Вопросы:

1. Что называют буферными растворами?

2. Чем обусловлено буферное действие с точки зрения протонной теории?

3. Классификация кислотно-основных буферных систем. Какие типы буферных систем известны?

4. Механизм буферного действия: а) ацетатный буфер, аммонийный буфер; б) бикарбонатный буфер (биологическая роль); в) фосфатный буфер (биологическая роль); гемоглобиновый буфер (биологическая роль); белковый буфер (биологическая роль).

5. Расчет рН буферных систем. Уравнение Гендерсона-Гассельбаха.

6. От чего зависит рН буферной системы?

7. Что называется буферной емкостью системы?

8. От чего зависит буферная емкость системы?

9. Будет ли поддерживать постоянным значение рН система, состоящая из 5 мл 0, 1 М NH₃∙H₂O и 5 мл 0,1 М NH₄Cl, если к ней добавить 1 мл 0,01 М раствора NaOH?

10. Ацетатный буферный раствор получен при смешивании 40 мл 0,1 М раствора СН₃СООН и 20 мл 0,1 М СН₃СООNa. Приведите уравнения реакций, иллюстрирующих механизм буферного действия. Рассчитайте значение рН исходного раствора, если для уксусной кислоты К_а = 1,75, рК_а = 4,76.

Хронометраж 2-часового занятия:

1.Организационный момент – 3 мин.

2. Объяснение нового материала- 30 мин.

3. Выполнение лабораторной работы-40 мин.

4. Письменный тестовый опрос- 15 мин.

5. Задание на дом- 2 мин.

Литература:

1. М.И. Равич-Щербо, В.В. Новиков. Физическая и коллоидная химия.М.1975г., глава IV, с. 88-89.

2. П.М. Маршев. Руководство к практическим занятиям по физической и коллоидной химии. Медиздат, 1954г., с. 54-56.

Занятие 15. Модульная контрольная работа № 2.

Занятие 16. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССОВОЙ ДОЛИ ПОВАРЕННОЙ СОЛИ В РАССОЛЕ (ареометрический метод).

Цель занятия. Ознакомиться с физическим (ареометрическим) методом анализа. Освоить технику подбора ареометра для нахождения относительной плотности рассола соли и определения с последующим пересчетом на содержание соли по специальной таблице.

Методы количественного анализа, позволяющие определить состав анализируемого вещества, не прибегая к использованию химических реакций, называют физическими методами анализа. При использовании физических методов для определения состава анализируемого вещества оказывается достаточным измерить показатели каких-либо физических свойств, например коэффициент лучепреломления, электро- или теплопроводность, разность потенциалов электродов и т.п. Так, определив плотность раствора кислоты или щелочи, можно найти по соответствующим справочным таблицам процентное содержание их в данном растворе.

Этот метод (ареометрический) отличается простотой и быстротой определения. Однако, по точности он уступает пикнометрическому, т.к. плотность этим методом можно определять лишь с точностью до третьего десятичного знака.

Сущность физического метода определения содержания соли заключается в определении относительной плотности рассола ареометром с последующим пересчетом на содержание соли по специальной таблице. Метод не очень точный, т.к. относительная плотность рассола обусловлена содержанием не только соли, но и других растворенных веществ (кислот, минеральных солей и др.). Однако в связи с тем, что раствор соли в большей степени влияет на относительную плотность, прочие растворенные вещества условно не учитываются.

Выражение концентрации через плотность основано на том, что с изменением концентрации раствора плотность также изменяется. Следовательно, для каждого вещества определенной плотности его раствора отвечает определенная концентрация.

Для быстрого, но приближенного определения плотности служит ареометр. Он представляет собой поплавок с дробью или ртутью и узким отростком- трубкой, в которой находиться шкала с делениями. Ареометр погружается в различных жидкостях на различную глубину. При этом он вытесняет объёмы этих жидкостей одной и той же массы, равной массы, равной массе ареометра, а следовательно обратно пропорциональные их плотности.

То деление шкалы, до которого ареометр погружается в жидкость, показывает плотность этой жидкости. В зависимости от заданной точности применяют или один ареометр с большими интервалами на шкале или набор нескольких ареометров с мелкими делениями.

