599

После того, как температура кипящей жидкости перестанет изменяться, записать температуру её кипения. Затем холодильник повернуть в положение для отбора конденсата, т.е. открытым концом вниз. В заранее приготовленную сухую пробирку отобрать 5…10 капель конденсата; пробирку закрыть пробкой. Холодильник вновь установить в вертикальное положение; продолжить кипячение 2…3 минуты и вновь записать температуру кипения. При этом температура не должна отличаться от температуры до отбора пробы более чем на 1 градус. Нагревание прекратить, сосуд охладить и содержимое его вылить в склянку для слива.

Аналогичные измерения температуры кипения жидкостей провести со всеми 10 смесями. Перед каждым опытом кипелки заливают новым раствором, им же споласкивают колбу.

5.Измерить показатель преломления конденсата собранного в пробирку. По измеренным показателям преломления конденсата, пользуясь калибровочной кривой, определить состав пара жидкости, температуру кипения которой определяли.

6.Полученные экспериментальные данные записать в табл.4.1.

Таблица 4.1.

Экспериментальные данные для построения кривой зависимости «температура кипения – состав»

7. Построить графическую зависимость в координатах «температура кипения – состав». Нижнюю кривую строить по температурам кипения до отбора пробы и по процентному составу исходных смесей. Верхнюю кривую строить по средним температурам кипения и процентному составу пара.

21

Лабораторная работа №5

Термический анализ

Цель работы: построить диаграмму плавкости смеси веществ нафталина и дифениламин; определить состав эвтектической смеси.

Методические указания к выполнению работы

Термический анализ изучает зависимость температуры кристаллизации или плавления исследуемой системы от ее состава. Результаты термического анализа оформляются в виде диаграммы плавкости в координатах «температура – состав», которая отражает фазовые превращения в гетерогенных системах. Анализ диаграмм плавкости позволяет определить число и химическую природу фаз, границы их существования, характер взаимодействия компонентов, устойчивость образующихся веществ.

Для построения диаграмм плавкости используют кривые охлаждения, рис. 4а. Кривые охлаждения строятся в координатах «температура – время». Если в системе не происходит никаких фазовых превращений, температура при охлаждении падает равномерно. Появление кристаллов в расплаве и переход одной кристаллической модификации в другую сопровождается выделением тепла, и падение температуры замедляется. Таким образом, всякий излом на кривой охлаждения соответствует появлению новой фазы

Схема построения диаграммы плавкости показана на рис. 4. Строят кривые охлаждения для чистых веществ и их смесей. Обычно берут 6…8 смесей различных концентраций. Значения температур соответствующих появлению новых фаз (горизонтальные плато) переносят с кривых охлаждения на диаграмму плавкости (диаграмму состояния системы) в координатах «температура-состав», рис. 4б.

Смесь, которая кристаллизуется без изменения состава называется эвтектикой. Линия солидуса СЕД соответствует температуре кристаллизации эвтектики. В эвтектической точке Е сосуществует три фазы: расплав и кристаллы чистых компонентов А и В. Количество сосуществующих кристаллических фаз А и В в точке Е определяется по правилу рычага:

22

Порядок выполнения лабораторной работы

1.В пронумерованные пробирки поместить чистые вещества и их смеси различного состава, табл. 5.2. Пробирки закрыть пробками с термометрами таким образом, чтобы ртутный шарик был помещен в вещество. Пробирки опустить в водяную баню и нагреть до полного расплавления в них вещества.

2.Пробирки вынуть из бани, обтереть досуха и поместить в воздушную рубашку (узкогорлую колбу с фильтровальной бумагой на дне) для их равномерного охлаждения.

3.Вести наблюдения за охлаждением системы, записывая температуру расплава в пробирке через каждые 30 секунд, табл. 5.1. Время отсчитывать по секундомеру. На кривых охлаждения фиксируются температурные задержки при выпадении первых кристаллов из расплава.

Кристаллизация чистых веществ или эвтектической смеси - сопровождается продолжительной температурной остановкой. После того, как все вещество или эвтектическая смесь закристаллизуется, происходит дальнейшее понижение температуры. Наблюдение за охлаждением системы продолжать еще 5 минут.

23

Таблица 5.1

Данные для построения кривых охлаждения

Номер пробирки

4. По экспериментальным данным построить кривые охлаждения и диаграмму плавкости. Результаты термического анализа занести в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Результаты термического анализа

5. По диаграмме плавкости вычислить состав эвтектической смеси, то есть процентное содержание в ней нафталина и дифениламина.

4. ЭЛЕКТРОХИМИЯ

Вопросы к коллоквиуму

1.Слабые электролиты. Закон разведения Оствальда.

2.Сильные электролиты. Теория Дебая-Гюккеля.

3.Коэффициент активности. Ионная сила раствора.

4.Удельная и эквивалентная электропроводности растворов; их зависимости от концентрации.

