Этапы проведения лабораторного занятия.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

к лабораторным занятиям

модуль № 2 «Элементы химической термодинамики.

Элементы химической кинетики».

учебной дисциплины Химия

для специальности 31.05.01 «Лечебное дело»

курс 1 семестр 1

Составитель Иванова Н.С.

к.х.н., доцент, зав. кафедрой

Рецензент Задорожная А.Н.

к.х.н., доцент

Владивосток, 2016

1.Тема занятия:Элементы химической термодинамики. Определение энтальпии растворения соли

2.Мотивация изучения темы:термохимические исследования позволяют раскрыть возможности для решения теоретических и практических проблем в

¾ нормальной физиологии:оценка уровня основного обмена в живых организмах, изучение энергетики мышечного сокращения;

¾ биохимии:оценка энергетики биохимических процессов, изучение конформационных переходов белков и нуклеиновых кислот;

¾ микробиологии, вирусологии:идентификация и оценка цитоксичности растущих микроорганизмов по теплопродукции;

¾ гигиене:составление энергоменю для различных групп населения.

3.Цели занятия:

3.1.Общая цель:изучение темы направлено на формирование компетенций ОПК - 7 по ФГОС специальности.

Конкретные цели и задачи.

После изучения темы студент должен:

«знать» -преимущества и ограничения термодинамики, формулировки и математические выражения I – ого начала термодинамики, закона Гесса и его следствий. Знать способы определения энтальпии реакций;

«уметь» -решать типовые и ситуационные задачи, опираясь на теоретические положения. Ориентироваться в справочных данных. Представлять данные эксперимента в виде графиков и обсчитывать их. Делать выводы с учётом достоверности полученного результата;

«владеть» -навыками экспериментального определения тепловых эффектов: собрать установку, пользоваться физическим и химическим оборудованием, измерять термодинамические переменные и функции. Навыками использования обучающей программы «Measure» в химическом эксперименте и навыками безопасной работы в химической лаборатории.

4.Вопросы, изученные на предшествующих дисциплинах и необходимые для освоения темы.

1. Тепловые эффекты химических реакций.

2. Классификация химических реакций по тепловому эффекту.

3. Термохимические уравнения химических реакций.

4. Формулировки I – ого начала термодинамики.

Знания получены при изучении курса химии и физики общеобразовательных учебных заведений.

5.Задания для самостоятельной подготовки к лабораторному занятию.

5.1. Перечень контрольных вопросов для самоконтроля знаний.

1. Преимущества и ограничения термодинамики.

2. Термодинамические переменные и термодинамические функции состояния.

3. Первое начало термодинамики.

4. Энтальпия. Стандартная энтальпия.

5. Способы вычисления энтальпии реакции:

¾ закон Гесса,

¾ следствия из закона Гесса.

6.Калориметрическое определение энтальпии процессов растворения,

нейтрализации и др.

5.2.Задания для СРС во внеучебное время.

Опираясь на теоретические положения, решить задачи:

Задача № 1

Вычислить стандартную энтальпию реакции

S_(T)+O_2(г)↔SO_2(г), используя данные:

2S_(T)+3O_2(г),↔ 2SO_3(г) ΔΗ⁰= -790 кДж/моль

2SО_{2 (г)}+O_2(г),↔ 2SO_3(г) ΔΗ⁰= -196 кДж/моль

Ответ: ΔΗ⁰= -297 кДж/моль

Задача на закон Гесса.

Задача № 2

Вычислить стандартную энтальпию хемосинтеза, протекающего в автотропных бактериях, по стадиям и суммарно:

а) 2Н₂S_(г)+О_2(г)→2Н₂О_(ж)+2S_(т)

б) 2S_(т)+3О_2(г)+2Н₂О _(ж)→2H₂SO_4(ж)

в) 2Н₂S_(г)+4О_2(г)→2Н₂SО_4(ж)

Ответ: ΔΗ⁰_(а)= -523 кДж/моль

ΔΗ⁰_(б)= -1056 кДж/моль

ΔΗ⁰_(в)= -1588 кДж/моль

Задача на 1 – ое следствие из закона Гесса.

