Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Де n ціле число

Де n ціле число




Сторінка1/3
Дата конвертації22.04.2017
Розмір0.92 Mb.
  1   2   3

ПЕРЕДМОВА
Виконання лабораторних робіт дозволяє студенту поглибити теоретичні знання з фізичної хімії, експериментальним шляхом визначити важливі фізико – хімічні характеристики систем та процесів (теплові ефекти реакцій, константу рівноваги, коефіцієнт розподілу, адсорбцію, електрорушійні сили гальванічних елементів), вплив зовнішніх чинників (температури, концентрації реагуючих речовин) на швидкість реакції, фазові перетворення тощо.
Фі́зика (від грец. φυσικός природний, φύσις природа) - природнича наука, яка досліджує загальні властивості матерії та явищ у ній, а також виявляє загальні закони, які керують цими явищами; це наука про закономірності Природи в широкому сенсі цього слова.
Адсо́рбція (від лат. ad - на, при і лат. sorbeo - поглинаю) - вибіркове поглинання речовини з газового чи рідкого середовища поверхневим шаром твердого тіла (адсорбенту) чи рідини. Компонент, що поглинається, який вміщується в суцільному середовищі (газі, рідині), називають адсорбтивом, а той що вміщується в адсорбенті - адсорбатом.
Коефіціє́нт - характеристика процесу, явища, речовини або поля, яка має відносно сталий характер.
Лабораторія (середньовічна лат. laboratorium, від лат. laboro - працюю, лат. labor - праця, робота) - багатозначний термін, що залежно від контексту, може означати: Спеціально обладнане та устатковане приладами, пристроями, мережами приміщення або транспортний засіб (наприклад, автомобіль, вагон потягу, літак, гелікоптер, субмарина тощо) для наукових досліджень, навчальних робіт, контрольних аналізів та випробувань (див. лабораторне устаткування). Установу або її відділ, що проводить експериментальну науково-дослідницьку та навчальну роботу. Внутрішні творчі процеси, внутрішню діяльність кого-небудь. Наприклад, творча лабораторія дослідника, митця тощо.
Тео́рія (від грец. θεωρία - розгляд, дослідження) - сукупність висновків, що відображає відносини і зв'язки між явищами реальності у вигляді інформаційноі моделі. Теорією стає гіпотеза, що має відтворюване підтвердження явищ та механізмів і дозволяє спостерігачу прогнозувати наслідки дій чи зміни стану об'єкта спостережень.
Експериме́нт (англ. experiment) - сукупність дослідів, об’єднаних однією системою їх постановки, взаємозв’язком результатів і способом їх обробки. В результаті експерименту отримують сукупність результатів, які допускають їхню сумісну обробку і зіставлення.
Конста́нта рівнова́ги - кількісна характеристика хімічної рівноваги, що описує ймовірність перебігу реакції. Константа обчислюється як відношення добутку концентрації продуктів реакції (або їхніх парціальних тисків) до добутку концентрації вихідних речовин із їхніми стехіометричними коефіцієнтами у степенях.
Гальвані́чний елеме́нт - хімічне джерело живлення, в якому використовується різниця електродних потенціалів двох металів, занурених у електроліт. Гальванічний елемент є непідзарядним хімічним джерелом електроенергії.
Фізи́чна хі́мія - галузь науки, що вивчає хімічні явища та процеси на основі загальних принципів фізики з використанням фізичних експериментальних методів.

Кожен студент виконує лабораторну роботу самостійно, оформлює звіт, а потім захищає його у викладача.

Учи́тель/вчитель (педагог)- людина, яка навчає інших людей (своїх учнів), передає їм певні знання про життя. У вузькому розумінні - спеціаліст, який проводить навчальну та виховну роботу з учнями в загальноосвітніх школах різних типів.
Студе́нт (лат. studens, родовий відмінок studentis - «ретельно працюючий», «такий, що займається») - учень вищого, у деяких країнах і середнього навчального закладу.

Звіт з лабораторної роботи повинен містити в собі: назву, мету роботи, стислі теоретичні відомості і основні розрахункові формули, опис методики виконання роботи, схему приладу, обладнання, експериментальні дані та результати їхньої обробки у вигляді таблиць та графіків, розрахунки або приклади розрахунків, висновки або пояснення одержаних результатів, порівняння їх з літературними даними.

Запис результатів повинен відображати надійність даних і враховувати похибку вимірів. Кожне число в таблиці повинно вміщувати не більше і не менше значущих цифр, ніж дозволяє точність дослідних даних. Округлення середніх арифметичних значень здійснюється так, щоб остання цифра була першою сумнівною.

