рауля ∆Р/Р_0 = (Р^0 〖- Р〗_(р-ра))/Р^0 = ν_(р.в.)/ν_(р-ля) и учитывая условия задачи, получим: ∆Р=Р0 – Рр-ра = 3742 − 3732,7 = 9,3 Па. ν р-ля (H2O)=m(H2O)/M(H2O)=500cм3∙1г/см3/18 г/моль = 27,78 моль Выразим ν р.в. из закона Рауля 9,3/(3742 )=ν_(р.в.)/27,78 Следовательно ν р.в.= (9,3∙27,78)/3742=0,069 моль М= m_(р.в.)/V_(р.в.) = (12,42 г)/(0,069 моль) = 180 г/моль Ответ: молекулярная масса растворенного вещества равна 180 г/моль. Пример 2. При 250С давление насыщенного пара воды составляет 3,166 кПа (23,75 мм рт. ст.). Определите при той же температуре давление насыщенного пара над 5% водным раствором карбамида СО(NH)2. Решение: Согласно закону Рауля Р1=χ1∙Р0, где Р1 – давление насыщенного пара над раствором нелетучего вещества в растворителе; Р0 – давление насыщенного пара над чистым растворителем; χ1 – мольная доля растворителя (воды). найдем мольную долю растворителя (воды) χ1. В 100 г раствора содержится 5 г карбамида (М(СО(NH)2)=60 г/моль) и 95 г воды (М(Н2О)=18 г/моль).

стр. 43

УП: ОВ-22.plx

Тогда ν (СО(NH)2) = m/М = 5/60 = 0,083 моль ν (Н2О) = m/М=95/18=5,278 моль Находим мольную долю воды χ1: χ1= ν (Н2О)/ ν (Н2О)+ ν (СО(NH)2)=5,278/5,278+0,083=0,985 Таким образом Р1=0,985∙3,166=3,119 кПа (или 23,31 мм рт. ст.). Ответ: Давление насыщенного пара над 5% водным раствором карбамида составляет 3,119 кПа. Пример 3. Рассчитайте, при какой температуре должен кристаллизоваться раствор, содержащий в 250 г воды 54 г глюкозы С6Н12О6. Решение: Определим моляльность раствора: Х = ν_(р.в.)/m_(р-ля) = m_(р.в.)/М_(р.в.) ∶m_(р-ля)= 0,0012∙1000 = 1,2моль/(1 кг воды) ∆Ткрист=Ккр. воды∙Х=1,86∙1,2=2,230С Следовательно, раствор будет кристаллизоваться при температуре равной −2,230С. Ответ: Раствор, содержащий в 250 г воды 54 г глюкозы С6Н12О6 должен кристаллизоваться при температуре −2,230С. Пример 4. Раствор, содержащий 8 г некоторого вещества в 100 г диэтилового эфира, кипит при 36,860С, тогда как чистый эфир кипит при 35,60С. Определить молекулярную массу растворенного вещества. Решение: ∆Ткип.=Ткипр-ра – Ткипр-ля=36,86 − 35,6=1,260С Из уравнению ∆Ткип=Кэб.∙Х выразим Х: Х=1,26/2,02=0,624 моль на 1000 г эфира. Поскольку из условия задачи в 100 г растворителя содержится 8 г вещества, следовательно в 1000 г растворителя будет содержаться 80 г вещества. Так как эта масса (80 г) соответствует 0,624 моль, то М= m/ν = 80/0,624 = 128,2 г/моль Ответ: Молекулярная масса растворенного вещества равна 128,2 г/моль. Осмотическое давление Если система, разделенная мембраной, представляет собой растворы, в которых через мембрану способны проходить только молекулы растворителя, то свойства ее будут определяться разностью мольных долей (концентраций) растворителя по обе стороны мембраны. Явление, связанное со способностью проходить через мембрану, в частности, только молекул растворителя, называется осмосом, а вызываемое им изменение давления по обе стороны мембраны – осмотическим давлением. Представим, что сосуд с двумя горлами для залива раствора разделен мембраной (рис. 12). В каждую часть сосуда зальем растворы, отличающиеся только концентрацией. Поскольку мольные доли растворителя по обе стороны мембраны не совпадают, то стремление их к выравниванию приведет к переходу части растворителя в ту часть сосуда, где концентрация растворенного вещества больше. Увеличение количества растворителя эквивалентно возрастанию давления, и если мембрана способна к деформации, она изогнется в сторону с меньшей концентрацией растворенного вещества (рис. 12 а). Если мембрана жесткая, то в отсеке с большей концентрацией количество растворителя будет возрастать до тех пор, пока гидростатическое давление h (рис.12 б) не станет равным осмотическому давлению и не прекратит осмос. а) б) Рис. 12 Схема разности осмотических давлений при χ1 < χ2 при эластичной (а) и жесткой (б) мембранах Осмотическое давление π – внутреннее давление растворенного вещества, численно равное тому внешнему давлению, которое нужно приложить, чтобы прекратить осмос; оно зависит от температуры и концентрации. Величину осмотического давления можно рассчитать по уравнению Вант-Гоффа π = Cм∙R∙T = ν_(р.в.)/V_(р-ра) ∙ R∙ T, где π − осмотическое давление; Cм − молярная концентрация раствора; R − универсальная газовая постоянная, R = 8,314 Дж/К∙моль или R = 0,083∙105 Па∙дм3/К∙моль Т − температура, К Vр−ра − объем раствора, л. Измерение осмотического давления раствора используется для определения молекулярных масс даже разбавленных растворов, что позволяет оценивать молекулярные массы растворимых высокомолекулярных соединений, в частности, биополимеров. Используя уравнение Вант-Гоффа можно вычислить молекулярные массы растворенных веществ: М = (m∙R∙T)/(π∙V). где m − масса растворенного вещества, г; V − объем раствора, л. Пример 5. Определить молекулярную массу неэлектролита, если его навеска массой 17,64 была растворена в воде и объем раствора доведен до 1000 см3. Измеренное осмотическое давление раствора оказалось равным 2,38∙105 Па при 200С. Решение: Из уравнения Вант – Гоффа π=(ν∙R∙T)/V =(m∙R∙T)/(M∙V) выразим молекулярную массу неэлектролита M=(m∙R∙T)/(π∙V)=(17,64∙8,31∙293)/(2,38∙〖10〗^5 ∙〖10〗^(-3) )=180,3∙10-3 кг/моль или 180,3 г/моль. Ответ: Молекулярная масса неэлектролита составляет 180,3 г/моль. Практическая часть Вариант 1 Раствор, содержащий 11,04 г глицерина в 800 г воды, кристаллизуется при − 0,2790С. Вычислить молярную массу глицерина.

стр. 44

УП: ОВ-22.plx

Раствор, содержащий 1,22 г бензойной кислоты С6Н5СООН в 100 г сероуглерода, кипит при 46,5290С. Вычислите эбуллиоскопическую константу сероуглерода. Вычислить осмотическое давление раствора, содержащего в 1,4 л 63 г глюкозы С6Н12О6 при 00С. Рассчитать молекулярную массу неэлектролита, если 28,5 г его при растворении в 785 г воды понижают давление пара над раствором на 52,37 Па при 400С. Давление насыщенного пара воды при 400С 7375,9 Па. Рассчитать давление пара над раствором мочевины (NH2)2CO c массовой долей 10% при температуре 1000С, если давление пара воды при этой температуре составляет 1,01∙105 Па. Вариант 2 Вычислить процентную концентрацию водного раствора мочевины (NH2)2CO, зная, что температура кристаллизации этого раствора равна −0,4650С. В радиатор автомобиля залили раствор, приготовленный из 2 кг этилового спирта С2Н5ОН и 8 кг воды. Определите температуру замерзания раствора. Давление пара воды при 500С равно 12334 Па. Вычислите давление пара над раствором, содержащим 50 г этиленгликоля С2Н4(ОН)2 в 900 г воды. Рассчитайте молекулярную массу растворенного вещества – неэлектролита, если осмотическое давление его раствора, содержащего в 5 л 2,5 г вещества, равно 0,23∙105 Па при 200С. Раствор, содержащий 2,1 г КОН в 250 г воды, замерзает при −0,5190С. Найти изотонический коэффициент раствора. Вариант 3 При 00С осмотическое давление раствора сахара С12Н22О11 равно 3,55∙105 Па. Какая масса сахара растворена в 1 л раствора? Давление пара чистой воды при 313 К равно 7,38∙103 Па. Вычислите при этой температуре давление пара воды над раствором глицерина, содержащим 9,2 г его в 360 г воды. Рассчитать молекулярную массу неэлектролита, если его навеска массой 21,63 г была растворена в воде и объем раствора доведен до 1000 см3. Измеренное осмотическое давление раствора оказалось равным 2,73∙105 Па при 200С. При растворении гидроксида калия массой 20 г в воде массой 100 г температура кипения повысилась на 2,560С. Определите степень диссоциации (%) гидроксида калия. Раствор, содержащий 0,89 г хлорида меди в 150 г воды, кристаллизуется при −0,250С. Определите кажущуюся степень диссоциации CuCl2. Вариант 4 Чему равно осмотическое давление 0,5М раствора глюкозы С6Н12О6 при 250С? При 315К давление насыщенного пара над водой равно 8,2 кПа. На сколько понизится давление пара при указанной температуре, если в 540 г воды растворить 36 г глюкозы С6Н12О6? В радиатор автомобиля налили 9 л воды и прибавили 2 л метилового спирта (ρ=0,8 г/мл). При какой наинизшей температуре можно после этого оставлять автомобиль на открытом воздухе, не опасаясь, что вода в радиаторе замерзнет? При растворении 13 г неэлектролита в 400 г диэтилового эфира (С2Н5)2О температура кипения повысилась на 0,453 К. Определить молекулярную массу растворенного вещества. Раствор KCl, моляльность которого равна 1 моль/кг, замерзает при −3,36 °С. Определите изотонический коэффициент и степень диссоциации (%). Вариант 5 Сколько молей неэлектролита должен содержать 1 л раствора, чтобы его осмотическое давление при 00С было равно 2,27 кПа. Давление водяного пара при 70 0С равно 31,173 кПа. Найдите понижение давления пара для раствора глюкозы с массовой долей 11,86 %. Вычислите мольную массу неэлектролита, зная, что раствор, содержащий этот неэлектролит массой 2,25 г в воде массой 250,00 г, кристаллизуется при температуре −0,279 °С. Сколько мочевины ((NH2)2CO) следует растворить в воде массой 250 г, чтобы температура кипения повысилась на 0,26°? Чему равен изотонический коэффициент 0,1 н раствора сульфата цинка, если экспериментально найденная степень диссоциации равна 40 %. Вопросы 1. В чём сущность законов Рауля? 2.Обясните, что такое осмос? 3. Сформулируйте понятие осмотического давления? Практическая работа № 5 Электрохимические расчёты Цель работы: освоить методику электрохимических расчётов Теоретическое введение Электрохимическими называются процессы прямого превращения химической энергии в электрическую энергию и обратно. Электрохимические процессы имеют важное практическое значение. Эти процессы используются для нанесения защитных покрытий, для получения и очистки металлов, они лежат в основе действия химических источников электрического тока. При погружении металла в воду (или в раствор соли данного металла) под действием полярных молекул растворителя ионы металла частично отрываются от поверхности металла и в гидратированном состоянии переходят в раствор, оставляя в металле валентные электроны. Металл заряжается отрицательно, а раствор - положительно. Ме + mH2O = [Me(H2O)m]n+ + ne ̅ По мере перехода ионов металла в раствор отрицательный заряд металла увеличивается, положительный заряд раствора −

