Содержание

Работа 1

Распределение вещества между двумя несмешивающимися растворителями

Работа 2

Изменение давления насыщенного пара

Работа 3

Определение парциальных молярных объемов

Работа 4

Изменение равновесия жидкость – пар в бинарных растворах

Работа 5

Определение адсорбции компонента из раствора

Работа 6

Изучение растворимости в трехкомпонентной системе

Работа 7

Определение теплоты растворения

Работа 8

Определение теплоты образования твердого раствора из двух твердых компонентов

Основные требования при выполнении работ и их оформлении

Список литературы

Работа 1

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЩЕСТВА МЕЖДУ ДВУМЯ НЕСМЕШИВАЮЩИМИСЯ РАСТВОРИТЕЛЯМИ

Теоретическое введение

Если к системе из двух несмешивающихся жидкостей добавить третье вещество, растворимое в той и другой жидкости, то оно распре­деляется между жидкостями в определенном, постоянном при данной температуре соотношении. Закон, характеризующий это распределе­ние, можно установить таким образом.

Предположим, что растворенное вещество в обоих растворителях находится в одинаковом состоянии, например, в виде мономерных молекул. Запишем условие равновесия для такой системы:

Т⁽¹⁾=Т⁽²⁾

Р⁽¹⁾=Р⁽²⁾

µ⁽¹⁾=µ⁽²⁾ (1)

где µ⁽¹⁾ и µ⁽²⁾ - химические потенциалы растворенного вещества в фазе 1 и фазе 2.

Для реальных растворов зависимость химических потенциалов от состава передается уравнениями

µ⁽¹⁾=µ⁰⁽¹⁾+RTlnα⁽¹⁾ (2)

µ⁽¹⁾=µ⁰⁽²⁾+RTlnα⁽²⁾ (3)

где µ⁰⁽¹⁾ и µ⁰⁽²⁾ - стандартные химические потенциалы в фазе 1 и фазе 2

α⁽¹⁾ и α⁽²⁾- активность вещества в фазе 1 и фазе 2.

Из уравнений (1)-(3) следует:

µ⁰⁽¹⁾+ RTlnα⁽¹⁾= µ⁰⁽²⁾+RTlnα⁽²⁾

(4)

где К – коэффициент распределения

Значения стандартных химических потенциалов зависят от тем­пературы, давления и природы растворителя и по определению не за­висят от активности. Следовательно, значение коэффициента распре­деления не зависит от активности растворенного вещества, но, в общем случае, зависит от концентрации.

Для идеальных и бесконечно разбавленных растворов активность равна концентрации, и (4) преобразуется к виду

(5)

где С⁽¹⁾ и С⁽²⁾ - концентрация вещества в фазе 1 и фазе 2.

Цель работы: определить коэффициент распределения уксусной кислоты (НАс) между водой и изоамиловым спиртом методом повтор­ной экстракции. Уксусную кислоту, растворенную в органической фазе (изоамиловом спирте), последовательно экстрагируют несколькими одинаковыми порциями второй фазы (водной) и в этих отдельных экс­трактах определяют количественно содержание уксусной кислоты.

Введем обозначения:

V_в – объем отдельных порций водной фазы, л;

V_орг – объем органической фазы, л;

C₀ ^(орг) – начальная концентрация НА в изоамиловом спирте, моль/л;

C _i ^(в) – концентрация Нас в водной фазе после i-го экстрагирования.

Запишем выражения для константы распределения после первого экстрагирования

и после второго экстрагирования

Исключив неизвестную величину , получим

Для (i+1)-го экстрагирования

(6)

Точность определения константы распределения зависит от разности ( ). Чем меньше разность, тем больше ошибка. Ошибка будет минимальной, если эксперимент спланирован так , что выполняется условие ( ). При К≈1 это условие соблюдается, если . Значит, можно провести максимум два последовательных экстрагирования. Поэтому для изучаемой системы наиболее оптимальным является условие ..

Экспериментальная часть

Для работы необходимы: делительная воронка на 100 мл, мерный цилиндр на 50 мл, четыре колбочки по 100 мл (рис. 1), колба на 250-300 мл, бюретка на 50 мл, пипетка на 20 мл, 0,4-0,5 моль/л раствор уксусной кислоты в изоамиловом спирте, 0,1н раствор щелочи, фенол­фталеин.

Перед проведением опытов необходимо при помощи воды прове­рить на герметичность кран и стеклянную пробку делительной ворон ки. Изоамиловый спирт в количестве 40 мл с растворенной уксусной кислотой вливают в делительную воронку, добавляют 40 мл воды, насыщенной изоамиловым спиртом и проводят экстракцию.

рис.1 Прибор для измерения коэффициента распределения: 1 – делительная воронка, 2 – мерный цилиндр, 3 – колба.