Гра́фіка (нім. Graphik, грец. graphikos «написаний») - вид образотворчого мистецтва, для якого характерна перевага ліній і штрихів, використання контрастів білого і чорного та менше, ніж у живописі, використання кольору.
Округлення - математична операція, що дозволяє зменшити кількість знаків у числі за рахунок заміни числа його наближеним значенням з певною точністю.
Наді́йність - властивість технічних об'єктів зберігати у часі в установлених межах значення всіх параметрів, які характеризують здатність виконувати потрібні функції в заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання та транспортування.
Результат, пі́дсумок, (заст. ску́ток, вислід) - кінцевий наслідок послідовності дій. Можливі результати містять перевагу, незручність, вигоду, збитки, цінність і перемогу. Результат є етапом діяльності, коли визначено наявність переходу якості в кількість і кількості в якість.
Дослі́дження, до́сліди - (широко розуміючи) пошук нових знань або систематичне розслідування з метою встановлення фактів; (вузько розуміючи) науковий метод (процес) вивчення чого-небудь.
Літерату́ра (від лат. litterae - буква, літера), іноді книжництво, письменство - сукупність писаних і друкованих творів певного народу, епохи, людства. Література відображає та зберігає знання й культуру народу та певного історичного періоду.
Арифмети́чне сере́днє (в математиці і статистиці) - сума всіх зафіксованих значень набору, поділена на кількість елементів набору. Якщо з контексту зрозуміло, про яке значення йде мова, тоді просто кажуть середнє.
Якщо розрахункова формула містить в собі декілька виміряних величин, точність результатів визначається в основному величиною, виміряною з найбільшою відносною похибкою.
Величина́ - одне з основних математичних понять, узагальнення понять довжина, розмір, площа, об'єм тощо. Неформально, величини – це те, що можна порівнювати між собою. Формально, це елементи впорядкованої множини.

При побудові графіків необхідно додержуватись наступних правил. Графіки будують на міліметровому папері і вклеюють у лабораторний журнал. На координатних осях проставляють масштаб, позначення величини, що відкладається, та її одиниці виміру. Координати експериментальних точок на осях не позначаються. Щоб за графіком можна було легко визначити координати будь-якої точки, 1 см повинен відповідати 1, 2 або 5 одиницям (або цим значенням, помноженим на 10n, де n – ціле число).

Масштаб вибирають так, щоб крива (пряма) займала майже всю площу малюнка. Для цього шкали Х та Y починають і закінчують значеннями, близькими до округлених координат крайніх експериментальних точок. Наприклад, якщо Х змінюється у межах 2,42 – 4,79, вісь абсцис обмежують ліворуч значенням 2,00, а праворуч - 5,00.

Одини́ця вимі́рювання (англ. measuring unit, unit of measure) - певний умовний розмір фізичної величини, прийнятий для кількісного відображення однорідних з нею величин.
Абсциса (лат. abscissa - відрізок) - одна з координат точки в декартовій системі координат. На (х, у)-графіку відповідає горизонтальній осі х, тоді як у відповідає ординаті точки. Наприклад, точка з координатами (6, 3) має абсцису 6.
Не слід починати шкалу з нульового значення, якщо це не потрібно спеціально.

Експериментальні дані наносять на графік у вигляді точок, кружків, квадратів. При розкиданні точок внаслідок похибок вимірювання проводять плавну криву якомога ближче до всіх нанесених точок (рис.1). Криву проводять так, щоб точки було видно на графіку. Якщо з теорії випливає, що залежність лінійна, по точках проводять середню пряму.

а) б)


Рис.1. Графіки побудовано: а) – вірно; б) – невірно

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1


ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОВОГО ЕФЕКТУ РЕАКЦІЇ НЕЙТРАЛІЗАЦІЇ
Мета роботи. Визначити тепловий ефект реакції нейтралізації кислоти лугом. Навчити студентів практичним навикам проведення термохімічних досліджень.

Основні теоретичні положення. Хімічні реакції проходять з виділенням або поглинанням теплоти.

