SPIS SUBSTANCJI I PREPARATÓW CHEMICZNYCH
UŻYWANYCH W ZADANIACH DYDAKTYCZNYCH
W PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ.
UWAGA: Substancje/preparaty chemiczne, których nazwy są podkreślone, zaliczane są do niebezpiecznych i posiadają karty charakterystyk.
1 - Wyznaczanie stałej kalorymetru i ciepła rozcieńczania
stężony kwas solny;
stężony kwas siarkowy;
rozcieńczony roztwór wodorotlenku sodowego;
rozcieńczony roztwór kwasu solnego
2 - Wyznaczanie efektu cieplnego reakcji zobojętniania za pomocą mikrokalorymetru różnicowego
kwas octowy (17%);
rozcieńczony roztwór wodorotlenku sodowego
3 - Wyznaczanie cząstkowych objętości molowych składników w układzie H2O-C2H5OH
alkohol etylowy odwodniony
4 - Ebuliometryczne wyznaczanie:
(a) masy molowej nieelektrolitów lub
(b) współczynnika osmotycznego mocnych elektrolitów
chlorek sodu
azotan potasu
azotan sodu
siarczan sodu
chlorek amonu
mocznik
tiomocznik
5 - Wyznaczanie współczynnika podziału. Prawo Nernsta
toluen
kwas benzoesowy
6 - Wyznaczanie diagramu fazowego układu skondensowanego dwuskładnikowego metodą analizy termicznej
naftalen
kwas benzoesowy
7 - Wyznaczanie izotermy rozpuszczalności w układzie trzech cieczy. Trójkąt Gibbsa
toluen
n-propanol
2-propanol
n-butanol
octan etylu
aceton
8 - Wpływ substancji powirzchniowo czynnych na napięcie powierzchniowe. Izoterma adsorpcji Gibbsa
alkohol etylowy odwodniony
n-propanol
2-propanol
n-butanol
9 - Wyznaczanie izotermy adsorpcji z roztworu
0,5 molowy roztwór kwasu octowego
0,1 molowy roztwór wodorotlenku sodowego
węgiel aktywny
10 - Refrakcja substancji rozpuszczonej
mocznik
kwas winowy
chlorek sodu
azotan potasu
chlorek amonu
sacharoza
11 - Zależność lepkości cieczy od temperatury. Wyznaczanie lepkości cieczy w wiskozymetrze Ostwalda
octan etylu
alkohol etylowy 10%, 20%, odwodniony
11a - Zależność lepkości roztworu od stężenia
sacharoza
12 - Wyznaczanie stałej dysocjacji wskaźników alkacymetrycznych metodą spektrofotometryczną
rozcieńczony roztwór wodorotlenku sodowego;
bufor Brittona i Robinsona
13 - Pomiar siły elektromotorycznej ogniw. Wyznaczanie potencjałów półogniw Zn2+Zn i Cu2+Cu oraz iloczynów rozpuszczalności halogenków srebra
roztwór chlorku potasu
roztwór bromku potasu
roztwór jodku potasu
roztwór siarczanu cynku
roztwór siarczanu miedzi
roztwór azotanu srebra
14 - Wyznaczanie funkcji termodynamicznych reakcji prądotwórczej w ogniwach
ogniwo Westona
bateryjka pastylkowa (ogniwo srebrowo-cynkowe)
15 - Entropia mieszania roztworów na podstawie pomiarów SEM ogniw stężeniowych
żelazocyjanek potasu
żelazicyjanek potasu
16 - Wpływ siły jonowej roztworu na stałą dysocjacji słabego kwasu wyznaczoną z pomiarów SEM ogniw
chinhydron
roztwór kwasu octowego
roztwór kwasu chlorooctowego
roztwór kwasu mrówkowego
roztwór wodorotlenku sodowego
17 - Zależność przewodnictwa elektrycznego mocnych elektrolitów od stężenia
roztwór chlorku potasu
roztwór chlorku sodu
18 - Przewodnictwo wody i słabych elektrolitów. Wyznaczanie stałej dysocjacji Ka słabych elektrolitów
roztwór kwasu octowego
roztwór kwasu chlorooctowego
roztwór kwasu benzoesowego
19 - Wyznaczanie szybkości przenikania tlenu przez granicę faz powietrze - roztwór metodą woltamperometrii z wirującą elektrodą platynową
