Praktikum_po_termodinamike
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
51 |
во ды в анилине , |
и систе ма стано вится двухфазно й |
(о т С до |
D). З ате м сло й |
||||||
насыщ е нно го |
раство ра |
анилина |
в |
во де |
исче зае т, и |
систе ма |
стано вится сно ва |
||
о дно фазно й |
(о т D до |
Е ). Т ак им |
о б разо м, в |
инте рвале со ставо в о т С до D |
|||||
сущ е ствую т две |
равно ве сные |
ж идк ие |
фазы |
с о пре де ле нным со ставо м при |
|||||
заданно й те мпе ратуре Т , то е стьсисте ма ге те ро ге нна. |
|
|
|||||||
|
Tв |
|
K |
|
P = const |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
к р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. |
1. З ависимо сть |
||
|
|
|
|
|
|
раство римо сти |
|
||
ература |
C |
а |
|
|
D |
анилина |
(В ) в во де |
||
|
|
анилине |
T |
в |
|||||
|
|
|
|
|
|
(А ) |
и |
во ды |
|
Темп |
|
|
|
|
|
о т те мпе ратуры при |
|||
|
|
|
|
|
по сто янно м |
|
|||
|
|
|
|
|
|
давле нии. |
|
||
A |
0,2 |
0,4 |
S |
0,6 |
0,8 |
B |
|
|
|
0 |
1 |
|
|
|
|||||
Н 2О |
|
|
ХВ |
|
|
С6H5NH2 |
|
|
|
И зме не ние те мпе ратуры |
мо ж е т либ о |
уве личить, |
либ о |
уме ньшить |
||
раство римо стьве щ е ств. |
Э то зависит о т знак а |
те пло во го эффе к та |
раство ре ния. |
|||
Раство ре ние анилина |
в |
во де |
и во ды в анилине – эндо те рмиче ск ий про це сс, |
|||
по это му по выше ние |
те мпе ратуры приво дит к |
сб лиж е нию |
то че к , |
о тве чаю щ их |
||
к о нце нтрациям насыщ е нных раство ро в до по лно го их слиянияпри о пре де ле нно й
те мпе ратуре |
(то чк а К ). |
В ыше те мпе ратуры, |
со о тве тствую щ |
е й то чк е |
К , |
называе мо й ве рхне й к ритиче ск о й те мпе ратуро й Т к р раство ре ния, |
анилин и во да |
||||
не о граниче нно |
взаимно |
раство ряю тся (систе ма |
го мо ге нна). Т е мпе ратуре |
Т к р |
|
о тве чае тк ритиче ск ий со став сме си (то чк а S). |
|
|
|
||
В других систе мах (наприме р, во да – |
триэтиламин) |
раство римо сть |
|||
уве личивае тся с по ниж е ние м те мпе ратуры; по лная раство римо стьнаступае т в так их систе мах чуть ниж е ниж не й к ритиче ск о й те мпе ратуры. Сущ е ствую т
систе мы (наприме р, ник о тин |
– |
во да), |
о б ладаю щ ие и ве рхне й, и |
ниж не й |
||
к ритиче ск ими |
те мпе ратурами, |
а |
так ж е |
систе мы (наприме р, |
во да |
– эфир |
СН2 5ОСН 3), не |
име ю щ ие к ритиче ск их те мпе ратур раство ре ния. |
Х арак те ристик и |
||||
ряда двухк о мпо не нтных систе м R – Н2О с о граниче нно й раство римо стью в ж идк о м со сто янии даны в таб лице 1.
Таб ли ц а 1
К ритиче ск ие те мпе ратуры и со ставы систе м R – H2O
|
|
|
|
|
52 |
|
R |
|
Tк р , К |
|
Cк р, масс.% Н2О |
А нилин |
|
|
439,0 |
|
51,4 |
Бе нзо йнаяк исло та |
|
388,5 |
|
64,7 |
|
Спирт |
б утило вый |
или |
|
|
|
изо б утило вый |
|
347,8 |
|
67,6 |
|
Спиртизо амило вый |
|
460,5 |
|
63,5 |
|
Фе но л |
|
|
339,4 |
|
65,4 |
|
|
П ОСТАНОВК А ЗАД АЧ И |
|
||
В раб о те |
изучае тся |
явле ние о граниче нно й взаимно й |
раство римо сти |
||
ж идк о сте й.
Раб о та со сто итизче тыре х этапо в:
1. Приго то вле ние двухк о мпо не нтных систе м ФЕ НОЛ – В ОД А различно го со става.
2.И зме ре ние те мпе ратуры взаимно го раство ре ния.
3.По стро е ние диаграммы раство римо сти.
4. Опре де ле ние к ритиче ск о й те мпе ратуры и к ритиче ск о го со става раство ра.
