Из предисловия к первому изданию ........... 9
Предисловие ко второму изданию ...........
10
Глава I. Ошибки измерений, их причины и способы расчета
Происхождение ошибок..................... И
Абсолютная и относительная ошибки.............. 13
Литература......................... 23
v Глава II. Применение графического метода в физической химии
Выбор масштабов........................ 25
Определение постоянных линейного уравнения......... 26
Преобразование функций к линейному виду........... 31
Значение масштабов при графическом определении постоянных . 34
Графический метод определения порядка реакции ...... • . 36
Литература.......................... 36
Глава III. Определение молекулярного веса растворенного вещества криоскопическим и эбулиоскопическим методами
Теоретическая часть
Основные уравнения для расчета молекулярного веса...... 37
Экспериментальная часть
Термометр Бекмана . . . . •.................. 39
Криоскопические измерения................... 41
Эбулиоскопические измерения.................. 45
Литература.......................... 47
Глава IV. Калориметрические измерения
Теоретическая часть
Введение............................ 48
Первый закон термодинамики . . .'............... 48
Закон Гесса......-.................... 49
Расчет теплоты гидратообразования соли ............ 50
Реакция нейтрализации ... .................. 51
Экспериментальная часть
Устройство калориметра с электрообогревом .......... 52
Определение постоянной калориметра.............. 53
Определение теплоты растворения соли............. 55
Определение теплоты гидратообр-азования сернокислой меди ... 55
Литература.......................... 56
Глава V. Определение константы равновесия реакции в газовой фазе
Теоретическая часть
Понятие химического равновесия ............ .... 57
Уравнение изотермы реакции.................. 58
Зависимость константы равновесия от температуры....... 59
Экспериментальная часть
1. Изучение равновесия реакции 2S02 + O2 Т"*" 2SO8....... 62
Условия протекания реакции и аналитическое выражение для
константы равновесия .................... 62
Описание установки ...................... 64
Анализ смеси газов....................... 66
Последовательность операций................• . 68
2. Изучение равновесия реакции СО + Н2О ^Г± СО2 + Н2 . . . • • 69 Условия протекания реакции и аналитическое выражение для
константы равновесия.........•.......... 69
Описание установки для изучения равновесия реакции
СО2 + Н2 -*• СО + Н2О......:............ 73
Описание установки для изучения равновесия реакции
СО + Н3О -» СО2 + Н2................... 76
Последовательность операций.................. 78
3. Изучение равновесия реакции N2O± 7"*" 2NO2.......... 79
Условия протекания реакции и аналитическое выражение для
константы равновесия.................... 79
Описание установки....................• . . 80
Литература.....................• . . . . 84
Глава VI. Определение давления насыщенных паров легколетучих жидкостей
Теоретическая часть
Зависимость давления насыщенного пара от температуры .... 85
Экспериментальная часть
Метод измерения давления насыщенного пара.......... 86
Литература.......................... 88
Глава VII. Гетерогенные равновесия
Теоретическая часть
1. Физико-химический анализ................... 89
Введение............................ 89
Диаграмма плавкости...................... 90
Кривые охлаждения....................... 90
2. Правило фаз.......................... 91
Введение............................ 91
Фаза.............................. 91
Компонент........................... 91
Степени свободы........................ 92
Правило фаз........................... 93
3. Полностью смешивающиеся жидкости.............. 94
Идеальные растворы...................... 94
Неидеальные растворы..................... 97
Закон Генри.........'................. 98
Правило рычага........................ 100
4. Ограниченно смешивающиеся жидкости............. 101
Введение............................ Ю1
Диаграмма температура — состав................ 101
Влияние температуры на растворимость............. 102
Системы с нижней критической точкой............. 103
5. Диаграммы состояний расплавов (диаграммы плавкости)..... 104
Введение............................ 104
Изоморфные смеси....................... 104
Диаграммы плавкости неизоморфных веществ.......... 105
Эвтектика........................... 107
Неизоморфные смеси, образующие устойчивое химическое соединение ......................'...... 109
Неизоморфные смеси, образующие неустойчивое химическое соединение .......................... 111
Смеси с ограниченной растворимостью в твердом состоянии ... 112
Экспериментальная часть
1. Исследование перегонки*бинарных смесей (полностью смешивающиеся жидкости)...................... 113
Введение............................ 113
Аппаратура и методика измерений............... ИЗ
Обработка результатов измерений................ 115
Контрольные вопросы и задачи................ 115
2.Изучение взаимной растворимости жидкостей. . ........ 116
Введение............................ 116
Методика измерения........*.............. 120
Обработка результатов наблюдений............... 121
Контрольные вопросы и задачи................ 122