kwas azotowy 10 molowy
siarczyn sodu
roztwór chlorku potasu
20 - Krzywa elektrokapilarna rtęci
rtęć metaliczna
roztwór chlorku potasu
roztwór bromku potasu
roztwór jodku potasu
roztwór siarczanu sodu
21 - Kinetyka hydrolizy estrów w środowisku kwaśnym
octan metylu
octan etylu
0,25 molowy roztwór kwasu siarkowego
0,5 molowy roztwór kwasu solnego
22 - Kinetyka reakcji z równaniem kinetycznym I rzędu. Hydroliza sacharozy
stężony kwas siarkowy
sacharoza
23 - Kinetyka reakcji utleniania jonów jodkowych jonami nadsiarczanowymi
jodek potasu
nadsiarczan amonu
siarczan amonu
tiosiarczan sodu
24 - Wyznaczanie stałej szybkości reakcji rozkładu ditlenku wodoru na katalizatorze węglowym
kwas siarkowy 4 molowy
ditlenek wodoru (6%)
roztwór nadmanganianu potasu
węgiel aktywny
25 - Wyznaczanie stałych równania Tafela
kwas azotowy 10 molowy
roztwór kwasu siarkowego
roztwór siarczanu cynku
roztwór siarczanu miedzi
roztwór azotanu srebra
roztwór siarczanu niklu
Zakres materiału do przygotowania się do ćwiczeń i kolokwium
w Pracowni Chemii Fizycznej
opracował: dr Marian KUIK.
I. Zagadnienia ogólne (do wszystkich ćwiczeń).
Rodzaje błędów wielkości fizykochemicznych. Błędy pojedynczego pomiaru. Odrzucanie wyniku wątpliwego (test Dixona). Graficzne przedstawianie wyników pomiarów. Interpolacja i ekstrapolacja graficzna. Wyznaczanie parametrów zależności prostoliniowej metodą graficzną i metodą najmniejszych kwadratów. Całkowanie i różniczkowanie graficzne.
II. Zagadnienia szczegółowe.
1. I zasada termodynamiki, prawo Hessa, ciepła molowe. Obliczanie ciepła reakcji (przemiany), stała kalorymetru i metody jej wyznaczania. Ciepło rozcieńczania i zobojętniania silnych kwasów. Bieg zmian temperatury w procesie kalorymetrycznym, wyznaczanie T w danej przemianie, “poprawka na promieniowanie” (wyznaczanie metodą graficzną i rachunkową). Metody pomiaru temperatury.
2. Procesy składające się na zobojętnianie słabego kwasu silną zasadą, towarzyszące im efekty cieplne. Ciepło zobojętniania słabych kwasów. Budowa i podstawy działania termopary i termostosu. Elementy budowy kalorymetru różnicowego, jego najważniejsze cechy, metodyka pomiarów.
3.Objętość mieszaniny dwóch cieczy, a suma objętości obu składników. Definicja wielkości cząstkowej molowej. Cząstkowa molowa objętość. Wyznaczanie (i obliczanie) gęstości cieczy metodą: a) piknometryczną, b) wagi Mohra. Graficzne wyznaczanie cząstkowych właściwych (lub molowych) objętości składników mieszaniny dwóch cieczy z danych doświadczalnych; teoretyczne podstawy tego postępowania.
4. Zjawisko będące podstawą pomiaru ebuliometrycznego. Prawo Raoulta. Krzywa równowagi ciecz - para dla roztworu i czystego rozpuszczalnika. Podstawowe równanie ebuliometrii, stała ebuliometryczna. Budowa ebuliometru Świętosławskiego i opis jego działania, metodyka pomiarów. Termometr Beckmanna. Wyznaczanie masy molowej, wpływ dysocjacji lub asocjacji na wynik pomiaru; wyznaczanie współczynnika osmotycznego.
5. Nernsta prawo podziału (wyprowadzenie), układy których dotyczy. Wpływ dysocjacji lub asocjacji na postać tego równania. Sposób uwzględnienia jednocześnie zachodzącej dysocjacji i asocjacji w układzie na wartość stałej podziału (w zarysie). Ekstrakcja (jedno- i wielostopniowa) i jej zastosowanie.