М ЕТОД ИК А ВЫ П ОЛ НЕНИЯ Р АБОТЫ
Этап 1. П ри готовлени е д вух к омп онентных си стем ФЕ НО Л –В О Д А разли ч ногосостава.
Не о б хо димо по сле до вате льным разб авле ние м приго то витьсе рию раство ро в фе но ла в во де и во ды в фе но ле . Е сли задаваться це ло числе нными значе ниями к о нце нтраций (5; 10; 20; 40 и т.д. масс. %), то по тре б уе тсяго то витьнаве ск и во ды с то чно стью не ниж е 0,01 мл, что к райне не удо б но . По ступаю т иным о б разо м. Бе рутце ло числе нные наве ск и во ды (наприме р: 0,5; 2; 4 см3 и т.д.), рассчитывая к о нце нтрацию по лучаю щ е го сяпри это м раство ра.
Пустьк о нце нтриро ванный раство р фе но ла име е тк о нце нтрацию |
ω, масс. %, |
|||||||||||
и пло тно сть ρ, г/см3. В исхо дно й наве ск е |
о б ъ ёмо м |
V, см3 |
со де рж ится |
|||||||||
m(C6H5OH) = r×V ×w |
(г) фе но ла и m0 (H2O) = |
r×V ×(100 - w) |
(г) во ды. Приб авив к |
|
||||||||
|
|
|||||||||||
|
100 |
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
исхо дно й наве ск е m0 (H2O) (г) во ды, по лучаю т: |
|
|
|
|
|
|
||||||
CC H OH , масс. % = |
m(C6H5OH) |
|
×100% = |
r×V ×w |
|
(1) |
||||||
m(C6H5OH) + m0 (H2O) |
+ m(H2O) |
r×V |
+ m(H2O) |
|||||||||
6 |
5 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
53 |
Э та фо рмула справе длива длялю б ых систе м H2O– R. Д ляфе но ла |
ω = 75 масс. % |
|||||||||||
и ρ = 1,066 г/см3. ПустьV = 5 см3. При этих усло виях к о нце нтрации раство ро в |
||||||||||||
ФЕ НОЛ – В ОД А при разных наве ск ах во ды приве де ны в таб лице 2. |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
Таб ли ц а 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
К о нце нтрации раство ро в при разных наве ск ах во ды |
|
|
||||||||||
№ раство ра |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
9 |
10 |
11 |
m0 (H2O) + m(H2O) , г |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
|
18 |
25 |
31 |
CC6H5OH , масс. % |
68,6 |
63,1 |
58,5 |
54,5 |
42,8 |
35,3 |
30 |
26 |
|
17,1 |
13,2 |
11 |
Не о б хо димо о тме тить, что в таб лице ук азана сум ма р на я наве ск а во ды: для по луче нияраство ра № 1 надо взять0,5 г во ды; дляпо луче нияраство ра № 2 надо к име ю щ е мусяраство ру № 1 до б авить0,5 г во ды; дляпо луче нияраство ра № 3 надо к име ю щ е муся раство ру № 2 до б авить0,5 г во ды, что б ы суммарная масса во ды равнялась1,5 г; дляпо луче нияраство ра № 11 надо к име ю щ е мусяраство ру № 10 до б авить6 г во ды.
Этап 2. И змерени е темп ературы взаи многорастворени я .
Со б ираю тустано вк у дляизуче ниявзаимно й раство римо сти ж идк о сте й (рис.
2).
Рис. 2. Схе ма |
устано вк и |
для |
изуче ния |
взаимно й |
|
раство римо сти |
ж идк о сте й: |
1 – |
эле к тро плитк а; |
2 |
– во дяная б аня; |
3 – про б ирк а |
с иссле дуе мо й |
|
систе мо й; 4 – |
|
те рмо ме тр; 5 – |
про б к а; 6 – ме шалк а.
Приго тавливаю т вначале раство р № 1. |
По ме щ аю т про б ирк у, зак рытую |
про б к о й, в во дяную б аню длянагре ва сме си. В |
те че ние все го о пыта пе рио диче ск и |
пе ре ме шиваю т со де рж имо е про б ирк и встряхивание м или с по мо щ ью ме шалк и. Опытпро во дятв два этапа. Сначала наб лю даю тза со сто яние м сме си по ме ре е е нагре вания, не фик сируя те мпе ратуру. По сле про све тле ния сме сьпро до лж аю т
54
нагре ватьне ск о льк о се к унд, вынимаю т про б ирк у из б ани и о хлаж даю т е е на во здухе до по явле ния усто йчиво й мути. В случае сме се й с малым со де рж ание м фе но ла о б разо вание мути затрудне но ; дляуск о ре нияпро це сса про б ирк и с так ими
сме сями мо ж но |
о хлаж датьв хо ло дно й во де . |
З ате м сно ва по ме щ аю |
тпро б ирк у в |
во дяную б аню |
и нагре ваю т е е до по лно го |
исче зно ве ния мути, |
на это т раз |
фик сирую т те мпе ратуру про све тле ния (те мпе ратуру го мо ге низации). В ынимаю т про б ирк у из б ани, о хлаж даю т е е до по явле ния мути и фик сирую т те мпе ратуру по мутне ния(те мпе ратуру рассло е ния). По вто ряю тизме ре нияс к аж до й сме сью не ме не е тре х раз. Д анные записываю тв о тче т. Т е мпе ратуру взаимно го раство ре ния нахо дятк ак сре дне е изте мпе ратур го мо ге низации и рассло е ния.
