Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физическая химия. Лабораторный практикум-1
.pdf
В некоторых случаях возможно переохлаждение расплава. При
этом происходит временное понижение температуры ниже температуры фазового перехода с последующим повышением температуры.
Особенно сильно переохлаждение проявляется в случае чистых веществ и эвтектической смеси.
1. Проверить правильность заполнения таблицы «Система управления учебно-лабораторным комплексом» на мониторе компьютера
(рис. 7.3).
Рис. 7.3. Таблица на мониторе компьютера
В поле «Измерительные каналы» отметить:
– термодатчик – 1, 2, 3, 4, 5, 6;
– дополнительный параметр – 0, 1, 3, 5;
– использовать дополнительный параметр.
В поле «Параметры измерения» отметить:
– автоматический режим;
– интервал измерений – 15;
– число измерений – 100;
– активировать контроллер.
В поле «Исполнительные устройства» отметить:
– нагреватель – 110 °С;
– термостат – 0 °С;
61
– источник напряжения – 0,00 В;
– источник тока – 0,0 мА.
2. При редактировании последнего параметра подтвердить окончание редактирования нажатием клавиши «Enter» на клавиатуре
компьютера.
3. Поместить ампулы 0, 1, 3, 5 в каналы 5 и 6.
4. Нагреть ампулы до 110 °С.
5. Когда температура в ампулах приблизится к заданной, начать
измерения. Нагретые ампулы переставить в измерительный блок и
начать измерения нажатием кнопки «Измерение».
6. Измерения проводить до температуры 25…26 °С во всех ампулах.
7. После первого эксперимента продолжить проведение работы с
очередными ампулами. Для этого необходимо перейти в окно
«Управление» и нажать кнопку «Текущее состояние».
8. Повторить эксперимент с ампулами 6, 7, 9, 10.
9. Проверить правильность заполнения таблицы «Система управления учебно-лабораторным комплексом» на мониторе компьютера
(рис. 7.4).
Рис. 7.4. Таблица на мониторе компьютера
10. Порядок заполнения такой же, как в п. 1, но в поле «Дополнительный параметр» отметить: 6, 7, 9, 10.
62
11. При редактировании последнего параметра подтвердить окончание
)
редактирования нажатием клавиши «Enter» на клавиатуре компьютера.
12. Поместить ампулы 6, 7, 9, 10 в каналы 5 и 6.
13. Повторить п. 4–6.
7.4. Обработка результатов экспериментов
1. Для построения экспериментальных графиков перейти на экран
«Графики».
2. Для построения графика определить соответствие между координатами графика и данными, полученными на измерительных каналах. Выбрать каналы: для оси абсцисс (х) – «Время», для оси ординат
(у) – «Номер термодатчика» (рис.7.5).
Рис. 7.5. Выбор каналов
3. Распечатать восемь графиков (для 1-го и 2-го эксперимента по
четыре графика). Показать графики лаборанту.
4. Распечатать активность нафталина в расплавах, содержащих 90,
70 и 50 % масс. этого компонента; вычислить теплоту плавления дифениламина для расплава, содержащего 80 % масс. дифениламина в
предположении, что расплав является идеальным раствором.
Для систем, в которых из жидкости выделяется чистый твердый
растворитель, состав жидкого сплава X
ления кристаллов T
где X
, ΔН
i
– мольная доля и мольная теплота плавления i-го компо-
пл
связаны уравнением
s
HT T
Δ−
ln ,
X
=−
i
пл пл s
RT T
и температура начала выде-
i
(
пл s
(7.1)
нента;
Т
– температура плавления чистого компонента.
пл
63
Уравнение (7.1) справедливо, если расплав – идеальный раствор, а
)
компоненты считаются полностью нерастворимыми друг в друге в
твердом состоянии. Для реальных растворов его можно переписать в
виде
HT T
Δ−
(
где a
– термодинамическая активность i-го компонента.
i
a
=−
ln ,
i
пл пл s
RT T
пл s
(7.2)
При расчете активности нафталина по формуле (7.2) использовать
значение теплоты плавления нафталина ΔН
пературу плавления нафталина Т
кристаллов Т
нафталина из расплавов определить из построенной
s
и температуру начала выпадения
пл
= 19 000 Дж/моль. Тем-
пл
фазовой диаграммы состояния.