Проведення виробки, проходження виробки, проходка виробки (рос. проведение (проходка) выработки, англ. driving, нім. Grubenbauvor-richtung f, Vortrieb m, Abteufung f, Abteufen n, Auffahren n des Grubenbaus) - комплекс робіт, руйнування та видобування гірських порід у межах контура поперечного перерізу підготовчої виробки, встановленого відповідним паспортом.
Кі́лькість теплоти́ (кі́лькість тепла́) або просто теплота́ - це фізична величина, що відповідає енергії, перенесення якої між двома тілами (різними ділянками тіла) здійснюється за рахунок різниці температур без виконання механічної роботи і не зв'язана з перенесенням речовини від одного тіла до іншого.
Поглина́ння(рос. поглощение; англ. absorption; нім. Absorption f) - заг. - вбирання в себе, приймання. Наприклад, поглинання газу, води або реаґенту пористими речовинами, абсорбентами, абсорбція.
Практика (грец. πράξις «діяльність») - доцільна і цілеспрямована діяльність, яку суб'єкт здійснює для досягнення певної мети. Практика має суспільно-історичний характер і залежить від рівня розвитку суспільства, його структури.
Хімі́чна реа́кція - це перетворення речовин, при якому молекули одних речовин руйнуються і на їхньому місці утворюються молекули інших речовин з іншим атомним складом. Усі хімічні реакції зображують хімічними рівняннями.
Тепловим ефектом реакції називають зміну ентальпії системи () при постійних тиску і температурі, розраховану на стехіометричні кількості реагуючих речовин.
Стехіоме́трія (від дав.-гр. στοιχειον - елемент та μετρειν - вимірювати) - розділ хімії про співвідношення реагентів в хімічних реакціях.
Ентальпі́я (або теплова функція, від грец. enthálpo - «нагріваю») - термодинамічний потенціал, що характеризує стан термодинамічної системи при виборі як основних незалежних змінних ентропії (S) і тиску (P).

Дослідним шляхом показано, що нейтралізація 1 моль-екв будь-якої сильної кислоти сильною основою в розведених розчинах завжди супроводжується майже одним і тим же екзотермічним тепловим ефектом, що дорівнює -56,9 кДж/моль. З позиції теорії електролітичної дисоціації даний факт пояснюється тим, що в розведених розчинах реакція нейтралізації зводиться лише до утворення молекул води з йонів та

або в йонній формі





.

Якщо ж нейтралізується слабка кислота сильною основою або сильна кислота – слабкою основою, то тепловий ефект реакції буде відрізнятися від - 56,9 кДж/моль.

Моле́кула (новолат. molecula, зменшувально від лат. moles - маса) - здатна до самостійного існування, електрично нейтральна частинка речовини, що має її основні хімічні властивості, які визначаються її складом та будовою.
Електроліз - розклад речовин (наприклад, води, розчинів кислот, лугів, розчинених або розплавлених солей тощо) постійним електричним струмом.
Електроліти́чна дисоціа́ція - явище розпаду нейтральних молекул на іони, що відбувається в електролітах. Наприклад, молекула кислоти НCl розпадається при розчиненні на іони Н+ та Cl-.
Кисло́ти, у класичному визначенні - електроліти, які при розчиненні в йонізуючому розчиннику (наприклад, у воді), дисоціюють з утворенням йонів водню (або протону Н+), таким чином знижуючи кислотність розчину до величини менше ніж pH 7,0.
Це пов’язано з тим, що процес нейтралізації одночасно супроводжується процесом дисоціації слабкої кислоти (основи) на йони. Тому .

При змішуванні розчинів сильної кислоти та лугу поряд з нейтралізацією йде їх взаємодія з водою, відбувається розведення розчину, яке також супроводжується виділенням (або поглинанням) теплоти. Тому тепловий ефект, який визначається при проведенні досліду (), є сумарною величиною

.

Якщо вихідна концентрація кислоти в декілька разів більша за концентрацію лугу, то величиною можна знехтувати і прийняти, що .

Термохімічні вимірювання проводять в калориметричних установках. Найпростіший калориметр являє собою посуд з тепловою ізоляцією. Він складається із тонкостінного скляного стакану, який поміщають на дерев’яну (коркову) підставку усередині іншого стакану. Повітряний прошарок між стаканами відіграє роль ізолюючої оболонки між калориметром та оточуючим середовищем.

