Физическая химия

 
 
 
 
 
 
 

 

 

А. И. Винокуров, Р. И. Винокурова, О. В. Силкина  

 

 

 

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 

 

Лабораторный практикум   

 

 

 

 

 

 

 

 
 

Йошкар-Ола 

2016 

УДК 546 
ББК  24 

В 49 

 
 

Рецензенты: 

кандидат химических наук, доцент Марийского государственного   

университета Т. В. Петухова; 

кандидат химических наук, доцент Поволжского государственного 

технологического университета В. Л. Фоминых 

 
 

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 

 
 
 
 

Винокуров, А. И. 

В 49      Физическая химия: лабораторный практикум / А. И. Винокуров, 

Р. И. Винокурова, О. В. Силкина. – Йошкар-Ола: Поволжский гос-
ударственный  технологический университет, 2016. – 80 с. 
ISBN 978-5-8158-1780-7 

 
Представлены описания лабораторных работ по основным разделам 

физической химии. По каждой рассмотренной теме приведены теоретиче-
ские основы для изучения и повторения материала и закрепления его при 
выполнении лабораторного практикума. В конце каждой работы даны 
контрольные вопросы и задания для самостоятельной подготовки к прак-
тическому занятию.  

Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров 

22.03.01 «Материаловедение и технология металлов» и 19.03.01 «Биотех-
нология». 

ББК  24 
УДК 546 

 
ISBN 978-5-8158-1780-7 
© Винокуров А. И., Винокурова Р. И.,  

 
Силкина О. В., 2016  
© Поволжский государственный   
технологический университет, 2016 

ВВЕДЕНИЕ 

 
Лабораторные занятия являются основой курса физической хи-

мии в высшей школе, предусмотренной ФГОС специальности.  

Основные вопросы физической химии, изложенные на лекциях, 

закрепленные на практических занятиях и при выполнении индиви-
дуальных заданий с использованием рекомендованной литературы, а 
также предшествующая описанию работ в данном издании теорети-
ческая часть, позволяют студентам подготовиться к лабораторным 
занятиям. 

Выполняя самостоятельно опыты, студенты приобретают необ-

ходимые знания об основных закономерностях протекания химиче-
ских реакций, навыки при работе в химических лабораториях с раз-
личными химическими соединениями, умение пользоваться обору-
дованием и приборами, учатся правильно оформлять результаты ис-
следований и объяснять их. 

Издание включает вводную часть, в которой приведены основ-

ные положения техники безопасности и правила работы в химиче-
ской лаборатории. В разделах практикума по физической химии 
представлены десять лабораторных работ, включающих теоретиче-
ские основы, экспериментальную часть, описания опытов. В конце 
каждой работы приведены контрольные вопросы для закрепления 
материала и самопроверки знаний.  

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 

 

1. Правила работы в химической лаборатории 

 

1. Успешная работа в лаборатории химии возможна при условии 

строгого соблюдения техники безопасности и указаний, приводимых 
в описаниях опытов. 

2. Во время работы в лаборатории необходимо соблюдать чисто-

ту, тишину и порядок. 

3. Запрещается в лаборатории курить, принимать пищу, пить 

воду. 

4. Никакие вещества в лаборатории нельзя пробовать на вкус. 

Нюхать вещества можно, лишь строго направляя на себя пары или 
газы легким движением руки. 

5. Студенту в лаборатории отводится постоянное место (рабочий 

стол), и он обязан содержать его в полном порядке. Не загромождай-
те свое рабочее место лишними предметами. 

6. Необходимые для работы реактивы выставляются на полки, 

находящиеся над лабораторными столами, и на специальные подно-
сы. Исключение составляют концентрированные кислоты, щелочи и 
пахучие вещества, которые хранятся в вытяжных шкафах. 

7. Студентам не разрешается оставлять реактивы общего пользо-

вания на своих рабочих столах. 

8. Опыт проводят всегда в чистой посуде. 
9. Сухие реактивы необходимо брать чистым шпателем или спе-

циальной ложечкой. При наливании растворов из склянок следует 
держать последние таким образом, чтобы этикетка была повернута 
вверх (во избежание ее загрязнения). 

10. Неизрасходованные реактивы ни в коем случае нельзя вы-

сыпать (выливать) обратно в склянки. 

11. Крышки и пробки от реактивных банок и склянок следует 

класть на стол поверхностью, не соприкасающейся с реактивом. Не 
следует путать пробки от разных склянок. 

12. Все наблюдения и выводы по экспериментальной работе 

следует заносить в рабочей тетради. Записи производятся только 

ручкой, лаконично, аккуратно, непосредственно после проведения 
опыта. При оформлении отчета по проделанной работе в лаборатор-
ной тетради записывают дату, номер, название работы и опыта; кон-
спект теоретического материала; краткое описание хода опыта и ре-
зультаты, полученные при его выполнении.  