6. Określenie układów skondensowanych, reguła faz Gibbsa. Diagramy równowag fazowych układów skondensowanych dla przypadków powstawania: a) prostego eutektyku, b) związku chemicznego, c) kryształów mieszanych. Zależność temperatury topnienie składników od składu mieszaniny tych składników. Analiza termiczna, metodyka pomiarów. Typowe przebiegi zmian temperatury w układach typu a), b), c) (krzywe ostygania).
7. Wzajemna mieszalność trzech cieczy, możliwe przypadki. Równowagi takie opisane za pomocą trójkątu Gibbsa. Wyznaczanie w nim położenia: a) punktu - gdy znana jest zawartość dwóch składników, b) linii odpowiadającej stałej ilości jednego składnika, c) linii zmiany stężenia dwóch składników w stałych proporcjach. Doświadczalne wyznaczanie izotermy wzajemnej rozpuszczalności trzech cieczy (krzywa binodolna) - metodyka pomiarów.
8. Napięcie powierzchniowe cieczy, istota zjawiska, wymiar jednostki. Metodyka pomiaru: a) pęcherzykowa (Rebindera), b)stalagmometryczna, c) wzniesienia w rurkach kapilarnych; budowa i opis przyrządów, metodyka pomiarów. Napięcie powierzchniowe roztworów, związki powierzchniowo czynne (ZPC) - ich budowa. Równania: Szyszkowskiego, Gibbsa. Wykres zależności napięcia powierzchniowego roztworu od stężenia ZPC.
9. Pojęcia adsorpcji fizycznej i chemisorpcji, sposoby odróżniania tych typów adsorpcji. Wpływ temperatury. Izotermy adsorpcji Freundlicha i Langmuira, wyznaczanie stałych tych równań. Adsorpcja substancji rozpuszczonej w roztworze na stałym adsorbencie, metodyka pracy.
10. Prawa Snelliusa, współczynnik załamania światła (czynniki wpływające na jego wielkość), pomiar za pomocą refraktometru Abbego (zasada jego działania), metodyka pomiarów. Refrakcja właściwa i molowa (R), sens fizyczny R. Zasada addytywności refrakcji w przypadku związkow chemicznych i ich mieszanin (roztworów) i jej wykorzystanie. Współczynnik załamania światła roztworów, jego zależność od stężenia substancji rozpuszczonej.
11, 11a. Pojęcie lepkości cieczy, jednostka, wymiar. Pomiar lepkości metodami: a) Stokesa, b) za pomocą wiskozymetru Ostwalda. Równanie Poiseuille'a - zastosowanie do metody Ostwalda. Opis urządzeń pomiarowych, metodyka pomiarów. Wpływ temperatury na lepkość gazów i cieczy. Zależność lepkości cieczy od temperatury - równanie Arrheniusa - Guzmana, wyznaczanie jego stałych (metoda graficzna).
12.Widmo absorpcyjne substancji rozpuszczonej, jego charakterystyczne elementy. Wybór właściwej długości fali dla pomiarów fotometrycznych (kolorymetrycznych). Prawa dotyczące absorpcji światła: Lamberta, Beera, Lamberta - Beera. Definicja ekstynkcji (absorbancji, gęstości optycznej), współczynnik ekstynkcji i jego charakterystyka. Zasada addytywności ekstynkcji. Zasadnicze elementy budowy spektrofotometru (lub spektrokolorymetru). Podstawy kolorymetrycznego wyznaczania pH roztworu oraz stałej dysocjacji słabego kwasu. Siła jonowa i jej wpływ na stałą dysocjacji. Prawo siły jonowej.
13. Schemat Poggendorfa obwodu do pomiaru SEM metodą kompensacyjną. Rodzaje elektrod, budowa. Potencjał elektrody (równanie Nernsta), potencjał normalny. Ogniwo, jego siła elektromotoryczna (SEM), standardowa SEM ogniwa. Zapis schematu budowy ogniwa, znakowanie elektrod i ogniw - zgodnie z Konwencją Sztokholmską. Elektrody i ogniwa wzorcowe, ich budowa. Ogniwa: galwaniczne, stężeniowe, bez przenoszenia jonów. Potencjał dyfuzyjny, jego rola w pomiarach SEM ogniw, sposoby eliminowania. Wyznaczanie potencjału elektrody z pomiarów SEM ogniw. Wyznaczanie iloczynu rozpuszczalności z pomiarów SEM ogniw stężeniowych (i innych), budowa odpowiedniego ogniwa.