стр. 45

УП: ОВ-22.plx

растет. Поэтому все чаще ионы металла притягиваются обратно, т. е. в данной системе устанавливается подвижное равновесие Ме + mH2O = [Me(H2O)m]n+ + ne ̅ или Ме − ne ̅ → Me+n Если металл опускать не в воду, а в раствор его соли, то активные металлы в растворах своих солей заряжаются отрицательно, а неактивные – положительно. На границе раздела металл − раствор возникает двойной электрический слой зарядов: один − на металле, другой в виде ионов − у поверхности электрода. Возникает разность потенциалов между металлом и жидкой фазой (электродный потенциал). Таким образом, электродным потенциалом φ – это разность потенциалов между металлом и раствором его соли, в который он погружен. Электродный потенциал невозможно измерить, поэтому используют их относительные значения в стандартных условиях. Стандартный электродный потенциал 〖(φ〗_(〖Ме〗^(n+),Ме)^0) – это разность потенциалов между металлом, опущенным в раствор его соли с концентрацией 1 моль/л, и нормальным водородным электродом при давлении 101,3 кПа и температуре 298 К. Водородный электрод состоит из рыхлой платиновой пластины, насыщенной водородом при давлении 101,3 кПа и температуре 298 К и опущенной в 1М раствор серной кислоты. Потенциал стандартного водородного электрода принят равным нулю при температуре 298 К. Электродный потенциал зависит: 1. От природы металла. Чем активнее металл, тем отрицательнее потенциал. 2. От концентрации ионов металла в растворе. С увеличением концентрации раствора потенциал становится положительнее. 3. От температуры. С повышением температуры потенциал становится положительнее. Зависимость величины потенциала от указанных факторов выражается уравнением Нернста. φ_(〖Ме〗^(n+),Ме)^ = φ_(〖Ме〗^(n+),Ме)^0 + ((R∙T)/(z∙F))∙lna_(〖Ме〗^(n+) ), где φ_(〖Ме〗^(n+),Ме)^ электродный потенциал металла в растворе, содержащем катионы Меn+; φ_(〖Ме〗^(n+),Ме)^0 − стандартный потенциал системы; R − универсальная газовая постоянная, R=8,314 Дж/К∙моль; T абсолютная температура, К; z − число электронов, участвующих в электродном процессе; F число Фарадея – единица количества электричества, F = 96500 Кл/моль; a − активность ионов металла в растворе. При температуре 298 К уравнение Нернста имеет вид: φ_(〖Ме〗^(n+),Ме)^ = φ_(〖Ме〗^(n+),Ме)^0 + (0,059/z) lga_(〖Ме〗^(n+) ) Для водородного электрода уравнение Нернста имеет вид φ_(Н^+,Н_2 ) = 0,059 lga_(H^+ ) = −0.059 pH По отношению к стандартному водородному электроду выражают потенциалы всех других электродов. Сравнивая стандартные электродные потенциалы металлов можно построить ряд напряжений металлов (называемый рядом активности Н.Н. Бекетова). Исходя из ряда напряжений металлов, можно сделать следующие выводы: 1. Чем меньше алгебраическая величина электродного потенциала металла, тем большую активность в растворе он проявляет (тем выше восстановительная способность его атома и ниже окислительная способность его иона). 2. Металлы, стоящие в ряду активности до водорода, вытесняют его из растворов соляной и разбавленной серной кислоты. 3. Более активный металл вытесняет правее его стоящие из водных растворов их солей. Гальванические элементы Окислительно-восстановительные реакции взаимодействия металлов с растворами электролитов лежат в основе электрохимических процессов − явлений превращения электрической энергии в химическую. Получение электрической энергии за счет химических реакций осуществляется в химических источниках постоянного тока (ХИТах), называемых гальваническими элементами (ГЭ). Они используются в транспортных двигателях, радиотехнических устройствах, приборах управления. Для создания такого элемента используют два металлических электрода. Электрод, на котором протекает процесс окисления, называется анодом. Им является более активный металл. Электрод, на котором протекает восстановление, носит название катода. При этом более активный металл с меньшим электродным потенциалом растворяется и переходит в раствор в виде ионов, а другой - из состояния ионов осаждается на электроде. Для гальванического элемента Даниэля – Якоби, состоящего из цинковой и медной пластинок (рисунок 1), опущенных в растворы растворимых солей (сульфатов ZnSО4 и CuSО4), окислительно – восстановительные процессы, протекающие на электродах, можно записать в виде уравнений: Анод (А): Zn о - 2е = Zn 2+ Катод (К): Cu2+ + 2e = Cuo ______________________________ Zn о + Cu2+ = Zn 2+ + Cuo Zn + CuSО4 = ZnSО4 + Cu . Суммарная химическая реакция, протекающая в химическом источнике тока, энергия которой превращается в электрическую, называется токообразующей реакцией.

стр. 46

УП: ОВ-22.plx

Рисунок 1 Схема гальванического элемента Даниэля – Якоби Работа гальванического элемента возможна при замыкании обеих цепей: внешней, соединяющей электроды, и внутренней, служащей для перехода ионов и называемой «электролитическим мостиком». Условная запись с указанием природы электродов и концентраций растворов электролитов называется схемой гальванического элемента. В такой схеме слева принято записывать анод, а границы раздела фаз металл – раствор обозначать прямыми линиями. Схема ГЭ Даниэля – Якоби выглядит следующим образом: Zn │ ZnSО4 ║ CuSО4│ Cu 1М 1М Количественной характеристикой ХИТа является его электродвижущая сила (ЭДС), равная максимальной разности потенциалов катода и анода при разомкнутом гальваническом элементе и измеряемая в вольтах (В): ЭДС = φкатода - φанода Для рассмотренного выше элемента Даниэля – Якоби величина ЭДС при стандартных условиях составляет: ЭДСо = φо Cu 2+/ Cu − φ о Zn 2+ /Zn = + 0,34 − (− 0, 76) = 1,1 В Чем дальше в ряду напряжений находятся их металлы, тем большую разность потенциалов (электродвижущую силу) имеет элемент. Если цепь замкнута и протекает постоянный ток, то величина электродных потенциалов изменяется: потенциал положительного электрода становится менее положительным, а потенциал отрицательного электрода – менее отрицательным. Таким образом, при прохождении тока разность потенциалов меньше, чем в разомкнутом элементе. Чем больше сила тока в цепи, тем меньше разность электродных потенциалов. Изменение электродных потенциалов при прохождении через электрохимическую систему тока называется поляризацией. Гальванические элементы – устройства одноразового действия. Их применяют в виде сухих батарей (соединенных последовательно нескольких гальванических элементов), герметизированных или наливных (в которые для работы заливают воду или электролит) со сроком действия 1- 2 года. Действие наиболее распространенного марганцово - цинкового элемента, выпускаемого в виде стаканчиков, галет и пуговиц, основано на химической реакции: 2Мn4+ + Zn о = 2Мn 3+ + Zn 2+ Цинковый стаканчик (анод) растворяется, а электролит (паста из хлорида аммония с добавлением муки или крахмала) взаимодействует с ионами цинка: 2Zn 2+ + 4NН4Сl = Zn [(N Н3)4]Сl2 +ZnСl 2 + 4Н+ Катод изготовлен из диоксида марганца МnО2, токоотводом является графитовый стержень. Батареи таких элементов выпускаются массой от 100 г до 200 кг, напряжением от 3 до 100 вольт. Пример 1. Среди нижеперечисленных металлов найти те, которые могут восстановить катион никеля Ni2+: Mg, Al, Cu, Ag. Решение: Выпишем значения стандартных электродных потенциалов данных металлов: φ_(Mg^(2+)/Mg^0)^0 = −2,37 В; φ_(Al^(3+)/Al)^0 = −1,66 В; φ_(〖Ni〗^(2+)/Ni^0)^0 = −0,25 В; φ_(Cu^(2+)/Cu^0)^0 = +0,337 В; φ_(Ag^+/Ag^0)^0 = +0,799 В; Так как Mg и Al имеют более низкие электродные потенциалы, чем Ni, то поэтому они являются более сильными восстановителями по сравнению с никелем: Mg0 + Ni2+ = Mg2+ + Ni0; 2Al0 + 3Ni2+ = 2Al3+ + 3Ni0; Cu0 + Ni2+ ↛; Ag0 + Ni2+ ↛. Пример 2. Среди нижеперечисленных катионов металлов найти те, которые могут окислить цинк: Mg+2, Pb+2, Cu+2. Решение: Согласно ряду напряжений металлов φ_(Cu^(2+)/Cu^0)^0 = +0,337 В; φ_(〖Pb〗^(2+)/Pb^0)^0 = −0,126 В; φ_(〖Zn〗^(2+)/Zn^0)^0 = −0,76 В; φ_(Mg^(2+)/Mg^0)^0 = −2,37 В. Свинец и медь имеют стандартные электродные потенциалы выше, чем цинк. Таким образом, катион меди и катион свинца являются окислителями более сильными, чем катион цинка, и будут окислять Zn0 до Zn+2: Cu+2 + Zn0 → Cu0 + Zn+2; Pb+2 + Zn0 → Pb0 + Zn+2; Mg+2 + ZnO ↛ . Пример 3. Рассчитать Э.Д.С. гальванического элемента (−) Zn|ZnCl_2 ||CuCl_2 |Cu (+), если концентрация хлорида меди CuCl2 в растворе равна 0,1М, а хлорида цинка ZnCl2 – 0,01М и полагая, что электролиты полностью дисссоциированы. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента? Решение: 1. Определяем электродные потенциалы цинкового и медного электродов при заданных концентрациях по уравнению