Задача № 3

Вычислить стандартную энтальпию реакции

2С₂Н₅ОН_(ж)→ С₂Н₅ – О - С₂Н_5(ж)+Н₂О_(ж), используя значения

ΔΗ⁰ сгорания веществ.

Ответ: ΔΗ⁰= -9кДж/моль

Задача на 2 – ое следствие из закона Гесса.

Задача № 4(расчётно - графическая работа)

На основании экспериментальных данных определите тепловой эффект растворения 4,28 г NН₄Cl в 800 мл воды, если для нагрева системы было затрачено 60 кДж/моль.

5.3.Задания для самоконтроля подготовки к лабораторному занятию.

Вариант теста № 1

Функцией состояния является:

а) давление

б) энтальпия

в) температура.

Вариант теста № 2

Стандартная энтальпия реакции С₆Н₁₂О₆ →2С₂Н₅ОН+2СО₂

составляет - 74 кДж/моль, на основании этого можно сделать вывод:

а) скорость реакции велика

б) скорость реакции мала

в) скорость реакции определить нельзя.

Вариант теста № 3

Реакция С₆Н₁₂О₆ →2С₂Н₅ОН+2СО₂ относится к экзотермическим. Реакция протекает:

а) только в прямом направлении

б) реакция обратима

в) направление реакции определить нельзя.

Рис. 1. Внешний вид установки.

Запустите программу Measure и выберите инструмент «Температура», установите параметры измерения согласно рис. 2.

Рис. 2. Параметры измерения.

После этого необходимо откалибровать датчик температуры. Для этого нажмите клавишу «Калибровать», установите температуру окружающей среды и нажмите кнопку «Калибровать». После проделанных операций нажмите «Далее».

Рис. 3. График кривой зависимости температуры раствора соли от времени, определение константы калориметра.

Для нахождения величины DТ к участкам кривой до и после температурного скачка проводят касательные. На участке до скачка температуры находят последнюю точку (т.1), а на участке после – первую точку (т.2), одновременно принадлежащие кривой и касательной. Эти точки сносят на ось ординат и определяют величину отрезка, численно равного DТ. Энтальпию растворения соли рассчитывают по уравнению

где А– электрическая энергия, сообщенная системе;

DН – тепловой эффект растворения соли, Дж/моль;

DТ₁ - изменение температуры в процессе растворения соли, К;

DТ₂ - изменение температуры при нагревании системы, К;

Задания для контроля уровня сформированности компетенций в учебное время.

Задача № 1

а) Вычислите теплоту сгорания этанола С₂Н₅ОН_(ж)+ О_2(г)→2СО_2(г)+3Н₂О_(ж).

б) Проделайте то же самое для глюкозы С₆Н₁₂О_6(т).

в) Сопоставьте удельные теплоты сгорания (в кДж/г) этанола и глюкозы. На основании расчёта укажите, что является лучшим источником энергии – водка или конфета? Примите к сведению, что водка содержит 40 вес % этанола, а конфета – 100 вес % глюкозы.

Задача № 2

В стакане молока с низкой жирностью содержится приблизительно 8 г белков, 12 г углеводов и 4 г жиров. Вычислите приблизительную калорийность стакана такого молока в кДж и ккал.

Приложение

Термодинамические свойства некоторых элементов, неорганических и органических соединений в стандартных условиях

Соединение	ΔΗ0обр., кДж/моль
Н2S (газ)	-20,0
H2O (жидк.)	-286,0
H2SO4 (жидк.)	-814,0
C2H5OH (жидк.)	-277,63
CO2 (газ)	-393,51
C6H12O6 (твёрд.)	-1260,0

Соединение	ΔΗ0сгор.., кДж/моль
С2Н5ОН (жидк.)	- 1371,0
(С2Н5)2О (жидк.)	-2733,0

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

к лабораторным занятиям

модуль № 2 «Элементы химической термодинамики.

Элементы химической кинетики».

