Методические указания к лабораторным работам Ростов-на-Дону (стр. 4 из 11)

Номер и состав сплава
1	2	3	4	5

Таблица 3

№

Спла-

ва

Состав сплава, мас. %

Ход кристаллизации

Начало

Окончание

Показания

термометра

Показания

термометра

Лабораторная работа №8

Коэффициент распределения

Настоящие методические указания составлены в соответствии со стандартом по физической химии для студентов технических высших учебных заведений по одному из разделов курса "Термодинамика", содержат краткое теоретическое введение и описание экспериментальной части работы

Цель работы: Исследование процесса экстрагирования, приобретение навыка экспериментального определения коэффициента распределения.

Распределение вещества между двумя ограниченно растворимыми жидкостями подчиняется закону распределения. Вещество, добавленное к системе, состоящей из двух нерастворимых жидкостей, распределяется между обеими фазами в определенном, постоянном при данной температуре отношении. Этот закон характеризует равновесное состояние системы и может быть выражен через коэффициент распределения как отношение молярных концентраций растворенного вещества в обеих фазах:

где c₁, c₂, - молярные концентрации растворенного вещества соответственно о верхней и нижней жидкой фазах; L - коэффициент распределения.

Насыщенный раствор малорастворимого вещества является разбавленным раствором и удовлетворительно подчиняется законам идеальных растворов. Указанное простейшее соотношение справедливо только тогда, когда растворяемое вещество в каждой из равновесных фаз находится в одинаковом молекулярном состоянии. Закон распределения не выполняется во всех случаях изменения состояния растворенных молекул хотя бы в одной из фаз системы. Такими изменениями могут быть диссоциация или ассоциация молекул растворенного вещества. В таком случае коэффициент распределения выражается уравнением:

где n - средняя молекулярная масса растворенного вещества во втором и первом растворителях

Коэффициент распределении есть величина постоянная, не зависящая от количества растворенного вещества, определяется только природой растворителей, растворенного вещества и температурой. Зависимость коэффициента распределения от температуры определяется уравнением:

где Т - абсолютная температура;

R - универсальная газовая постоянная;

ΔH - изменение энтальпии при переходе вещества из одной фазы в другую.

Самый распространенный пример применения закона распределения – экстрагирование, т.е. извлечение вещества из раствора другим растворителем, который не смешивается с первым и растворяет извлекаемое вещество в большем количестве, чем первый. Следует учитывать, что экстракцию выгоднее вести последовательно несколькими порциями экстрагирующего вещества, чем однократно таким же количеством растворителя, но одной порцией.

Пример.

Пусть в первой фазе объемом V растворена масса m₀ вещества, подлежащего извлечению n порциями другого растворителя (экстрагента) объемом v каждая. Общий объем экстрагента V, (фаза 2). Коэффициент распределения равен L.

После первого экстрагирования в фазе 1 останется m₁ неизвлеченного вещества, а в экстракт перейдет (m₀-m₁) растворенного вещества. Тогда

Следовательно, после первого экстрагирования в фазе 1 останется

После второго экстрагирования в растворе останется m₂ неизвлеченного вещества, а в экстракт перейдет (m₁-m₂) вещества, т.е.

После n-ного экстрагирования в фазе 1 останется

(1)

растворенного вещества, а всего будет извлечено

После однократного экстрагирования этого же вещества из данного раствора (фаза 1) вторым растворителем (фаза 2) общим объемом V₂ = nv останется неизвлеченным

(2)

Из анализа (1) и (2) видно, что т_nv > m_n.

Реактивы и оборудование

Для определения коэффициента распределения необходимо иметь: технохимические весы с чувствительностью до 0,01 г, разновесы, три делительные воронки с притертой пробкой объемом 200 см³, три колбы с пробкой объемом 200 см³, стакан объемом 200 см³, цилиндры объемом 10 и 100 см³, бюретка, штативы с зажимами, толуол, дистиллированная вода, бензойная кислота, 0,1 н раствор Na₂CO₃, 1%-ный спиртовый раствор фенолфталеина.

Ход работы

В три делительные воронки напивают по 50 см³ дистиллированной воды. В каждую воронку добавляют соответственно 0,25, 0,50, 0,75 г бензойной кислоты и добавляют по 50 см³ толуола. Делительные воронки плотно закрывают притертыми пробками и интенсивно встряхивают в течение 25-30 минут. Затем закрепляют в штативе и дают отстояться в течение 30 минут. Затем водный слой из первой воронки отделяют, осторожно сливая нижнюю часть смеси в стакан. В коническую колбу приливают 10 см³дистиллированной воды и добавляют 10 см³ толуольного раствора из делительной воронки и 3-4 капли раствора фенолфталеина. Добавление воды необходимо для улучшения результатов последующего титрования.

Приготовленный раствор титруют раствором Na₂CO₃ заданной концентрации. Титрование повторяют 2-3 раза. Расхождение между отдельными определениями не должно превышать 0,2 см³.

Аналогично проводят определение бензойной кислоты в водном (нижнем) слое.

Опыт выполняют для всех трех растворов.

Обработка результатов

Экспериментальные данные вносят в таблицу.

Масса бензойной к-ты, г	Фаза органического растворителя					Водная фаза			Коэффициент распределения
m, г	V,см³Na₂CO₃		c₁		V,см³Na₂CO₃		c₁		L
1.		1.		1.		1.
0,25		2.		2.		2.		2.
3.		3.		3.		3.
cр.		ср.		ср.		ср.
1.		1.		1.		1.
0,50		…		…		…		…
0,75		…		…		…		…

Концентрацию бензойной кислоты определяют по уравнению-

где c(Na₂CO₃)- концентрация раствора карбоната натрия,

c(б.к.) – концентрация бензойной кислоты в исследуемой фазе,

V(Na₂CO₃) – объем раствора карбоната натрия, израсходованного на титрование, см³,

V(б.к.)- объем взятого для титрования раствора бензойной кислоты, см³.

При вычислении коэффициента распределения берут отношение концентрации бензойной кислоты в водном слое к корню квадратному из концентрации бензойной кислоты в органическом слое.

Лабораторная работа № 9

Определение энтальпии реакции нейтрализации

Целью работы является усвоение важнейших понятий в термодинамике, экспериментальное определение энтальпии химической реакции.

При подготовке к лабораторной работе необходимо обратить внимание на основные положения теории электролитической диссоциации, согласно которой реакции в растворах электролитов протекают между ионами. Поэтому реакцию нейтрализации можно представить как взаимодействие ионов водорода с гидроксильными ионами с образованием слабо диссоциирующих молекул воды