Prtakt_fiz_him-och

8. Рассчитать теплоту гидратации исследуемой соли по уравнению:

Нгидр = Н р-я – Нреш.

Значение теплоты разрушения кристаллической решетки Нреш исследуемой соли следует брать из таблицы:

9.Рассчитать моляльную концентрацию полученного раствора исследуемой соли:

где А масса воды в г (30 г), и найти в справочнике соответствующее ей значение Нр-я данной соли. Сравнить его с экспериментально найденным.

10.Сверить данные у преподавателя. Привести в порядок рабочее место и сдать его дежурному.

11.Сформулировать выводы.

31

РАБОТА 1.2.

Определение теплоты нейтрализации.

Цель работы: Определить теплоту нейтрализации сильной кислоты сильным основанием или слабой кислоты сильным основанием.

Целевые задачи: Освоить технику термохимического эксперимента,

определить графически изменение температуры в опыте, рассчитать теплоту нейтрализации:

а) В случае нейтрализации сильной кислоты сильным основанием рассчитать абсолютную и относительную экспериментальные ошиб-

ки;

б) В случае нейтрализации сильной кислоты слабым основанием рассчитать теплоту ионизации слабого основания.

Оснащение рабочего места.

Растворы HCl, CH3COOH, NaOH, NH4OH - 1н.

Проведение опыта.

1.Проверить оснащение рабочего места.

2.Отмерить цилиндром 15 мл 1 н. раствора кислоты, указанной преподавателем, перенести кислоту в калориметрический сосуд. Опустить в сосуд магнитный стержень, закрыть его пробкой с вставленным термометром и включить магнитную мешалку.

3.В другой цилиндр отмерить 15 мл 1н. раствора сильного или слабого основания (по указанию преподавателя) и поместить его в непосредственной близости от калориметрической установки.

32

4.После установления теплового равновесия (через 10 минут от начала перемешивания раствора кислоты в калориметре) начать отсчет температуры.

5.Отсчет проводить в течение 5 минут с интервалом 1 мин. (предварительный период).

6.Не прекращая перемешивания перенести раствор основания в калориметрический сосуд.

7.Произвести отсчеты температуры на 6-ой минуте (главный период), и далее вплоть до 10 мин. (заключительный период).

8.Результаты сверить у преподавателя и занести в таблицу.

9.Привести в порядок рабочее место и сдать его дежурному. Приступить к расчетам.

Примечание: Во избежание потери магнитного стержня раствор из калориметрического сосуда необходимо выливать в кристаллизатор.

10. Построить график, отражающий зависимость температуры реакционной смеси от времени. Отрезок ВС, соединяющий точки, отвечающие температурам, измеренным на 5-ой и 6-ой минутах, разделить пополам (точка L). Провести через точку L вертикальную линию. Соединить точки начального и заключительного периодов усредняющими прямыми (АВ и СД). Продлить их до пересечения с вертикалью в точках К и М.

33

11. Определить по графику изменение температуры Т соответствующее

отрезку КМ.

12. Рассчитать теплоту нейтрализации по формуле:

Ннейтр = — (w T)/n, где

w - тепловое значение калориметра, Т - изменение температуры в опыте,

n - число молей одноосновной кислоты или основания.

Так как в ходе реакции нейтрализации теплота выделяется, то, со-

гласно термодинамическим правилам записи, еѐ значению приписывается

знак “минус”.

Примечание: Тепловое значение калориметра w указывается пре-

подавателем или определяется в специальных опытах с навеской KCl, как

описано в работе 1.1.

13. В случае определения теплоты нейтрализации сильной кислоты

сильным основанием, рассчитать абсолютную и относительную ошибки

опыта, сравнивая полученные значения со справочными. Для этого, ис-

пользуя данные справочной таблицы, построить график зависимости

Ннейтр от температуры и с его помощью определить значение Ннейтр,теор, соответствующее температуре опыта Т. (В качестве Т принимается

среднее значение температуры в начальном периоде).

34

Тема 2. Фазовое равновесие.