3. Изучение кристаллизации бинарных смесей........... 122
Введение............................ 122
Аппаратура и методика измерений ..... .......... 122
Исследование при высоких температурах . . . . 122
Проведение опыта....................... 125
Обработка результатов наблюдений............... 125
Исследование при низких температурах..... 126
Обработка результатов наблюдений............... 127
Контрольные вопросы и задачи................ 128
Литература ......................... 128
Глава VIII. Химическая кинетика
Теоретическая часть
Влияние концентрации, температуры и катализаторов на скорость
реакции........................... 129
Скорость реакции ....................... 129
Кинетическая классификация реакций.............. 130
Определение порядка реакции ................. 132
Влияние температуры на скорость реакции ........... 132
Влияние катализаторов на скорость реакции .......... 134
Измерение скорости реакции.................. 135
Экспериментальная часть
1. Изучение скорости инверсии тростникового сахара....... 136
Введение............................ 136
Оптические свойства...................... 136
Аппаратура.......................... 137
Методика измерений...................... 139
Обработка результатов наблюдений............... 140
Контрольные вопросы..................... 142
2. Изучение скорости мутаротации глюкозы............ 142
Введение............................ 142
Аппаратура и методика измерений ............... 142
Обработка результатов наблюдений............... 143
3. Изучение скорости омыления сложных зфиров в присутствии
ионов водорода....................... 143
Введение............................ 143
Методика измерений ...................... 144
Обработка результатов наблюдений............... 145
Контрольные вопросы и задачи................ 145
4. Изучение скорости омыления сложных эфиров в присутствии
ионов гидроксила...................... 146
Введение........................... 146
Аппаратура и методика измерений ............... 146
Метод титрования.................... 147
Обработка результатов наблюдений ............... 148
Метод электропроводности •............. 149
Обработка результатов наблюдений............... 149
Контрольные вопросы..................... 150
5. Изучение скорости реакции иодирования ацетона........ 151
Введение........................... 151
Методика измерений...................... 151
Обработка результатов наблюдений............... 152
Контрольные вопросы . "..............•..... 152
Литература.......................... 152
Глава IX. Электропроводность электролитов
Теоретическая часть
Удельная электропроводность ................. 153
Эквивалентная электропроводность ............... 155
Константа диссоциации слабого электролита........... 156
Экспериментальная часть
1. Определение константы диссоциации слабой кислоты...... 157
Метод измерения электропроводности.............. 157
Описание установки...................... 158
Определение постоянной сосуда................. 161
Определение константы диссоциации слабой кислоты ...... 162
Литература.......................... 163
2. Кондуктометрическое титрование................ 163
Определение эквивалентной точки......•......... 163
Проведение опыта....................... 168
Литература...................•...... 169
3. Определение чисел переноса ионов............... 169
Введение...............•............ 169
Измерение количества электричества ...._.......... 172
Определение чисел переноса ионов Н+ и SOj ........ 174
Определение чисел переноса ионов К+ и С1~.......... 175
Литература......................... 177
Глава X. Электродвижущие силы
Теоретическая часть
Гальванический элемент..................... 178
Электродвижущая сила химического элемента.......... 180
Электродвижущая сила концентрационного элемента....... 183
Определение потенциала электрода............... 185
Экспериментальная часть
1. Измерение электродвижущей силы гальванических элементов . . ]§7 'Методы измерения электродвижущих сил............ 187
Общие замечания к работе................... . 192
Нормальный (стандартный) элемент............... 193
Измерение электродвижущей силы, элемента Якоби....... 194
Каломельный полуэлемент.................... 195
Вычисление потенциала отдельных электродов......... 196
Определение электродвижущей силы концентрационного элемента ............................ 197
Литература.......................... 197
2. Определение водородного показателя.............. 197
Водородный показатель..................... 197
Буферные смеси........................ 199
Методы определения рЧИ.................... 201
Водородный электрод...................... 201
Хингидронный электрод.................... 202
Стеклянный электрод...................... 204
Изготовление водородного электрода и определение рНраствора 205 Изготовление хингидронного электрода и определение рН раствора ............................ 206
Изготовление стеклянного электрода и определение рН раствора 207
Литература.......................... 210
3. Потенциометрическое титрование.....•.........• 210
Сущность потенциометрического титрования.......... 210
Титрование смеси кислот .................... 214
Титрование галогенов азотнокислым серебром (метод осаждения) 215 Преимущества и недостатки метода потенциометрического титрования ............................ 217