Пові́тря - природна суміш газів, з яких складається атмосфера, тобто повітряна оболонка планети. Спочатку це слово виникло для опису повітря планети Земля, ще в ті часи, коли інші планети мало цікавили людство і тому нині воно все ще вживається саме в такому значенні.
При проведенні досліду треба визначити водяний еквівалент калориметра (W), що являє собою кількість тепла, необхідного для нагрівання калориметричної системи на один градус. До складу калориметричної системи входять усі частини калориметра, що беруть участь в теплообміні: внутрішній стакан, термометр, пробірка, а також певна кількість рідини (води, кислоти, лугу), що знаходиться в стакані.
Еквівалент (рос. эквивалент, англ. equivalent, нім. Äquivalent n) - предмет або кількість, що відповідає ін. предметам або кількостям, може замінювати або виражати їх.
Теплообмін (теплопередача) - фізичний процес передавання енергії у вигляді певної кількості теплоти від тіла з вищою температурою до тіла з нижчою температурою до настання термодинамічної рівноваги. Не можливо зупинити передачу тепла між сусідніми об'єктами з різними температурами - її можна лише сповільнити.
Водяний еквівалент калориметра визначають за співвідношенням

,

де - питома теплоємкість скла (0,79 Дж/гК);



- маса внутрішнього стакана, г;

- об’ємна теплоємкість скла і ртуті (1,93 Дж/см3К);

- об’єм ртутного резервуара термометра, зануреного в розчин (5 см3);

- питома теплоємкість розчину (4,2 Дж/гК);

- маса розчину, г.

Масу розчинів обчислюють з об’ємів, прийнявши густину рідин рівною 1 г/см3.

Вимірювання температури в ході досліду здійснюють за допомогою термометра Бекмана з точністю 0,01 градуса. Термометр Бекмана – це ртутний термометр, що відрізняється від звичайних значно більшим за об’ємом резервуаром ртуті і значно довшим вузьким капіляром. Шкала термометра вміщує лише 5 градусів і розділена на соті частки градуса. Завдяки цьому незначні зміни температури спричиняють значні переміщення стовпчика ртуті в капілярі, що забезпечує необхідну точність вимірювання.

Ді́лення (також діління́)- в математиці, бінарна операція, що обернена множенню.
Термометрі́я (від termos - температура і metros - вимірювання) - розділ прикладної фізики, присвячений розробці методів і засобів вимірювання температури. Термометрія є також розділом метрології, в її завдання входить забезпечення єдності і точності вимірювань температури: встановлення температурних шкал, створення еталонів, розробка методик градуювання та повірки приладів для вимірювання температури.
Переміщення - зміна положення якогось матеріального об'єкту. В фізиці - це переміщення фізичного тіла. Переміщенням також називають вектор, який характеризує цю зміну. Має властивість адитивності. Абсолютна величина переміщення, тобто довжина відрізка, що сполучає початкову й кінцеву точку, вимірюється в метрах у системі СІ та в сантиметрах у системі СГС.
Троль - міфічна істота, одна з нелюдських рас в літературі жанру фентезі. Тролі переважно описуються як велетенські могутні істоти (вищі, сильніші і, часто, дурніші за орків, якщо останні наявні в даному художньому світі) зі шкірою сірого чи зеленого кольору.
То́чність вимі́рювань (англ. accuracy of measurement) - головна характеристика якості вимірювання, що відображає близькість результату вимірювання до істинного значення вимірюваної фізичної величини .
Іншою особливістю термометра Бекмана є верхній резервуар ртуті, за рахунок якого можна змінювати кількість ртуті в нижньому (основному) резервуарі. Це дозволяє перелаштовувати термометр на різні інтервали температур (від -30 до 1500С). Із сказаного зрозуміло, що термометром Бекмана не можна вимірювати абсолютну температуру, а лише її зміну.

Точне вимірювання зміни температури () в ході досліду неможливе, бо одночасно з процесами, що перебігають у калориметрі, має місце теплообмін з навколишнім середовищем. Для урахування кінетики теплообмінних процесів калориметра з навколишнім середовищем і для точного визначення зміни температури під час реакції нейтралізації дослід поділяється на три стадії (рис. 1.

Озна́чення, ви́значення чи дефіні́ція (від лат. definitio) - роз'яснення чи витлумачення значення (сенсу) терміну чи поняття. Слід зауважити, що означення завжди стосується символів, оскільки тільки символи мають сенс що його покликане роз'яснити означення.
1):

а) початкова, коли температура розчину змінюється тільки за рахунок теплообміну з навколишнім середовищем. Стадія продовжується до того часу, поки не встановиться рівномірний хід зміни температури (5 – 6 хв.);

б) головна, коли в калориметрі відбувається виділення (або поглинання) теплоти при протіканні реакції і одночасно має місце теплообмін з навколишнім середовищем (2 хв.);

в) заключна, коли зміна температури знову відбувається лише внаслідок теплообміну з навколишнім середовищем (5 – 6 хв.).

Зміну температури () визначають екстраполяцією на вертикаль, яку проводять через середину основного періоду.



