Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физическая и коллоидная химия. Методические рекомендации к лабораторные работы
.pdf
Δp= i·р0·хb (5.2)
где хb – молярная доля растворенного вещества.
Для растворов по сравнению с чистым растворителем,
характерно понижение температуры замерзания
ΔTm=i·Km (5.3)
и повышение температуры кипения
ΔTb= i·E
где К и Е - криоскопическая и эбулиоскопическая постоянные, соответственно, которые определяются только
природой растворителя; m – моляльная концентрация,
моль/кг. Для воды К=1,86 град кг/моль; E=0,52 град кг/моль.
Осмотическое давление разбавленных растворов пропорционально молярной концентрации растворенного вещества с, моль/л:
(5.4),
m
π = i·c·R·T (5.5)
В идеальных растворах, все эти свойства определяются
только концентрацией растворенных веществ, но не зависят
от их природы. Определив из опыта одно из перечисленных
свойств раствора, можно рассчитать концентрацию растворенного вещества (i·с) и любое из других свойств. Например,
экспериментальное определение величины ΔTm и ΔTb (криоскопия и эбулиоскопия) часто используются для нахождения
изотонических коэффициентов растворов электролитов, осмотического давления растворов, молярных масс растворенных веществ.
81
Цель работы: Определить температуру замерзания раство-
рителя и температуру начала замерзания
раствора, по величине ΔTm рассчитать изотонический коэффициент i, рассчитать осмотическое давление раствора.
Порядок выполнения работы:
1. Подготовить криометр (рис.12) к работе. Для этого
промыть пробирку 1 и резервуар термометра 2 дистиллированной водой. Заполнить стакан 4 охлаждающей смесью из
льда, NaCI и воды.
2. Измерить температуру замерзания воды. Для этого в
пробирку 1 налить такой объем дистиллированной воды,
чтобы ее уровень был на 0,5-1 см выше резервуара термометра и поместить ее в криометр. Наблюдать за понижением
температуры воды, непрерывно перемешивая жидкость мешалкой 5. Начиная с температуры 2 - 3°С, отмечать показания термометра каждые 30 секунд и записывать их в таблицу
1. Обычно температура жидкости постепенно снижается до
значения ниже температуры замерзания (переохлаждение),
затем после начала кристаллизации ее температура быстро
повышается до постоянного значения, которое и является
температурой замерзания чистого растворителя Т0. Записать
температуру замерзания воды в таблицу 2. Вынуть пробирку
из криометра, расплавить кристаллы, нагревая пробирку рукой, и повторить определение температуры замерзания воды.
3. Измерить температуру замерзания раствора. Приготовить раствор исследуемого вещества (концентрация вещества указывается преподавателем).
Пробирку 1 и термометр промыть исследуемым раствором. Определить температуру начала замерзания раствора, как определяли температуру замерзания воды.
82
а
б
Рис 12. а). Изменение температуры в процессе охлаждения
1 - воды, 2-раствора; б) Криометр
.
83
Важно помнить, что температура кристаллизации раствора будет постепенно понижаться по мере выпадения кристаллов растворителя и повышения концентрации раствора
(рис.12). Температура кристаллизации растворителя из раствора исходной концентрации соответствует наивысшей
температуре после переохлаждения (T1). Измерения повторить 2-3 раза.
По данным таблицы 1 построить кривые охлаждения
воды и раствора.
По экспериментально найденному значению
ΔTm=T0−T1, рассчитать величину изотонического коэффициента i = ΔTm/К·с, и сравнить найденное значение с максимально возможным для раствора данного вещества.
По формуле (5.6), полученной из формул (5.3) и (5.5),
рассчитать осмотическое давление исследуемого раствора:
π
=R∙T∙ΔTm (5.6)
273
7. Установить изотоничность раствора исследуемого
вещества крови. Для этого по формуле (5.7) рассчитать осмотическое давление раствора при 310 К:
π
=310∙π
310
/273 (5.7)
273
Полученное значение сравнить с осмотическим давлением
крови (783 кПа).
