Лабораторная работа №4. Закон распределения. Фазовое равновесие
Цель работы: проверить соблюдение закона распределения Нернста для реальных растворов.
Объекты и средства исследования
Органический растворитель (гексан).
0,1 н раствор йода в KI.
4 сосуда с притертыми пробками.
4 делительные воронки.
Перемешивающее устройство
Фотометр «Эксперт-003» (светофильтр 470 нм)
Мерные пипетки.
Порядок проведения работы
В четырех сосудах с пробками приготовить 4 смеси в соответствии с таблицей:
№ |
Объем йода, мл |
Объем органического растворителя, мл |
Объем воды, мл |
Общий объем |
1 |
2 |
5 |
43 |
50 |
2 |
2 |
7,5 |
40,5 |
50 |
3 |
2 |
10 |
38 |
50 |
4 |
2 |
12,5 |
35,5 |
50 |
органический
слой
водный
слой
Рисунок 2.9. Распределение йода в двух несмешивающихся фазах
Сосуды со смесями, закрытые пробками, поставить в прибор для встряхивания на 50-60 минут.
По окончании встряхивания сосуды снять со встряхивателя, их содержимое вылить в делительные воронки на 20минут для расслаивания.
органический
слой
водный
слой
Рисунок 2.10. Делительная воронка
После расслаивания из каждой воронки слить отдельно водные слои в стаканы, не допуская попадания в стаканы верхнего (органического) слоя.
Определить концентрацию йода в водном слое. Для этого в кювету фотометра (длина волны λ=470 нм) налить дистиллированную воду и
обнулить. Далее поместить в кювету исследуемый раствор и измерить значение оптической плотности. По значению оптической плотности с помощью калибровочного графика (приложение 1) определить концентрацию йода в водном слое в моль/л.
Рассчитать начальную концентрацию йода. Рассчитать концентрацию йода в органической фазе для всех четырех смесей.
Рассчитать для всех четырех смесей коэффициент распределения йода по уравнению:
K Cорг
Cнеорг
Вычислить среднее значение константы распределения и посчитать относительную ошибку.
Сделать вывод по работе о соблюдении закона распределения.
Контрольные вопросы
Фазовое равновесие, его характеристика
Закон распределения (вывод, формулировка, физический смысл). Отклонение от закона в его простой форме.
Ассоциация и диссоциация молекул, причины явлений.
Основные типы растворов и расплавов: идеальные, совершенные, бесконечно разбавленные, регулярные, атермальные.
Применение законов распределения в металлургии
Экстракция. Методы экстрагирования.
Лабораторная работа №5. Построение диаграммы состояния двухкомпонентной системы «фенол – вода»
Цель работы: построить диаграмму состояния системы: вода-фенол, используя визуальный метод физико-химического анализа.
Объекты и средства исследования
Стеклянные пробирки со смесями «Фенол-вода» с резиновыми пробками– 10 шт.
Термостат с температурой 80ºС
Стакан со льдом и солью
Порядок проведения работы
В стеклянные пробирки помещены исследуемые системы (фенол- вода) в различных количественных соотношениях, закрыты резиновыми пробками, в которых вставлены термометры и установлены в штативе. Одни системы при комнатной температуре будут гомогенными, другие – гетерогенными.
№ пробирки |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Содержание фенола в % |
80 |
70 |
60 |
50 |
40 |
30 |
20 |
10 |
7 |
6 |
Для построения диаграммы состояния необходимо измерить температуры фазового перехода для систем различных составов, для чего визуально определяют температуры осветления или помутнения систем при нагревании или охлаждении последних. Для систем, которые при комнатной температуре являются гомогенными сначала определяют
температуру помутнения (охлаждают), а затем нагревают. Для систем, которые гетерогенные, сначала определяют температуру осветления (нагревают), а затем – температуру помутнения (охлаждают). Среднее значение температур осветления и помутнения для каждой системы и будет температурой фазового перехода системы определенного состава. Для каждого состава эксперимент проводят 3 раза.
Данные эксперимента заносятся в таблицу.
№ смеси |
% содержание фенола |
Температура, 0С |
||||||||
осветления |
помутнения |
|||||||||
Т1 |
Т2 |
Т3 |
Тср |
Т1 |
Т2 |
Т3 |
Тср |
|||
1 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полученные экспериментальные данные нанести на график: по оси абсцисс – процентное содержание фенола, по оси ординат средние температуры помутнения и средние температуры осветления. Нанесенные точки соединить плавной кривой, на графике указать критическую температуру растворения, указать поля, отвечающие гомогенной и
гетерогенной области, подсчитать число степеней свободы в гомогенной и гетерогенной областях.
Контрольные вопросы.
Назвать факторы, влияющие на растворимость жидкостей друг в друге.
Дать характеристику идеальным растворам. Сформулировать закон Рауля и написать математическое выражение его.
Объяснить причины положительных и отрицательных отклонений от закона Рауля, чем характеризуются эти отклонения.
Объяснить влияние температуры на растворимость ограниченно растворимых жидкостей. Каков смысл верхней и нижней критических температур растворения.
Правило фаз Гиббса, его вывод.
Объяснить значения областей, линий, точек на построенной диаграмме состояния «фенол-вода». Применить правило фаз Гиббса к построенной диаграмме.