стр. 47

УП: ОВ-22.plx

Нернста: φ_(Cu^(2+)/Cu^0)^ = φ0 + 0,058/n lg c = 0,34 + 0,058/2 lg 10−1 = 0,34 – 0,029 = +0,311 В φ_(Zn^(2+)/Zn^0)^ = φ0 + 0,058/n lg c = − 0,76 + 0,058/2 lg 10−2 = −0,76 – 0,058 = −0,818 В 2. Вычисляем Э.Д.С. гальванического элемента Е = φ_(Cu^(2+)/Cu^0)^к − φ_(Zn^(2+)/Zn^0)^а = 0,311 – (−0,818) = 1,129 В Поскольку φ_(Zn^(2+)/Zn^0)^ < φ_(Cu^(2+)/Cu^0)^ , то электроны будут перемещаться во внешней цепи от цинкового к медному электроду. Пример 4. В гальваническом элементе протекает токообразующая реакция: Cd + NiCl2 = CdCl2 + Ni Составьте электронное уравнение реакции, если: φ_(〖Cd〗^(2+)/Cd^0)^0 = − 0,40 В; φ_(〖Ni〗^(2+)/Ni^0)^0 = − 0,25 В Какова схема работы этого элемента? Решение: 1. Электронное уравнение реакции: Cd + Ni2+ = Cd + Ni 2. Схема работы гальванического элемета: (−) Cd|CdCl_2 ||NiCl_2 |Ni (+) Пример 5. Составьте схему работы двух гальванических элементов, в одном из которых олово является анодом, в другом – катодом. Составьте уравнения электронных реакций, происходящих на электродах. Решение: В первом случае в процессе работы гальванического элемента олово (Sn) будет растворяться. Металл второго электрода – катода – будет восстанавливаться и, следовательно, должен иметь большую величину электродного потенциала, чем олово. Возьмем, например, серебро, стандартный электродный потенциал которого равен: φ_(Ag^+/Ag^0)^0 = +0,80 В, φ_(〖Sn〗^(2+)/Sn^0)^0 = − 0,14 В Работа гальванического элемента будет проходить по схеме: (−) Sn|Sn^(2+) || Ag^+ |Ag (+), На электродах будет протекать реакции: На аноде: 1 Sn − 2e ̅ → Sn2+ На катоде: 2 Ag+ + e ̅ → Ag Sn + 2Ag+ → Sn2+ + 2Ag Аналогично для второго гальванического элемента анодом будет являться электрод с меньшей величиной электродного потенциала, например, хром φ_(〖Cr〗^(3+)/Cr^0)^0 = − 0,74 В и тогда На аноде: 2 Сr − 3e ̅ → Cr3+ На катоде: 3 Sn2+ + 2e ̅ → Sn 2Cr + 3Sn2+ → 2Cr3+ + 3Sn Cхема работы гальванического элемента (−) Сr|Cr^(3+) || Sn^(2+) |Sn (+) Практическая часть Вариант 1 1. Среди нижеперечисленных металлов найти те, которые могут восстановить катион железа Fe2+: Mn, Zn, Pb, Cu. 2. Среди нижеперечисленных катионов металлов найти те, которые могут окислить свинец: Mg+2, Zn+2, Hg+2, Ag+. 3. Рассчитать Э.Д.С. гальванического элемента (−) Zn|ZnSO_4 ||H_2 SO_4 | H_(2 )(Pt) (+), если концентрация cульфата цинка ZnSO4 в растворе равна 0,01М, а концентрация серной кислоты H2SO4 – 0,0001М и полагая, что электролиты полностью дисссоциированы. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента? 4. В гальваническом элементе протекает токообразующая реакция: Fe + NiCl2 = FeCl2 + Ni Составьте электронное уравнение реакции, если: φ_(〖Fe〗^(2+)/Fe^0)^0 = − 0,441 В; φ_(〖Ni〗^(2+)/Ni^0)^0 = − 0,23 В Какова схема работы этого элемента? 5. Составьте схему работы двух гальванических элементов, в одном из которых хром является анодом, в другом – катодом. Составьте уравнения электронных реакций, происходящих на электродах. Вариант 2 1. Среди нижеперечисленных металлов найти те, которые могут восстановить катион цинка Zn2+: Al, Mn, , Co, Ni. 2. Среди нижеперечисленных катионов металлов найти те, которые могут окислить олово: Mg+2, Zn+2, Сu+2, Ag+. 3. Рассчитать Э.Д.С. гальванического элемента (−) Ag|AgNO_3 (0,001 M)||〖AgNO_3 (0,1 M)〗_ |Ag (+), В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента? 4. В гальваническом элементе протекает токообразующая реакция: Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 Составьте электронное уравнение реакции, если: φ_(〖Fe〗^(2+)/Fe^0)^0 = − 0,441 В; φ_(〖2H〗^+/H_2)^0 = 0 В Какова схема работы этого элемента? 5. Составьте схему работы двух гальванических элементов, в одном из которых свинец является анодом, в другом –

стр. 48

УП: ОВ-22.plx

катодом. Составьте уравнения электронных реакций, происходящих на электродах. Вариант 3 1. Среди нижеперечисленных металлов найти те, которые могут восстановить катион водорода Н+: Со, Pb, Cu, Pt. 2. Среди нижеперечисленных катионов металлов найти те, которые могут окислить цинк: Mg+2, Al+3, Ni+2, Sn+2. 3. Рассчитать Э.Д.С. гальванического элемента (−) Zn|Zn〖(NO〗_3 )_2 ||Pb(NO_3 )_2 |Pb (+), если концентрация нитрата цинка Zn(NO3)2 в растворе равна 0,1М, а концентрация нитрата свинца Pb(NO3)2 – 0,02М и полагая, что электролиты полностью дисссоциированы. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента? 4. В гальваническом элементе протекает токообразующая реакция: СuSO4 + H2 → Cu + H2SO4 Составьте электронное уравнение реакции, если: φ_(〖Cu〗^(2+)/Cu^0)^0 = + 0,34 В; φ_(〖2H〗^+/H_2)^0 = 0 В Какова схема работы этого элемента? 5. Составьте схему работы двух гальванических элементов, в одном из которых цинк является анодом, в другом – катодом. Составьте уравнения электронных реакций, происходящих на электродах. Вариант 4 1. Среди нижеперечисленных металлов найти те, которые могут восстановить катион марганца Mn+2: Mg, Al, Zn, Cr. 2. Среди нижеперечисленных катионов металлов найти те, которые могут окислить марганец: Mg+2, Al+3, Fe+2, Sn+2. 3. Рассчитать Э.Д.С. гальванического элемента (−) Mg|Mg〖(NO〗_3 )_2 ||Pb(NO_3 )_2 |Pb (+), если концентрация нитрата магния Mg(NO3)2 в растворе равна 1М, а концентрация нитрата свинца Pb(NO3)2 – 0,01М и полагая, что электролиты полностью дисссоциированы. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента? 4. В гальваническом элементе протекает токообразующая реакция: Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag Составьте электронное уравнение реакции, если: φ_(〖Cu〗^(2+)/Cu^0)^0 = + 0,34 В; φ_(〖Ag〗^+/Ag)^0 = + 0,8 В Какова схема работы этого элемента? 5. Составьте схему работы двух гальванических элементов, в одном из которых медь является анодом, в другом – катодом. Составьте уравнения электронных реакций, происходящих на электродах. Вариант 5 1. Среди нижеперечисленных металлов найти те, которые могут восстановить катион хрома Cr+3: Mg, Mn, Ni, Pb. 2. Среди нижеперечисленных катионов металлов найти те, которые могут окислить железо: Сr+3, Mn+2, H+, Cu+2. 3. Рассчитать Э.Д.С. гальванического элемента (−) Al|Al〖(NO〗_3 )_3 ||Sn(NO_3 )_2 |Sn (+), если концентрация нитрата алюминия Al(NO3)3 в растворе равна 0,1М, а концентрация нитрата олова Sn(NO3)2 – 0,01М и полагая, что электролиты полностью дисссоциированы. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента? 4. В гальваническом элементе протекает токообразующая реакция: Al + 3AgNO3 → Al(NO3)3 + 3Ag Составьте электронное уравнение реакции, если: φ_(〖Al〗^(3+)/Al)^0 = −1,66 В; φ_(〖Ag〗^+/Ag)^0 = + 0,8 В Какова схема работы этого элемента? 5. Составьте схему работы двух гальванических элементов, в одном из которых кобальт является анодом, в другом – катодом. Составьте уравнения электронных реакций, происходящих на электродах. Вопросы 1. Какие процессы называют электрохимическими? 2. По какому уравнению можно рассчитать электродный потенциал? 3. Опишите работу гальванического элемента? Практическая работа №6 Расчёт энергии активации химической реакции Цель работы: отработать решение задач по уравнению Аррениуса Теоретическое введение С увеличением температуры скорость всех элементарных реакций и большинства сложных реакций увеличивается. В большинстве случаев, эта зависимость подчиняется эмпирическому уравнению Аррениуса, которое связывает константу скорости с температурой: где символы R и Т имеют обычный смысл, Е называется энергией активации данной химической реакции, А называется предэкспаненциальным множителем (так как он находится перед экспоненциальной функцией температуры). Таким образом, для реакции, например, второго порядка, уравнение скорости может иметь вид В этих уравнениях положительная величина Е соответствует увеличению константы скорости с увеличением температуры, а отрицательная – уменьшению. Очень немногие сложные реакции имеют отрицательную энергию активации, тогда как подавляющее большинство имеют положительную величину Е, чаще всего от 100 до 300 кДж моль–1.