Рис. 1.1. Графічне визначення


Лабораторне устаткування та реактиви. Калориметр, термометр Бекмана, мірні циліндри (25 і 250 см3), пробірка, секундомір, розчини сульфатної кислоти (2,5 н) та гідрату окису натрію (0,25 н).
Секундомі́р- годинниковий засіб, за допомогою якого можливо відрахувати час з точністю до секунд, а в залежності від того, на скільки цей прилад є технічно розвиненим, з точністю до мілісекунд. Секундоміри часто використовують під час змагань з фізичної культури, визначаючи час за який особа виконала ті чи інші вправи.
Сульфа́тна кислота́ (сірчана кислота, IUPAC - дигідрогенсульфат, застаріла назва - купоросне масло) - сполука сірки з формулою H2SO4. Безбарвна масляниста, дуже в'язка і гігроскопічна рідина. Сірчана кислота - одна з найсильніших неорганічних кислот і є дуже їдкою та небезпечною.


Порядок виконання роботи

1. Визначення теплового ефекту розведення кислоти. У внутрішній стакан калориметра налити 250 см3дистильованої води. У пробірку налити 25 см3 розчину кислоти і помістити її у стакан з водою. Попередньо налаштований термометр Бекмана занурити у воду. Вимірювати температуру протягом 6 хвилин через однакові проміжки часу (1 хв.). На шостій хвилині (після виміру температури) вилити кислоту у воду і перемішати розчин. Продовжити заміри температури протягом 7 хвилин. Після закінчення досліду вилити розчин із стакана і вимити стакан дистильованою водою.

2. Визначення загального теплового ефекту реакції нейтралізації та розведення кислоти. У внутрішній стакан калориметра налити 250 см3 лугу. У пробірку налити 25 см3 розчину кислоти і помістити її в стакан з лугом. Далі дослід проводити так само, як і при визначенні теплового ефекту розведення кислоти.

Результати дослідів занести у табл. 1.1.

Таблиця 1.1

Зміна температури розчинів у процесах розведення кислоти та її нейтралізації лугом

Час,

хв.Показання термометра Бекмана привзаємодії і взаємодії і 12…13



Обробка експериментальних даних

1. За отриманими даними побудувати графіки зміни температур у процесі дослідів. та визначити екстраполяцією прямих на вертикаль, яка проведена на шостій з половиною хвилині.

2. Визначити водяний еквівалент калориметра.

3. Визначити тепловий ефект процесу розведення кислоти за рівнянням



.

4. Визначити загальний тепловий ефект реакції взаємодії кислоти з лугом за рівнянням



.

5. Визначити тепловий ефект реакції нейтралізації кислоти лугом за рівнянням



.

6. Визначити тепловий ефект реакції нейтралізації кислоти лугом на реагуючих сполук за рівнянням



,

де n – число еквівалентів кислоти (лугу) ,

де СNмолярна концентрація еквівалента кислоти (лугу), моль/дм3;

Моля́рна концентра́ція або моля́рність - міра концентрації розчину. Визначається як кількість моль розчиненої речовини на літр розчину та має одиниці моль дм−3.

V – об’єм кислоти (лугу), см3.

7. Визначити відносну похибку досліду за рівнянням

.

Контрольні питання

1. Наведіть визначення теплового ефекту реакції.

2. Дайте пояснення причини сталості теплового ефекту реакції нейтралізації сильної кислоти сильним лугом.

3. Наведіть визначення водяного еквівалента калориметра.

4. Поясніть, як враховується вплив теплообміну калориметра з зовнішнім середовищем на величину вимірюваного дослідним шляхом теплового ефекту.

5. Наведіть визначення теплоємкості.

6. Наведіть чинники, що впливають на тепловий ефект реакції.

7. Поясніть, який знак має тепловий ефект реакції нейтралізації.

8. Наведіть і проаналізуйте рівняння для обчислення теплового ефекту реакції розведення кислоти водою.

Обчи́слення - є гілкою математики, зосередженою на функціях, похідних, інтегралах, і нескінченному ряду чисел. Цей предмет являє собою важливу частину сучасної математичної освіти. Воно складається з двох основних галузей - диференціального і інтегрального численнь, які пов'язують основні теореми обчислення.

9. Наведіть і проаналізуйте рівняння для обчислення теплового ефекту реакції взаємодії розчинів кислоти і лугу.

10. Поясніть, чому потрібно визначати тепловий ефект реакції у розрахунку на 1 моль-екв реагуючих речовин.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

  1   2   3



  • ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОВОГО
  • Лабораторне
  • Порядок
  • Обробка
  • Контрольні