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:
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:
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:
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
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 тnv > mn.
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 см3 дистиллированной 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,см3 Na2CO3 | c1 | V,см3 Na2CO3 | 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
Настоящие методические указания составлены в соответствии со стандартом по физической химии для студентов технических высших учебных заведений по одному из разделов курса "Термодинамика"
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