Лабораторная работа №2

Тема: Взаимная ограниченная растворимость двух жидкостей

Цель: 1) Построение диаграммы растворимости системы фенол-вода

2) Определение типа системы двух взаимно ограниченно растворимых жидкостей

3) Определение критической температуры растворимости системы фенол-вода

Методика работы

Для изучения взаимной растворимости двух жидкостей используют метод В.Ф. Алексеева. На рисунке 13 представлена схема прибора для изучения взаимной растворимости двух жидкостей. Метод заключается в следующем: в ампулах готовят смеси с известным различным содержанием фенола и воды (см. таблицу 3) и запаивают.

Таблица 3 – Опытные данные

Состав смеси, весовые проценты		Температура, t0С
		Гомо-гениза-ции	Гетеро-гениза-ции	Гомо-гени-зации	Гетеро-гениза-ции	Гомо-гени-зации	Гетеро-гениза-ции	Сред-няя из шести
Фенол	Вода
10	90
20	80
30	70
40	60
50	50
60	40
70	30

Готовят водяную баню, которую нагревают на электроплитке до температуры примерно 80⁰С.

Опыт проводят с запаянной ампулой а (см. рисунок 13), содержащей смесь фенола и воды, и пробиркой б. В пробирку б наливают дистиллированную воду в таком же объёме, как объём смеси в ампуле а, с учётом объёма воды, вытесняемой термометром, погружённым в пробирку с водой. Пробирку закрывают пробкой с термометром. Ртутный шарик термометра должен быть погружён в воду. Ампулу и пробирку одновременно погружают в водяную баню. Смесь в ампуле а и вода в пробирке б должны иметь одинаковую температуру, потому что температуру в опыте измеряют по термометру, находящемуся в пробирке с водой. Ампулу и пробирку одновременно непрерывно встряхивают в водяной бане и постоянно наблюдают за смесью в ампуле.

а – запаянная ампула со смесью фенола и воды; 1 – слой раствора воды в феноле; 2 – слой раствора фенола в воде; б – пробирка с водой и термометром; 3 – вода; 4 – термометр; 5 –пробка

Рисунок 13 – Схема прибора для изучения фазового равновесия в системе с ограниченной растворимостью двух жидкостей

Отмечают температуру, при которой смесь становится прозрачной (однофазной, гомогенной). После этого баню с водой медленно охлаждают, ампулу и пробирку встряхивают в бане и отмечают температуру, при которой смесь становится мутной (двухфазной, гетерогенной). Температура гомогенизации и температура гетерогенизации различаются на один градус. С каждой смесью опыт проводят три раза и определяют три температуры гомогенизациии и три температуры гетерогенизации. Для построения диаграммы растворимости берут температуру, среднюю из шести значений температуры, полученных в опыте (см. таблицу данных опыта).

Ограниченная взаимная растворимость жидкостей означает, что растворимость их зависит от соотношения жидкостей в смеси и от температуры. Поэтому в опыте нужно быть внимательным и иметь в виду, что каждая смесь фенола и воды имеет свою температуру гомогенизации. Перед проведением опыта со следующей смесью (ампулой) в пробирку б следует налить холодную воду.

По полученным в опыте данным строят диаграмму растворимости системы фенол-вода. По оси y откладывают температуру в градусах Цельсия, по оси х – состав системы в весовых процентах.

График строят на миллиметровой бумаге.

По виду диаграммы растворимости делают вывод о том, к какому из трёх типов систем с взаимной ограниченной растворимостью относится система фенол-вода; по диаграмме определяют критическую температуру растворимости, характерную для смеси фенол-вода.

Реактивы

1. Фенол.

Посуда и приборы

1. Термометр на 100⁰С – 1 шт.

2. Прибор для определения взаимной растворимости жидкостей – 1 шт.

3. Баня водяная – 1шт.

5. Электроплитка.

Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы

1. Фазовые равновесия. Общие понятия: фаза, компонент, число независимых компонентов, число термодинамических степеней свободы.

2. Общие термодинамические условия равновесия в гетерогенных системах и критерий направления процессов в гетерогенных системах.

3. Правило фаз Д. У. Гиббса, вывод.

4. Классификация систем по числу фаз, по числу компонентов, по числу термодинамических степеней свободы.

5. Типы двухкомпонентных систем жидкость – жидкость с ограниченной взаимной растворимостью. Примеры.

6. Диаграммы растворимости (диаграммы с расслаиванием) для трех типов двухкомпонентных систем жидкость – жидкость с ограниченной взаимной растворимостью. Критическая температура растворимости.

7. Диаграмма с расслаиванием для двухкомпонентной системы фенол – вода с верхней критической температурой растворимости. Бинодальная кривая, коннода, правило рычага.

8. Расчет числа термодинамических степеней свободы в разных точках на диаграмме с расслаиванием.