учебной дисциплины Химия

для специальности 31.05.01 «Лечебное дело»

курс 1 семестр 1

Составитель Иванова Н.С.

к.х.н., доцент, зав. кафедрой

Рецензент Задорожная А.Н.

к.х.н., доцент

Владивосток, 2016

1.Тема занятия:Элементы химической термодинамики. Определение энтальпии растворения соли

2.Мотивация изучения темы:термохимические исследования позволяют раскрыть возможности для решения теоретических и практических проблем в

¾ нормальной физиологии:оценка уровня основного обмена в живых организмах, изучение энергетики мышечного сокращения;

¾ биохимии:оценка энергетики биохимических процессов, изучение конформационных переходов белков и нуклеиновых кислот;

¾ микробиологии, вирусологии:идентификация и оценка цитоксичности растущих микроорганизмов по теплопродукции;

¾ гигиене:составление энергоменю для различных групп населения.

3.Цели занятия:

3.1.Общая цель:изучение темы направлено на формирование компетенций ОПК - 7 по ФГОС специальности.

Конкретные цели и задачи.

После изучения темы студент должен:

«знать» -преимущества и ограничения термодинамики, формулировки и математические выражения I – ого начала термодинамики, закона Гесса и его следствий. Знать способы определения энтальпии реакций;

«уметь» -решать типовые и ситуационные задачи, опираясь на теоретические положения. Ориентироваться в справочных данных. Представлять данные эксперимента в виде графиков и обсчитывать их. Делать выводы с учётом достоверности полученного результата;

«владеть» -навыками экспериментального определения тепловых эффектов: собрать установку, пользоваться физическим и химическим оборудованием, измерять термодинамические переменные и функции. Навыками использования обучающей программы «Measure» в химическом эксперименте и навыками безопасной работы в химической лаборатории.

4.Вопросы, изученные на предшествующих дисциплинах и необходимые для освоения темы.

1. Тепловые эффекты химических реакций.

2. Классификация химических реакций по тепловому эффекту.

3. Термохимические уравнения химических реакций.

4. Формулировки I – ого начала термодинамики.

Знания получены при изучении курса химии и физики общеобразовательных учебных заведений.

5.Задания для самостоятельной подготовки к лабораторному занятию.

5.1. Перечень контрольных вопросов для самоконтроля знаний.

1. Преимущества и ограничения термодинамики.

2. Термодинамические переменные и термодинамические функции состояния.

3. Первое начало термодинамики.

4. Энтальпия. Стандартная энтальпия.

5. Способы вычисления энтальпии реакции:

¾ закон Гесса,

¾ следствия из закона Гесса.

6.Калориметрическое определение энтальпии процессов растворения,

нейтрализации и др.

5.2.Задания для СРС во внеучебное время.

Опираясь на теоретические положения, решить задачи:

Задача № 1

Вычислить стандартную энтальпию реакции

S_(T)+O_2(г)↔SO_2(г), используя данные:

2S_(T)+3O_2(г),↔ 2SO_3(г) ΔΗ⁰= -790 кДж/моль

2SО_{2 (г)}+O_2(г),↔ 2SO_3(г) ΔΗ⁰= -196 кДж/моль

Ответ: ΔΗ⁰= -297 кДж/моль

Задача на закон Гесса.

Задача № 2

Вычислить стандартную энтальпию хемосинтеза, протекающего в автотропных бактериях, по стадиям и суммарно:

а) 2Н₂S_(г)+О_2(г)→2Н₂О_(ж)+2S_(т)

б) 2S_(т)+3О_2(г)+2Н₂О _(ж)→2H₂SO_4(ж)

в) 2Н₂S_(г)+4О_2(г)→2Н₂SО_4(ж)

Ответ: ΔΗ⁰_(а)= -523 кДж/моль

ΔΗ⁰_(б)= -1056 кДж/моль

ΔΗ⁰_(в)= -1588 кДж/моль

Задача на 1 – ое следствие из закона Гесса.

