ВИВЧЕННЯ ХІМІЧНОЇ РІВНОВАГИ ГОМОГЕННОЇ РЕАКЦІЇ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт з дисципліни

„ФІЗИЧНА ТА КОЛОЇДНА ХІМІЯ”

для студентів за напрямами підготовки 6.040106 „Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування” та 6.090201 „Водні біоресурси та аквакультура” денної та заочної форм навчання

Затверджено на засіданні

методичних комісій

напрямів підготовки:

6.040106 „Екологія, охорона

навколишнього середовища та

збалансоване природокористування”

Протокол № 5 від 17.04.2012 р;

6.090201 „Водні біоресурси та

аквакультура”

Протокол № від 2012 р.

Рівне - 2012

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни „Фізична та колоїдна хімія” для студентів за напрямами підготовки 6.040106 „Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування” та 6.090201 „Водні біоресурси та аквакультура” денної та заочної форм навчання / Н.М.Буденкова, Г.І. Назарук, О.І.Мисіна – Рівне: НУВГП, 2012, 42 с.

Упорядники: Н.М.Буденкова, доцент кафедри хімії

Г.І. Назарук, ст. викладач кафедри хімії

О.І. Мисіна, асистент кафедри хімії

Відповідальний за випуск: М.В.Яцков, канд.техн.наук,

завідувач кафедри хімії

Г.І. Назарук,

О.І. Мисіна, 2012

зміст

Стор.

ПЕРЕДМОВА........................................................................................4

Лабораторна робота №1. Вивчення хімічної рівноваги

гомогенної реакції..................................................................................6

Лабораторна робота №2. Вивчення кінетики гомогенної

хімічної реакції.....................................................................................10

Лабораторна робота №3. Вивчення адсорбції ацетатної

кислоти активованим вугіллям...........................................................16

Лабораторна робота №4. Добування і вивчення властивостей

колоїдних розчинів...............................................................................21

Лабораторна робота №5. Вивчення колоїдних властивостей

силікатної кислоти................................................................................25

Лабораторна робота №6. Визначення порогу електролітичної коагуляції золю ферум(ІІІ) гідроксиду. Стійкість і коагуляція колоїдних систем..................................................................................29

Лабораторна робота №7. Одержання емульсій та визначення

їх типу. Добування пін та їх стабілізація............................................33

Лабораторна робота № 8. Визначення ізоелектричної точки

розчину желатини……………………………………………….........39

ЛІТЕРАТУРА......................................................................................42

ПЕРЕДМОВА

Приєднання України до Болонської конвенції та інтеграція до єдиного європейського простору вищої освіти передбачає реформування школи шляхом впровадження кредитно-трансферної системи організації навчального процесу. Така система включає значний обсяг самостійної роботи, яка повинна мати відповідне методичне забезпечення.

Лабораторні роботи з навчальної дисципліни „Фізична та колоїдна хімія” максимально наближені до майбутньої спеціальності студентів, охоплюють основні розділи фізичної та колоїдної хімії і спрямовані на більш поглиблене засвоєння знань.

В процесі виконання лабораторної роботи студенти повинні закріпити теоретичні знання з даного розділу програми, навчитися працювати з лабораторним посудом та приладами. Робота в лабораторії вимагає осмислення теоретичного матеріалу, з якими пов’язані досліди, тому студент повинен вивчити теоретичний матеріал з теми лабораторної роботи, який наведений у теоретичному вступі до кожної роботи. Обов’язкові знання студентів з правил техніки безпеки при роботі з приладами і відповідними реактивами, без чого не можна починати практичну частину роботи. Лабораторна робота з відповідним оформленням в зошиті подається у вигляді звіту для захисту.

Теми лабораторних робіт для студентів напряму 6.090201 „Водні біоресурси та аквакультура”

Таблиця 1

№ з/п.	Назва теми	Кількість, год.	Шкала оцінювання, бали
1	Вивчення хімічної рівноваги гомогенної реакції	2	15
2	Вивчення кінетики гомогенної хімічної реакції	2	15
3	Добування і вивчення властивостей колоїдних розчинів	2	15
4	Визначення порогу електролітичної коагуляції золю ферум(ІІІ) гідроксиду. Стійкість і коагуляція колоїдних систем	2	20
5	Одержання емульсій та визначення їх типу. Добування пін та їх стабілізація	2	20
6	Визначення ізоелектричної точки розчину желатини	2	15
	Р А З О М	12	100

Теми лабораторних робіт для студентів напряму підготовки 6.040106 „Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування”