Методика потенциометрического титрования........... 217
4. Определение коэффициентов активности измерением электродви-
жущих сил гальванических элементов ............ 220
Введение............................ 220
Вычисление коэффициента активности на основании измерения
электродвижущих сил.................... 222
Методика определения коэффициента активности........ 223
Литература.......................... 224
Глава XI. Электродные процессы
Теоретическая часть
Общие сведения........................ 225
Перенапряжение водорода................... 227
Экспериментальная часть
1. Напряжение разложения.................... 228
Описание установки...................... 228
Измерение напряжения разложения............... 230
2. Измерение потенциала выделения металла и перенапряжения
водорода .......................... 231
Описание установки...................... 231
Проведение опыта....................... 232
Литература.......................... 234
Глава XII. Теплопроводность газов
Теоретическая часть
Уравнение теплопроводности идеального газа.......... 235
Экспериментальная часть
Описание установки......................238
Калибрирование газоанализатора и определение состава газа . . 240 Литература..........................241
Глава XIII. Строение молекул
Теоретическая часть
Структурная характеристика молекул.............. 242
Дипольные моменты. Поляризуемость. Поляризация....... 242
Молярная рефракция................... ' . \ 243
Аддитивность рефракции двух органических жидкостей..... 245
Дипольные моменты...................... 246
Парахор............................ 248
Экспериментальная часть
1. Рефрактометрия........................ 249
Введение.....................'.'.'..'.'.'.'. 249
Рефрактометр Аббе....................... 250
Рефрактометр Пульфриха.................... 253
Определение плотности жидкости................ 255
Изучение закона аддитивности рефракции.......... . . 255
Определение рефракции растворенного вещества........ 257
2. Парахор..................... 257
Определение поверхностного натяжения жидкости ....... 258
3. Диэлектрическая постоянная и дипольный момент........ 260
Принцип измерения диэлектрической постоянной по методу
биений...................... 260
Описание диэлькометра................. 261
Определение диэлектрической постоянной........... 265
Определение состава раствора из двух компонентов....... 266
Определение дипольного момента........... 266
Литература........................ 269
Приложения
I. Устройство и установка термостата.............270
II. Электронные лампы и их применение......... 272
III. Таблицы.......................... ^
IV. Номограммы......................'. 289
Номограмма I. Взаимные пересчеты весовых и молярных концентраций в растворах и бинарных смесях
Номограмма П. Константа равновесия, давление пара, константа скорости
Номограмма III. Константа равновесия, давление пара, константа скорости
Номограмма IV. Константа скорости реакции первого порядка
Номограмма V. Константа диссоциации слабых бинарных электролитов •
ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Составление нового руководства к практическим занятиям по физической химии вызвано необходимостью дать студентам химико-технологических вузов пособие, излагающее на уровне достижений современной науки методику и технику эксперимента.
При подборе задач и изложении материала авторы старались возможно теснее связать вопросы теории с практикой, показать направляющую роль теории в опыте и научить студента пользоваться математическим Яппаратом в экспериментальной работе. Подробно описаны приемы исследования и аппаратура, применяемая в современных исследовательских и производственных лабораториях.
Сама методика опыта, условия его проведения и объекты исследования по мере возможности приближены к реальным условиям, с которыми будущий инженер может столкнуться в своей практической работе.
В практикум вошло описание более 30 работ. Наряду с классическими работами, входящими во все существующие руководства к лабораторным занятиям по физической химии, включены и некоторые новые (изучение равновесия в газовой фазе, определение парахора, рефрактометрия, определение дипольного момента); кроме того, расширены разделы, посвященные химической кинетике и электрохимии (электродвижущие силы).
Так как в настоящее время в физико-химических измерениях широко применяются электронные лампы, то в приложении к руководству приведены элементарные сведения .о принципе работы электронных ламп и описаны приборы, основанные на их действии.
Каждый раздел практикума разбит на две части — теоретическую и экспериментальную. Первая составлена так, чтобы студент мог сознательно выполнять любую из работ данного раздела, но не заменяет и не дублирует теоретических курсов. Исключение представляет раздел «Гетерогенное равновесие», в котором несколько увеличен объем теоретической части; это было вызвано желанием систематически изложить вопросы, недостаточно полно освещенные в учебниках по физической химии.
В экспериментальной части перед каждой работой дается краткое введение. Затем описывается аппаратура и методика измерений и указывается способ обработки экспериментальных данных,