Задача № 3

Вычислить стандартную энтальпию реакции

2С₂Н₅ОН_(ж)→ С₂Н₅ – О - С₂Н_5(ж)+Н₂О_(ж), используя значения

ΔΗ⁰ сгорания веществ.

Ответ: ΔΗ⁰= -9кДж/моль

Задача на 2 – ое следствие из закона Гесса.

Задача № 4(расчётно - графическая работа)

На основании экспериментальных данных определите тепловой эффект растворения 4,28 г NН₄Cl в 800 мл воды, если для нагрева системы было затрачено 60 кДж/моль.

5.3.Задания для самоконтроля подготовки к лабораторному занятию.

Вариант теста № 1

Функцией состояния является:

а) давление

б) энтальпия

в) температура.

Вариант теста № 2

Стандартная энтальпия реакции С₆Н₁₂О₆ →2С₂Н₅ОН+2СО₂

составляет - 74 кДж/моль, на основании этого можно сделать вывод:

а) скорость реакции велика

б) скорость реакции мала

в) скорость реакции определить нельзя.

Вариант теста № 3

Реакция С₆Н₁₂О₆ →2С₂Н₅ОН+2СО₂ относится к экзотермическим. Реакция протекает:

а) только в прямом направлении

б) реакция обратима

в) направление реакции определить нельзя.

Этапы проведения лабораторного занятия.

№ п/п	Название этапа	Цель этапа	Время (мин.)
I. Вводная часть занятия
1.	Организация занятия	Мобилизация внимания студентов: проверка присутствующих, их внешнего вида, наличия рабочих тетрадей и лекций.
2.	Определение темы, мотивации, целей и задач занятия	Формирование мотивации данного занятия, значимости его в подготовке врача и, как следствие, активизация познавательной деятельности студентов.
II. Основная часть занятия
3.	Контроль исходных знаний, умений, навыков (ЗУН)	Выявление исходного уровня ЗУН.
4.	Общие и индивидуальные задания для СРС в учебное время	Дифференцированное ориентирование студентов к предстоящей работе.
5.	Демонстрация методики лабораторной работы	Разбор ориентировочной основы действия (ООД) с использованием обучающей программы «Measure»в химическом эксперименте.
6.	Управляемая СРС в учебное время	Выполнение эксперимента. Овладение общепрофессиональной компетенцией ОПК - 7.
7.	Реализация лабораторной работы	Расчётно – графическая работа; контроль результатов обучения и оценка с помощью дескрипторов.
8.	Итоговый контроль	Оценивание индивидуальных достижений студента, выявление ошибок и их корректировка.
III. Заключительная часть занятия
9.	Подведение итогов занятия	Оценка деятельности студентов и достижения цели занятия.
10.	Общие и индивидуальные задания для СРС во внеучебное время	Подготовка по методическим рекомендациям для студентов к лабораторной работе «Скорость реакции и энергия активации кислотного гидролиза этилацетата».

7.Ориентировочная основа действия (ООД) для проведения самостоятельной работы студентов в учебное время.

Лабораторная работа«Определение энтальпии растворения соли».

Цель работы –определение интегральной энтальпии растворения соли в воде.

Приборы и реактивы:Cobra 3 базовый блок, измерительный модуль температуры РТ 100, термопара для РТ 100, калориметр прозрачный, нагревательный элемент, измерительный блок работы и мощности, универсальный блок питания, соединительные провода, магнитная мешалка, магнитный брусок, сепаратор для магнитного бруска, цилиндр, навеска соли.

Методика выполнения работы.Соберите установку как показано на рис. 1, но сразу не подключайте нагревательный элемент к измерительному блоку работы и мощности.

Рис. 1. Внешний вид установки.

Запустите программу Measure и выберите инструмент «Температура», установите параметры измерения согласно рис. 2.

Рис. 2. Параметры измерения.

После этого необходимо откалибровать датчик температуры. Для этого нажмите клавишу «Калибровать», установите температуру окружающей среды и нажмите кнопку «Калибровать». После проделанных операций нажмите «Далее».