Программа коллоквиума
1.Определение скорости химической реакции. Факторы, влияющие на скорость реакции. Закон действующих масс. Молекулярность и порядок реакции. Константа скорости химической реакции и ее физический смысл.
2.Кинетические уравнения реакций первого и второго порядка. Период полураспада для моно и бимолекулярных реакций.
3.Влияние температуры на скорость реакции. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Теория активного состояния. Энергия активации. Катализ.
Литература
1.Мушкамбаров Н.Н. Физическая и коллоидная химия. М., ГЭОТАР-
МЕД, 2001г., с.175-203.
2.Хмельницкий Р.А. Физическая и коллоидная химия. М., Высшая школа, 1988г., с.111-149.
3.Киреев В.А. Краткий курс физической химии. М., «Химия», 1969г.,
с.462-500.
19
Лабораторная работа №3
РАСТВОРЫ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ
Лабораторная работа № 3.1
Определение молекулярной массы вещества криоскопическим методом
Цель работы. Познакомиться с криоскопическим методом определения молекулярной массы неизвестного вещества (неэлектролита).
Оборудование.
1.Криостат.
2.Дифференциальный термометр Бекмана
3.Лупа.
Реактивы.
1.Исследуемые растворы глюкозы, мочевины, глицерина различных концентраций.
2.Хлорид натрия технический.
3.Вода дистиллированная.
4.Лед.
Суть работы. Из диаграммы состояния воды и закона Рауля следует, что растворы замерзают при более низкой температуре (Т), чем чистый растворитель (Т0). Разность температур замерзания растворителя и раствора называется понижением температуры (∆Тзамерзания).
Т0 – Т = ∆Тзамерзания |
(1) |
Температура замерзания раствора зависит от его концентрации и природы растворителя. Для разбавленных растворов неэлектролитов понижение температуры замерзания прямо пропорционально концентрации раствора:
∆Тзамерзания = К . См |
(2) |
где См – концентрация раствора, выраженная в молях на 1000 г растворителя (моляльность раствора)
Коэффициент пропорциональности К представляет собой понижение температуры замерзания раствора, содержащего 1 моль растворенного вещества на 1000 г растворителя, и называется молярным понижением температуры замерзания раствора или криоскопической постоянной. Ве-
20
личина криоскопической постоянной зависит от свойств растворителя и не зависит от свойств растворенного вещества. Например, для всех водных растворов криоскопическая постоянная определяется свойствами воды и равна 1,860С.
Если взять g г неизвестного вещества неэлектролита и растворить его в G г растворителя (воды), то моляльность полученного раствора будет равна:
Cм = |
g1000 |
(3) |
|
MG |
|||
|
|
где М – молекулярная масса растворенного вещества.
Подставив полученное выражение моляльности См в уравнение (2), получим:
Тзамерзания = К |
g1000 |
(4) |
||
MG |
||||
|
|
|
||
откуда |
|
|
|
|
M = |
1000Kg |
|
(5) |
|
G Т |
||||
|
|
|||
Таким образом, определение молекулярной массы растворенного вещества сводится к определению понижения температуры замерзания раствора этого вещества с известной концентрацией.
Производится охлаждение заданных растворов до начала образования кристаллов воды (льда). Соответствующая температура является температурой замерзания. Измерение температуры замерзания производится термометром Бекмана, показания которого зависят от предварительной настройки, поэтому, кроме измерений температуры замерзания раствора, необходимо определить и температуру замерзания чистой воды при той же настройке термометра. По полученным данным вычисляется понижение температуры замерзания
Тзамерзания = Тзамерзания(Н2О) −Тзамерзания( раствора) |
(6) |
где Тзамерзания – условная температура замерзания воды (Тзамерзания(Н2О) ) и раствора (Тзамерзания( раствора) ) при данной настройке термометра.
При этом ∆Тзамерзания от настройки термометра не зависит.
Выполнение эксперимента. Определение температуры замерзания растворов производится в криостате, схема которого представлена на рис.1.
21
Рис.1. Криостат.
1 – внутренний сосуд; 2 – термометр Бекмана; 3 – проволочная мешалка; 4 – внешний сосуд криостата.
Внутренний сосуд криостата (1) ополаскивают водой и наливают примерно 30 мл (чтобы весь резервуар ртути был погружен в воду) дистиллированной воды.
Внешний сосуд криостата (4) заполняют толченым льдом, добавляют 40-50 г технического хлорида натрия, доливают воду до начала всплытия льда и перемешивают. Температура смеси должна быть около –50С.
Сосуд с дистиллированной водой помещают в криостат и некоторое время охлаждают его (примерно до 2-30С), но не до замерзания. Устанавливают термометр Бекмана.
Термометр Бекмана представляет собой точный измерительный прибор с большим резервуаром ртути, благодаря чему по шкале можно отсчитать сотые доли градуса. При этом на шкале термометра укладывается интервал лишь в 50. Поэтому предусмотрена настройка термометра на рабочий интервал путем переливания ртути из нижнего резервуара в верхний резервуар. В нашем случае в пределах шкалы должен оказаться интервал от 0 до –30С. Термометр устанавливается преподавателем или лаборантом.
Его необходимо переносить без сотрясения и не наклоняя, чтобы из капилляра в верхний резервуар не упала капелька ртути. Это может произойти, когда термометр еще не охлажден.
Устанавливая термометр, убеждаются в правильности погружения резервуара в воду: он не должен выступать из воды и касаться стенок сосуда.
Начинают непрерывное перемешивание жидкости проволочной мешалкой (3) и наблюдают за показаниями термометра. Сначала в капил-
22
ляр уходит вся капелька ртути. Потом столбик ртути быстро опускается, верх его доходит до шкалы и движется вдоль нее.
Вода в сосуде неизбежно переохлаждается ниже 00С. В момент начала образования льда происходит резкий скачок температуры, а потом она стабилизируется, т.к. процесс замерзания воды (агрегатный переход) протекает при постоянной температуре. Вид кривых охлаждения показан на рис.2.
Температура
1
Т0 |
∆Т |
|
Т1 |
||
|
2
Время
Рис.2. Кривые охлаждения воды (1) и раствора (2). Т0 – температура замерзания воды, Т1 – температура замерзания раствора.
Записывают полученную температуру замерзания воды в табл.1. Осторожно вынимают термометр. Затем вынимают сосуд (1) и
слегка нагревают рукой до исчезновения льда. Повторяют определение температуры замерзания еще два раза.
После этого вынимают термометр, выливают воду, ополаскивают сосуд заданным раствором и наливают раствора столько же, сколько было воды (желательно, чтобы раствор был охлажден заранее). Записывают концентрацию заданного раствора (дается массовая доля).
Производят определение температуры замерзания раствора так же, как описано выше. При работе с раствором особенно важно непрерывное перемешивание, препятствующее сильному переохлаждению жидкости. Дело в том, что по мере вымерзания воды из раствора концентрация последнего увеличивается, и температура замерзания дополнительно понижается. Поэтому после резкого скачка температуры вверх вновь начинается медленное понижение температуры (рис.2). Записать показания скачка в табл.1.
Опыт повторяют еще два раза.
23