стр. 49

УП: ОВ-22.plx

Для определения энергии активации и предэкспоненциального множителя, необходимо получить экспериментальную зависимость константы скорости от температуры. Как видно из (7.13), логарифм константы скорости зависит линейно от обратной величины температуры: . с коэффициентом наклона, равным –Е/R, и свободным членом уравнения lnA. Таким образом, из коэффициента наклона можно найти Е, а из свободного члена – А. Пример. Константа скорости некоторой реакции равна 1.42 с–1 при 300 К. При какой температуре константа скорости равна 0.142 с–1, если энергия активации равна 166.7 кДж/моль ? Решение. Задача решается по уравнению Аррениуса: Обозначим k1 = 1.42 с–1, Т 1 = 300 К, k2 = 0.142 с–1, Т2 – искомая и запишем два соответствующих уравнения : ; Чтобы решить эту систему уравнений относительно Т2, поделим одно уравнение на другое (помня свойства степенных и показательных функций; приложение 4) : Возьмем логарифм полученного уравнения и решим относительно Т2: ; ; = = = (4.988×10–5×ln10.0 + 3.333×10–3)–1 = (3.448×10–3)–1 = 290 К Ответ: Т = 290 К Практическая часть 1. Газофазная реакция N2O5  2NO2 + ½O2 изучена со следующими результатами: T, К 273.1 293.1 308.1 318.1 328.1 338.1 k, с–1 7.87×10–7 1.76×10–5 1.35×10–4 4.98×10–4 1.50×10–3 4.87×10–3 Определите коэффициенты уравнения Аррениуса. 2. Константа скорости (л2 моль–2 с–1) газофазной реакции третьего порядка 2NO + Br2  2NOBr равна 2.12×103 при 265.2 К и 2.68×103 при 288.0 К. Вычислите по этим данным коэффициенты уравнения Аррениуса и константу скорости при 273 К. 3. Для реакции 2О3  3О2 известны константы скорости второго порядка 0.450 и 51.2 л моль–1 с–1 при 383 и 439 К, соответственно. Вычислите 1) коэффициенты уравнения Аррениуса, 2) время (в часах), за которое прореагирует 90.0 % озона при температуре 350 К и начальной концентрации 9.19×10–3 моль/л. 4. Для реакции 2NOBr  2NO + Br2 известны константы скорости 0.321 и 1.117 л моль–1 с–1 при 273 и 287 К, соответственно. Вычислите коэффициенты уравнения Аррениуса. 5.Энергия активации реакции H + CH4  H2 + CH3 равна 49.8 кДж/моль. Вычислите энергию активации обратной реакции, зная стандартные энтальпии образования (кДж/моль) 218.0 водорода Н, –74.8 метана СН4, и 139.5 радикала СН3. Вопросы 1. Дайте понятие энергии активации. 2. Проанализируйте уравнение Аррениаса. 3. Как влияет тепловой эффект на значение энергии активации? Практическая работа №7 Определение поверхностного натяжения Цель работы: освоить методику расчёта поверхностного натяжения Теоретическое введение Свойства дисперсных систем обусловлены дисперсностью и гетерогенностью и связаны с поверхностной энергией. Для уяснения причин возникновения поверхностной энергии, ее влияния на поверхностные явления необходимо обратиться к химической термодинамике. Поверхностные явления имеют место на границе раздела фаз. Фаза по Гиббсу – это совокупность частей системы, тождественных по химическому составу и термодинамическим свойствам и находящихся между собой в термодинамическом равновесии. В гетерогенных дисперсных системах дисперсная фаза и дисперсионная среда ограничены друг от друга поверхностью раздела. Реальная межфазовая граница имеет поверхностный слой конечной толщины, не превышающей 1 нм, в пределах которого термодинамические параметры (концентрация компонентов, давление, температура и др.) испытывают резкие изменения. Реальную межфазовую поверхность Гиббс заменил на идеализированную поверхность нулевой толщины, назвав ее разделяющей поверхностью. Значения термодинамических параметров дисперсной фазы и дисперсионной среды сохраняются постоянными вплоть до разделяющей поверхности. Свободную поверхностную энергию на разделяющей поверхности можно представить на основе первого и второго начал термодинамики в виде изменения энергии Гиббса: (2.1) где S – энтропия; dT, dp – изменения температуры и давления соответственно; V – объем; σ – поверхностное натяжение; dB – изменение поверхности раздела фаз; μi, ni – химический потенциал и число молей компонента i; φ, q – электрический потенциал и заряд поверхности. На рис 2.1 показано изменение энергии Гиббса для самопроизвольных процессов (I), в условиях равновесия (II) и для несамопроизвольных процессов (III) Когда dG < 0, то процесс будет самопроизвольным, а при dG = 0 — равновесным. Слагаемое правой части уравнения (2.1) σdB определяет влияние на свободную поверхностную энергию изменения поверхности раздела фаз в дисперсных системах. Для гомогенной однофазовой системы это слагаемое отсутствует. В условиях изобарно-изотермического процесса (dT = 0 и dp = 0) в отсутствие физико-химических и электростатических взаимодействий граничных фаз (dni = 0, dq = 0) из уравнения (2.1) получим: дG = σдB. (2.2)

стр. 50

УП: ОВ-22.plx

Таким образом, изменение свободной поверхностной энергии определяется поверхностным натяжением σ и приращением площади раздела фаз dВ. Из уравнения (2.2) следует, что σ = (дG/дВ)T,p,ni,q . (2.3) Индексы Т, р, ni и q означают, что температура, давление, число молей компонента i и электрический заряд поверхности остаются неизменными. Если уравнение (2.1) характеризует изменение поверхностной энергии на всей разделяющей поверхности, то поверхностное натяжение в соответствии с равенством (2.3) определяет свободную поверхностную энергию в расчете на единицу площади раздела фаз. Оно эквивалентно удельной свободной поверхностной энергии. Согласно формуле (2.3) поверхностное натяжение есть частная производная от энергии Гиббса по площади раздела фаз при постоянных температуре и давлении, в отсутствие химического, электрического и других видов взаимодействий. Величина σ — это энергия, рассчитанная на единицу поверхности раздела фаз, и одновременно сила, отнесенная к единице длины контура, ограничивающего поверхность раздела фаз, в том числе жидкости. Размерности этих величин совпадают: Обычно принято указывать размерность удельной свободной поверхностной энергии в Дж/м2, а поверхностного натяжения — в Н/м, однако для того, чтобы подчеркнуть энергетический аспект в образовании новой поверхности, часто размерность поверхностного натяжения указывают в Дж/м2. Поверхностное натяжение является одним из важнейших параметров, определяющих свойства поверхности раздела фаз. При 293 К поверхностное натяжение воды составляет 72,75 мДж/м2. При этой же температуре поверхностное натяжение подсолнечного масла равно 33, сырого молока — 45—60, а сухих вин — 46—52 мДж/м2 что ниже поверхностного натяжения воды. Поверхностное натяжение ртути при 273 К составляет 480,3 а расплава железа при 1498 К — 826 мДж/м2. Поверхностное натяжение с увеличением температуры снижается Это связано с ростом давления насыщенного пара и уменьшением нескомпенсированности межмолекулярного взаимодействия. Поэтому при оценке значений поверхностного натяжения необходимо указывать температуру. Понятия о поверхностном натяжении и об удельной свободной поверхностной энергии справедливы для любых конденсированных тел в том числе и для твердого тела, граничащего с газом или с жидкостью. Уравнения (3.5)—(3.7) представляют собой различные формы закона Юнга, характеризующего равновесие капли жидкости на твердой поверхности. Разность между поверхностным натяжением твердого тела σТГ и σТЖ(σТГ — σТЖ), согласно условию (3.6), равна σЖГ cos θ. Подставляя значение разности (σТГ — σТЖ) из уравнения (3.6) в уравнение (3.4), получим формулу для определения равновесной работы адгезии жидкости: Wа = σЖГ(1+ cos θ). (3.8) Положение капли жидкости на твердой поверхности при контактном смачивании (рис. 3.3) определяется значениями поверхностных натяжений на границе раздела следующих фаз: жидкость — газ σЖГ, твердое тело — жидкость σТЖ и твердое тело — газ σТГ. Равновесие капли определяется одновременным воздействием этих трех поверхностных натяжений, которые по периметру контакта капли с твердым телом (см. рис. 3.3) показаны в виде векторов. Поверхностные натяжения направлены по касательной к соответствующей поверхности. Два из них, а именно σТГ и σТЖ, действуют по поверхности твердого тела в противоположных направлениях. Поверхностное натяжение на границе жидкости с газовой средой σЖГ действует под определенным углом к площади контакта. Этот угол называют краевым углом смачивания и обозначают через θ. Часто для сокращения вместо «краевой угол смачивания» говорят просто «краевой угол». Краевой угол θ связан с поверхностными натяжениями на границе раздела трех фаз σТГ, σТЖ, σЖГ. Для установления связи между основными величинами, характеризующими адгезию жидкости, рассмотрим равновесие капли жидкости на твердой поверхности. В условиях равновесия (см. рис. 3.3), проектируя поверхностное натяжение σЖГ, на ось, которая соответствует площади контакта и направлению поверхностных натяжений σТГ и σТЖ, можно записать: σТГ = σТЖ + σЖГ cos θ. (3.5) Из уравнения (3.15) получают два производных уравнения: σЖГ cos θ = σТГ — σТЖ . (3.6) cos θ = (σТГ — σТЖ)/σЖГ . (3.7) Положение капли жидкости на твердой поверхности при контактном смачивании (рис. 3.3) определяется значениями поверхностных натяжений на границе раздела следующих фаз: жидкость — газ σЖГ, твердое тело — жидкость σТЖ и твердое тело — газ σТГ. Равновесие капли определяется одновременным воздействием этих трех поверхностных натяжений, которые по периметру контакта капли с твердым телом (см. рис. 3.3) показаны в виде векторов. Поверхностные натяжения направлены по касательной к соответствующей поверхности. Два из них, а именно σТГ и σТЖ, действуют по поверхности твердого тела в противоположных направлениях. Поверхностное натяжение на границе жидкости с газовой средой σЖГ действует под определенным углом к площади контакта. Этот угол называют краевым углом смачивания и обозначают через θ. Часто для сокращения вместо «краевой угол смачивания» говорят просто «краевой угол». Краевой угол θ связан с поверхностными натяжениями на границе раздела трех фаз σТГ, σТЖ, σЖГ. Для установления связи между основными величинами, характеризующими адгезию жидкости, рассмотрим равновесие капли жидкости на