В ыпо лне ние раб о ты до лж но про во диться по д тяго й, при это м сле дуе т изб е гатьпо паданияфе но ла на к о ж у и вдыханияе го паро в.
ОБОР У Д ОВАНИЕ, Р ЕАК ТИВЫ И М АТЕР ИАЛ Ы
Про б ирк а с про б к о й и ме шалк о й, те рмо ме тры со шк ало й о т0°Сдо 50°Си о т
50°С до 100°С(или о дин те рмо ме тр со шк ало й о т0°С до 100°С), во дянаяб аня, пипе тк и на 10, 5, 2, 0,5 мл, 75%-й раство р фе но ла. При испо льзо вании вме сто
фе но ла к ак о го -либ о ино го |
ре аге нта |
мо ж е т о к азаться не о б хо димым приме не ние |
|
пе счано й |
или масляно й |
б ани, а |
так ж е о б ратно го хо ло дильник а. Раб о ту по |
ук азанию |
пре по давате лямо ж но разно о б разитьдо б авле ние м тре тье го к о мпо не нта |
||
в систе му. |
|
|
|
ОБР АБОТК А Р ЕЗУ Л ЬТАТОВ
Этап 3. П остроени е д и аграммы раствори мости .
Э к спе риме нтальные данные зано сятв таб лицу 3:
|
|
|
|
|
|
|
|
Таб ли ц а 3 |
|
Со став сме си |
|
Т е мпе ратура |
|
Сре дняя |
Д о ве рите ль |
||
|
|
|
|
|
взаимно |
|||
№ |
|
|
|
|
те мпе ратура |
|||
(масс.% |
рассло е н |
|
го мо ге - |
|
го |
ный |
||
п/п |
|
|
взаимно го |
|||||
фе но ла) |
ия |
|
низации |
|
раство ре |
инте рвал |
||
|
|
|
раство ре ния |
|||||
|
|
|
|
|
|
ния |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
68,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
55
2 63,1
3
По льзуясь правилами статистиче ск о й о б раб о тк и ре зультато в изме ре ний (см. Прило ж е ние ), рассчитываю т сре дне е значе ние те мпе ратуры взаимно го раство ре нияи е ё до ве рите льный инте рвал (при надёж но сти 95%) дляк аж до го из изуче нных раство ро в. Стро ятдиаграмму раство римо сти систе мы ФЕ НОЛ -В ОД А , о тк ладываяпо о си о рдинатте мпе ратуру взаимно го раство ре ния(в К е львинах), а по о си аб сцисс – к о нце нтрацию фе но ла (в масс.%).
Этап 4. О п ред елени е к ри ти ч еск ой темп ературы и к ри ти ч еск огосостава раствора.
По диаграмме раство римо сти о пре де ляю т графиче ск и Т к р и к ритиче ск ий
со став систе мы, со по ставляю т их с данными таб л. 1. |
И спо льзуя Э В М , нахо дят |
аппро к симирую щ ий по лино м для Т ,Сф– зависимо сти. |
Рассчитываю т по не му, |
значе ние Т к р, сравниваю тс найде нным графиче ск и.
Фо рмулируявыво ды к раб о те , не о б хо димо о тве титьна сле дую щ ие во про сы: 1. К ак им о б разо м ме няе тсявзаимнаяраство римо стьк о мпо не нто в в систе ме
фе но л-во да с ро сто м те мпе ратуры?
2. Что мо ж но ск азатьо знак е о тк ло не ний о тзак о на Рауляв данно й систе ме ? 3. К ак ие фак то ры, по мимо те мпе ратуры, спо со б ны по влиятьна к ритиче ск ие
те мпе ратуру раство ре нияи со став? Д айте физик о -химиче ск ие о б о сно вания.