От плотности раствора можно перейти к процентному содержанию, пользуясь специальными таблицами. Если в таблицах не имеется цифры, точно отвечающей сделанному отсчету на шкале ареометра, а есть близкие величины (немного больше и немного больше), то процентное содержание растворенного вещества вычисляют методом интерполяции (определение промежуточной величины по двум известным крайним). Предположим, что имеется раствор серной кислоты с плотностью 1,200. По табл. находим, что для растворов серной кислоты с плотностью 1,174 и 1,205 процентная концентрация соответственно равна 24 и 28%. Считаем, что в этих интервалах процентное содержание изменяется прямо пропорционально изменению

плотности. Разница плотностей равна 1,025-1,174=0,031, а разница в процентном содержании составляет 28%-24%=4%. Находим разницу между плотностью нашего раствора и плотностью раствора кислоты с меньшей концентрацией. Она равна 1,200-1,174=0,026. Увеличению плотности на 0,031 соответствует увеличение процентного содержания, соответствующее увеличению плотности на 0,026 находим из пропорции:

0,031/0,026=4/х; х=4 0,026/0,031=3,35%

Найденную величину прибавляем к процентному содержанию кислоты в растворе с меньшей плотностью и получаем искомое процентное содержание: 24%+3,35%=27,35%

С изменением концентрации плотность изменяется не всегда прямо пропорционально процентному содержанию. Поэтому приведенный расчет дает результат лишь приблизительный, но для практических целей достаточно точный.

Выполнение эксперимента.

В цилиндр на 100 или 200 мл (в зависимости от внешних параметров ареометра) наливают заранее отфильтрованный рассол. Уровень жидкости должен быть таким, чтобы помещенный в цилиндр ареометр не касался дна и стенок, а свободно плавал. После этого замеряют относительную плотность рассола, отмечая количество делений на шкале ареометром по верхней части мениска жидкости. Устанавливают температуру рассола и делают пересчет, для чего поправка 0,00045 умножается на количество градусов, на которое фактическая температура рассола отличается от 20⁰С , ( t=20⁰ С ± фактическая температура). Полученное значение прибавляют к относительной плотности, если температура выше 20⁰ С , и отнимают при пониженных температурах.

Необходимость введения поправки вызвана тем, что относительная плотность и температура находятся в обратной зависимости, а шкала ареометра рассчитана на измерении относительной плотности растворов при температуре 20⁰С.

Рассчитав фактическую относительную плотность, определяют по таблице 1 содержание соли. Если фактическая относительная плотность не совпадает с данными таблицы, то делают пересчет.

Табл. 1 Зависимость между относительной плотностью рассола и содержанием соли.

Отн.плотность	1,0053	1,0125	1,0196	1,0268	1,0340	1,0413	1,0486
, %	1	2	3	4	5	6	7

Пример:

Относительная плотность определяемого рассола – 1,0150 г/см³. Составляем пропорцию из ближайших табличных значений.

1,0196 - 3%

1,0125 – 2%

0,0071 – 1%

1,016 – 1,0125 = 0,0025

0,0071 – 1%

0,0025 – х х=0,4%

2+0,4 = 2,4% - содержание соли, соответствующее относительной плотности 1 ,0150 г/см³.

Вопросы и задания:

1. Что называют растворами?

2. Какой раствор называют насыщенным, ненасыщенным, пересыщенным?

3. Дайте определение величине, называемой концентрацией раствора. Запишите известные вам формулы выражения концентраций растворов, укажите все величины, присутствующие в них и единицы их измерений.

4. Сделать расчет для приготовления 250 мл 1М раствора серной кислоты из раствора, имеющегося в лаборатории.

5. Сделать расчет для приготовления 250 мл 10% раствора кислоты из имеющегося в лаборатории раствора.

6. Сделать расчет для приготовления 200 мл раствора гидроксида натрия ( ) из концентрированного раствора.

Хронометраж 2-часового занятия:

1.Организационный момент – 3 мин.

2. Объяснение нового материала- 30 мин.

3. Выполнение лабораторной работы-40 мин.

4. Письменный тестовый опрос- 15 мин.

5. Задание на дом- 2 мин.

Литература:

1. М.И. Равич-Щербо, В.В. Новиков. Физическая и коллоидная химия. М.1975г., глава IV, с. 88-89.

2. П.М. Маршев. Руководство к практическим занятиям по физической и коллоидной химии. Медиздат, 1954г., с. 54-56.

Занятие 18. Определение температуры замерзания раствора неизвестного вещества и расчет его молярной массы

Цель. Научиться проводить криометрические измерения на растворах не электролитов и электролитов.