стр. 51

УП: ОВ-22.plx

твердой поверхности. В условиях равновесия (см. рис. 3.3), проектируя поверхностное натяжение σЖГ, на ось, которая соответствует площади контакта и направлению поверхностных натяжений σТГ и σТЖ, можно записать: σТГ = σТЖ + σЖГ cos θ. (3.5) Из уравнения (3.15) получают два производных уравнения: σЖГ cos θ = σТГ — σТЖ . (3.6) cos θ = (σТГ — σТЖ)/σЖГ . (3.7) Уравнения (3.5)—(3.7) представляют собой различные формы закона Юнга, характеризующего равновесие капли жидкости на твердой поверхности. Разность между поверхностным натяжением твердого тела σТГ и σТЖ(σТГ — σТЖ), согласно условию (3.6), равна σЖГ cos θ. Подставляя значение разности (σТГ — σТЖ) из уравнения (3.6) в уравнение (3.4), получим формулу для определения равновесной работы адгезии жидкости: Wа = σЖГ(1+ cos θ). (3.8) Пример. Для 0,1%-го раствора эфиров сахарозы, поверхностное натяжение которого составляет 30 мДж/м2, определить равновесную работу когезии и адгезии, работу адгезии к пузырьку, если краевой угол смачивания к твердой поверхности равен 15°. Согласно формуле (3.3) определяем равновесную работу когезии: Wк = 2σЖГ = 2 ∙ 30 = 60 мДж/м2. Равновесная работа адгезии по формуле (3.8) Wа = σЖГ(1 + cos θ) = 30(1 + cos15°) = 59 мДж/м2. Для расчета работы адгезии частиц к пузырьку воспользуемся формулой (3.20): Wа = σЖГ(1 — cosθ) = 30(1—cos15°) = 1,02 мДж/м2. Практическая часть Основные уравнения по теме «Поверхностное натяжение» Связь удельной поверхностной энергии GS с поверхностным натяжением  : GS = Gизбыт/S =  + ii То же, в отсутствии адсорбции: GS = Gизбыт/S =  Связь работы адгезии с углом смачивания : WS = W/S = ЖГ(1 + cos) Разность давлений с двух сторон искривленной поверхности (уравнение Лапласа): р = 2 /rK где rK - радиус кривизны поверхности (положительная величина для выпуклых поверхностей и отрицательная для вогнутых). Высота поднятия (или опускания) жидкости в капилляре (уравнение Жюрена): где  - разность плотностей жидкости и газа (или второй жидкости) 1. Число капель воды, вытекающей из сталагмометра, равно 54.8; 54.6; 54.7. Среднее число капель исследуемого раствора равно 88.2. Поверхност¬ное натяжение воды при температуре опыта составляет 72.4 мДж/м2. От¬носительная плотность раствора /0 = 1.1306, где 0 – плотность воды. Вычислите поверхностное натяжение раствора. 2. Во сколько раз поверхностное натяжение глицерина выше поверхност¬ного натяжения оливкового масла, если в капилляре с внутренним радиусом 0.400 мм столбик первого поднялся на высоту h1 = 26.8 мм, а второго – на h2 = 18.8 мм? Плотность глицерина равна 1.26 г/см3, оливкового масла – 0.94 г/см3. (Для угла смачивания обоими жидкостями принять cos = 1, плотностью воздуха пренебречь) 3. Вертикально установленная трубка с внутренним диаметром 300 мкм одним концом погружена в жидкость на глубину 3.00 см, а вторым соединена с воздухом в сосуде, который позволяет создавать избыточное давление по сравнению с давлением над поверхностью жидкости вокруг трубки. Определить при каком избыточном давлении в сосуде будет происходить отрыв пузырька воздуха от нижнего, погруженного в жидкость, конца капилляра. Поверхностное натяжение и плотность жидкости равны 72.0 мН/м и 997 кг/м3 соответственно. Плотностью воздуха пренебречь. 4. Из раствора додецилсульфата натрия с поверхностным натяжением 38 мН/м "выдут" мыльный пузырек воздуха радиусом 1 см. Чему равно избыточное давление воздуха внутри пузырька ? (ответ дайте в единицах физической атмосферы) 5. Предположим, 1 см3 воды распылён до капель с радиусом 0.1 мкм. Поверхностное натяжение воды 72.75 мН/м. Вычислите прирост энергии Гиббса в этом процессе. 6. В тензометре ДюНуи (разновидность прибора для измерения поверхностного натяжение) измеряется сила, требуемая для отрыва кольца из легкой проволоки от поверхности жидкости. Если диаметр кольца 1.00 см и измеренная сила 6.77 мН, чему равно поверхностное натяжение жидкости ? (Обратите внимание, что в этом методе жидкость смачивает две поверхности кольца – внутреннюю и внешнюю) Вопросы 1. В чём причина поверхностного напряжения? 2. Какова размерность поверхностного натяжения? 3. Что такое краевой угол смачивании? Практическая работа №8 Строение мицеллы Цель работы: отработать решение задач на построение мицеллы Теоретическое введение Во всех коллоидных системах, особенно в тех, где дисперсионной средой является вода, большую роль играет электрический заряд на поверхности частиц. Свойства коллоидных растворов, связанные с зарядом частиц, называют электрокинетическими. Из этих свойств наибольшее значение имеют электрофорез и электроосмос.

стр. 52

УП: ОВ-22.plx

Электрофорез – движение коллоидных частиц в воде под действием электрического поля. Причиной всех электрокинетических свойств является образование двойного электрического слоя на границе раздела двух фаз, который может образоваться в результате различных причин (обмен ионами между фазами, преимущественной адсорбцией ионов одного знака на поверхности раздела, адсорбционной ориентацией полярных молекул и т.д.) Строение двойного электрического слоя объясняется адсорбционной теорией Штерна, которую иллюстрирует рисунок 3. Рис. 3.Строение двойного электрического слоя 1-потенциалопределяющие ионы 2- адсорбционный слой противоионов 3- диффузный слой противоионов. Двойной электрический слой состоит из двух частей плотного слоя - адсорбционного и размытого слоя диффузного. Диффузный слой подвижен, а адсорбционный - нет. Разность потенциалов между адсорбционным и диффузным слоями называется электрокинетическим или дзета потенциалом (потенциал). Теория строения двойного электрического слоя лежит в основе строения мицелл - твердых частиц дисперсной фазы коллоидной дисперсности. Основную часть мицеллы составляет агрегат, состоящей из большого числа атомов, ионов или молекул не растворимого в воде вещества и имеющий кристаллическое строение. На поверхности твердого агрегата адсорбируются ионы стабилизатора, которые определяют знак и величину термодинамического потенциала (потенциалопределяющие ионы). Эта часть мицеллы называется ядром. Вокруг ядра располагается часть противоионов стабилизатора - адсорбционный слой. Ядро вместе с адсорбционным слоем противоионов составляет коллоидную частицу. Она всегда имеет заряд, соответствующий знаку заряда потенциалопределяющих ионов. Остальные противоионы образует диффузный слой мицеллы. В целом, мицеллы электронейтральные. Для примера рассмотрим строение мицеллы гидрозоля иодида серебра AgI, полученного в результате реакции: AgNОз(р)+КI(р)=АgI(т) + КNOз(р), Стабилизатор АgNОз Аg ++ NОз - + { [ (m AgI) n Ag+] xNO3-} (n-x)NO3- агрегат ядро коллоидная частица мицелла При электрофорезе под действием электрического поля коллоидные частицы перемещаются к катоду (заряжен отрицательно), а ионы диффузного слоя - к аноду (заряжен положительно) Практическая часть Составить мицеллу золя, полученного смешиванием растворов. Считать, что второй раствор в избытке. Определись заряд коллоидной частицы. 36. NaCl и AgNO3 37. K2SO4 и Ba(NO3)2 38 Na3PO4 и CaSO4 39. NaOH и CuSO4 40. AgNO3 и KOH 41. Na2SiO3 и HCl 42. ZnCl2 и KOH 43. FeCl2 и NaOH 44. BaCl2 и H2SO4 45. Mg(NO3) и KOH Вопросы 1. Объясните образование двойного электрического слоя? 2. Чем обусловлены электрокинетические свойства коллоидных растворов? 3. Назовите структурные единицы мицеллы? Практическая работа №9 Расчёт порога коагуляции Цель работы: научиться применять правила коагуляции при решении задач Теоретическое введение Все коллоидные системы по степени взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой делятся на лиофильные и

стр. 53

УП: ОВ-22.plx

лиофобные. Лиофильные системы (растворы высокомолекулярных соединений) устойчивы за счет интенсивного взаимодействия двух фаз и образования сольватной оболочки, препятствующей слипанию частиц. Лиофобные системы отличаются неустойчивостью и склонностью к укрупнению частиц вследствие слабого взаимодействия двух фаз. Основной причиной неустойчивости лиофобных систем является коагуляция, т.е. слипание частиц друг с другом. Процесс коагуляции можно обнаружить по увеличению мутности или изменению цвета коллоидной системы. Коагуляция коллоидных растворов может быть вызвана различными факторами: изменением температуры, облучением, электрическим током, механическим воздействием, введением электролитов. Особо важную роль в процессе коагуляции играют электролиты. Минимальная концентрация электролита, при котором наблюдается коагуляция, называется «порогом коагуляции». Порог коагуляции С пор выражается в миллимоль на литр и рассчитывается по формуле: С пор. = (1) где С – молярная концентрация раствора электролита; V – минимальный объем раствора электролита, необходимый для коагуляции золя; Vзоль– объем раствора золя, обычно берут 10 мл золя. Основные закономерности электролитной коагуляции: Коагулирующим действием обладает лишь тот ион электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. Чем выше заряд иона, тем больше его коагулирующая способность (правило Шульце-Гарди). В ряду органических ионов коагулирующее действие возрастает с повышением адсорбционной способности. В ряду неорганических ионов одинаковой валентности их коагулирующая активность возрастает с уменьшением гидратации. Zi+ Na+ K+ Rb+2 Cs+ Различают две стадии коагуляции – скрытую и явную. Первая стадия – скрытая, обычно заканчивается для не органических коллоидов очень быстро и в этот начальный период укрупнения частиц осадка еще не образуется. Вторая стадия – явная, наступает при дальнейшей агрегации частиц, которая завершается полным разделением системы на две фазы и выпадением частиц или всего коллоидного вещества в осадок. Зависимость критической концентрации коагуляции от заряда противоионов в теории ДЛФО: СККК  z–6 (символ  означает пропорциональность), СККК – критическая концентрация противоионов. Связь между критической концентрацией противоионов и критической концентрацией электролита с общей формулой (порог коагуляции СПК) СККК = +СПК для отрицательно заряженных золей СККК = –СПК для положительно заряженных золей Пример. Быстрая коагуляция 1000 мл золя оксида титана наступает при добавлении к нему 2.06 мл раствора 0.01 моль/л Al2(SO4)3. На основании теории ДЛФО оцените, какой минимальный объём раствора 0.05 моль/л Ca(NO3)2 нужно добавить к тому же объёму этого золя, чтобы вызвать быструю коагуляцию. Решение. Согласно теории ДЛФО, быстрая коагуляция золя может иметь место, когда высота потенциального барьера на кривой зависимости энергии взаимодействия заряженных поверхностей от расстояния между ними равна нулю или отрицательна. При данной концентрации потенциалопределяющих ионов, высота барьера зависит от концентрации и заряда противоионов. Именно, с увеличением концентрации противоионов высота барьера снижается. Поэтому существует некоторая минимальная (критическая) концентрация электролита, способная вызвать быструю коагуляцию. В теории, эта концентрация даётся громоздким математическим выражением. Существенным в нём является пропорциональность критической концентрации противоионов их заряду в степени –6: СККК  z–6 (1) где тильда (символ ) означает пропорциональность. С помощью этого соотношения можно предсказать порог коагуляции данного золя одной солью, зная порог коагуляции того же золя другой солью, и использовать эти данные для вычисления, например, объёма раствора соли, достаточного для быстрой коагуляции, как требуется в данной задаче. Будем обозначать объёмы, концентрации и другие величины с применением нижних индексов : индекс 1 будет относиться к соли Al2(SO4)3, индекс 2 – к Ca(NO3)2, и индекс 0 – к золю TiO2. Из условия задачи можно легко найти порог коагуляции сульфатом алюминия. Он равен концентрации С01 этой соли в золе, которая получается при добавлении 2.06 мл раствора к 1000 мл золя: = 2.0610–5 моль/л (это уравнение следует из определения молярной концентрации : число молей C1V1 соли в объёме V0 + V1 золя, который получается после добавления раствора соли.) Для нахождения объёма V2, который требуется в задаче, можно написать аналогичное уравнение: откуда следует: (2) Порог коагуляции С02 не известен и должен быть найден с помощью теоретического соотношения (1). Для применения (1) нужно знать концентрации противоионов в золе. В растворах, соли диссоциированы на катионы и анионы, и необходимо

