Описание экспериментальной установки

Для опыта используется стеклянный цилиндр, в который налита исследуемая жидкость (см. рисунок 1).

Рис. 1. Принципиальная схема и фото установки по измерению вязкости жидкости методом Стокса

На цилиндре имеются две метки М1 и М2. Метка М1 помещена на несколько сантиметров ниже уровня жидкости, чтобы к тому моменту, когда шарик проходит мимо нее, его движение уже было установившимся. Цилиндр

закрыт пробкой с воронкой, в которую опускается шарик, двигающийся в дальнейшем примерно по оси цилиндра так, чтобы на его движение не влияли стенки.

Исследуемой жидкостью является глицерин, плотность которого ρ = (1,26±0,01)103 кг/м3. Исследуемые шарики изготовлены из стали с плотностью ρ 0 = (7,8±0,1)103 кг/м3.

Время t прохождения шарика от одной метки до другой измеряется секундомером СЭЦ-100. Расстояние l между метками М1 и М2 измеряется линейкой. Таким образом, скорость шарика без труда может быть вычислена: V

= l /t.

П о д г о т о в к а к о п ы т у

Для измерения коэффициента внутреннего трения жидкости, например, масла, берутся очень маленькие шарики. Диаметр этих шариков измеряют микрометром. Время падения шарика – секундомером.

1. С помощью микрометра измерьте диаметр шарика.

2. Измерьте время опускания каждого шарика между двумя метками и. Шарик опустите в отверстие воронки и в момент прохождения через верхнюю метку включите секундомер, а в момент прохождения через нижнюю метку его выключите.

3. Проведите опыт не менее пяти раз.

4. Измерьте расстояние между метками. Вычислите скорость движения шарика и по формуле (5) найдите значение коэффициента вязкости.

5. Плотность жидкости и шариков возьмите из таблицы физических величин.

6. Найдите среднее значение коэффициента вязкости, оценить абсолютную и относительную погрешности измерений.

 4. Контрольные вопросы

1. Что такое внутреннее трение?

2. Что такое критерий Рейнольдса и зачем он нужен?

3. Почему путь, проходимый шариком, отсчитывают не от поверхности жидкости?

4. Как экспериментально проверить постоянство скорости движения шарика?

5. Зависит ли коэффициент вязкости жидкости от температуры?

6. Как по - вашему выгоднее (с физической точки зрения) транспортировать жидкость по трубопроводу - в

горячем или в холодном состоянии? А газ?

Лабораторное занятие № 3.

«Определение зависимости скорости реакции от температуры и концентрации реагирующих веществ»

Цель работы. Изучение скорости химической реакции и ее зависимости от различных факторов: природы реагирующих веществ, концентрации, температуры.

Ход работы

 Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ и температуры исследуется на примере взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой. Признаком реакции является помутнение раствора вследствие выделения серы.

Опыт 1.

Цель работы: определить зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Время, которое проходит от начала реакции до заметного появления мути, образованной выделившейся серой, позволяет судить об относительной скорости реакции. С помощью бюреток надо приготовить три раствора тиосульфата различной концентрации. Раствор серной кислоты объёмом 3 мл отмеряется в три другие пробирки. Приливая кислоту последовательно в три пробирки, замеряют время от начала реакции до помутнения раствора. Результаты опыта вносятся в таблицу.

Относительная скорость реакции рассчитывается по соотношению V = 100/τ. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ следует выразить графически и уметь объяснить положение прямой на графике.

Опыт 2. Цель работы: определить зависимость скорости реакции от температуры. Наливаем в три пробирки по 3 мл раствора тиосульфата натрия, в три другие пробирки - по 3 мл раствора серной кислоты. С°Проводим три опыта при разных температурах: комнатной, на 10 С выше. Сливая растворы тиосульфата натрия и серной кислоты°выше, на 20 разной температуры, записываем показания термометра и время от начала реакции до появления заметной мути. Данные опыта записываем в таблицу. Рассчитайте относительную скорость реакций по соотношению V = 100/τ., рассчитывается поgТемпературный коэффициент скорости реакции. Зависимостьgотношению V2 на V1 и V3 на V2. Найдите среднее значение скорости реакции от температуры надо выразить графически, откладывая на оси абсцисс температуру, а на оси ординат - относительную скорость. Уметь объяснить положение кривой.

Лабораторное занятие № 4.

«Проведение качественных реакций на неорганические вещества и ионы, отдельные классы органических соединений»

Цель работы: Изучить химические свойства основных и кислотных оксидов и получаемых из них гидроксидов, научиться писать уравнения реакций в молекулярном и ионном виде, получение и свойства амфотерного гидроксида, получение нерастворимых в воде оснований.