14. Związek między pracą maksymalną ogniwa oraz pracą elektryczną. Wyprowadzenie równania Nernsta. Równania wiążące ze sobą wielkości: G, H, S. Jak z doświadczalnej zależności SEM od temperatury znajdujemy wielkość G w danej temperaturze ,oraz wartości S i H?
15. Ogniwa stężeniowe. Budowa ogniwa do wyznaczania entropii mieszania w układzie [Fe(CN)6]4- - [Fe(CN)6]3-, wzór na SEM tego ogniwa. Założenie upraszczające wyrażenie na entropię mieszania. Procedura prowadząca do wyznaczenia entropii z danych doświadczalnych. Całkowanie graficzne.
16. Budowa elektrody chinhydronowej, zależnośc jej potencjału od stężenia jonów wodorowych. Inne elektrody służące do pomiaru pH z pomiarów SEM ogniw, ich budowa, równania opisujące zależność potencjału od stężenia jonów wodorowych; możliwości zastosowania poszczególnych elektrod. Wyznaczanie wartości pK słabego kwasu z pomiarów SEM ogniw. Miareczkowanie pH-metryczne, wyznaczanie punktu równoważnikowego oraz przybliżonej wartości pK (graficznie). Definicja siły jonowej roztworu. Wpływ siły jonowej roztworu na stałą dysocjacji słabego kwasu wyznaczaną z pomiarów SEM.
Zagadnienia wspólne do ćwiczeń 17 i 18.
i II prawo Ohma. Mostek Wheatstone'a i Kohlrauscha, schemat połączeń, warunek równowagi mostka i przyrządy służące do jej ustalenia. Przewodzenie prądu przez przewodniki stałe i roztwory elektrolitów. Definicje i sens fizyczny: przewodnictwa, przewodnictwa właściwego, przewodnictwa równoważnikowego (molowego), granicznego; współzależności między nimi, jednostki, wymiar. Budowa naczyńka do pomiarów przewodnictwa roztworów elektrolitów. Pojemność oporowa naczyńka, jej wyznaczanie.
17. Elementy teorii przewodnictwa elektrolitów. Elektrolity mocne i słabe. Wpływ temperatury na przewodnictwo roztworów elektrolitów. Zależność przewodnictwa molowego elektrolitu mocnego od jego stężenia (równania: Kohlrauscha i Onsagera). Graniczne przewodnictwo molowe.
18. Wykresy zależności przewodnictwa właściwego i molowego od stężenia elektrolitu. Wyznaczanie stopnia i stałej dysocjacji słabego kwasu z pomiarów przewodnictwa. Woda do pomiarów przewodnictwa; fizyczne i chemiczne sposoby usuwania zanieczyszczeń wody.
19. Schemat obwodu elektrycznego służącego do kontroli i przebiegu elektrolizy oraz do pomiarów polarograficznych.Elementy polarografii i woltamperometrii: fala polarograficzna, prąd graniczny (dyfuzyjny), wysokość fali oraz potencjał półfali. Miareczkowanie amperometryczne, typowe krzywe miareczkowania dla różnych przypadków. Wirująca elektroda platynowa, jej budowa i zastosowanie. Mechanizm reakcji elektrochemicznej redukcji tlenu.
20. Schemat obwodu elektrycznego dla wyznaczania krzywej elektrokapilarnej. Podwójna warstwa elektryczna, zarys teorii budowy podwójnej warstwy elektrycznej. Efekt elektrokapilarny. Krzywa elektrokapilarna rtęci, jej wyznaczanie metodą pomiaru czasu trwania kropli lub za pomocą elektrometru kapilarnego Lippmanna. Wpływ różnych jonów (szczególnie anionów) i cząsteczek na kształt krzywej elektrokapilarnej. Wyznaczanie potencjałów desorpcji (adsorpcji). Gęstość ładunku na powierzchni rtęci i jej wyznaczanie z krzywej elektrokapilarnej. Różniczkowanie metodą graficzną.
21. Definicje szybkości reakcji. Cząsteczkowość i rząd równania kinetycznego reakcji. Równania kinetyczne I, II i wyższych rzędów. Wyznaczanie stałych szybkości reakcji na drodze całkowania równań kinetycznych; wymiar stałych szybkości reakcji. Reakcja hydrolizy estrów, jej katalizatory. Mechanizm hydrolizy estrów katalizowanej kwasami, równanie kinetyczne opisujące jej przebieg. Kataliza kwasowo - zasadowa. Doświadczalne śledzenie przebiegu hydrolizy.