стр. 54

УП: ОВ-22.plx

решить, какие из них являются противоионами в данном золе. Известно, что потенциалопределяющими ионами для оксидов в водной среде являются ионы Н+ и ОН–. При избытке Н+ оксиды имеют положительный заряд поверхности, а при избытке ОН– – отрицательный. По справочным данным оксид титана имеет точку нулевого заряда (ТНЗ) при рН 4.7. В условии задачи ничего не сказано об исходном составе золя, поэтому остаётся предполагать, что дисперсионной средой является чистая или почти чистая вода (рН около 7). То есть рН  ТНЗ и золь заряжен отрицательно. Поэтому противоионами являются катионы : в случае сульфата алюминия – ионы Al3+ (z1 = 3), а в случае нитрата кальция – ионы Са2+ (z2 = 2). При диссоциации, один моль Al2(SO4)3 даёт два моля Al3+, и один моль Ca(NO3)2 даёт один моль Са2+, так что СККK1 = 2×C01 и СККK2 = C02. Таким образом СККК1 = 2С01  z1–6 СККК2 = С02  z2–6 Решая эту пропорцию относительно С02, находим: = 4.6810–4 моль/л Из (2) теперь следует: = 9.46 мл Ответ: 9.46 мл. Практическая часть 1. Вычислите порог коагуляции золя Fe(OH)3 бихроматом калия, если быстрая коагуляция наблюдается при добавлении к 100 мл золя минимум 1.99 мл раствора 10 ммоль/л К2Сг2О7. 2. Быстрая коагуляция 10 мл золя иодида серебра (заряд которого отрицателен) наблюдается при добавлении к нему 1.65 мл раствора 1 моль/л КNО3. На основании теории ДЛФО оцените, какую минимальную концентрацию должен иметь раствор Са(NО¬3)2, чтобы 1 мл его раствора оказал аналогичное действие на тот же объём золя AgI. 3. Быстрая коагуляция 15 мл золя иодида серебра (заряд которого отрицателен) наблюдается при добавлении к нему 2.48 мл раствора 1 моль/л КNО3. На основании теории ДЛФО оцените, какую минимальную концентрацию должен иметь раствор K2SO¬4, чтобы 3 мл его раствора оказали аналогичное действие на тот же объём золя AgI. 4. Какой минимальный объём раствора BaCl2 с концентрацией 50 ммоль/л требуется добавить к 1 мл золя AgI для его коагуляции, если известно, что порог коагуляции в данном случае составляет 2.43 ммоль/л ? 5. Быстрая коагуляция 50 мл золя гидроксида железа (заряд которого положителен) наблюдается при добавлении к нему 1.55 мл раствора 0.4 моль/л КNО3. На основании теории ДЛФО оцените, какую минимальную концентрацию должен иметь раствор K2¬SO4, чтобы 1 мл его раствора оказал аналогичное действие на тот же объём золя Fe(OH)3. 6. Быстрая коагуляция 50 мл золя гидроксида железа (заряд которого положителен) наблюдается при добавлении к нему 1.55 мл раствора 0.4 моль/л КNО3. На основании теории ДЛФО оцените, какую минимальную концентрацию должен иметь раствор BaCl2, чтобы 1 мл его раствора оказал аналогичное действие на тот же объём золя Fe(OH)3. 7. Быстрая коагуляция 75 мл золя оксида алюминия (заряд которого положителен) наблюдается при добавлении к нему 4.11 мл раствора 1 моль/л КСl. На основании теории ДЛФО оцените, какую минимальную концентрацию должен иметь раствор K2¬Cr2O7, чтобы 1 мл его раствора оказал аналогичное действие на тот же объём золя Al2O3. 8. Быстрая коагуляция 75 мл золя оксида алюминия (заряд которого положителен) наблюдается при добавлении к нему 4.11 мл раствора 1 моль/л КСl. На основании теории ДЛФО оцените, какую минимальную концентрацию должен иметь раствор AlCl3, чтобы 1 мл его раствора оказал аналогичное действие на тот же объём золя Al2O3. 9. Быстрая коагуляция 1000 мл золя сульфида мышьяка (заряд которого отрицателен) наблюдается при добавлении к нему 1.38 мл раствора 0.5 моль/л ZnCl2. На основании теории ДЛФО оцените, какую минимальную концентрацию должен иметь раствор Al2(SO4)3, чтобы 1 мл его раствора оказал аналогичное действие на тот же объём золя As2S3. Вопросы 1. Что называют коагуляцией, и какие факторы ее вызывают? 2. В чем заключается правило Шульце – Гарди? 3. Что такое порог коагуляции? 4. Какой объем электролита (мл) 0,01М раствора K2Cr2O7 нужно добавить к 1 мл золя Al(OH)3,чтобы вызвать его коагуляцию? Порог коагуляции- 0,63 м моль/л?

Лабораторно - практические задания из методических рекомендаций для студентов в УМКД, вопросы и задачи контрольной работы, тестовые задания, вопросы к экзамену.

5.4. Перечень видов оценочных средств

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

6.1. Рекомендуемая литература

6.1.1. Основная литература

Авторы, составители

Заглавие

Издательство, год

Л1.1

Родин, В. В., Горчаков, Э. В., Оробец, В. А.

Физическая и коллоидная химия: учебное пособие

Ставрополь: Ставропольский государственный аграрный университет, АГРУС, 2013

стр. 55

УП: ОВ-22.plx

Авторы, составители

Заглавие

Издательство, год

Л1.2

Бондарева, Л. П., Мастюкова, Т. В.

Физическая и коллоидная химия (Теория и практика): учебное пособие

Воронеж: Воронежский государственный университет инженерных технологий, 2019

6.1.2. Дополнительная литература

Авторы, составители

Заглавие

Издательство, год

Л2.1

Белик В.В.

Физическая и коллоидная химия: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования

М.: Издательский центр "Академия", 2015

Л2.2

Горбунцова С.В.

Физическая и коллоидная химия (в общественном питании): учебное пособие

М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2008

Л2.3

Маринкина, Г. А., Полякова, Н. П., Коваль, Ю. И.

Физическая и коллоидная химия: практикум

Новосибирск: Новосибирский государственный аграрный университет, 2011

Л2.4

Терзиян Т. В.

Физическая и коллоидная химия: учебное пособие

Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2012

6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"

Э1

6.3.1 Перечень программного обеспечения

6.3.1.1

MS Windows

6.3.1.2

MS Office

6.3.1.3

Интернет браузеры

6.3.1.4

Сервисы Яндекс

6.3.1.5

Android

6.3.2 Перечень профессиональных баз данных и информационных справочных систем

7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

Лаборатория химии

-рабочие места на 12 обучающихся,

-весы лабораторные электронные HIGHLAND 602H,

-весы лабораторные электронные ВСТ,

-магнитная мешалка ARE,

-микроскоп Микромед С – 11 (2 штуки),

-микроскоп цифровой Levenhuk D-670,

-преобразователь ионометрический И-510,

-титратор ИПЛ- 101-1,

-нитрометр ЭКОТЕСТ-2000ИМ,

-рефрактометр ИРФ-454 Б2,

-рн-метр HANNA 83141,

- фотоэлектроколориметр ЮНИКО – 1201,

-электроплитка ЭПШ-1-0,8/220 (2 штуки),

-сушильный шкаф- ШС-80-01СПУ,

-вентилятор KV 200L,

-шкаф вытяжной ОМА 1881-01,

-стол демонстрационный,

-стол для лаборатории химии (10 штук)

«Кабинет-лаборатория химии», «Экологические основы природопользования», «Физико-химических методы исследования и безопасности пищевых продуктов»; «Лаборатория биотехнологии и функциональных продуктов»

- рабочие места оснащенные всем необходимым оборудованием на 25 обучающихся,

- весы лабораторные электронные HIGHLAND 602H,

- весы лабораторные электронные ВСТ,

-магнитная мешалка ARE,

-микроскоп Микромед С – 11 (2 штуки),

-микроскоп цифровой Levenhuk D670,

-преобразователь ионометрический И-510,

-титратор ИПЛ 101-1, -нитратометр ЭКОТЕСТ-2000ИМ,

-рефрактометр ИРФ-454 Б2,

-рн-метр HANNA 83141,

-фотоэлектроколориметр ЮНИКО – 1201,

-электроплитка ЭПШ-1-0,8/220 (2 штуки)