4. В о змо ж е н ли анализизучае мо й систе мы при по мо щ и правила фазГиб б са?
|
Л ИТЕР АТУ Р А |
|
1. |
Физиче ск ая химия. В 2 к н. К н. 1. Стро е ние ве щ е ства. Т е рмо динамик а. / |
|
По д ре д. К .С. К расно ва. – М .: В ысш. шк ., 2001. – С.442– 444. |
||
2. |
Прак тик ум по физиче ск о й химии / По д ре д. И .В . К удряшо ва. – М .:В ысш. |
|
шк ., 1986. – С.202– 215. |
|
|
3.Прак тик ум по физиче ск о й химии / По д ре д. В .В . Будано ва и Н.К . |
||
В о ро б ье ва – М .:Х имия, 1986. – С.164– 166. |
|
|
|
Раб ота 2 |
|
|
О П РЕ Д Е Л Е НИ Е КО ЭФФИ Ц И Е НТА РА С П РЕ Д Е Л Е НИ Я |
|
|
ТРЕ ТЬ Е Г О КО М П О НЕ НТА М |
Е Ж Д У О РГ А НИ ЧЕ С КИ М |
|
И НЕ О РГ А НИ ЧЕ С КИ М |
РА С ТВ О РИ ТЕ Л ЯМ И . |
И ЗУ ЧЕ НИ Е ХИ М И ЧЕ С КО Г О РА В НО В Е С И Я В РА С ТВ О РА Х П РИ О БРА ЗО В А НИ И И О Д -С О Д Е РЖ А Щ И Х КО М П Л Е С КО В
|
|
|
|
|
М Е ТО Д О М РА С П РЕ Д Е Л Е НИ Я |
|
|
|
|
|
|
|
56 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
ОБЩ АЯ ХАР АК ТЕР ИСТИК А Р АБОТЫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Е сли в систе му из двух равно ве сных ж идк их фаз вве сти тре тий к о мпо не нт, |
|
|||||||||||||||||||||||
то при устано вле нии равно ве сия о н распре де лится ме ж ду о б е ими фазами. |
Д ля |
|
||||||||||||||||||||||
к аж до й |
те мпе ратуры |
о тно ше ние к о нце нтраций |
тре тье го |
к о мпо не нта в |
двух |
|
||||||||||||||||||
ж идк их фазах являе тсяве личино й по сто янно й и не зависито то б щ е го со де рж ания |
|
|||||||||||||||||||||||
к о мпо не нта |
в систе ме |
(зак о н распре де ле ния Не рнста). |
Э то т зак о н |
|
мо ж е т б ыть |
|
||||||||||||||||||
выве де н сле дую щ им о б разо м. Пре дпо ло ж им, что раство ре нно е ве щ е ство в о б о их |
|
|||||||||||||||||||||||
раство рите лях нахо дится в виде |
|
мо но ме рных мо ле к ул, |
и о б о значим ак тивно сть |
|
||||||||||||||||||||
раство ре нно го |
ве щ |
е ства в раство рите ле 1 че ре заi,1, а в раство рите ле 2 - че ре заi,2. |
|
|||||||||||||||||||||
Х имиче ск ие |
по те нциалы ве щ е ств, |
нахо дящ ихся в о б е их |
фазах, |
|
в |
усло виях |
|
|||||||||||||||||
равно ве сия при Р,Т =const |
до лж ны |
|
б ыть о динак о выми. |
Е сли |
в |
|
пе рво й |
фазе |
|
|||||||||||||||
химиче ск ий |
по те нциал иссле дуе мо го |
ве щ е ства: |
|
0 |
+ μ μ = a ln |
а |
RT |
|
|
|
||||||||||||||
|
1,i |
|
|
i1, |
i1, , |
|
во вто ро й |
|
||||||||||||||||
фазе |
|
0 |
+ μ μ = a ln RTμ0 |
и |
μ0 |
i2, |
- стандартные по те нциалы i-го к о мпо не нта |
|
||||||||||||||||
|
2,i |
i2, |
i2, где |
i1, |
|
|
||||||||||||||||||
в фазах 1 и 2, то в со сто янии равно ве сияпо к о мпо не нту i: μ |
= μ |
|
|
и |
ai,2 |
=a К i,1. |
2,i |
|||||||||||||||||
В е личину K называю т к о эффицие нто м распре де ле ния. Он зависит о т приро ды |
|
|||||||||||||||||||||||
к о мпо не нто в, |
со ставляю щ их систе му, и те мпе ратуры. В |
разб авле нных раство рах |
|
|||||||||||||||||||||
вме сто |
со о тно ше ния ак тивно сте й |
для расче та |
к о эффицие нта |
распре де ле ния |
|
|||||||||||||||||||
мо ж но испо льзо ватьсо о тно ше ние к о нце нтраций ве щ е ства в о б е их фазах: |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сi,1/сi,2 = К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1) |
|
|||
В ряде случае в зак о н распре де ле нияудо б не е пре дставлятьуравне ние м: |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
сi,1/ сni2, |
= К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2) |
|
|||
где n - по к азате льпри по сто янно й те мпе ратуре , не зависящ ий о тк о нце нтрации и |
|
|||||||||||||||||||||||
харак те ризую щ ийсясво йствами все х тре х к о мпо не нто в, со ставляю щ их систе му. |
|
|||||||||||||||||||||||
Отк ло не ния о т зак о на |
распре де ле ния наб лю даю тся в |
то м |
случае , |
е сли |
|
|||||||||||||||||||
раство ре нные |
мо ле к улы в |
о дно й |
|
из |
фаз |
систе мы |