В раздел «Фазовое равновесие» входят вопросы, связанные с качест-

венным и количественным описанием всех видов фазовых переходов (ис-

парение, кипение, сублимация, плавление, отвердевание, конденсация пара, растворение, кристаллизация из растворов, экстракция) в одно- и

многокомпонентных системах.

Фазовые переходы сопровождают все стадии получения и стандар-

тизации лекарственных средств. Термодинамика фазовых переходов явля-

ется теоретической базой перегонки (простой, фракционной,

ректификации, перегонки с водяным паром), жидкостной экстракции, по-

лучения настоек, вымораживания и других процессов, применяемых при получении лекарственных веществ из растительного сырья. Определение с помощью термического анализа температур плавления эвтектических сме-

сей лекарственных веществ позволяет предусмотреть их физическую со-

вместимость или несовместимость. Изучение диаграмм плавления и свойств эвтектических смесей, образующихся при отвердевании двойных смесей, позволяет улучшить качество лекарств, повысить их биодоступ-

ность.

Закон распределения третьего компонента между двумя несмеши-

вающимися жидкостями лежит в основе жидкостной экстракции, исполь-

зуемой для выделения веществ из растворов, их концентрирования,

разделения, очистки. Распределительная хроматография используется для качественного и количественного анализа.

Коэффициент распределения веществ между водой и н-октанолом

(мера гидрофобности) являются важнейшими молекулярными дескрипто-

рами при изучении всасывания лекарственных веществ и проникновения их сквозь клеточные мембраны.

35

Изучив данную тему и выполнив лабораторные работы, относящиеся к ней, студент должен знать:

основные понятия теории фазовых равновесий (фаза, компонент, число независимых компонентов, вариантность);

правило фаз Гиббса;

виды фазовых диаграмм и принципы их построения;

законы Нернста, Рауля, Коновалова, Дальтона, правило Алексеева;

физико-химические основы экстракции и различных видов перегонки;

причины образования и свойства азеотропных растворов и эвтектиче-

ских смесей.

студент должен уметь:

строить и анализировать диаграммы кипения, плавления, растворения;

проводить жидкостную экстракцию;

рассчитывать коэффициент распределения и степень ассоциации ве-

ществ в растворе;

рассчитывать число операций экстрагирования, необходимых для дос-

тижения заданной степени извлечения растворенного вещества;

определять температуру гетерогенизации и критическую температуру растворения жидкостных смесей;

с помощью правила рычага определять соотношение масс различных фаз в гетерогенных системах;

определять состав эвтектик и азеотропов и температуры их фазовых пе-

реходов;

с помощью правила фаз рассчитывать вариантность (число степеней свободы) гетерогенных систем.

студент должен приобрести или закрепить навыки:

приготовления и отмеривания растворов;

титрования;

36

пользования термометрами;

пользования справочной литературой;

табулирования экспериментальных данных;

построения и анализа графиков (диаграмм).

Вопросы для самоподготовки

1.Фазовое равновесие. Основные понятия (фаза, компонент, число неза-

висимых компонентов, вариантность системы, фазовые переходы).

Правило фаз Гиббса.

2.Фазовые диаграммы (диаграммы состояния). Диаграмма состояния од-

нокомпонентной системы и еѐ анализ (на примере воды).

3.Уравнение Клапейрона для фазовых переходов (вывод). Применение уравнения.

4.Уравнение Клаузиуса - Клапейрона для процесса кипения (вывод).

5.Растворы. Определение. Способы выражения концентрации. Значение растворов в фармации.

6.Двухкомпонентные (бинарные) смеси летучих жидкостей. Идеальные растворы. Закон Рауля.

7.Реальные растворы. Отклонения от закона Рауля. Диаграммы кипения.

1-й закон Коновалова.

8.Простая перегонка (дистилляция) бинарных смесей, еѐ возможности и применение. Ректификация.

9.2-й закон Коновалова. Азеотропные смеси (азеотропы), их виды. При-

меры. Способы разделения азеотропных смесей. Получение абсолюти-

зированного спирта.