Сущность работы. Производится охлаждение заданных растворов до начала образования кристаллов воды (льда). Соответствующая температура называется температурой замерзания. Измерение температуры производится термометром Бекмана, показания которого зависят от предварительной настройки. Поэтому кроме измерения температуры замерзания раствора необходимо определить и температуру замерзания чистой воды при той же настройке термометра. По полученным данным вычисляется понижение температуры замерзания

∆Т₃ = Т₃ (Н₂О) – Т₃ (р-р)

где Г₃ — условная температура замерзания при данной настройке термометра. При этом ∆Т₃ от настройки термометра не зависит. По полученному значению рассчитывают моляльную концентрацию (осмоляльность) и другие величины, которые с ней связаны: осмотическое давление, молярную массу растворенного вещества, изотонический коэффициент электролита.

Выполнение эксперимента. Получают у преподавателя задание на определение температуры замерзания одного из имеющихся в лаборатории растворов с указанной на этикетке массовой долей. Лабораторный журнал подготавливают для записи результатов измерений:

Измерения	Температура замерзания — отсчеты по шкале дифференциального термометра
	Вода*	Раствор с массовой долей...
1 2 3 Среднее

^*Криометрическая постоянная

Внутренний сосуд криометра 1 (рис. 5.2) ополаскивают и заполняют дистиллированной водой приблизительно на 1/3 высоты. Важно, чтобы при установке дифференциального термометра с большим резервуаром ртути, он весь был погружен в воду. Внешний сосуд криостата 4 заполняют толченым льдом, добавляют 40-50 г технической соли, доливают воду до всплывания льда и перемешивают. Температура смеси должна быть около -5 -6 °С. Сосуд с дистиллированной водой помещают в криостат и некоторое время охлаждают его, но не до замерзания. Теперь можно установить термометр Бекмана. Это точный измерительный прибор с большим резервуаром ртути, благодаря чему по шкале можно отсчитывать сотые доли градуса.

При этом на шкале термометра укладывается интервал лишь в 6°. Поэтому предусмотрена настройка термометра на рабочий интервал путем переливания ртути из нижнего резервуара в небольшой верхний резервуар. В нашем случае в пределах шкалы должен оказаться интервал от 0 до -6 °С. Термометр уже заранее настроен. 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 и наблюдают за показаниями термометра. Сначала в капилляр уходит вся капелька ртути. Потом столбик ртути быстро опускается, верх его доходит до шкалы и движется вдоль нее. Вода в сосуде неизбежно переохлаждается ниже О °С. В момент начала образования льда происходит резкий скачок температуры, после чего она стабилизируется (рис. 5.3).

Идет процесс замерзания воды при постоянной температуре. Записывают показание термометра. Сосуд осторожно приподнимают и слегка нагревают рукой до исчезновения льда. Повторяют определение температуры замерзания 2 раза. После этого вынимают термометр, выливают воду, ополаскивают сосуд заданным раствором и наливают раствора столько же, сколько было воды. Желательно, чтобы раствор заранее был охлажден во льду. Повторяют определение температуры замерзания. При работе с раствором особенно важно непрерывное интенсивное перемешивание, препятствующее сильному переохлажде­нию жидкости. Дело в том, что по мере вымерзания воды из раствора, концентрация последнего увеличивается, а температура замерзания до­полнительно понижается (см. рис. 5.3). Поэтому наиболее точный ре­зультат определения температуры замерзания получается при минималь­ном количестве выделившегося льда. Увидев, что начался резкий скачок температуры, записывают самое высокое показание по шкале термомет­ра. Измерение повторяют еще 2 раза. После этого вынимают термометр из криостата и сдают его лаборанту. В другом варианте задания проводят определение температуры замерзания раствора электролита по такой же методике.

Обработка результатов эксперимента. Вычисляют среднее значение ∆Т₃ Рассчитывают осмоляльность, которая в данном случае (одно растворенное вещество) равна моляльной концентрации

b_осм=b(X) = ∆Т₃ /K(H₂0).

Далее вычисляют молярную массу вещества:

М(Х) =

Делают вывод, какое вещество содержалось в растворе — мочевина или глюкоза. Вычисляют относительную ошибку опыта.

Если было проведено определение ∆Т, раствора электролита с из­вестной концентрацией, то осмоляльность раствора

b_осм=ib(X)

где i — изотонический коэффициент. Зная b(Х), вычисляют изотонический коэффициент и сравнивают его с ожидаемым предельным значением для данного электролита.