диссо циирую т или |
ж е |
|
|||||||||||||||
сущ е ствую тв виде ассо циато в. По ве личине к о эффицие нта распре де ле ниямо ж но |
|
|||||||||||||||||||||||
рассчитатьсте пе ньассо циации или диссо циации раство ре нно го |
ве щ е ства в то м |
|
||||||||||||||||||||||
или ино м раство рите ле , к о нстанту равно ве сияре ак ции, |
про те к аю щ е й в о дно й из |
|
||||||||||||||||||||||
фаз, ак тивно стьраство ре нных ве щ е ств и другие сво йства. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Рассмо трим |
химиче ск о е |
равно ве сие |
при |
о б разо вании |
к о мпле к сно го |
|
||||||||||||||||||
со е дине нияна приме ре ре ак ций: |
I2 + KBr = K(BrI2), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3) |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
I2 + KI = K(I3). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
К о нстанты равно ве сияэтих ре ак ций равны: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
К c=[I3-]/[I2].[I-], |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4) |
|
||||
К о нце нтрацию |
ио да |
в |
К c=[BrI2-]/[I2].[Br-]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5) |
|
||||||||||
во дно м |
сло е |
и |
о рганиче ск о м |
раство рите ле |
|
|||||||||||||||||||
о пре де ляе тся |
титро вание м |
тио сульфато м натрия. Приче м, при |
|
титро вании |
|
|||||||||||||||||||
во дно го |
сло я о пре де ляе тся ве сь ио д, |
нахо дящ ийся к ак |
в |
виде |
|
I2, так |
и |
в |
|
|||||||||||||||
к о мпле к сно м ио не |
[I2-]. К о нце нтрация I2 в во дно м раство ре |
рассчитывае тся из |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
57 |
к о эффицие нта |
распре де ле ния и |
к о нце нтрации |
ио да |
в сло е |
о рганиче ск о го |
||||||||
раство рите ля: |
|
|
|
|
|
|
|
|
К =[I2]о рг/[I2]Н2О, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6) |
где |
К |
- к о эффицие нт распре де ле ния |
ио да |
ме ж ду |
во до й |
и о рганиче ск им |
|||||||
раство рите ле м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
К о нце нтрацияио на (I3-) или (BrI2)- нахо дитсяизуравне ния: |
|
|
||||||||||
|
[I2]Н 2О - |
|
|
[I2]Н2О + |
[I3-] = [I2], |
|
|
|
(7) |
||||
где |
ио д в мо ле к улярно й фо рме , [I2] - суммарно е со де рж ание ио да в |
||||||||||||
во дно м сло е . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Отк уда: |
|
|
|
[I3-]=[I2] - [I2]Н2О. |
|
|
|
(8) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
К о нце нтрацию сво б о дно го I- или В r- нахо дятизраве нства: |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
[I-]св+[I3-]= [KI], |
|
|
|
(9) |
|||
где |
|
|
|
|
[Br-]св+ [BrI2-]=[KBr], |
|
|
|
(10) |
||||
[KI] - к о нце нтрацияисхо дно го |
раство ра KI, [KBr] - к о нце нтрацияисхо дно го |
||||||||||||
раство ра KBr. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
К о эффицие нт распре де ле ния ио да (I2) |
ме ж ду |
о рганиче ск им и |
во дными |
|||||||||
сло ями |
о пре де ляю т в пре дварите льно м |
о пыте . |
К о нстанту |
равно ве сия К с |
|||||||||
рассчитываю тпо уравне ниям (4) и (5). |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
З адание 1. |
ОПРЕ Д Е Л Е НИ Е К ОЭ ФФИ ЦИ Е НТ А РА СПРЕ Д Е Л Е НИ Я |
И ОД А |
|||||||||||
М |
Е Ж |
Д У ОРГА НИ ЧЕ СК И М |
И НЕ ОРГА НИ ЧЕ СК И М |
РА СТ В ОРИ Т Е Л Я М И |
|||||||||
|
П ОСТАНОВК А ЗАД АЧ И |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Опре де лить |
к о эффицие нт |
распре де ле ния |
|
ио да |
ме ж ду |
двумя |
||||||
не сме шиваю щ имися ж идк о стями (во да - |
о рганиче ск ий раство рите ль) |
и сде лать |
|||||||||||
зак лю че ние о со сто янии раство ре нных мо ле к ул ио да в фазах систе мы. |
|
||||||||||||
|
Раб о та со сто итиздвух этапо в: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
1. Приго то вле ние се рии раб о чих раство ро в. |
|
|
|
|
|
|||||||
|
2. Опре де ле ние |
со де рж ания ио да в |
во дно м и |
о рганиче ск о м сло ях по сле |
|||||||||
