Порядок виконання роботи. До виконання практичних робіт з дисципліни

Методичні вказівки

До виконання практичних робіт з дисципліни

«Фізична хімія та аналітичний контроль»

для студентів спеціальності 5.05040103 «Виробництво сталі і феросплавів»

спеціалізації: 5.05040103.01 «Виробництво сталі у конверторах і мартенівських печах», 5.05040103.02 «Електрометалургія сталі і феросплавів»

Укладач Ю.О. Кущ

викладач ІІ категорії

Рецензент Л.Л. Кошутіна.

викладач вищої кваліфікаційної

категорії, викладач - методист

Розглянуто і схвалено на засіданні

Циклової комісії металургійних дисциплін

Протокол № ____

від “____” ____________2011 р.

Голова циклової комісії О.В. Таран

Запоріжжя 2011

Методичні рекомендації до виконання практичних робіт з дисципліни «Фізична хімія та аналітичний контроль» для студентів денної та заочної форм навчання спеціальності 5.05040103

«Виробництво сталі і феросплавів» спеціалізації: 5.05040103.01 «Виробництво сталі у конверторах і мартенівських печах», 5.05040103.02 «Електрометалургія сталі і феросплавів»

. Кущ Ю.О.. – Запоріжжя, ЗМК ЗДІА, 2011 р.

Розглянуто і схвалено на засіданні

циклової комісії металургійних дисциплін

Протокол № ____

від “____” ____________2011 р.

Голова циклової комісії О.В. Таран

Рецензент: викладач вищої кваліфікаційної

категорії, викладач - методист Л.Л. Кошутіна

Зміст

Вступ ......................................................................................................................4

1. Практична робота №1 “Розрахунки за основними газовими законами” ......5

2. Практична робота №2 “Розрахунок теплоємкості, внутрішньої енергії,

роботи” ....................................................................................................................8

3. Практична робота №3 “Розрахунок теплового ефекту хімічної реакції” ….12

4. Практична робота №4 “Розрахунок термодинамічного потенціалу” .......….16

5. Практична робота №5 “Розрахунок ентропії” ..................................................19

6. Практична №6 “Розрахунок швидкості хімічної реакції, а також вивчення впливу температури на швидкість хімічної реакції” .......................................23

7. Практична робота №7 “Розрахунок константи хімічної рівноваги, а також вивчення впливу температури, тиску, концентрації на хімічну рівновагу” ..28

8. Практична робота №8 “Розрахунок фазової рівноваги” ..................................32

9. Практична робота №9 “Розрахунок кількості речовини для приготування розчинів заданої нормальної, молярної, процентної концентрації” ...............36

10. Практична робота №10 “Розрахунок осмотичного тиску розчинів” .............42

Література .................................................................................................................46

Вступ

Діючою програмою з дисципліни “Фізична хімії та аналітичний контроль” передбачається проведення практичних робіт з розділів предмета.

Основна дидактична мета практичної роботи – розширення і деталізація наукових знань, отриманих студентами на лекціях та в процесі самостійної роботи, спрямованих на підвищення рівня засвоєння навчального матеріалу.

Тематика і зміст практичних робіт із переліком рекомендованої літератури заздалегідь доводяться до відома студентів .

Перелік тем практичних робіт визначається робочою навчальною програмою дисципліни.

Готуючись до практичної роботи, студент повинен повторити теоретичний матеріал за даною темою, ознайомитись з порядком виконання практичної роботи. При виконанні практичної роботи необхідно розглянути приклад. Варіанти індивідуальних завдань співпадають з номерами прізвища студента в класному журналі.

Робота повинна починатися з умови завдання. При виконані роботи треба привести короткі пояснення до розрахунків.

Готуючись до заліку, студент повинен повторити теоретичний матеріал, відповісти на контрольні запитання з практичної роботи.

Практична робота № 1

Тема роботи – Загальні газові закони.

Мета роботи – навчитися вести розрахунки за основними газовими законами.