Таблиця 2

№ з/п.	Назва теми	Кількість, год.	Шкала оцінюван-ня, бали
1	Вивчення хімічної рівноваги гомогенної реакції	2	10
2	Вивчення кінетики гомогенної хімічної реакції	2	10
3	Вивчення адсорбції ацетатної кислоти активованим вугіллям	2	10
продовження таблиці 2
4	Добування і вивчення властивостей колоїдних розчинів	2	15
5	Вивчення колоїдних властивостей силікатної кислоти	2	10
6	Визначення порогу електролітичної коагуляції золю ферум(ІІІ) гідроксиду. Стійкість і коагуляція колоїдних систем	2	15
7	Одержання емульсій та визначення їх типу. Добування пін та їх стабілізація	2	15
8	Визначення ізоелектричної точки розчину желатини	2	15
	Р А З О М	16	100

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

ВИВЧЕННЯ АДСОРБЦІЇ АЦЕТАТНОЇ КИСЛОТИ АКТИВОВАНИМ ВУГІЛЛЯМ

Поверхня поділу фаз завжди є місцем виникнення силового поля внаслідок нескомпенсованості молекулярних сил у міжфазному поверхневому шарі. Виникнення поверхні поділу між двома фазами супроводжується збільшенням вільної енергії (енергії Гіббса) на поверхні поділу.

Високодисперсні колоїдні системи через значну величину питомої поверхні, S _ПИТ, мають значну поверхневу енергію Гіббса σ. Для сферичних часточок S _ПИТ = 6/d, (d – діаметр частинки). Часто питому поверхню, S_ПИТ, відносять до маси, m, дисперсної фази (дисперсійного середовища), тоді необхідно враховувати густину речовини, ρ. Для сферичних часточок S_ПИТ = 6/(d ^. ρ).

Більшість явищ, які вивчаються в колоїдній хімії (капілярні явища, адсорбція, змочування, розтікання), є наслідком існування надлишкової поверхневої енергії. Відповідно до другого закону термодинаміки самовільно відбуваються процеси, спрямовані в напрямку зменшення величини G^S(G^S – надлишкова вільна енергія поверхні в ізобарно-ізотермічних умовах).

Адсорбцією називають самовільну зміну концентрації компонента в поверхневому шарі в порівнянні з об’ємною фазою, віднесену до одиниці площі поверхні (на латині sorbeo означає „поглинаю”, а ad означає „на”). Звичайно адсорбцію виражають у моль/м². Термін „адсорбція” об’єднує широке коло таких різних явищ, як адсорбція газів на твердій поверхні силікагелю або активованого вугілля (зокрема, це явище використовується у протигазах), адсорбція барвників на волокні (фарбування тканин) тощо. У деяких випадках адсорбція може викривляти результати досліджень, що проводяться без її врахування (через адсорбцію речовин на стінках посуду, на поверхні осадів тощо).

Розчинену речовину або газ, що адсорбується, називають адсорбтивом, речовину, що їх адсорбує – адсорбентом, а адсорбовану речовину – адсорбатом (за термінологією М.П.Пєскова, адсорбат має назву „адсорбційний комплекс”). Про позитивну адсорбцію компонента говорять, якщо його концентрація в поверхневому шарі більша, ніж в об’ємній фазі, якщо ж концентрація цього ж компонента в поверхневому шарі менша, мова йде про негативну адсорбцію.

Процес, що є зворотним до адсорбції, називається десорбцією. В однокомпонентній системі можлива автоадсорбція. Можна дати ще одне визначення: адсорбція – це згущення розчиненої або газоподібної речовини на поверхні твердого тіла або рідини. Розрізняють фізичну (молекулярну, ван-дер-ваальсову) адсорбцію і хімічну (хемосорбцію). Йонний обмін є ще одним різновидом адсорбції. Фізична адсорбція завжди оборотна і вона відбувається самовільно. Рушійною силою фізичної адсорбції є спрямування системи до зменшення надлишкової поверхневої енергії шляхом зниження поверхневого натягу σ.

Хемосорбція необоротна. Іноді відбувається навіть зростання G^S, але для процесу утворення адсорбату в цілому: ∆G < 0. Фактично мова йде про хімічну реакцію на поверхні. Отже, хемосорбція – це двовимірна хімічна реакція, що не виходить за межі поверхневого шару. Наприклад, внаслідок хемосорбції кисню на поверхні заліза продукти взаємодії (оксиди) утворюють плівку, непроникну для агресивних газів.

Завдяки явищу адсорбції можливе прискорення хімічних реакцій (гетерогенний каталіз). Адсорбент, згущуючи та орієнтуючи на своїй поверхні молекули одного або декількох учасників реакції, сприяє перебігу реакції, але сам до неї не вступає.