5.Предельная эквивалентная электропроводность раствора. Подвижность ионов. Законы Кольрауша.

6.Кондуктометрические определения.

7.Электролиз; электродные реакции. Законы Фарадея.

24

8.Гальванический элемент; его электродвижущая сила (ЭДС). Уравнение Нернста.

9.Зависимость ЭДС от температуры. Уравнение ГиббсаГельмгольца.

10.Применение ЭДС для определения термодинамических функций при электродных реакциях.

11.Электроды первого, второго и третьего рода.

12.Химические и концентрационные гальванические элементы. Гальванические цепи без переноса и с переносом.

13.Применение ЭДС для аналитических целей.

Лабораторная работа № 6

Измерение электропроводности слабого электролита

Цель работы: измерить электропроводность раствора слабого электролита и рассчитать константу диссоциации.

Методические указания к выполнению работы

Удельная электропроводность раствора æ – это электропро-

водность раствора объемом 1 см3, заключенного между электродами площадью 1 см2. Она является величиной, обратной удельному элек-

трическому сопротивлению :

æ = 1/ , Ом-1·см-1. (6.1)

С разбавлением раствора æ уменьшается, т.к. уменьшается концентрация электролита.

Эквивалентная электропроводность раствора - это электропро-

водность раствора, содержащего 1 эквивалент растворенного вещества, объем которого заключен между двумя параллельно расположенными электродами, отстоящими друг от друга на расстоянии 1см.

где Сн – нормальная концентрация раствора.

Эквивалентная электропроводность слабых и сильных электролитов увеличивается с разбавлением: для слабых – вследствие возрастания степени диссоциации электролита, для сильных – в результате уменьшения взаимного притяжения.

25

Эквивалентная электропроводность растворов электролитов с разбавлением достигает предела, при котором становится независимой от концентрации. Она называется эквивалентной электропровод-

ностью бесконечно разбавленного раствора ∞.

Согласно закону Кольрауша или закону независимого движения ионов в разбавленных растворах

где ∞+ и ∞- - ионные электропроводности при бесконечном разбавлении или подвижности ионов.

Степень диссоциации слабого электролита α можно рассчитать

Константа диссоциации слабого электролита зависит от температуры, природы растворенного вещества и природы растворителя. Согласно закона разбавления Оствальда константа диссоциации К определяется как

1 α

где С – концентрация электролита.

Так как для слабых электролитов α « 1, то К= α2С. (6.6) Для определения удельной электропроводности электролита, нужно определить удельную электропроводность воды и вычесть ее значение из удельной электропроводности раствора. По значениям удельной электропроводности раствора слабого электролита рассчитывают его эквивалентную электропроводность, степень диссоциации

и константу диссоциации.

Работа с прибором кондуктометром-иономером АНИОН-4100.

1.Для обеспечения достоверности и точности измерений необходимо содержать в чистоте датчик (ДКВ-1) прибора. При измерениях на поверхностях датчика задерживаются остатки растворов и поэтому необходимо обязательно ополаскивать датчик дистиллированной водой (анализируемым раствором при её отсутствии) как перед измерением, так и при переносе из одного раствора в другой. Рекомендуется осушать датчик фильтровальной бумагой.

2.Допускается перемешивание раствора датчиком в процессе определения температуры раствора.

3.Не следует оставлять прибор надолго под воздействием пря-

26

мого солнечного света. Индикатор выходит из строя от нагрева солнечным излучением.

4. Рабочие клавиши:

«измерение» - клавиша перехода в режим наблюдения измеряемых параметров;

«вкл/выкл.» - клавиша включения прибора;

- клавиши управления движением маркера.

Порядок выполнения лабораторной работы

1.В сосуд для измерения электропроводности налить дистиллированную воду и перемешать раствор датчиком. Датчик погрузить в раствор таким образом, чтобы кондуктометрическая ячейка была полностью закрыта, а расстояние между корпусом датчика и стенками сосуда было не менее 1 см. Включить прибор. Выбрать экран «измерение», функциональную строку с позицией «УЭП». На экране наблюдать значения температуры и единицы измерения удельной электрической проводимости (УЭП) раствора æ. Снять показания. Прибор выключить, датчик вынуть из раствора и осушить его фильтровальной бумагой.

2.В мерной колбе на 200 см3 приготовить 0,04 н. раствор слабого электролита. Для этого навеску соли поместить в колбу, растворить

еев небольшом количестве воды, тщательно перемешать и осторожно довести до метки.

3.Замерить удельную электропроводность æ 0,04 н. раствора слабого электролита, проводя последовательно все операции, как и при измерении æ дистиллированной воды. Датчик после измерения ополоснуть дистиллированной водой и осушить фильтровальной бумагой.