Таблица 1.
Зависимость температуры раствора (Т1)
от времени охлаждения.
Растворитель Раствор
время, мин t
˚C время, мин t
0,
0,5
1,0
…
84
1,
˚C
Таблица 2.
Растворитель....................
К………..……
Растворенное вещество…………
Масса растворителя............
Масса вещества………………
Температура
кристаллизации
ΔTm С i π
π
273
310
растворитель раствор
Вопросы к работе 7
1. Как будет изменяться температура растворителя в
процессе его охлаждения? Какое показание термометра принимают за температуру замерзания растворителя?
2. Как будет изменяться температура раствора в процессе его охлаждения? Какое показание термометра принимают за температуру замерзания раствора?
3. Как зависит температура замерзания раствора от
концентрации растворенного вещества. Запишите формулу
для расчета ΔTm.
4. Каков физический смысл криоскопической постоянной?
5. Какое давление называют осмотическим?
6. Как оценить осмотическое давление раствора по
температуре его замерзания?
7. Зависит ли осмотическое давление раствора от природы растворенного вещества?
8. В каких случаях величина осмотической концентрации совпадает с аналитической?
9. Каково максимальное значение изотонического коэффициента КСl, Na2SO4?
10. Будет ли одинаковым понижение температуры замерзания растворов сахарозы и NaСl одной и той же моляльной концентрации?
85
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Способы выражения концентрации.
Мольная доля − отношение количества вещества (моль)
к сумме количеств всех компонентов в растворе (моль).
Массовая доля вещества в растворе − отношение массы
растворенного вещества к массе раствора.
Процентная концентрация − массовая доля вещества,
выраженная в процентах − масса вещества (г) в 100 г
раствора.
Мольная концентрация (моль⋅л
−1
) − отношение количества вещества, содержащегося в растворе, к объему
этого раствора. При одинаковой мольной концентрации
равные объемы растворов различных веществ содержат
одинаковое количество веществ.
Моляльная концентрация (моляльность) (моль⋅кг
отношение количества вещества к массе растворителя.
Титр (г⋅мл
−1
) − масса растворенного вещества в 1 мл
раствора.
Моль – количество вещества, содержащее столько же
структурных элементов (атомов, молекул, ионов, формульных единиц, электронов), сколько атомов содержится в углероде-12 массой 0,012 кг.
−1
) −
Приложение 2. Подвижности ионов Н+ и СН3СОО− при бес-
конечном разведении, cм
2
⋅Ом−1⋅моль
−1
.
t, °C 18 19 20 21 22 23 24
λ∞(H+) 315 320 325 330 335 340 345
λ∞(CH3COO−) 35,0 35,9 36,7 37,5 38,4 39,2 40,0
86
Приложение 3. Подвижности некоторых ионов в воде при
25°С и бесконечном разведении, cм
2
⋅Ом−1⋅моль
−1
.
Катионы Анионы
H
Na
K
NH
Li
Ag
+
+
λ∞ λ
1\2
Mg
1\2
Ca
1\2
Zn
1\3
+
+
4
+
+
349,8
50,1
73,5
73,4
38,72
61,9
Mg
1\2
Cu
1\2
2+
2+
2+
3+
2+
λ
∞
54,0
59,5
52,8
63,0
56,6
63,6
OH-
Cl
Br
NO
HCO
1\2CO
198,6
-
76,3
-
78,14
-
71,4
3
-
44,0
3
2-
69,3
3
λ
∞
1\2SO
HCOO
2-
4
-
CH3COO
C2H5COO
C3H7COOC6H5COO-
∞
80,0
54,5
-
40,9
-
35,8
32,6
32,5
Ba2+
Приложение 4. Стандартные электродные потенциалы при
25°С для реакции Oxn+ + ne→ Red
Ме E, B Ме E, B Ме E, B
Li+/Li
K
+
Ca
Na
Cr
Zn
+
/K
2/Ca
+
/Na
2+
/Cr
2+
/Zn
− 3,045
− 2,924
− 2,866
− 2,714
− 0,913
− 0,763
Cd
Fe
Ni
Mo
Sn
2H
2+
2+
2+
3+
2+
+
/Cd
/Fe
/Ni
/Mo
/Sn
/H
2
− 0,61
− 0,440
− 0,250
− 0,200
− 0,136
0,0
Cu
Ag
Pt
Cl
Au
2+
I
/2I−
2
+
2+
/2Cl−
2
3+
/Cu
/Ag
/Pt
/Au
0,337
0,536
0,799
1,188
1,359
1,498
87
Приложение 5. Cтандартные редокс-потенциалы при 298 К.