Величина адсорбції залежить від поверхні адсорбенту, природи адсорбтиву і його концентрації (тиску у випадку газів), температури тощо. Адсорбат прагне зайняти всю поверхню адсорбенту. Але цьому перешкоджає зворотний процес – десорбція, викликана прагненням до рівномірного розподілу речовини. Для кожної концентрації адсорбтиву в середовищі, що оточує адсорбент, існує стан адсорбційної рівноваги.

Однією з особливостей адсорбції є селективність (вибірковість), яка полягає в неоднаковій здатності компонентів розчину до адсорбції на поверхні. Кількісно це явище характеризується коефіцієнтом розділення – відношенням коефіцієнтів розподілу компонентів, що адсорбуються, який показує, у скільки разів відношення величин адсорбції компонентів, що розділяються, більше відношення їх рівноважних концентрацій в об’ємі розчину. Але коефіцієнти розподілу і розділення не залежать від співвідношення між кількостями адсорбенту (його поверхні) й розчину і тому не можуть характеризувати розподіл маси речовини між цими двома фазами.

Розподіл маси речовини характеризується ступенем витягання і ступенем розділення. Ступінь витягання – це відношення кількості речовини в одній з рівноважних фаз (в об’ємі розчину або в поверхневому шарі) до загальної її кількості; виражається в частках і процентах. Ступінь розділення визначається відношенням ступенів витягання компонентів, що розділяються.

Найбільш істотним чинником, який впливає на селективність адсорбції, є спорідненість компонентів до поверхні адсорбенту і до розчинника. Для прогнозування адсорбції речовин широко використовується правило зрівнювання полярності, запропоноване П.О.Ребіндером, згідно з яким речовина може адсорбуватися на поверхні поділу фаз, якщо внаслідок її адсорбції буде зрівнюватися полярність цих фаз. Інакше кажучи, адсорбція речовини С на межі поділу фаз, утворених речовинами А і В, буде відбуватися, якщо полярність речовини С лежить між значеннями полярності речовин А і В. Оскільки полярність речовини можна охарактеризувати за допомогою величини діелектричної проникності ε, то умовою для адсорбції сполуки С є: ε_А > ε_C > ε_B або ε_В > ε_C > ε_А.

Саме на цьому засноване практичне застосування полярних адсорбентів (силікагель) для адсорбції поверхнево-активних речовин з неполярних середовищ, а неполярних адсорбентів (вугілля) – для адсорбції з полярних середовищ. Як приклад можна навести адсорбцію масляної кислоти з її розчину в бензені на силікагелі та адсорбцію масляної кислоти на вугіллі з її водного розчину. Причому діелектрична проникність цих речовин зменшується в ряду: силікагель > вода > масляна кислота > бензен > вугілля, а адсорбція відбувається відповідно до рядів: вода > масляна кислота > вугілля; силікагель > масляна кислота > бензен.

Мета роботи. Вивчення адсорбційної рівноваги на межі поділу твердий адсорбент-розчин.

Прилади та реактиви. Мірна колби на 100 мл, конічні колби на 250 мл, лійки, фільтрувальний папір, механічна мішалка, бюретки. 0,1 н розчин NaOH, фенолфталеїн, 0,5 н розчин ацетатної кислоти, активоване вугілля.

Методика виконання роботи

Для вивчення адсорбції ацетатної кислоти на активованому вугіллі з вихідного розчину СН₃СООН методом послідовного розведення готують шість розчинів кислоти по 100 мл (концентрації вказує викладач). Активоване вугілля ретельно розтирають у ступці, а потім зважують шість порцій по 1,0 г.

До 100 мл кожного з приготованих розчинів ацетатної кислоти додають по 1,0 г вугілля, після чого закриті колби з вмістом збовтують на механічній мішалці протягом 30 хв. Потім розчини відфільтровують, а в отриманому фільтраті визначають концентрації кислоти після адсорбції.

Концентрацію вихідного розчину ацетатної кислоти і розчинів після адсорбції та фільтрації визначають титруванням розчином NaOH з відомою концентрацією в присутності фенолфталеїну до появи стійкого слабко-рожевого забарвлення розчину, що досліджується. Концентрацію кислоти розраховують за співвідношенням:

де С_К і С_Л – концентрації розчинів ацетатної кислоти і NaOH (моль/л); V_K – об’єм кислоти, що був взятий для титрування; V_Л – об’єм лугу, що пішов на титрування. Для титрування беруть три порції розчину, що аналізується. Концентрацію розраховують як середнє арифметичне результатів титрування трьох порцій.