 

2. Техника безопасности при работе в лаборатории 

 

1. Все опыты с концентрированными кислотами и щелочами, 

ядовитыми, неприятно пахнущими веществами, а также упаривание 
кислот и кислых растворов производить только в вытяжном шкафу. 

2. Опыты с легко воспламеняющимися веществами необходимо 

проводить вдали от огня и нагревательных приборов. 

3. При нагревании растворов в пробирке всегда следует держать 

ее таким образом, чтобы отверстие пробирки было направлено в 
сторону от работающего и от его соседей по рабочему месту. 

4. Не наклоняйте лицо над нагреваемой жидкостью или расплав-

ляемым веществом, а также над сосудом при сливании реактивов во 
избежание попадания брызг на лицо. 

5. Разбавляя концентрированные кислоты, особенно серную, 

осторожно вливайте кислоту в воду при непрерывном перемешива-
нии. 

6. Нельзя брать вещества руками и пробовать их на вкус. При 

определении веществ по запаху склянку следует держать на рассто-
янии и направлять движением руки воздух от отверстия склянки к 
носу.  

7. Запрещается втягивать ртом в пипетки органические вещества 

и их растворы. 

8. Склянки с веществами или растворами необходимо брать од-

ной рукой за горлышко, а другой снизу придерживать за дно. 

9. При работе с металлическим натрием необходимо соблюдать 

особую осторожность. Хранят натрий в склянке с керосином. Выни-
мают натрий только пинцетом на сухую фильтровальную бумагу. 
Запрещается выбрасывать остатки натрия в раковины. 

 

3. Правила противопожарной безопасности 

 

1. Не трогайте, не включайте и не выключайте без разрешения 

преподавателя рубильники и электрические приборы. 

2. Осторожно обращайтесь с нагревательными приборами.  
3. При проведении опытов, в которых может произойти самовоз-

горание, необходимо иметь под руками песок, войлок и т.п. 

4. В случае воспламенения горючих веществ быстро погасите го-

релку, выключите электронагревательные приборы, оставьте сосуд с 
огнеопасным веществом и тушите пожар. 

5. Горящие жидкости прикройте войлоком, а затем, если нужно, 

засыпьте песком, но не заливайте водой; 

6. В случае воспламенения щелочных металлов гасите пламя 

только сухим песком, но не водой. 

7. Работу с эфиром, низшими спиртами, ацетоном, толуолом и 

другими легко воспламеняющими жидкостями (ЛВЖ) следует про-
водить вдали от огня. Нагревают их на водяных банях или на плит-
ках с закрытой спиралью. 

8. При воспламенении веществ в пробирке или стакане их быст-

ро, но осторожно накрывают стеклянным, фарфоровым или метал-
лическим предметом, после чего огонь гаснет. Не следует пламя за-
дувать или заливать водой. Если горящая жидкость разлилась по 
столу или по полу, ее тушат сухим песком или закрывают одеялом. 

9. Во всех случаях пожара в лаборатории немедленно вызовите 

пожарную команду; до прихода пожарной команды воспользуйтесь 
углекислотным огнетушителем. 

 

4. Первая помощь при несчастных случаях 

 

1. Для оказания первой помощи в лаборатории имеется аптечка. 

Основные правила первой помощи сводятся к следующему: 

2. При ранении стеклом удаляют осколки из раны, смазывают 

края раны раствором йода и перевязывают бинтом. 

3. При ожоге рук или лица химическим реактивом смывают ре-

актив большим количеством воды, затем либо разбавленной уксус-

ной кислотой (в случае ожога щелочью), либо раствором соды (в 
случае ожога кислотой), а затем опять водой. 

4. При ожоге горячей жидкостью или горячим предметом обож-

женное место обработайте свежеприготовленным раствором пер-
манганата калия, смажьте мазью от ожога или вазелином. Можно 
присыпать ожог питьевой содой и забинтовать. 

5. При попадании на кожу фенола или другого разъедающего ор-

ганического вещества его удаляют ваткой, смоченной в спирте. 

6. При больших порезах стеклом рану очищают тампоном из 

стерильной марли, смоченной в 3% растворе перекиси водорода. 
Края раны можно дезинфицировать спиртом. Затем накладывают 
повязку. 

7. При попадании кислот на кожу промывают пораженное место 

обильно водой, затем 3% раствором гидрокарбоната натрия и опять 
водой. 

8. При ожогах едкими щелочами промывают пораженное место 

сначала водой, затем разбавленным раствором уксусной кислоты и 
водой. 

9. При попадании брызг кислот и щелочей в глаза их обильно 

промывают водой, а затем 2% раствором питьевой соды (если попа-
ла кислота) или раствором борной кислоты (если попала щелочь) и 
обязательно обращаются к врачу. 