0
8
0
0
0
0
0
0
0
E
redox
В
1,82
1,51
0,77
0,36
0,153
1,15
0,0
− 0,41
Электрод
Pt/Ox, Red
Pt /Co3+, Co2+
Pt / MnO
Pt/ Fe
Pt / Fe(CN)
Fe(CN)
Pt /Cu
Pt / Sn
Pt/ H
Pt / Cr
, Mn2+
4
3+
, Fe2+
4−
6
2+, Cu+
4+, Sn2+
+
, H2
3+
, Cr2+
Электродная реакция
OH+ + ze− + mH+ ↔ Red
3+
Co
+ e− ↔ Co2+
−
MnO
3−
,
6
+ 8H+ + 5e− =
4
4OH
3+
Fe
+ e− ↔ Fe2+
Fe(CN)
3−
6
Fe(CN)
2+
Cu
+ e− ↔ Cu+
4+
Sn
+ 2e− ↔ Sn2+
+
2H
+ 2e− ↔ H2
3+
Cr
+ e− ↔ Cr2+
−
+ e− ↔
4−
6
z m
1
5
1
1
1
2
2
1
Приложение 6. Поверхностное натяжение воды при различных температурах.
Температура, t˚C Поверхностное натяжение, Дн/см
16 73,34
17 73,20
18 73,05
19 72,90
20 72,75
21 72,59
22 72,44
23 72,28
24 72,13
88
Приложение 7. Лиотропные ряды.
+
Li
>Na+>NH
2+
>Be
−
F
>Mg2+>Cd2+>Ca2+>Sr2+>Ba2+
>CH3COO−>HCOO−>Cl−>Br−>NO
C2O
Кати-
оны
Анио-
ны
Однозарядные
Двухзарядные
Однозарядные
Двухзарядные
+>K+
4
UO
>I−>CNS−
2−
>SO
4
4
>Rb+>Cs+>Tl+>Ag+
2+
2
−
3
2−
>HPO
2−
4
89
ЛИТЕРАТУРА
1. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. М.: Высш.шк., 1990. 255 с.
2. Основы физической химии. Теория и задачи.
Учеб.пособие для ВУЗов. М.: изд-во «Экзамен», 2005.
480 с.
3. Ерёмин В.В., Карго С.И., Успенская И.А., Кузьменко
Н.Е., Лунин В.В. Задачи по физической химии.
Учеб.пособие. М.:изд-во «Экзамен», 2003. 320 с.
4. Сборник задач по электрохимии. Под ред. Колпаковой
Н.А.М.: Высш.школа., 2003. 140 с.
5. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. М.:
Высш.шк., 1988. 496 с.
6. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С. и др. Общая
химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. М.: Высш. шк., 1993. 560 с.
7. Литвинова Т.Н. Задачи по общей химии с медикобиологической направленностью. Ростов-на-Дону:
«Феникс», 2001. 125 с.
8. Практикум по общей химии. Под ред. Профессора
Попкова В.А., Бабкова А.В. М.: Высш.шк., 2001. 236 с.
9. Лунина М.А. Коллоидная химии. Программы, методические указания и контрольные задания. М.: Высш.шк.,
1965. 65 с.
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]