Величина адсорбції А визначається за різницею концентрацій розчину ацетатної кислоти до (С₀) і після (С) адсорбції:

де m – маса вугілля; V – об’єм розчину кислоти, що був взятий для досліду.

Будують ізотерму адсорбції в координатах 1/А від 1/С і визначають А_∞ і К. Усі результати заносяться до таблиці:

Таблиця 3

№ колби	V_K	V_Л	С₀	С	∆С= =С₀-С	А	1/A	1/С	А_∞	К

За рівнянням S_ПИТ.= А_∞^. N_A^. S_M (S_M – площа, яку займає одна молекула адсорбенту в насиченому адсорбційному шарі; N_А – число Авогадро), розраховують питому поверхню адсорбенту, S_ПИТ, вважаючи, що площа, яку займає одна молекула, S_М, для багатьох одноосновних жирних кислот становить 0,2 нм².

Обробка експериментальних даних

1. Занести в таблицю експериментальні дані.

2. Побудувати залежність у координатах 1/A-1/С і визначити А.

3. Розрахувати константу адсорбційної рівноваги К.

4. Розрахувати питому концентрацію адсорбенту.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

Методика виконання роботи

Капілярний аналіз

Знак електричного заряду колоїдних часточок або макромолекул можна визначити за допомогою капілярного аналізу. Для цього використовують фільтрувальний папір, в якому пори мають достатню ширину.

При зануренні паперу у воду целюлозні стінки капілярів, внаслідок вибіркової адсорбції йонів ОН^- , набувають негативного заряду, вода відповідно заряджується позитивно.

Якщо смужку паперу не повністю занурити, то вода під дією капілярних сил (поверхневого натягу) підніматиметься по капілярах паперу. Негативно заряджені колоїдні часточки підніматимуться разом з водою, не піддаючись силам притягання. Позитивно заряджені часточки притягуються до негативно заряджених стінок капілярів, тому висота підйому їх значно менша. Істотну різницю у висоті підйому золів можна використовувати для визначення знака заряду або для розділення забарвлених золів.

Виконання роботи:

Розчини двох золів аргентум йодиду, ферум(ІІІ) гідроксиду і берлінської блакиті наливають у маленькі стакани на однакову висоту і занурюють у них однаково вузькі смужки фільтрованого паперу. Верхні краї смужок паперу приклеюють до планки, яку закріплюють у горизонтальному положенні в штативі. Через 20-30 хв. вимірюють висоту підйому і роблять висновок про знак заряду золю.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

Методика виконання роботи

1. Одержання золю силікатної кислоти. До розчину розведеної (1:5) хлоридної кислоти (1/3 пробірки) додати при перемішуванні 8-10 крапель розчину натрій силікату (ρ = 1,16 г/мл). Написати молекулярне та йонно-молекулярне рівняння реакції. Скласти схему будови міцели, визначити заряд колоїдної часточки.

2. Одержання гелю силікатної кислоти. В пробірку налити 2-4 мл концентрованого розчину натрій силікату і по краплинах додавати розчин хлоридної кислоти, струшуючи пробірку до утворення драглистого осаду силікатної кислоти. Скласти рівняння реакції. Чим відрізняються гелі від золів?

3. Дослідження швидкості поширення кристалізації в драглях. До 10-20 мл 15% розчину натрій силікату додавати 50% розчин ацетатної кислоти до кислої реакції розчину, потім додати 10 мл насиченого розчину плюмбум(ІІ) ацетату. Через деякий час розчин твердіє. В одержаний драгель вставити цинкову паличку. В другу пробірку налити насичений розчин плюмбум(ІІ) ацетату і також вставити цинкову паличку. Спостерігати утворення в драглях голок і кристалів свинцю, тоді як у розчині солі свинець виділяється у вигляді губки. Причиною цього є те, що в драглях швидкість утворення зародків невелика. Тому окремі зародки ростуть до великих кристалів. Замалювати їх.

4. Дослідження явища осмосу при утворенні силікатів металів.

В стакан ємністю 200 мл наливають розчин натрій силікату

(ρ = 1,16-1,17 г/см³) і кидають в нього кристали ферум(ІІІ), купрум(ІІ), цинк, нікол(ІІ), кобальт(ІІ) хлоридів. Через деякий час кристали починають рости.