4.Приготовить 0,02 н. раствор. Для этого пипеткой на 100 см3 ото-

брать раствор из сосуда для измерения электропроводности и перенесите его в мерную колбу на 200 см3, затем довести дистиллированной водой до метки. Перелить приготовленный раствор в сосуд для измерения электропроводности и измерить æ.

5.Последующими разбавлениями приготовить 0,01; 0,005; 0,0025; 0,00125 н. растворы и измерить их удельную электропроводность æ.

6.Рассчитать удельную и эквивалентную электропроводности исследуемого электролита для шести концентраций.

27

7.Построить график зависимости удельной и эквивалентной электропроводности от концентрации С: æ=f(C); =f(С). Экстраполяцией до С = 0 определить значение ∞.

8.Рассчитать эквивалентную электропроводность при бесконечном разбавлении для раствора слабого электролита. Подвижности ио-

нов ∞+ и ∞- взять из справочника физико-химических величин. Сравнить рассчитанное значение ∞ со значением ее величины, найденной графическим путем.

9.Рассчитать степень диссоциации раствора слабого электролита для шести концентраций. Построить график зависимости степени диссоциации электролита α от концентрации С раствора электролита.

10.Рассчитать константу диссоциации К для всех концентраций.

11.Результаты экспериментов и расчетов занести в табл. 6.1.

12.Охарактеризовать процесс диссоциации слабого электролита

спомощью зависимостей æ=f(C); =f(С), α=f(C) и величины константы диссоциации.

Лабораторная работа № 7

Кондуктометрическое титрование

Цель работы: Определить концентрацию исследуемого раствора методом кондуктометрического титрования.

Порядок выполнения лабораторной работы

1.Заполнить бюретку раствором гидроксида натрия.

2.Налить 200 см3 исследуемого раствора соляной кислоты в

стакан.

3.В исследуемый раствор погрузить кондуктометрическую

28

ячейку (ячейка должна быть полностью закрыта, а расстояние между корпусом датчика и стенками сосуда составлять не менее 1 см.).

4.Включить прибор, кондуктометр – иономер АНИОН – 4100. Выбрать экран «измерение». На экране наблюдать значения температуры и единицы измерения удельной электрической проводимости (УЭП). Снять показания.

5.Прилить из бюретки по 0,5 см3 0,1 н. раствора гидроксида натрия. Раствор тщательно перемешивать после каждого добавления щелочи. Затем определить его удельную электропроводность.

6.Одновременно с опытом строить кривую титрования. Для этого на оси ординат откладывать значение удельной электропровод-

ности раствора æ, а на оси абсцисс – количество прилитой щелочи (в см3). Обратить внимание на единицы измерения на экране прибора и на единицы измерения, используемые при расчётах и построении графика. Раствор щелочи необходимо приливать до фиксирования эквивалентной точки. После эквивалентной точки должно быть проведено не менее 6 измерений.

7.Определить объем раствора гидроксида натрия, пошедшего на титрование. Рассчитать нормальность кислоты по формуле 7.1.

где Nщ, Vщ – нормальность и объём раствора щёлочи. Nк, Vк – нормальность и объём раствора кислоты.

5.ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА Вопросы к коллоквиуму

1.Скорость химической реакции, молекулярность, порядок и константа скорости реакции. Зависимость скорости реакции от концентрации.

2.Вывод уравнения константы скорости реакции первого порядка. Период полураспада.

3.Вывод уравнения константы скорости реакции второго порядка. Период полураспада.

4.Методы определения порядка химической реакции.

5.Правило Вант-Гоффа.

6.Уравнение Аррениуса; вывод; применение.

29

7.Теории химической кинетики.

8.Сложные реакции.

9.Фотохимические реакции. Цепные реакции.

10.Скорость гетерогенной химической реакции. Скорость гетерогенного процесса.

11.Катализ. Механизм действия катализатора.

12.Ферментативный катализ. Гетерогенный катализ

Лабораторная работа № 8

Изучение скорости инверсии сахара

Цель работы: изучить кинетику реакции инверсии тростникового сахара. Определить аналитическим и графическим путем среднюю константу скорости реакции.

Методические указания к выполнению работы

Процесс инверсии сахара является гидролитическим расщеплением сахарозы С12Н22О11 на глюкозу и фруктозу:

С12Н22О11 + Н2О → С6Н12О6 + С6Н12О6.

Глюкоза Фруктоза

Реакция бимолекулярна, поэтому скорость реакции V определяется как

Так как реакция протекает в избытке воды, поэтому концентрацию воды СH2O можно считать постоянной, тогда

Следовательно, скорость инверсии зависит только от концентрации сахарозы, и реакция протекает как реакция первого порядка. Тогда константу скорости инверсии тростникового сахара можно рассчитать как

где С0 – концентрация сахара в исходном растворе;

Сt - концентрация сахара, прореагировавшего за время τ; t - время от начала реакции до момента измерения;

С0 – Сt - концентрация сахара в данный момент времени. Катализатором реакции являются ионы Н+.

30