Для расчета теплоты плавления дифениламина (см. уравнение
(7.1)) определить температуру плавления дифениламина Т
ратуру начала выпадения кристаллов дифениламина Т
и темпе-
пл
из расплава,
s
содержащего 80 % масс. дифениламина, из построенной фазовой
диаграммы состояния, а также рассчитать мольную долю дифениламина, зная мольные массы компонентов и состав расплава.
7.5. Требования к отчету о работе
Отчет должен содержать:
1) цель работы;
2) краткое изложение теории;
3) кривые охлаждения и фазовую диаграмму;
4) значения активностей нафталина для сплавов, содержащих 90,
70, 50 % нафталина и теплоту плавления дифениламина с учетом
данных для сплава, содержащего 80 % дифениламина.
Контрольные вопросы
1. Как определить составы равновесных фаз для различных температур и составов сплавов, используя фазовую диаграмму?
2. Как рассчитать массу каждой фазы и массу каждого компонента в каждой фазе?
3. Как определить число термодинамических степеней свободы в
различных точках фазовой диаграммы?
4. Какие простейшие фазовые диаграммы вам известны?
64
5. Какие особенности могут появиться на кривой охлаждения, ес-
ли имеют место эффекты переохлаждения?
6. Как нарисовать кривую термического нагрева?
7. Масса сплава с 80 % нафталина равна 200 г. Найдите массу
жидкой фазы при температуре 40 °C.
65
IV. ЭЛЕКТРОЛИТЫ
Электролитическая диссоциация
и явления переноса в электролитах
Диссоциация вещества – способность вещества к распаду на составляющие его части. В определенных условиях некоторые вещества способны полностью или частично распадаться на ионы. Так, в
водных растворах неорганические соли, щелочи и кислоты распадаются на ионы практически полностью (сильные электролиты), а органические – частично (слабые электролиты). Введем две характеристики процесса диссоциации.
Степень диссоциации – отношение числа распавшихся молекул n
данного вещества на ионы к общему числу молекул этого вещества n:
n
i
α=
Для бинарного электролита AB концентрация ионов в растворе
может быть выражена через общую концентрацию растворенного
вещества с следующим образом:
(IV.1)
.
n
i
Для вещества с формулой АB
ccc c
AВ
cc c
==α
+−
AB
3
;3.
=α = α (IV.3)
+−
(IV.2)
.
Для слабых электролитов α << 1, для сильных α ≤ 1.
Константа диссоциации K
– это константа равновесия процесса
д
диссоциации. Например, для вещества AB, диссоциирующего по
++B–
уравнению AB→A
,
()()()()
аа cc
+− +−
АВ АВ
=≈
K
Д
аc
АВ АВ
(IV.4)
,
причем все активности (концентрации) должны быть взяты в момент
равновесия.
Для вещества с формулой АB
()()()()
66
K
аа cc
=≈ (IV.5)
Д
+− +−
АВ АВ
3
3
.
аc
АВ АВ
Связь константы диссоциации со степенью диссоциации:
Д
– для АВ
2
(IV.6)
;
343
.
(IV.7)
– для АВ
()()
cc
+−
АВ
===
K
Д
3
===
K
Д
cc
АВ
()()
сс
+−
АВ
3
сс
АВ
αα α
()()
cc c
−α −α
(1 ) 1
αα α
()(3) 27
сс с
−α −α
(1 ) 1
Зависимость степени диссоциации от концентрации (для бинарно-
го электролита):
2
KKKс
−+ +
α= ≈
ДДД
4
2
сс
K
(IV.8)
.
Последнее выражение справедливо только для слабых электроли-
тов, когда α << 1.
лектропроводность электролитов
Э
В электролите движение заряженных частиц можно описать как
равномерное и прямолинейное. Скорость иона
vkE= , где k – абсо-
лютная подвижность иона, которая зависит от типа иона и среды, в
которой он движется.
Абсолютная подвижность иона – это скорость движения иона в
поле с единичной напряженностью, см
2
/(В⋅с).
