Лабораторный практикум_Термодинамика. Лабораторная работа 1 калориметрия раздел " Термодинамика" лабораторная работа " калориметрия" Цель работы

• Название: Лабораторная работа 1 калориметрия раздел " Термодинамика" лабораторная работа " калориметрия" Цель работы
• Дата: 18.03.2021
• Размер: 0.6 Mb.
• Имя файла: Лабораторный практикум_Термодинамика.doc
• Тип: Лабораторная работа; #185949
• страница: 6 из 7

Теоретическая часть

Изучение распределения вещества между двумя несмешивающимися растворителями представляет собой большой интерес, т.к. может дать ценные сведения, необходимые для проведения экстрагирования, а также указать на наличие диссоциации, ассоциации или других химических реакций растворённого вещества в растворе. Если к двум соприкасающимся несмешивающимся жидкостям прибавить какое-нибудь растворяющееся вещество, растворимое в той и другой жидкости, то оно распределяется между обоими жидкими слоями в определённом постоянной приданной температуре соотношении. Этот закон, характеризующий равновесное состояние системы, может быть выведен следующим образом. Предположим, что растворённое вещество в обоих растворителях находится в одинаковом состоянии, например в виде одиночных (мономерных) молекул и обозначим активность растворённого вещества в растворителе 1 (первая фаза) через a_i^I , в растворителе 2 (вторая фаза) а_i^II . как известно, химические потенциалы веществ, находящихся в двух сопряжённых фазах, должны быть одинаковыми. Таким образом, если в первой фазе химический потенциал исследуемого вещества (i -того)
M_i^I=M_i^I_cm + RT ln a_i^I

А во второй фазе

M_i^II=M_i^II_,cm + RTln a_i^II

В состоянии равновесия M_i^I=M_i^II, отсюда

M_i^I_,cm +RTln a_i^I=M_i^II _,cm +RTln a_i^II, отсюда



где:

Величину К называют коэффициентом распределения, который зависит только от температуры. Для разбавленных растворов вместо отношения активностей для расчета коэффициента распределения можно использовать отношение мольных долей растворенного вещества в обоих фазах или отношение концентраций:

(1)

Н.А.Шилов и Л.К.Лепин нашли, что в ряде случаев закон распределения может быть представлен уравнением:
(2)
где n - показатель при постоянной температуре, не зависящий от концентрации и характеризующийся свойствами данных трёх компонентов. Отклонения от закона распределения наблюдается при изменении состояния растворённых молекул в одной из фаз системы. Такими изменениями могут быть, например, диссоциация или ассоциация растворённого вещества. При этом устанавливается сложное равновесие между простыми и ассоциированными или диссоциированными молекулами или ионами в пределах каждой фазы, а также между частицами, одинаковыми для всех фаз системы и распределение между ними в данном соотношении. В случае ассоциации или диссоциации закон распределения можно записать так:

где α_i^I-степень диссоциации или ассоциации распределяемого вещества в первом растворителе;

α _i^II-степень диссоциации или ассоциации распределяемого вещества в другом сопряженном растворителе.
Закон распределения широко используется для решения задач, связанных с экстрагированием вещества из раствора. При экстракции коэффициентом распределения условились называть отношение концентрации раствора, из которого экстрагируется распределяющееся вещество, к концентрации раствора, которым производится экстрагирование.
Принадлежности для работы:
Колбы на 250мл - 4шт, аппарат встряхивания, пипетки на 20, 25мл, 0,05 н раствор йода в органическом растворителе, 0,05 н раствор тиосульфата, крахмал, органические растворители, колбы на 100 - 150 мл-6шт для титрования, пипетки на 5, 10, 20мл с делениями.
Экспериментальная часть
Работа состоит из двух этапов:

1. 
   Приготовление серии рабочих растворов.
   
2. 
   Определение содержания иода в водном и органическом слоях после установления фазового равновесия.
   

Методика выполнения работы

Этап 1. Приготовление рабочих растворов.