Теоретическая часть: В химии все многообразие неорганических веществ: принято разделять на две группы – простые и сложные. Простые вещества подразделяются на металлы и неметаллы. А сложные – на производные от простых, образованные путем их взаимодействия с кислородом, водой и между собой. Эту классификацию неорганических веществ в виде схемы изображают следующим образом: ОКСИДЫ (окислы) - сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления, равной -2. Общая формула любого оксида - ЭхОу -2. Различают солеобразующие (основные: Li2O, CaO, MgO,FeO; амфотерные: ZnO, Al2O3, SnO2, Cr2O3, Fe2O3; кислотные: B2O3, SO3, CO2, P2O5 Mn2O7) и несолеобразующие: N2O, NO, CO оксиды. Элементы с переменной степенью окисления образуют несколько оксидов (MnO, MnO2, Mn2O7, NO, N2O3, NO2, N2O5). В высшем оксиде, как правило, элемент находится в степени окисления, равной номеру группы. По современной международной номенклатуре названия оксидов составляют следующим образом: слово «оксид», далее русское название элемента в родительном падеже, степень окисления элемента (если она переменна). Например: FeO – оксид железа (II), P2O5 – оксид фосфора (V). ОСНОВАНИЯ – сложные вещества, в которых на атом металла приходится одна или несколько гидроксогрупп ОН-. Степень окисления атомов металла обычно +1, +2 (реже +3). Общая формула оснований Ме(ОН)х, где х – число гидроксогрупп – кислотность основания. (МеОН – однокислотное, Ме(ОН)2 – двухкислотное, Ме(ОН)3 – трехкислотное основание). Названия основаниям дают следующим образом: «гидроксид», затем русское название металла в родительном падеже, а в скобках римскими цифрами – степень окисления, если она переменная. Например: KOH –гидроксид калия, Ni(OH)2 – гидроксид никеля(II). КИСЛОТЫ – сложные вещества, молекулы которых состоят из одного или нескольких атомов водорода и кислотного остатка. Состав кислот может быть выражен общей формулой НхА, где А – кислотный остаток. Атомы водорода в кислотах способны замещаться или обмениваться на атомы металлов, при этом образуются соли. Если кислота содержит один такой атом водорода, то это одноосновная кислота (HCl - соляная, HNO3 - азотная, HСlO - хлорноватистая, CH3COOH - уксусная); два атома водорода - двухосновные кислоты: H2SO4 – серная, H2S - сероводородная; три атома водорода - трехосновные: H3PO4 – ортофосфорная, H3AsO4 – ортомышьяковая. В зависимости от состава кислотного остатка кислоты подразделяют на бескислородные (H2S, HBr, HI) и кислородсодержащие (H3PO4, H2SO3, H2CrO4). В молекулах кислородсодержащих кислот атомы водорода связаны через кислород с центральным атомом: Н – О – Э. Названия бескислородных кислот образуются из корня русского названия неметалла, соединительной гласной -о- и слова «водородная» (H2S – сероводородная). Названия кислородсодержащим кислотам дают так: если неметалл (реже металл), входящий в состав кислотного остатка, находится в высшей степени окисления, то к корню русского названия элемента добавляют суффиксы -н-, -ев-, или -ов- и далее окончание -ая- (H2SO4 – серная, H2CrO4 - хромовая). Если степень окисления центрального атома ниже, то используется суффикс -ист- (H2SO3 – сернистая). Если неметалл образует ряд кислот, используют и другие суффиксы (HClO – хлорноватистая, HClO2 – хлористая, HClO3 – хлорноватая, HClO4 – хлорная). СОЛИ – ионные соединения, состоящие из катионов металлов (или аммония) и анионов кислотных остатков. Любую соль можно рассматривать как продукт реакции нейтрализации основания кислотой. В зависимости от того, в каком соотношении взяты кислота и основание, получаются соли: средние (ZnSO4, MgCl2) – продукт полной нейтрализации основания кислотой, кислые (NaHCO3, KH2PO4) – при избытке кислоты, основные (CuOHCl, AlOHSO4) – при избытке основания. Названия солей по международной номенклатуре образуют из двух слов: названия аниона кислоты в именительном падеже и катиона металла в родительном с указанием степени его окисления, если она переменная, римской цифрой в скобках. Например: Cr2(SO4)3 – сульфат хрома (III), AlCl3 – хлорид алюминия. Названия кислых солей образуют добавлением слова гидро- или дигидро- (в зависимости от числа атомов водорода в гидроанионе): Ca(HCO3)2 – гидрокарбонат кальция, NaH2PO4 - дигидрофосфат натрия. Названия основных солей образуют добавлением слова гидроксо- или дигидроксо-: (AlOH)Cl2 – гидроксохлорид алюминия, [Cr(OH)2]2SO4 - дигидроксосульфат хрома(III).

Оборудование и материалы: Реактивы, необходимые для данной работы, выставляют на полки лабораторных столов. Редкие реактивы, концентрированные кислоты и щёлочи, пахучие вещества (например, сероводород, бромная вода и др.) хранят в вытяжном шкафу.

Основная химическая посуда: пробирки (в штативе), колбы, химические стаканы после работы тщательно вымыть; весы с разновесом, приборы, используемая для проведения отдельных лабораторных работ, выдается и сдается чистая лаборанту.