Подвижность иона равна произведению абсолютной подвижно-
сти иона на постоянную Фарадея:
–1
,lkF
= Ом
±±
2
⋅см
/г-экв. (IV.9)
При малых концентрациях подвижность практически не зависит
от концентрации, а при больших – падает с ростом концентрации.
Удельная электропроводность электролита χ – это электропровод-
ность 1 см
3
раствора, находящегося между двумя параллельными элек-
тродами, расположенными на расстоянии 1 см друг от друга.
Удельная электропроводность электролитов равна произведению
концентрации ионов в растворе на скорость переноса заряда в поле
единичной напряженности через единичное сечение:
67
–
χ=α +
(),Сl l
+−
С учетом перевода концентрации из см
Ом
–1
1⋅см
. (IV.10)
3
в литры (1/1000):
– для слабых электролитов
Cl l
()
α+
+−
χ=
;
(IV.11)
1000
– для сильных электролитов
Cl l
()
+
+−
χ=
.
(IV.12)
1000
Поскольку при больших концентрациях подвижность ионов
уменьшается, удельная электропроводность начинает снижаться с
ростом концентрации.
Эквивалентная электропроводность λ – это электропроводность
объема раствора, содержащего 1 г-экв. вещества и находящегося между двумя параллельными электродами, расположенными на расстоянии 1 см друг от друга.
Для сильных электролитов α ≈ 1 и
∞
= λ
λ = l
∞
где λ
– эквивалентная электропроводность при бесконечном разве-
++l-–
, (IV.13)
дении.
Выражение (IV.13) справедливо и для слабых электролитов при
концентрации, стремящейся к нулю. Таким образом, для слабых
электролитов
λ= =α + ≈αλ
χ
1000 ( ) .ll
c
+−
∞
(IV.14)
Измеряя значения λ (как функции концентрации при малых концентрациях), можно определить степень и константу диссоциации.
68
Лабораторная работа 8
R
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТЫ ДИССОЦИАЦИИ
СЛАБОГО ЭЛЕКТРОЛИТА МЕТОДОМ
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ
(1 час)
8.1. Цель работы
1. Определить константу диссоциации уксусной кислоты.
2. Установить зависимость ее удельной и эквивалентной электро-
проводностей и степени диссоциации от концентрации.
8.2. Теоретическое введение
Сопротивление проводника R прямо пропорционально его длине l
и обратно пропорционально площади поперечного сечения S:
l
RS=ρ
,
(8.1)
где ρ – удельное сопротивление (сопротивление проводника длиной
1 см с площадью поперечного сечения 1 см
Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной
электропроводностью:
1
.χ=
2
), Ом ⋅ см.
ρ
Соответственно,
l
или
RS=
χ=
(8.2)
χ
l
. (8.3)
S
69
В случае растворов электролитов под параметрами S и l можно
было бы понимать соответственно площадь электродов и расстояние
между ними. Однако фактически ток проводит не только слой раствора между электродами. Кроме того, сила тока зависит также от
того, как повернуты электроды по отношению друг к другу, и других
факторов. Для учета этих обстоятельств вводят коэффициент ϕ:
1l
χ=ϕ
(8.4)
SR
или
χ=ϕ
. lR
(8.5)
S
Правая часть выражения (8.5) зависит только от свойств сосуда
(формы, геометрии электродов, размеров и т.д.). Ее называют константой сосуда ξ. Таким образом,
χR = ξ. (8.6)
Для определения константы сосуда в нем измеряют сопротивление стандартного раствора, удельное сопротивление которого известно. В качестве стандартного раствора используется, например,
1
N раствор KCl. Удельная электропроводность хлорида калия в
50
зависимости от температуры приведена в табл. 8.1.
Таблица 8.1
Удельная электропроводность KCl
в зависимости от температуры
–1
t, °C χ, Ом
10 0,001994 18 0,002397
11 0,002043 19 0,002449
12 0,002093 20 0,002501
13 0,002142 21 0,002553
14 0,002193 22 0,002606
15 0,002243 23 0,002659
16 0,002293 24 0,002712
⋅ см–1 t, °C χ, Ом
–1
⋅ см–1
Из уравнения (IV.14) можно получить
α=
λ
λ
70
. (8.7)
∞
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]