Суть явища, що відбувається полягає у наступному. При взаємодії кристалу солі з натрій силікатом утворюється плівка з нерозчинного силікату у вигляді комірки. Ця комірка має властивості мембрани. Через неї відбувається дифузія молекул води із зовнішнього, більш розведеного розчину, в комірку, яка містить більш концентрований розчин солі. Внаслідок цього комірка розширюється і плівка, не втримуючи осмотичного тиску, лопається. На місці розриву утворюється нова плівка і процес проникнення води крізь плівку повторюється. Знову відбувається розрив плівки і т.д. Таким чином відбувається ріст деревоподібних утворень. Подібні осмотичні процеси відбуваються в рослинних клітинах, грунті, при затворенні в’яжучих матеріалів їх вивчення має велике практичне значення.

5. Залежність адсорбції від хімічної природи адсорбенту. Гетерополярні адсорбенти кислотного характеру добре адсорбують з розчинів основні фарбники і, навпаки, основні адсорбенти добре адсорбують кислотні фарбники.

Прикладом адсорбенту кислотного характеру є силікагель, а основного – алюміній оксид.

В дві пробірки насипають по 0,5-1,0 г силікагелю, а в інші дві – таку саму кількість алюміній оксиду. В першу пробірку з силікагелем наливають 10 мл 0,1% розчину созину, а в другу – такий самий об’єм 0,1% розчину метиленової сині. Такі ж розчини фарбників додають до алюміній оксиду. Після збовтування пробірок порівняти кольори адсорбентів. Записати спостереження на висновки.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6

Методика виконання роботи

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7

Методика виконання роботи

1. Добування емульсії м/в і визначення її стабільності

Готують розчини ПАР об’ємом 40 мл шляхом розбавлення вихідного розчину (0,1 М розчин натрій олеату) згідно з даними таблиці 6 :

Таблиця 6

Номерп колби	1	2	3	4
Об’єм розчину ПАР	10	20	30	40
Об’єм води	30	20	10	-

Потім добувають емульсію за допомогою мішалки. Для цього в стакан ємністю 250 мл наливають 12,5 мл розчину ПАР і при перемішуванні додають з бюретки 37,5 мл вазелінового масла протягом 10 хв. Після введення масла продовжують перемішування ще 10 хв. Таким же чином готують емульсії з іншими розчинами ПАР.

Після добування емульсії 10 мл її переливають з циліндра у пробірку і визначають час її розшарування на дві макрофази.

Решту частину емульсії переносять у стакан і визначають її тип таким чином:

Краплину емульсії і краплину води розмішують на предметному склі і скло нахиляють так, щоб краплини злилися. Якщо краплини зіллються, то дисперсною фазою є вода, а якщо ні – масло.
На фільтруваний папір наносять краплину емульсії. Якщо середовищем є вода, то краплина відразу всмоктується папером, на якому залишається жирна пляма. Краплина емульсії типу В/М не всмоктується.
Емульсію розливають на дві пробірки. В першу пробірку додають декілька краплин барвника метиленового синього, розчиненого у воді, а в другу декілька краплин судану І, розчиненого у маслі. Емульсія М/В забарвлюється у синій колір (судан І в ній не розчиняєтьсяі). Емульсія В/М забарвлюється у червоний колір (метиленовий синій в ній не розчиняється).

Отримані дані заносять у таблицю 7.

Таблиця 7

Експериментальні дані визначення емульсії та її типу

Концентрація ПАР, моль/л	Концентрація емульсії, % об	Час розшарування, хв	Тип емульсії

2. Добування емульсії зворотного типу

До 30 мл емульсії добутої у досліді І при перемішуванні додають 5 мл 0,5 М розчину магній хлориду і продовжують перемішувати ще 5 хв. Переносять 10 мл емульсії у пробірку і визначають час розшарування її на дві фази. Решту емульсії використавують для визначення її типу. Отримані дані записують у таблицю 7.

3. Добування і дослідження емульсії типу В/М і М/В.

Під час струшування води з соняшниковою олією залежно від характеру емульгатора утворюється емульсія типу В/М (емульгатор – кальцієві солі жирних кислот) або М/В (емульгатор – олети і стеарати натрію).

В три пробірки наливають по 3 мл соняшникової олії і дистильованої води. Потім у пробірку №2 наливають 1 мл 15%-го розчину натрій карбонату, а у пробірку №3 – 1 мл 20%-го розчину кальцій хлориду. Всі три пробірки енергійно струшують і спостерігають за утворенням нестійкої емульсії (пробірка 1), стійкої емульсії олії у воді білого кольору (пробірка №2) та емульсії води у олії жовтуватого кольору (пробірка №3).

Одночасно тип емульсії визначають методом забарвлення. Для цього на предметне скло наносять краплю емульсії, насипають кілька кристаликів бавника метиленового синього і перемішують емульсію за допомогою піпетки.