устано вле нияфазо во го равно ве сия. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
М ЕТОД ИК А ВЫ П ОЛ НЕНИЯ Р АБОТЫ |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Этап 1. П ри готовлени е раб оч и х растворов. |
|
|
|
|
||||||||
|
И зуче ние |
равно ве сия распре де ле ния ио да ме ж ду во до й и то луо ло м (ССl4, |
|||||||||||
хло ро фо рмо м) |
про во дим при |
к о мнатно й |
те мпе ратуре . |
И о д пло хо раство рим в |
|||||||||
во де , но до стато чно хо ро шо |
в |
то луо ле |
(или ССl4, |
хло ро фо рме ). |
при это м |
||||||||
ук азанные выше о рганиче ск ие раство рите ляне сме шиваю тсяс во до й. |
|
||||||||||||
|
Д ля раб о ты го то вят че тыре сме си из раство ра |
ио да в то луо ле , то луо ла и |
|||||||||||
во ды (или ж е ио да в лю б о м друго м их ук азанных о рганиче ск их раство рите ле й и
|
|
|
|
58 |
|
это го раство рите ля) и по ме щ аю т их |
в о тде льные чистые |
и сухие к о лб ы3 |
|||
вме стимо стью |
200 мл с прите ртыми про б к ами (ре зино вые про б к и дляэтих це ле й |
||||
не по дхо дят). со став сме се й ук азан в таб л. 1. |
|
||||
Со ставы испо льзуе мых сме се й |
|
|
Т аб лица 1 |
||
|
|
|
|||
Но ме р |
К о личе ство |
К о личе ство то луо ла, |
К о личе ство во ды, |
||
р-ра |
|||||
|
|
3 |
3 |
||
сме си |
I2 в то луо ле , см3 |
|
см |
см |
|
1 |
7 |
|
13 |
100 |
|
2 |
10 |
|
10 |
100 |
|
3 |
12 |
|
8 |
100 |
|
4 |
15 |
|
5 |
100 |
|
Этап 2. О п ред елени е сод ерж ани я |
и од а в вод ном и органи ч еск ом слоя х |
||||
п осле установлени я ф азовогоравновеси я .
Приго то вле нные сме си по ставитьв аппаратдлявстряхиванияна 30-40 мин. И нте нсивно сть встряхивания до лж на б ыть до стато чно й для пе ре ме шивания во дно го и о рганиче ск о го сло я, о днак о при это м ж идк о сти не до лж ны эмульгиро вать. По о к о нчании встряхиванияк о лб ы о ставитьна 1-2 мин. в по к о е , а зате м пе ре литьв де лите льные во ро нк и и о ставитьна 15-20 мин до расслаивания ж идк о сте й. З ате м о тде литьво дный сло й о тне во дно го .
Со де рж ание ио да в о б о их сло ях о пре де ляю т по ре зультатам титро вания про б ы тио сульфато м натрия. Д ляэто го изво дно го сло япипе тк о й о то б рать20-25
мл про б ы и титро вать0.01 М |
|
раство ро м Na2S2O3 в присутствии к рахмала. Е сли |
|
исхо дная во дная про б а о к раше на в инте нсивный к о ричне вый цве т, |
то к рахмал |
||
сле дуе т до б авлять то льк о |
в |
к о нце титро вания, к о гда раство р |
прио б ре те т |
со ло ме нно -ж е лтую о к раск у, |
в |
про тивно м случае ре зультаты титро вания б удут |
|
сильно завыше ны. |
|
|
|
Т ио сульфато м натриямо ж но о ттитро ватьио д то льк о в во дно м сло е . По это му
при о пре де ле |
нии |
к о нце нтрации |
ио да |
в |
о рганиче ск о й |
фазе к |
титруе мо й про б е |
|
о рганиче ск о й |
ж идк о сти |
не о б хо димо |
до б авлять |
во ду. |
И о д по сте пе нно |
|||
эк страгируе тся в |
во дный |
сло й, |
где |
и |
во сстанавливае тся тио сульфато м. Д ля |
|||
изме ре нияк о нце нтрации ио да в о рганиче ск о м сло е о тб ираю талик во ту о б ъ е мо м 5 мл и пе ре но сяте е в к о лб у длятитро вания, со де рж ащ ую 25 мл дистиллиро ванно й во ды. Т итро вание про во дят0.05 М раство ро м Na2S2O3 в присутствии к рахмала. В про це ссе титро ванияк о лб у все вре мявстряхиваю т, что б ы о б ле гчитьэк страк цию ио да в во дный сло й, а титрантприб авляю тме дле нно . Т итро вание про до лж ае тся
до мо ме нта о б е сцве чиванияво дно го |
и о рганиче ск о го сло е в. |
|
При раб о те |
с о рганиче ск ими |
ве щ е ствами и эле к триче ск ими приб о рами |
не о б хо димо о со б о |
стро го со б лю датьтре б о вания те хник и б е зо пасно сти. Т ак ж е |
|
сле дуе то б ратитьвнимание на сле дую щ ие о б сто яте льства:
3 В ни мани е! Д ляче тк о го разде ле ниясме си всяиспо льзуе маяв раб о те по суда до лж на б ытьтщ ате льно вымыта те плым со до вым или мыльным раство ро м и высуше на.