Теоретичне обґрунтування

Для виконання практичної роботи студенти повинні знати газові закони, а саме:

1. Менделєєва – Клапейрона, що встановлює зв’язок між тиском, об’ємом і температурою газів

2. Закон Бойля – Маріотта: при Т – const

V₁ – об’єм газу під тиском Р₁;

V₂ – об’єм газу під тиском Р₂;

d₁ – щільність газу під тиском Р₁;

d₂ – щільність газу під тиском Р₂;

С₁ – концентрація газу під тиском Р₁;

С₂ – концентрація газу під тиском Р₂.

3. Закон Гей – Люсака – характеризує залежність об’єму газу (V) від температури (Т) при сталому тиску

як наслідок:

ρ₁ – щільність газу при температурі Т₁;

ρ₂ – щільність газу при температурі Т₂.

4. Закон Шарля – характеризує залежність між тиском (Р) газу і температурою (Т) при сталому об’ємі (V)

Приклад.

Чому дорівнює маса гідрогену, що займає при нормальних умовах об’єм 4 л? Який об’єм займає ця кількість газу при 27 ⁰С і 150 кПА?

Варіант вирішення:

1) знаходимо масу газу: 2г гідрогену займає об’єм 22,4л

х г гідрогену – 4л

х = 0,357 г.

2) Обчислюємо об’єм газу при 27 ⁰С і 150 кПА:

27 ⁰С + 273 = 300 ⁰К

Відповідь: маса 4л Н₂ (н.у.) дорівнює 0,357г. Об’єм цієї маси газу при 27 ⁰С і 150 кПА становить 2,97л.

Порядок виконання роботи

1. Викладач проводить експрес опитування студентів за темою практичної роботи з метою виявлення готовності студента до виконання роботи.

2. Видача індивідуальних завдань для практичної роботи.

3. Студенти самостійно працюють над розрахунками, складають звіти, роблять висновки з роботи.

4. Захист практичної роботи має бути в усній або в письмовій формі, як спланує заняття викладач.

Контрольні запитання:

1. Запишіть математичну формулу Менделєєва – Клапейрона.

2. Сформулюйте закон Бойля – Маріотта.

3. Сформулюйте закон Гей – Люссака.

4. Сформулюйте закон Шарля.

5. Сформулюйте закон Авогадро.

6. Намалюйте графік ізохори, ізобари, ізотерми.

Варіанти індивідуальних завдань

до практичної роботи №1

1. Газ під тиском 1,2*10⁵ н/м² займає об'єм 4,5 л. Яким буде тиск, якщо, не змінюючи температури, збільшити об'єм до 5,5 л ?

2. У сталевому балоні місткістю 1 л знаходиться кисень під тиском 1,415* 10⁷н/м² при 0°С. Який об'єм (м³) займе та ж кількість газу за нормальних умов ?

3. За нормальних умов щільність двоокису вуглецю 1,977 кг/м³. Яким тиском потрібно стиснути газ, щоб щільність його при 0 С досягала 10 кг/м³ ?

4. Маса 1м³ азоту при 10°С і тиску 9,86*10⁴н/м² дорівнює 1,175 кг Яка маса цього ж об'єму азоту під тиском 1,092*10 н/м² при тій же температурі ?

5. Азот в кількості 56г під тиском 4,052*10⁵н/м² займає об'єм 10л. Який потрібно застосувати тиск, щоб концентрація азоту стала 0,3моль/л при постійній температурі.

6. При 37°С об'єм газу дорівнює 0,50м³. Який об'єм займе газ при 100°С, якщо тиск залишиться постійним ?

7. При 18°С тиск в балоні з азотом дорівнює 1,621* 10⁶н/м². При якій температурі тиск зростає в 2 рази ?

8. Щільність Неону при н.у. дорівнює 0,90°кг/м³. Розрахувати щільність]Неону, приймаючи його за ідеальний газ, при 27°С і тому жтискові.

9.При н.у. концентрація метану дорівнює 0,0447 кмоль/м³. Обчислити при якій температурі і нормальному тиску маса 10м³ метану буде 8 кг?

10.Обчислити об'єм димових газів при нормальному тиску, якщо їх об'єм при тиску 9,888*10 н/м і постійній температурі дорівнює 10м .