Воду, насыщенную изоамиловым спиртом, получают, смешивая воду и изоамиловый спирт без уксусной кислоты и проводя все нижеописанные опера­ции 1-3. Экстрагирование проводят 4 5 раз. Водный слой после каж­дого экстрагирования объединяют с предыдущими порциями, сливая его в колбу на 250-300 мл.

Последовательность операций при выполнении экстракции

1 .Закрыв делительную воронку стеклянной пришлифованной пробкой, правой рукой берутся за горлышко с пробкой, а левой - за кран так, чтобы суженная часть конуса помещалась в ладони, а пальцем можно было бы свободно поворачивать кран. Если держать в ладони сам корпус делительной воронки, то тепло руки повысит давление паров растворителя в воронке, в результате чего пробка и кран могут выскочить.

2.Делительную воронку поворачивают сливной трубкой кверху и осторожно приоткрывают кран. После сброса избыточного давления дают возможность жидкости, которая увлекается струей паров в слив­ную трубку, стечь обратно в воронку. Закрыв кран, воронку несколько раз встряхивают и снова открывают кран. Интенсивное встряхивание и выравнивание давления в делительной воронке с атмосферным давле­нием повторяют несколько раз для обеспечения достижения равнове­сия фаз.

3.Укрепив делительную воронку на штативе, ожидают разделения фаз. Открывают пробку и сливают нижнюю (водную) фазу в колбочку. Верхнюю фазу оставляют в воронке.

Затем в делительную воронку добавляют тот же (40 мл) объем воды, насыщенной изоамиловым спиртом, снова повторяют описанные выше операции 1-3. Экстрагирование проводят 4 - 5 раз. Из слитой каждый раз водной фазы берут пробы по 20 мл и титруют 0,1н раствором щелочи в присутствии фенолфталеина.

Результаты титрования записывают в табл. 1. По формуле (6) вычисляют К и делают выводы: остается ли К постоянным, независимым от концентрации уксусной кислоты; если нет, то почему. Сравнивают полученное значение константы распределения с литературными зна­чениями. Обязательно указывают библиографические данные литературного источника.

Работа 2

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОГО ПАРА

Теоретическое введение

Насыщенным называется пар, находящийся в равновесии с жидкостью. Давление насыщенного пара зависит от природы вещества и температуры. Если жидкость находится в равновесии с паром, то

Т^(пар)=Т^(ж) (7)

Р^(пар)=Р^(ж) (8)

G^(пар)(Р, Т)= G^(пар)(Р, Т) (9)

Где и - мольный потенциал Гиббса вещества в паре и в жидкой фазе.

Выведем дифференциальное уравнение кривой сосуществования двух фаз. При движении вдоль кривой сосуществования в каждой ее должны соблюдаться условия (7)-(9). Следовательно,

dT^(пар)=dT^(ж)=dT,

dP^(пар)=dP^(ж)=dP,

dG^(пар)(P, T)=dG^(ж)(P, T)

Используя уравнение dG=VdP-SdT, получим

(V_п – V_ж)dP=(S_п – S_ж)dT=ΔS_ипсdT или ,

где V_п и V_ж – молярные объемы жидкой и газообразной фаз;

ΔS_ипс – изменение энтропии при образовании 1 моля пара;

ф.п. – фазовый переход.

В свою очередь, ΔS_ипс=ΔН_исп/Т_ф.п. Поэтому

, (10)

ΔН_исп - теплота образования I моль пара при испарении или мольная теплота испарения. Уравнение (10) является строгим и показывает, что производная dP/dT всегда положительна, т.е. с ростом температуры давление насыщенного пара возрастает. Рассмотрим следующие допущения.

1 Используя уравнение Ван-дер-Вальса можно показать, что отклонение давления насыщенного пара от идеального при Р<1 атм.не превышает 1% и не зависит от сложности молекул, ни от Т_кип. Иными словами, насыщенный пар при Р<1атм подчиняется законам идеальных газов. Тогда V_п=RT/Р.

2 V_п/V_ж=МР/(dRT), здесь d – плотность жидкости; М – молекулярная масса. Из этого выражения следует, что ошибка, связанная с пренебрежением объемом жидкой фазы, будет наибольшей для легко летучих веществ с большим молекулярным весом. В подавляющем большинстве случаев V_ж<0,05V_п. Например, для аргона V_ж=0,04V_п.

Следовательно, V_ж можно принебречь.

С учетом этих допущений уравнение (10) может быть приведено к виду

(11)

В области давлений не выше 1-2 атм и в интервале температур 100-150⁰С зависимостью ΔН_исп от температуры можно принебречь. Интегрирую уравнение (11), получим

Физический смысл постоянной интегрирования становится ясным при условии Т= Т_кип и Р=1 амт:

Обозначив В= -ΔН_исп/(2,3R) и А= ΔS_ипс/(2,3R), получим

(12)

Уравнение (12) широко используется для описания зависимости давления насыщенного пара от температуры, для определения теплоты испарения жидкости, энтропии образования.