59
а) ио д б ыстро уле тучивае тся, приче м ск о ро стьэто го про це сса во зрастае тс
уве личе ние м те мпе ратуры. |
По это му к о лб ы с раство рами по сле |
их разде ле ния |
|||
сле дуе тзак рыватьпро б к ами (не ре зино выми); |
|
|
|||
б ) |
о ттитро ванный раство р |
сно ва сине е т, |
т.к . I- о к исляе тся к исло ро до м |
||
во здуха: 4I-+O2+4H+=2I2+2H2O, по это му б е сцве тнаяо к раск а до лж на со хранятьсяв |
|||||
те че ние |
40 се к унд по сле |
это го |
на по вто рно е |
о к рашивание |
о ттитро ванных |
раство ро в не о б ращ атьвнимания. |
|
|
|
||
ОБОР У Д ОВАНИЕ, Р ЕАК ТИВЫ И М АТЕР ИАЛ Ы |
|
|
|||
К о лб ы на 200 мл с прите ртыми про б к ами - 4 шт.; де лите льные во ро нк и с прите ртыми про б к ами - 4шт.; к о лб о чк и для титро вания - 6 шт.; ме рные к о лб ы вме стимо стью 50 и 100 мл, пипе тк и на 5, 10, 20, 25 мл - 4 шт.; б ю ре тк и на 25 мл -
2 |
шт.; |
0.1 |
н |
раство р I2 |
в то луо ле , |
|
хло ро фо рме , |
че тыре ххло ристо м угле ро де , |
|||||||||||||||||||||||||||||||
раство ры тио сульфата натрия0.01 н. и 0.05 н. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
ОБР АБОТК А Р ЕЗУ Л ЬТАТОВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
В се |
ре зультаты |
о пыто в |
зано сят в |
таб лицу |
|
2, при |
вычисле нии |
|
сре дне го |
|||||||||||||||||||||||||||||
ре зультата |
|
не о б хо димо |
|
о пре де лять до ве рите льный |
инте рвал |
для к аж до й |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
ве личины. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т аб лица 2 |
||||||
Э к спе риме нтальные |
данные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
В о дный сло й |
|
|
Органиче ск ий сло й |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
№ |
|
|
|
Vпр = 20 см3 |
|
|
|
|
Vпр= 5 см3 |
|
|
|
|
lg сво дн. |
lgсо рг. |
|
n |
|
K |
||||||||||||||||||||
|
V |
|
O32S,2 Na |
|
c |
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
сме си |
|
|
|
I2 |
, |
|
|
|
|
|
|
Na |
|
|
I2 , |
|
|
|
|
I2 |
|
|
I2 |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
см3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O32S 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
мо ль/дм3 |
|
см3 |
|
|
|
|
мо ль/дм3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
В о б щ |
е м случае |
трудно пре дск азать, в к ак о й фо рме |
б уде тнахо дитьсяио д в |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
о б о их раство рите лях, по это му надо по льзо ватьсяфо рмуло й Ш ило ва (2): |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
со рг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
|
= |
|
|
J2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(сво дн )n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д лярасче та ве личины К |
тре б уе тсязнатьравно ве сные к о нце нтрации ио да |
в |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
во дно м и о рганиче ск о м сло ях, а так ж е |
|
значе ние n. |
К о нце нтрации рассчитываю т |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
по |
фо рмуле : |
|
cI = |
|
V |
|
× c |
O S |
, |
Na |
|
|
|
O S |
|
Na |
O S |
|
Na- |
мо лярная |
к о нце нтрация |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
2 |
|
|
где |
2 |
|
c |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
Vпр. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мо ль/дм3; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
эк вивале нта |
тио сульфата |
натрия, |
Vпр- о б ъ е м |
титруе мо го |
|