10.  При раздражении дыхательных путей следует выйти на 

свежий воздух. 

Работа 1 

Определение тепловых эффектов  

термохимических процессов 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 

Термодинамика – наука, изучающая взаимные переходы теплоты 
и работы в равновесных системах и при переходе к равновесию. 
Химическая термодинамика – раздел физической химии, в котором 
термодинамические методы применяются для анализа химических и 
физико-химических явлений: химических реакций, фазовых переходов 
и процессов в растворах. 

Работа, A – форма передачи энергии от одного тела к другому, 

не связанная с переносом теплоты и (или) вещества. Существуют 
разные виды работы: механическая, электрическая, магнитная, изменения 
поверхности и др.  

Теплота, Q –  форма передачи энергии от более нагретого тела к 

менее нагретому, не связанная с переносом вещества и совершением 
работы.  

Количественное соотношение между изменением внутренней 

энергии, теплотой и работой устанавливает первый закон термодинамики, 
согласно которому энергия не может ни создаваться, ни 
исчезать, но может превращаться из одной формы в другую: 

Q = ∆U + A 

или для бесконечно малых величин: 

δ Q = dU + δA,                                    (1.1) 

где Q – теплота, ∆U – изменение внутренней энергии, А – работа. 

В термодинамике положительной считается теплота, подводимая 

к системе, и отрицательной – теплота, выделяемая системой в окружающую 
среду.  

Теплота, выделяемая или поглощаемая в изохорном (V=const) 

или изобарном (P=const) процессах, называется тепловым эффектом 
реакции, если процесс протекает неравновесно, а продукты 
реакции имеют ту же температуру, что и исходные вещества. В 
этом случае имеет силу закон постоянства сумм теплот реакций, 

установленный Г. Гессом в 1836 г., т.е. до открытия первого закона 
термодинамики.  

Закон Гесса применим и к химическим, и к физическим процессам (
испарение, адсорбция, растворение, кристаллизация веществ и 
др). Одна из формулировок его гласит: тепловой эффект любой 
реакции равен разности сумм теплот образования продуктов 
реакции и теплот образования исходных веществ, умноженных 
на соответствующие стехиометрические коэффициенты: 








.
H
v
H
v
H
i
f
i

'
i
f

'
i
r
                          (1.2) 

 Обычно используют значения стандартных тепловых эффектов 

298
H

, отнесенных к температуре 25°С (298,15 К) и давлению 

1 атм.  

Теплотой образования называют тепловой эффект образования 

данного соединения из простых веществ. Стандартные теплоты об-

разования простых веществ принимаются равными нулю 
0
Hi
f



. 

Экспериментальное определение тепловых эффектов проводят в 

специальных приборах – калориметрах. Конструкции калориметров 
разнообразны и зависят от особенностей изучаемого процесса. На 
рис. 1.1 представлена схема простейшего калориметра с изотермиче-
ской оболочкой, который можно использовать для определения теп-
лот (энтальпий) растворения солей, образования кристаллогидратов, 
нейтрализации.  

Калориметр состоит из изотермической оболочки 1, заполненной 

водой, термометра 2 и калориметрического стакана 4 вместимостью 
0,45 л, установленного на термоизоляторах 3. В зависимости от цели 
работы стакан 4 заполняют различной калориметрической жидко-
стью: водой, раствором щелочи, раствором соли и т. д.  

Для равномерного теплообмена между калориметрической жид-

костью и изотермической оболочкой 1, а также для ускорения сме-
шения в процессе опыта, калориметр снабжен мешалкой 7. Мешалка 
приводится во вращение синхронным электродвигателем 5 через 
термоизоляционную муфту 6. На крышке 8 изотермической оболоч-
ки имеется отверстие для ввода в калориметр исследуемого веще-

ства (пробирки с солью 9, ампулы с кислотой и т. д.). Изменение 
температуры в ходе опыта определяют с помощью термометра Бек-
мана 10 или другого устройства для точного измерения температу-
ры. Электронагреватель 12 и выпрямитель 13 служат для определе-
ния постоянной калориметра.  

 

              
 

 

Рис. 1.1. Схема калориметра с изотермической оболочкой: 

1 – изотермическая оболочка; 2 – термометр; 3 – термоизоляторы;  

4 – калориметрический латунный стакан; 5 – синхронный электродвигатель;  

6 – термоизоляционная муфта; 7 – мешалка; 8 – крышка изотермической  

оболочки; 9 – пробирка или ампула; 10 – термометр Бекмана; 11, 14 – выключа-

тели; 12 – электронагреватель; 13 – выпрямитель 

 
В стакан 4 наливают 400 см3 калориметрической жидкости, тем-

пература которой должна быть близка к температуре жидкости в 
изотермической оболочке 1. Затем в пробирку (ампулу) 9 помещают