11. При н.у.1кг повітря займає об'єм 0,773м³. Який буде об'єм цього ж повітря при 9320н/м² і 0°С.

12. Об'єм азоту під тиском 2,25*10⁵н/м² дорівнює 125л. Під яким тиском об'єм стане 10м³?Температура газу постійна.

13. Тиск газу, що займає об'єм 2,6м , дорівнює 1,5*10 н/м2. Яким стане тиск, якщо, не змінюючи температури, стиснути газ до 500л?

14. У сталевому балоні місткістю 12л знаходиться кисень підтиском 1,418*10⁷н/м² і при 0°С. Який об'єм займе ця кількість кисню (м³) за нормальних умов?

15. За нормальних умов щільність ацетилену 1,16 кг/м³. Визначити щільність цього ж газу під тиском 1,25Ін/м і 0 С.

16.За нормальних умов щільність азоту 1,251*10 кг/м . Який тиск необхідно прикласти, щоб щільність цього газу при 0°С стала 5 кг/м³?

17. Під яким тиском знаходиться кисень, якщо щільність його при 0°С дорівнює 6,242 кг/м? Щільність кисню при н.у. 1,429кг/м .

18. При 0°С і 4,558*10⁵н/м² щільність азоту 5,625кг/м³. Яка щільність азоту при 0°С 1,165*10⁶н/м² ?

19. Маса 1м³ повітря при н.у. 1,293кг. Яка маса цього ж об'єму повітря при тиску 435 н/м² і 0°С.

20.Маса 1м³ сухого коксового газу при н.у. 0,480 кг. Яка маса цього ж об'єму газу під тиском 93300н/м² і при 0°С?

21. Маса 1м³ сухого доменного газу при н.у. 1,24 кг. Яка маса цього ж об'єму газу при 0°С і 1,566*10⁵н/м²?

22. Під тиском 6,078* 10⁵н/м² 2,4 кг кисню займає об'єм Зм³. Обчислити тиск при якому концентрація кисню стала 0,1 кмоль/м³. Температура постійна.

23. Під тиском 101325 н/м² і при 0°С концентрації метану 0,04472 кмоль/м³. Під яким тиском маса 4м³ метану при 0°С складе 32кг?

24. При 17°С газ займає об'єм 680м³. Який об'єм займе цей же газ при 100°С, якщо тиск залишиться незмінним ?

25. У скільки разів збільшиться об'єм газу при постійному тиску, якщо підвищити температуру від 0 до 280°С?

Рекомендована література:

1. Гамеева О.С. Физическая и колоидная химия.М. Высшая школа. 1969.408 с. § 21

Практична робота № 2

Тема роботи – Теплоємкість речовин.

Мета роботи – навчитися вести розрахунки теплоємності, яка є важливим параметром у розрахунках теплових балансів виробничих процесів.

Теоретичне обґрунтування

Теплоємкість – здібність речовин поглинати при нагріванні теплоту. У різних речовин вона різна. Оцінюється теплоємкість кількістю теплоти (кДж, Дж), що поглинається речовиною при нагріванні на 1⁰С.

Питова теплоємкість(С_п) – це кількість теплоти, що необхідно для нагрівання 1кг речовини на 1⁰С (кДж/кг х град, дж/кг х град).

Мольна теплоємкість(С_м) – кількість теплоти, необхідне для нагрівання 1 моля речовини на 1⁰С (КДж/кмоль х град, Дж/моль х град).

У технічній термодинаміці використовують також об’ємну теплоємкість(С_об).

Об’ємна теплоємкість – кількість тепла, необхідне для нагрівання 1м³ газу на 1⁰С.

Мольна теплоємкість:

1. С_м = С_п * М_r , М_r–молярна маса речовини

2. С_об= С_м/22,4; С_об= С_п * ρ

ρ – питома вага газу кг/м³

3. С_v – ізохорна теплоємкість

C_p – ізобарна теплоємкість

C_p- С_v= R

R- універсальна газова стала ; R=8,313 Дж/град