Изучение равновесия распределения иода между водой и толуолом (CCI4, хлороформом) проводим при комнатной температуре. Иод плохо растворим в воде, но достаточно хорошо в толуоле (или CCI4, хлороформе), при этом указанные выше органические растворителя не смешиваются с водой.

Для работы готовят четыре смеси из 0,05 н раствора йода в органическом растворителе и помещают их в отдельные чистые и сухие колбы с притертыми пробками, состав смесей указан в табл. 1.

№ смеси	Количество раствора йода в органическом растворителе, мл	Количество органического растворителя, мл	Количество воды, мл
1	5	15	100
2	10	10	100
3	12	8	100
4	15	5	100

Б) Приготовлены таким образом смеси, поставить на аппарат встряхивания на 30 -40 мин. По окончании встряхивания колбы оставить на 15-20 мин до полного расслоения жидкостей.

В) Затем содержимое вылить в делительную воронку, отделить водный слой от неводного и определить содержание йода в обоих слоях титрования гипосульфитом в присутствии крахмала.
Для определения концентрации органического слоя взять пипеткой 2 мл пробы и перенести в колбу для титрования, содержащую 25 мл дистиллированной воды, и титровать 0,05 н раствором Na₂S₂O₃ в присутствии крахмала. Для определения концентрации водного слоя пипеткой 20-25 мл отобрать пробы и титровать 0,001 н раствором Na₂S₂O₃ в присутствии крахмала.

Если исходная водная проба окрашена в интенсивный коричневый цвет, то крахмал следует добавлять только в конце титрования, когда раствор приобретет соломенно-желтую окраску, в противном случае результаты титрования будут сильно завышены.

Тиосульфатом натрия можно оттитровать йод только в водном слое. Поэтому при определении концентрации йода в органической фазе к титруемой пробе органической жидкости необходимо добавлять воду. Иод постепенно экстрагируется в водный слой, где и восстанавливается тиосульфатом. Для измерения концентрации йода в органическом слое отбирают аликвоту объемом 2 мл и переносят ее в колбу для титрования, содержащую 25 мл дистиллированной воды. Титрование проводят 0,05 М раствором Na₂S₂O₃ в присутствии крахмала. В процессе титрования колбу все время встряхивают, чтобы облегчить экстракцию йода в водный слой, а титрант прибавляют медленно. Титрование продолжается до момента обесцвечивания водного и органического слоев.

При работе с органическими веществами и электрическими приборами необходимо особо строго соблюдать требования техники безопасности. Также следует обратить внимание на следующие обстоятельства:

а) йод быстро улетучивается, причем скорость этого процесса возрастает с увеличением температуры. Поэтому колбы с растворами после их разделения следует закрывать пробками (не резиновыми);

б) оттитрованный раствор снова синеет, т.к. I" окисляется кислородом воздуха: поэтому бесцветная окраска должна сохраняться в течение 40 секунд после этого на повторное окрашивание оттитрованных растворов не обращать внимания.

Каждый раствор титровать по 3 раза и взять средний результат. В общем случае заранее трудно предсказать, будут ли молекулярный вес растворённого вещества одинаковым в обоих растворителях, поэтому надо пользоваться формулой:

(3)
Условно в числитель ставят концентрацию в верхнем слое, а в знаменатель - в нижнем и в степень n возводят. Для расчёта величины К требуется знать равновесной концентрации С₁ в верхнем и С₂ в нижнем слоях и значение n. Концентрацию рассчитывают по формуле:
C·V=V₁·N
Где: N- нормальность титрованного раствора,

V- объём титруемого раствора

V₁- объём раствора, израсходованного на титрование пробы.
Если исследовалось несколько различных концентраций, то экспериментальные данные наносят на график и получают прямую линию (или определяют по методу наименьших квадратов) в координатах

lg C₁=φ(lg C₂),

тангенс угла наклона которой и будет равен n. Зная С₁ и С₂ и n, рассчитывают коэффициент распределения для всех четырёх смесей и берут среднее значение.