22. Czynność optyczna związków chemicznych, jej przyczyny. Budowa polarymetru (schemat) półcieniowego, operacje konieczne dla dokonania odczytu kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji. Zależność kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji od stężenia związku optycznie czynnego, skręcalność właściwa (molowa). Reakcja inwersji sacharozy, jej produkty, katalizatory. Mechanizm katalizowanej kwasami reakcji inwersji sacharozy, równanie kinetyczne opisujące jej przebieg. Wpływ temperatury na szybkość reakcji - równanie Arrheniusa. Elementy teorii kinetyki: zderzeń aktywnych, stanu przejściowego.
23. Chemiczne utleniania jonów jodkowych jonami nadsiarczanowymi; równanie kinetyczne opisujące przebieg tej reakcji. Metody wyznaczania rzędu równania kinetycznego reakcji (w tym metoda izolacyjna Ostwalda).
24. Definicje szybkości reakcji. Cząsteczkowość i rząd reakcji. Równania kinetyczne I i II rzędu. Stała szybkości reakcji - wyznaczanie, wymiar. Kataliza homo- i heterogeniczna, katalizator. Zależność szybkości reakcji od temperatury i stężenia reagentów. Równanie reakcji rozkładu nadtlenku wodoru z udziałem katalizatora węglowego, oznaczanie stężenia produktu gazowego.
25. Schemat obwodu elektrycznego służącego do kontroli i przebiegu elektrolizy oraz do pomiarów polarograficznych. Związek między potencjałem elektrody w stanie równowagi i podczas przepływu prądu, nadpotencjał, potencjał rozkładowy. Elektroliza, napięcie rozkładowe, jego doświadczalne wyznaczanie. Czynniki wpływające na wielkość napięcia rozkładowego. Natężenie a gęstość prądu, równanie Tafela, wyznaczanie stałych tego równania. Pojęcia: współczynnika przejścia (przeniesienia ładunku) i prądu wymiany.
SCHEMAT WYKONANIA SPRAWOZDANIA Z ĆWICZENIA
WZÓR
Imię i nazwisko Data Nr i tytuł ćwiczenia |
|
1. Wstęp teoretyczny (maksymalnie 2 strony A4). 2. Literatura (autor, tytuł, wydawnictwo, rok wydania, rozdział, strony) 3. Cel wykonania ćwiczenia. 4. Opis wykonania ćwiczenia (ogólnie). 5. Obliczenia (lub algorytm i wydruk komputerowy obliczeń). 6. Zestawienie i omówienie wyników + wykresy. 7. WNIOSKI.
|
UWAGA: Sprawozdanie należy przekazać w ciągu tygodnia od daty wykonania ćwiczenia, najpóźniej na początku kolejnej pracowni..
Ad. 1. Krótki wstęp teoretyczny do zadania. Należy podać wszystkie wzory i równania, wg których dokonuje się obliczeń, objaśnienia symboli, wymiar poszczególnych wielkości.
Ad. 3. Cel i metoda wykonania ćwiczenia.
Ad. 4 Opis wykonania ćwiczenia. Należy krótko opisać metodykę wykonywania ćwiczenia, a także podać wszystkie wzory i równania, wg których dokonuje się obliczeń, objaśnienia symboli, wymiar poszczególnych wielkości, a także wartości liczbowe stałych wykorzystywanych w obliczeniach.
Ad. 5. Obliczenia (wg instrukcji). Jeżeli obliczenia wykonano z użyciem komputera, należy w opisie zadania umieścić algorytm obliczeń wraz z przykładowymi obliczeniami (dla wybranego punktu pomiarowego). Należy także podać wartości liczbowe i wymiar stałych fizykochemicznych wykorzystywanych w obliczeniach
Ad. 6. Zestawienie wyników (wg instrukcji do zadania). W przypadku korzystania z komputera, najważniejsze wyniki obliczeń należy dodatkowo umieścić w sprawozdaniu, uwzględniając także wagę statystyczną otrzymanych wyników. Wykresy - wykonane ołówkiem na papierze milimetrowym (niedopuszczalne są wykresy tworzone przy pomocy komputera).
Ad. 7. Przedstawić wnioski dotyczące metody, wykonania i uzyskanych wyników.