Учебный кабинет экологии, экологических основ природопользования, экологии и безопасности жизнедеятельности

комплект учебной мебели (ученические столы, ученические стулья, доска ученическая)

Учебный кабинет санитарии и гигиены в пищевом производстве

-комплект учебной мебели (ученические столы, ученические стулья, доска ученическая)

стр. 56

УП: ОВ-22.plx

Испытательная лаборатория фундаментальных и прикладных исследований качества и технологий пищевых продуктов

8. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО ОСВОЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

Методические указания, рекомендации и другие материалы к занятиям (очная форма обучения) I. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ Краткое теоретическое введение, вопросы и задачи, включенные в каждую работу, должны помочь обучающимся самостоятельно усвоить учебный материал, а приобретенные навыки выполнения экспериментальных опытов могут быть использованы при изучении специальных дисциплин. Соблюдение «Правил и порядка работы в химической лаборатории» и «Правил техники безопасности и мер первой помощи при работе в лаборатории» необходимо для обучающихся на протяжении всего периода обучения химии. Правила и порядок работы в химической лаборатории 1. В лаборатории за каждым обучающимся, закрепляется конкретное место. Во время работы на столе должны находиться только необходимые приборы, посуда, реактивы, лабораторная тетрадь, и данное методическое пособие. 2. Перед началом выполнения лабораторных работ обучающиеся изучают правила техники безопасности работы в химической лаборатории и расписываются о знании этих правил в специальном журнале. 3. Перед выполнением каждой лабораторной работы преподаватель проверяет знания обучающихся, поэтому обучающиеся должны изучить соответствующий раздел дисциплины по рекомендованному учебнику, конспекту лекций и настоящему пособию, ответить на все вопросы, предлагаемые в конце выполняемой работы. 4. К выполнению экспериментальной части работы обучающиеся приступают с разрешения преподавателя. Во время выполнения лабораторной работы необходимо: -строго соблюдать правила техники безопасности; - химические опыты выполнять, следуя условиям данного пособия: -бережно расходовать реактивы, воду и электроэнергию; -неизрасходованные реактивы вливать не в те сосуды, откуда они взяты, а в специальную ёмкость для слива, что исключает возможность загрязнения реактивов; -сосуды с реактивом после употребления закрыть пробками и поставить на соответствующее место, категорически запрещается ставить склянки с реактивами на тетради и пособия; -внимательно следить за ходом опыта и в тетради отмечать наблюдаемые явления; -поддерживать порядок и чистоту на рабочих местах. По окончании работы обучающийся обязан вымыть использованную посуду, привести в порядок рабочее место и сдать лабораторию преподавателю. Правила техники безопасности при работе в лаборатории При работе в лаборатории необходимо быть особенно внимательным и соблюдать исключительную осторожность. Недостаточное знакомство с приборами и свойствами веществ, неаккуратность и отступление от указанных правил могут повлечь за собой тяжелые последствия (порезы, ожоги и т.п.) Точно соблюдать методику проведения опытов, как это указано в настоящем пособии. Не пробовать на вкус химические реактивы. Все опыты с концентрированными кислотами, щелочами, пахнущими веществами проводить в вытяжном шкафу при действующей тяге. Испытывать газообразные вещества или растворы на запах следует осторожно, направляя ладонью ток воздуха от пробирки или склянки на себя. При разбавлении концентрированных кислот нужно кислоту лить в воду, а не наоборот. При кипячении растворов в пробирке отверстие ее направлять в сторону от себя и других обучающихся, находящихся рядом. В легко доступном месте лаборатории должны находиться проверенный огнетушитель и. ящик с песком для моментального тушения небольших очагов пожара. Каждый обучающийся должен знать меры первой помощи в лаборатории. Меры первой помощи при работе в лабораториях При ранении стеклом необходимо удалить кровь с пореза ватой, смоченной спиртом или раствором перманганата калия, смазать рану йодом и перевязать бинтом (аптечка с необходимыми веществами находится в лаборантской комнате). Брызги кислоты, попавшие на кожу или в глаза, промыть большим количеством воды и нейтрализовать 2%-м раствором гидрокарбоната натрия NаНСО3, пораженное место смазать вазелином, а в глаза для успокоения боли пустить 1-2 капли касторового масла. При ожогах щелочью пораженное место промыть большим количеством воды, нейтрализовать 2%-ным раствором уксусной или борной кислоты, смазать борным вазелином. При ожогах глаз промыть 1%-ным раствором борной кислоты и пустить 1-2 капли касторового масла. При попадании жидкого брома на кожу пораженное место обработать раствором тиосульфата натрия Nа2S2ОЗ. При отравлении газом немедленно вывести пострадавшего на свежий воздух, давать нюхать 10%-ный раствор аммиака. При всех случаях ранений, ожогов и отравлений после оказания первой помощи пострадавшего следует немедленно отправить в поликлинику.

стр. 57

УП: ОВ-22.plx

Порядок оформления отчетов лабораторных работ Результаты работы в лаборатории оформляются в виде отчета. В отчете записываются: - дата выполнения работы; - название работы; - цель работы; - оборудование и реактивы; - теоретическое введение, в котором кратко излагаются основные положения работы; - экспериментальная часть, в которой указываются названия опытов, уравнения проведенных реакций, наблюдения, таблицы, графики и т. д., - после каждого опыта записывается вывод; - отчет выполняется в виде таблицы: Описание опыта, рисунок Наблюдения, уравнения Вывод 1 2 3 II. Методические рекомендации по выполнению практических работ Методические рекомендации по выполнению практических работ предназначены для закрепления теоретических знаний и приобретения практических навыков и умений по дисциплине «Неорганическая химия». Практические занятия проводятся после изучения теоретического материала. Практические занятия способствуют интенсификации учебного процесса, более осмысленному изучению материла, превращению фрагментарных знаний, обучающихся в системные. Выполнение практических заданий требует предварительной подготовки в виде повторения теоретических вопросов. Правила выполнения практических работ: 1. Обучающийся должен прийти на практическое занятие подготовленным к выполнению практической работы. 2. Каждый обучающийся после проведения работы должен представить отчет о проделанной работе. Отчет включает в себя ответы на контрольные вопросы и сделанную практическую часть. 3. Если обучающийся не успел выполнить практическую работу или часть ее, то он может выполнить ее во внеурочное время, согласованное с преподавателем. 4. Итоговая оценка за работу ставиться обучающемуся при условии выполнения всех предусмотренных заданий в практических работах и сдачи отчетов по ним. Критерии оценок: «Отлично» ставится, если практическая работа выполнена в полном объеме, в соответствии с заданием, с соблюдением последовательности выполнения, задания выполнены без ошибок, самостоятельно, работа оформлена аккуратно. «Хорошо» ставится, если практическая работа выполнена в полном объеме, в соответствии с заданием, с соблюдением последовательности выполнения, частично с помощью преподавателя, присутствуют незначительные ошибки в ответах на задания практической части, по оформлению работы имеются небольшие замечания. «Удовлетворительно» ставится, если практическая работа выполнена не в полном объеме (на 60%), в соответствии с заданием, с помощью преподавателя, присутствуют ошибки в решении практических заданий и оформлении работы. «Неудовлетворительно» ставится, если обучающийся не подготовился к практической работе, присутствуют грубые ошибки в решении практических заданий и оформлении работы. III. Методические рекомендации по организации самостоятельной работы Самостоятельная работа обучающегося – это продолжение аудиторных занятий по усвоению и углубленному изучению учебного материала по предмету в читальном зале библиотеки, а также в домашних условиях. Самостоятельную работу студентов можно разделить на плановую (предусмотренную в учебных планах) и внеплановую. Она проводится с целью развития интеллекта студента, формирования умения находить, перерабатывать нужную информацию и тренировать память. Для самостоятельной работы обучающемуся необходимо наличие информационно-предметного обеспечения: учебника, учебных и методических пособий, конспектов лекций, средств информационной поддержки ПЭВМ и другая информация. Обучающийся осуществляет познавательную деятельность по заданию преподавателя или собственной инициативе. Рекомендуется для научно-исследовательской работы реферирование научной литературы, подготовка докладов, сообщений и выступлений по определённой проблеме. Примерный план работы над заданием по вне аудиторской самостоятельной работе 1. Получение задания. 2. Инструктаж преподавателя по выполнению задания. 3. Поиск и ознакомление с литературой и дополнительной информацией. 4. Повторение лекционного материала. 5. Составление плана работы. 6. Изучение и изложение теоретического материала. 7. Разработка и выполнение расчетов, эскизов, графиков, диаграмм. 8. Обработка результатов. 9. Уточнение неясных вопросов. 10. Подготовка к сдаче реферата, доклада, сообщения или выступления на семинаре, конференции. 11. Сдача работы. После усвоения материала можно переходить к составлению плана дальнейшей самостоятельной работы. Необходимо помнить, что вначале следует осмыслить основные понятия и представить упрощенную, но ясную модель изучаемого события, проблемы или предмета. Затем по мере уточнения отдельных вопросов, желательно перейти к более сложной модели, к продуманной методике расчетов и процесса написания творческой работы. Работа должна быть закончена в заданный срок, поэтому умело распределите свое время и объективно оцените свои