10.Нерастворимые друг в друге жидкости. Закон Дальтона. Перегонка с водяным паром. Вывод уравнения для расчета коэффициента расхода пара.

37

11.Критическая температура растворения. Диаграмма растворимости с верхней, нижней и двумя КТР (примеры).

12.Правило Алексеева. Графическое определение КТР. Сопряженные рас-

творы.

13.Жидкостная экстракция. Основные условия проведения экстракции. За-

кон распределения Нернста.

14.Коэффициент распределения. Степень ассоциации и способы ее опре-

деления.

15.Расчет количества экстрагированного вещества, степени извлечения,

числа экстракций, необходимых для заданного процента извлечения.

16.Диаграммы плавления бинарных смесей. Кривые охлаждения. Терми-

ческий анализ.

17.Диаграммы плавления смесей веществ, образующих химические соеди-

нения. Диаграммы плавления тройных смесей.

18.Коллигативные свойства растворов неэлектролитов. Понижение (де-

прессия) температуры отвердевания растворов. Криоскопическая кон-

станта. Криометрическое определение молярной массы веществ.

19.Повышение температуры кипения растворов. Эбулиоскопическая кон-

станта. Эбулиоскопическое определение молярной массы веществ.

20.Осмос. Осмотическое давление растворов неэлектролитов. Уравнение Вант-Гоффа.

21.Изо-, гипо- и гипертонические растворы в фармации. Изотонирование.

Осмометрическое определение молярной массы веществ.

Решение типовых задач.

Задача 1. Для предотвращения частичного разложения лекарствен-

ного препарата в кипящем водном растворе при отгонке воды необходимо снизить температуру кипения на 20оС. Вычислить, какое давление при

38

этом надо поддерживать в перегонном аппарате. Теплота испарения воды

40,66 кДж/моль.

Решение. Используем для расчета уравнение Клапейрона-Клаузиуса:

где Т1 и Т2 - температуры кипения при давлениях р1 и р2 соответственно.

Отсюда ln p1 = ln 101325 – 0,7428 = 11,5261 – 0,7428 = 10,7833

и, значит, р1 = е10,7833 = 48208,95 Па = 0,48 атм.

Задача 2. В 100 г воды растворено 1,53 г глицерина. Давление пара воды при 298 К равно 31672 Н/м2 . Рассчитать понижение давления пара воды над раствором по сравнению с чистой водой.

Решение. По закону Рауля относительное понижение давления рав-

новесного с раствором пара равно мольной доле Х растворенного вещест-

ва:

р/ро = Хгл,

откуда

р =Хглро , где Хгл - мольная доля глицерина.

Так как Хгл = nгл/( nгл+nН2О), где n - количество вещества в молях

(nН2О = 100/18 = 5,555 моль; nгл = 1,53/92 = 0,0166 моль), то Хгл = 0,0166/(0,0166 + 5,555) = 0,003.

39

И тогда р = 0,003 31672 = 95,016 Па (то есть давление пара воды над

этим раствором на 95 Па ниже, чем над чистой водой).

Задача 3. Рассчитать вариантность систем:

а) водный раствор NaCl и KCl + водяной пар лед + кристаллы KCl +

нентов, Ф число фаз, n число внешних факторов, влияющих на состояние системы. Для систем, содержащих газовую фазу, n = 2, для состоящих только из конденсированных фаз n = 1.

а) В системе 3 компонента (вода и две соли), между которыми не происходит химической реакции, 5 фаз (раствор, пар, лед и кристаллы двух солей), значит

С = 3 – 5 + 2 = 0.

б) В этом случае в системе возможна реакция 2КОН + СО2 = К2СО3 + Н2О, при этом появляется еще один компонент К2СО3 . Число независимых компонентов равно общему числу компонентов минус число протекающих в системе реакций, и значит

С = ( 4 – 1 ) – 2 + 2 = 3.

Задача 4. С помощью диаграммы растворимости определить:

40