4. Добування пін та дослідження їх стійкості

У шість циліндрів на 100 мл наливають по 30 мл водного розчину желатини концентрацією 8 г/л. Один з розчинів залишають без змін, в інші розчини додають 30% розчин натрій йодиду, щоб концентрація його була 0,5 М, розчини натрій сульфату, щоб концентрації їх складали відповідно 0,5 М, 0,75 М, 1,0 М, 1,5 М. Циліндри струшують, спостерігають стійкість пін, відмічаючи висоту стовпа піни в кожному циліндрі через 2, 3, 5, 10, 20, 30 хв.

Результати досліджень стійкості піни заносять в таблицю 8.

Таблиця 8

Результати дослідів (розчин желатини концентрацією 8 г/л)
Концентрація добавки в досліджуваному розчині	Висота піни (см) через певні проміжки часу, хв
Концентрація добавки в досліджуваному розчині	2	3	5	10	20	30
Без добавки
0,5 М NaJ
0,5 М Na₂SO₄
0,75 М Na₂SO₄
1,0 М Na₂SO₄
1,5 М Na₂SO₄

За отриманими даними будують графік залежності ступеня стійкості піни від концентрації.

Лабораторна робота №8

Методика виконання роботи.

В пронумеровані колби (1-9) вносять по 10 мл відфільтрованого розчину желатини і потім додають розчин хлоридної кислоти, лугу і води в таких об’ємах:

Таблиця 9

Номер колби	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Об’єм(HCl), мл	10	4	1	0,5	-	-	-	-	-
Об’єм р-ну KOH, мл	-	-	-	-	-	1	3	6	10
Об’єм води, мл	-	6	9	9,5	10	9	7	4	-

Виміряють pH приготовлених розчинів. Потім визначають оптичну густину D розчинів за допомогою приладу ФЕК-56М з світофільтром F2 (λ=364нм). Розчини з кювет після вимірювань виливають знову у колби. Після того, як закінчили вимірювання, збільшують кислотність в колбах 1 і 2, для чого в колбу 1 додають одну краплю концентрованої HCl, а в 2 – дві краплі кислоти і знову вимірюють значення pH і D цих розчинів.

Результати значень pH і оптичних густин розчину жилатину для визначення ізоелектричної точки заносимо в таблицю 10.

Таблиця 10

Номер колби №	pH розчину	Оптична густина D

Рекомендована література

Базова

1. Щукін Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А., Коллоидная химия. Изд-во московського ун-та, 1982.

2. Усков І.О., Еременко Б.В., Пелішенко С.С., Нижник В.В., Колоїдна хімія з основами фізичної хімії високомолекулярних сполук. К., Вища шк., 1995.

3. Мороз А.С., Ковальова А.Г., Фізична та колоїдна хімія. Львів, Світ, 1994.

4. Евстратова К.П., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия, М., 1990.

5. Захарченко В.Н., Коллоидная химия, М., 1989.

6. Болдырев А.И., Физическая и коллоидная химия, М., Высш.шк., 1983.

7. Турчин П.Ф. Фізична та колоїдна хімія, для студентів спеціальності 6.040106. Інтерактивний комплекс навчально-методичного забезпечення. – Рівне: НУВГП, 2009.- 269 с.

8. Турчин П.Ф. Фізична та колоїдна хімія з основами фізичної хімії високомолекулярних сполук. Інтерактивний комплекс навчально-методичного забезпечення. – Рівне: НУВГП, 2009.- 264 с.

9. Турчин П.Ф. Фізична та колоїдна хімія, для студентів спеціальності 6.090201. Інтерактивний комплекс навчально-методичного забезпечення. – Рівне: НУВГП, 2009.- 255 с.

Допоміжна

1. Мороз А.С., Яворська Л.П. та ін. Біофізична та колоїдна хімія. – Вінниця: 2007. – 599 с.

2. Болдырев А.Н. Физическая и коллоидная химия. М.: Высшая шк., 1983.- 408 с.

3. Мороз А.С., Ковальова А.Г. Фізична та колоїдна хімія: Навч.посібник. – Львів: Світ, 1994.- 280 с.

4. Мчедков-Петросян М.О., Лебідь В.І., Глазкова О.М., Ельцов С.В., Дубина О.М., Панченко В.Г. Колоїдна хімія. – Харків: Фоліо, 2005.-304 с.

5. Усков І.О., Бременко Б.В., Пелішенко С.С., Нижник В.В. Колоїдна хімія з основами фізичної хімії високомолекулярних сполук. – К.: Вища шк., 1995.- 142 с.

6. Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия. М.: 1990.- 185 с.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт з дисципліни

„ФІЗИЧНА ТА КОЛОЇДНА ХІМІЯ”

Затверджено на засіданні

методичних комісій

напрямів підготовки:

6.040106 „Екологія, охорона

навколишнього середовища та

збалансоване природокористування”

Протокол № 5 від 17.04.2012 р;

6.090201 „Водні біоресурси та

аквакультура”

Протокол № від 2012 р.

Рівне - 2012

Упорядники: Н.М.Буденкова, доцент кафедри хімії

Г.І. Назарук, ст. викладач кафедри хімії

О.І. Мисіна, асистент кафедри хімії

Відповідальний за випуск: М.В.Яцков, канд.техн.наук,

завідувач кафедри хімії

Г.І. Назарук,

О.І. Мисіна, 2012

зміст

Стор.

ПЕРЕДМОВА........................................................................................4

Лабораторна робота №1. Вивчення хімічної рівноваги

гомогенної реакції..................................................................................6

Лабораторна робота №2. Вивчення кінетики гомогенної

хімічної реакції.....................................................................................10

Лабораторна робота №3. Вивчення адсорбції ацетатної

кислоти активованим вугіллям...........................................................16

Лабораторна робота №4. Добування і вивчення властивостей

колоїдних розчинів...............................................................................21

Лабораторна робота №5. Вивчення колоїдних властивостей

силікатної кислоти................................................................................25

Лабораторна робота №7. Одержання емульсій та визначення

їх типу. Добування пін та їх стабілізація............................................33

Лабораторна робота № 8. Визначення ізоелектричної точки

розчину желатини……………………………………………….........39

ЛІТЕРАТУРА......................................................................................42

ПЕРЕДМОВА

Теми лабораторних робіт для студентів напряму 6.090201 „Водні біоресурси та аквакультура”

Таблиця 1

№ з/п.	Назва теми	Кількість, год.	Шкала оцінювання, бали
1	Вивчення хімічної рівноваги гомогенної реакції	2	15
2	Вивчення кінетики гомогенної хімічної реакції	2	15
3	Добування і вивчення властивостей колоїдних розчинів	2	15
4	Визначення порогу електролітичної коагуляції золю ферум(ІІІ) гідроксиду. Стійкість і коагуляція колоїдних систем	2	20
5	Одержання емульсій та визначення їх типу. Добування пін та їх стабілізація	2	20
6	Визначення ізоелектричної точки розчину желатини	2	15
	Р А З О М	12	100

Таблиця 2

№ з/п.	Назва теми	Кількість, год.	Шкала оцінюван-ня, бали
1	Вивчення хімічної рівноваги гомогенної реакції	2	10
2	Вивчення кінетики гомогенної хімічної реакції	2	10
3	Вивчення адсорбції ацетатної кислоти активованим вугіллям	2	10
продовження таблиці 2
4	Добування і вивчення властивостей колоїдних розчинів	2	15
5	Вивчення колоїдних властивостей силікатної кислоти	2	10
6	Визначення порогу електролітичної коагуляції золю ферум(ІІІ) гідроксиду. Стійкість і коагуляція колоїдних систем	2	15
7	Одержання емульсій та визначення їх типу. Добування пін та їх стабілізація	2	15
8	Визначення ізоелектричної точки розчину желатини	2	15
	Р А З О М	16	100

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

ВИВЧЕННЯ ХІМІЧНОЇ РІВНОВАГИ ГОМОГЕННОЇ РЕАКЦІЇ

Більшість хімічних реакцій відбуваються не до повного зникнення вихідних речовин, а до певного стану хімічної рівноваги, при якому в реакційній суміші присутні як продукти реакції, так і вихідні речовини. У стані хімічної рівноваги концентрації всіх учасників реакції залишаються незмінними в часі за незмінних зовнішніх умов. Склад рівноважної суміші характеризується тим, що в ній концентрації вихідних речовин і концентрації кінцевих продуктів перебувають між собою в певному співвідношенні, яке визначається константою рівноваги.

Хімічні реакції, усі реагенти яких перебувають в одній фазі, називаються гомогенними. Прикладом гомогенних хімічних реакцій можуть бути реакції в розчинах.

Для хімічної реакції, записаної в загальному вигляді рівнянням:

константа рівноваги задається рівнянням:

де С – рівноважні концентрації учасників реакції.

Константа рівноваги для даної реакції залежить тільки від температури і не залежить від концентрації учасників реакції. Залежність константи рівноваги від температури виражається рівнянням ізохори хімічної реакції:

де ∆U – зміна внутрішньої енергії внаслідок реакції (тепловий ефект реакції).