стр. 58

УП: ОВ-22.plx

собственные возможности. Контроль результатов вне аудиторской самостоятельной работы студентов может проходить в письменной, устной или смешанной форме, предъявлением продукта творческой деятельности студента. Виды записей: План – составляется для того, чтобы повторно, не читая самого текста, вспомнить о его содержании и построении. Тезис – доказываемое положение и утверждение, содержащее фактический материал и имеющее доказательство рассуждением. Конспект – краткое письменное изложение содержания статьи, книги. Реферат – изложение основных мыслей, фактов и примеров из книги или статьи. Он включает лишь необходимые данные и содержит отдельные справки, ссылки, факты, цифры. Все эти сведения включаются в реферат в определённой последовательности. Доклад – краткое изложение в письменном виде или в форме публичного доклада содержания научного труда. Методические рекомендации по выполнению контрольной работы Контрольная работа по дисциплине «Неорганическая химия» является допуском к итоговому контролю. Она представляет собой самостоятельную исследовательскую работу, в которой автор раскрывает суть исследуемой проблемы; приводит различные точки зрения, а также собственные взгляды не нее. Содержание контрольной работы должно быть логичным; изложение материала носит проблемно-тематический характер. Объем контрольной работы - 10-15 печатных страниц. В настоящее время, помимо реферирования прочитанной литературы, от обучающегося требуется аргументированное изложение собственных мыслей по рассматриваемому вопросу. В контрольной работе нужны развернутые аргументы, рассуждения, сравнения. Материал подается не столько в развитии, сколько в форме констатации или описания. Требования к языку контрольной работы. Язык контрольной работы должен отличаться точностью, краткостью, ясностью и простотой. Контрольная работа показывает личное отношение автора к излагаемому. Следует стремиться к тому, чтобы изложение было ясным, простым, точным и при этом выразительным. При изложении материала необходимо соблюдать общепринятые правила: не рекомендуется вести повествование от первого лица единственного числа (такие утверждения лучше выражать в безличной форме); при упоминании в тексте фамилий обязательно ставить инициалы перед фамилией; каждая глава (параграф) начинается с новой строки; при изложении различных точек зрения и научных положений, цитат, выдержек из литературы, необходимо указывать источники, т.е. приводить ссылки. Структура контрольной работы Титульный лист (заполняется по единой форме). После титульного листа на отдельной странице следует оглавление (содержание), в котором указаны названия всех разделов (пунктов плана) контрольной работы и номера страниц, указывающих начало этих разделов в тексте работы. После оглавления следует введение. Объем введения составляет 1,5-2 страницы, в котором отражаются цели, задачи и основной замысел работы. Основная часть контрольной работы может иметь одну или несколько глав, состоящих из 2-3 параграфов (подпунктов, разделов) и предполагает осмысленное и логичное изложение главных положений и идей, содержащихся в изученной литературе. В тексте обязательны ссылки на первоисточники. В том случае если цитируется или используется чья-либо неординарная мысль, идея, вывод, обязательно делается ссылка на того автора, у кого взят данный материал. Разделы работы должны начинаться с формулировки задачи и заканчиваться выводами по задаче. Заключение содержит главные выводы, и итоги из текста основной части, в нем отмечается, как выполнены задачи и достигнуты ли цели, сформулированные во введении. Библиография (список литературы) здесь указывается реально использованная для написания контрольной работы литература. Список составляется согласно правилам библиографического описания ГОСТ Р 7.0.5 - 2008. Создание текста. Общие требования к тексту. Текст контрольной работы должен подчиняться определенным требованиям: он должен раскрывать тему, обладать связностью и цельностью. Раскрытие темы предполагает, что в тексте работы излагается относящийся к теме материал и предлагаются пути решения содержащейся в теме проблемы; связность текста предполагает смысловую соотносительность отдельных компонентов, а цельность - смысловую законченность текста. С точки зрения связности все тексты делятся на тексты - констатации и тексты - рассуждения. Тексты-констатации содержат результаты ознакомления с предметом и фиксируют устойчивые и несомненные суждения. В текстах-рассуждениях одни мысли извлекаются из других, некоторые ставятся под сомнение, дается им оценка, выдвигаются различные предположения. План контрольной работы Изложение материала в тексте должно подчиняться определенному плану - мыслительной схеме, позволяющей контролировать порядок расположения частей текста. Универсальный план научного текста, помимо формулировки темы, предполагает изложение вводного материала (введение), основного текста и заключения. Требования к введению. Введение - начальная часть текста. Оно имеет своей целью сориентировать читателя в дальнейшем изложении. Во введении аргументируется актуальность исследования, т.е. выявляется практическое и теоретическое значение данного

стр. 59

УП: ОВ-22.plx

исследования. Далее констатируется, что сделано в данной области предшественниками; перечисляются положения, которые должны быть обоснованы. Введение может также содержать обзор источников или экспериментальных данных, уточнение исходных понятий и терминов, сведения о методах исследования. Во введении обязательно формулируются цель и задачи контрольной работы. Объем введения - в среднем около 10% от общего объема контрольной работы. Основная часть контрольной работы раскрывает содержание темы. Она наиболее значительна по объему, наиболее значима и ответственна. В ней обосновываются основные тезисы контрольной работы, приводятся развернутые аргументы, предполагаются гипотезы, касающиеся существа обсуждаемого вопроса. Важно проследить, чтобы основная часть не имела форму монолога. Аргументируя собственную позицию, обучающийся должен анализировать, и оценивать позиции различных исследователей, с чем-то соглашаться, чему-то возражать, кого-то опровергать. Установка на диалог позволит избежать некритического заимствования материала из чужих трудов - компиляции. Изложение материала основной части подчиняется собственному плану, что отражается в разделении текста на главы, параграфы, пункты. План основной части может быть составлен с использованием различных методов группировки материала: классификации (эмпирические исследования), типологии (теоретические исследования), периодизации (исторические исследования). Заключение — последняя часть научного текста. В ней краткой и сжатой форме излагаются полученные результаты, представляющие собой ответ на главный вопрос исследования. Здесь же могут намечаться и дальнейшие перспективы развития темы. Небольшое по объему сообщение также не может обойтись без заключительной части - пусть это будут две-три фразы. Но в них должен подводиться итог проделанной работы. Список использованной литературы. Контрольная работа любого уровня сложности обязательно сопровождается списком используемой литературы. Названия книг в списке располагают по алфавиту с указанием всех выходных данных использованных книг. Требования к оформлению контрольной работы Оформление контрольной работы выполняют в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32 - 2001, ГОСТ 2.105 - 95 и ГОСТ 6.38 - 90. К основным требованиям контрольной работы относятся следующие: - контрольная работа должна быть выполнена печатным способом; - набор текста контрольной работы необходимо осуществлять стандартным 12 шрифтом; - заголовки следует набирать 14 шрифтом; - интервал полуторный; - объем контрольной работы 10-15 страниц; - работа выполняется на одной стороне листа стандартного формата А4; - размеры полей: верхнее и нижнее — 20 мм, левое — 30 мм, правое — 10 мм. - абзацный отступ должен составлять 1,25 см; - выравнивание по ширине; - перенос слов недопустим; - точка в конце заголовка не ставится. - подчеркивать заголовки не допускается; - расстояние между заголовками раздела, подраздела и последующим текстом так же, как и расстояние между заголовками и предыдущим текстом, должно быть равно 15мм (2 пробела); - название каждой главы и параграфа в тексте работы можно писать более крупным шрифтом, жирным шрифтом, чем весь остальной текст (строчными буквами). Каждая глава начинается с новой страницы, параграфы (подразделы) располагаются друг за другом; - все листы контрольной работы должны быть пронумерованы; - нумерация листов начинается с третьего листа (после содержания) и заканчивается последним. На третьем листе ставится номер «3», номер страницы на титульном листе не проставляется; - номера страниц проставляются в центре нижней части листа без точки; - список использованной литературы и приложения включаются в общую нумерацию листов; - каждый вопрос в тексте должен иметь заголовок в точном соответствии с наименованием в плане-оглавлении; При написании и оформлении контрольной работы следует избегать типичных ошибок, например, таких: - поверхностное изложение основных теоретических вопросов выбранной темы, когда автор не понимает, какие проблемы в тексте являются главными, а какие второстепенными, - в некоторых случаях проблемы, рассматриваемые в разделах, не раскрывают основных аспектов выбранной для контрольной работы темы, - дословное переписывание книг, статей, заимствования из интернета и т.д. При проверке контрольной работы преподавателем оцениваются: Знания, умения, компетенции на уровне требований стандарта по конкретной дисциплине: знание фактического материала, усвоение общих представлений, понятий, идей. Характеристика реализации цели и задач исследования (новизна и актуальность поставленных в контрольной работе проблем, правильность формулирования цели, определения задач исследования, правильность выбора методов решения задач и реализации цели; соответствие выводов решаемым задачам, поставленной цели, убедительность выводов). Степень обоснованности аргументов и обобщений (полнота, глубина, всесторонность раскрытия темы, логичность и последовательность изложения материала, корректность аргументации и системы доказательств, характер и достоверность примеров, иллюстративного материала, широта кругозора автора, наличие знаний интегрированного характера, способность к обобщению). Качество и ценность полученных результатов (степень завершенности, спорность или однозначность выводов).

стр. 60

УП: ОВ-22.plx

Использование литературных источников. Культура письменного изложения материала. Культура оформления материалов работы. Объективность оценки предусматривает отражение как положительных, так и отрицательных сторон работы. Критерии оценок контрольной работы: Требования к контрольной работе: - актуальность темы - соответствие содержания теме - глубина проработки материала - правильность и полнота использования источников - соответствие оформления контрольной работы стандартам. IV. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРЕПОДАВАТЕЛЯМ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ОБУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Учебные занятия по дисциплине проводятся в форме: - лекций по основным темам и разделам дисциплины в соответствии с тематическим планом соответствующей формы обучения. - практических занятий в соответствии с методическими указаниями к их выполнению. - лабораторных занятий в соответствии с методическими указаниями к их выполнению. Изучение дисциплины производится в тематической последовательности. Лекции по дисциплине читаются с использованием мультимедийной техники. Практическим занятиям предшествуют лекции. В ходе усвоения теоретического материла обучающиеся должны: выписать определения основных понятий; законспектировать основное содержание; выписать ключевые слова; выполнить задания-ориентиры в процессе чтения рекомендуемого материала, проанализировать презентационный материал, осуществить обобщение, сравнить с ранее изученным материалом, выделить новое. Самостоятельное внеаудиторное чтение предполагает чтение научных текстов и дополнительной литературы по дисциплине. Обучающиеся должны ознакомиться с содержанием текстов с целью их полного понимания. Кроме этого внеаудиторное чтение предполагает обязательное самостоятельное чтение аутентичной профессионально ориентированной литературы с целью поиска заданной информации, ее смысловой обработки и фиксации в виде аннотации. Это могут быть фрагменты научных монографий, статьи из периодических научных изданий (как печатных, так и Интернет-изданий). Первоисточники информации предоставляются в оригинальном виде или в виде ксерокопии с указанием выходных данных для печатных источников и печатного варианта, со ссылкой на Интернет ресурс для материалов, взятых из Интернет-изданий. При осуществлении данного вида самостоятельной работы необходимо предложить обучающимся следующий план работы: ознакомиться с содержанием источника информации с коммуникативной целью, используя поисковое, изучающее, просмотровое чтение; составить глоссарий научных понятий по теме; составить план-конспект по теме; сделать аналитическую выборку новой научной информации в дополнение к уже известной; составить краткую аннотацию на прочитанное.