раство ра, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
cм3; V |
O S |
2 |
Na- |
о б ъ е м |
|
раство ра |
тио сульфата натрия, |
израсхо до ванно го |
на |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
титро вание , см3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Приве де м уравне ние (2) к |
виду, удо б но му дляграфиче ск о й о б раб о тк и: |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lg K = lg сор г. |
- n lg сводн. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
I2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
60 |
lg сор г. = lg K + n lg сводн. |
|
I2 |
I2 |
y = а + b*x |
(11) |
|
|
Уравне ние (11) пре дставляе тсо б о й уравне ние прямо й линии в |
к о о рдинатах |
lg сор г. - lg сводн.; нак ло н прямо й раве н по к азате лю n, а о тре зо к , о тсе к ае мый на |
|||||||||
I2 |
I2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
о си о рдинат - lg |
K. |
Э к спе риме нтальные данные |
нано сят |
на |
график |
в |
|||
к о о рдинатах |
lg |
сор г. |
- |
lg сводн.. З наче ния n и lg |
K о пре де ляю т по |
ме то ду |
|||
|
|
I2 |
|
I2 |
|
|
|
|
|
наиме ньших |
к вадрато в. |
З аписываю т по луче нные |
данные |
для |
n |
и |
K, |
||
до ве рите льные инте рвалы дляэтих ве личин и выво ды по данно й раб о те , при это м не о б хо димо о тве титьна во про сы, приве де нные в к о нце задания2 (см. ниж е ).
З адание 2. И З УЧЕ НИ Е Х И М |
И ЧЕ СК ОГОРА В НОВ Е СИ Я В РА СТ В ОРА Х ПРИ |
||||||||||
ОБРА З ОВ А НИ И И ОД -СОД Е РЖ |
А Щ И Х К ОМ |
ПЛ Е К СОВ М Е Т ОД О |
|||||||||
|
|
|
|
РА СПРЕ Д Е Л Е НИ Я |
|
|
|
|
|||
М ЕТОД ИК А ВЫ П ОЛ НЕНИЯ Р АБОТЫ |
|
|
|
|
|
||||||
М |
е то дик а выпо лне ния раб о ты по лно стью со впадае т с о писанно й |
ране е в |
|||||||||
задании 1, но вме сто дистиллиро ванно й во ды испо льзую тся0.01 М |
KI и 0.05 М |
||||||||||
KBr. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОБР АБОТК А Р ЕЗУ Л ЬТАТОВ |
|
|
|
|
|
|
|
||||
По уравне ниям (6), (8), (9), (10) о пре де ляю тк о нце нтрации [I3-]; [(BrI2)-]; [I2]; |
|||||||||||
[I-]; [Br-]. В расче тах по |
уравне нию |
(6) испо льзую тк о эффицие нтраспре де ле ния, |
|||||||||
по луче нный в задании 1. По уравне ниям (4) и (5) рассчитываю тК с. |
о тве тить на |
||||||||||
При |
со ставле нии |
выво до в к |
заданиям |
1 и |
2 |
не о б хо димо |
|||||
сле дую щ ие во про сы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1. К ак им со о тно ше ние м |
мо ж но |
выразить к о эффицие нт распре де ле ния |
|||||||||
Не рнста, |
е сли в о дно й из двух о граниче нно сме шиваю щ ихся ж идк о сте й тре тий |
||||||||||
к о мпо не нт раство ряе тся хо ро шо , а в друго й о че ньпло хо ? Об ъ ясните |
принято е |
||||||||||
приб лиж е ние . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2. По че му не смо тря на то , что |
ио д пло хо раство рим в во де , но |
хо ро шо - в |
|||||||||
то луо ле |
(хло ро фо рме ) |
при |
со прик о сно ве нии |
этих |
ж идк о сте й |
про исхо дит |
|||||
пе ре распре де ле ние ио да ме ж ду двумяфазами? |
|
|
|
|
|
||||||
3. |
И зме нится ли сте пе ньизвле че ния и |
к о эффицие нт распре де ле ния ио да, |
|||||||||
е сли: |
а) |
в систе ме изме нитьте мпе ратуру; б ) |
в во дную |
фазу до б авитьве щ е ство , |
|||||||
о б разую щ |
е е с ио до м к о мпле к сно е со е дине ние ; в) уве личитьк о нце нтрацию ио да в |
||||||||||
органиче ск о м сло е ?
4.К ак мо ж но на прак тик е испо льзо ватьзак о н распре де ле нияНе рнста?
Л ИТЕР АТУ Р А