Інтегрування цього рівняння в невеликому інтервалі температур приводить до виразу:

де К₁ і К₂ – константи рівноваги реакції при температурі відповідно Т₁ і Т₂.

Коли відомі константи рівноваги для двох температур, за допомогою цього рівняння можна розрахувати тепловий ефект хімічної реакції.

У роботі досліджується реакція окиснення калій йодиду ферум(ІІІ) хлоридом:

Оскільки реакція відбувається у розчині і речовини, що реагують, є сильними електролітами, то в йонній формі рівняння реакції має вигляд:

Константа рівноваги цієї реакції виражається рівнянням:

Мета роботи. Дослідження рівноваги гомогенної реакції окиснення калій йодиду ферум(ІІІ) хлоридом, яка відбувається у водному розчині, при двох температурах; розрахунок константи рівноваги та теплового ефекту реакції.

Прилади і реактиви. Термостат, термометр, конічні колби з притертими пробками місткістю 100 мл – 2 од., місткістю 200 мл – 5 од., піпетки на 50 мл, 10 мл, бюретка на 25 мл, 0,03М розчин FeCl₃, 0,03М розчинy КІ, 0,01М розчин натрій тіосульфату Na₂S₂О₃, розчин крохмалю, вода дистильована, лід.

Методика виконання роботи

В одну колбу з притертою пробкою місткістю 100 мл наливають за допомогою піпетки 50 мл 0,03М розчину FeCl₃ , в другу – 50 мл 0,03М розчину КІ. Колби ставлять в термостат з температурою за вказівкою викладача і витримують протягом 10-15 хв. Потім зливають розчини, колбу з реакційною сумішшю залишають в термостаті, фіксують час початку реакції (момент зливання розчинів).

Готують конічні колби місткістю 200 мл для титрування, вливають у кожну колбу 50 мл холодної води і ставлять їх охолоджувати на лід.

Періодично (через 10-20 хв.) з колби з реакційною сумішшю, не виймаючи її з термостата, відбирають піпеткою 10 мл проби і вливають її в колбу для титрування. При вливанні в холодну воду проба розбавляється й охолоджується, реакція при цьому різко гальмується, тому часом відбору проби вважається момент вливання її в воду. Відразу після відбору проби йод, який виділився в результаті реакції, швидко титрують 0,01М розчином натрій тіосульфату Na₂S₂О₃ до блідо-рожевого забарвлення розчину, потім додають кілька краплин розчину крохмалю і продовжують титрування до зникнення синього забарвлення.

Проби для аналізу відбирають доти, доки кількість розчину натрій тіосульфату, яка пішла на титрування двох-трьох послідовно взятих проб, не буде практично однакова, що свідчить про постійну концентрацію йоду, тобто про досягнення при перебігу реакції стану рівноваги.

Аналогічно проводять дослід при іншій температурі (за вказівкою викладача).

Обробка експериментальних даних

1. Для розрахунку константи рівноваги при кожній температурі необхідно визначити концентрації всіх учасників реакції в стані рівноваги, моль/л:

1) концентрація йоду розраховується за результатами титрування:

де - молярність розчину натрій тіосульфату Na₂S₂О₃; V₁ – об’єм розчину натрій тіосульфату, який пішов на титрування йоду у стані рівноваги, мл; V₂ – об’єм проби, який відбирали для титрування, мл; 0,5 – коефіцієнт, який враховує, що згідно з рівнянням реакції

молярність йоду при титруванні вдвічі менша за молярність натрій тіосульфату;

2) концентрація йонів феруму Fe²⁺ ( ) згідно з рівнянням реакції вдвічі більша за концентрацію йоду :

3) концентрація йонів феруму Fe³⁺( ) дорівнює різниці початкової концентрації FeCl₃ ( ) і рівноважної концентрації Fe²⁺:

де початкова концентрація FeCl₃ розраховується з огляду на концентрацію вихідного розчину FeCl₃ ( ) та ступеня його розведення при змішуванні з розчином КІ;

де а і b – об’єми вихідних розчинів відповідно FeCl₃ та КІ:

4) концентрація йонів І^- ( ) дорівнює різниці початкової концентрації КІ (С_КІ) та рівноважної концентрації І₂ ( ):

де за аналогією з попереднім початкова концентрація КІ розраховується з огляду на концентрацію вихідного розчину КІ ( ) та ступеня його розведення при змішуванні з розчином FeCl₃:

2. При кожній температурі розраховують константу рівноваги.

3. Тепловий ефект реакції (Дж/моль) розраховують за значенням константи рівноваги для двох температур, виходячи з рівняння ізохори хімічної реакції:

12 3 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2019-04-10; Просмотров: 220; Нарушение авторского права страницы