ВУЗ: Украинский Государственный химико-технологический Университет
Категория: Методичка
Дисциплина: Химия
Добавлен: 06.02.2019
Просмотров: 2169
Скачиваний: 4
26
У цій лабораторній роботі для вимірювання опору застосовується
реохордний міст Р-38, в якості джерела змінного струму використовується
звуковий генератор ЗГ-33. При живленні струмом звукової частоти чутливим
нуль-приладом може служити гальванометр змінного струму, індикатор нуля
або осцилограф. При відсутності балансу на екрані осцилографа з’являється
синусоїда, котра при рівновазі стягується в пряму лінію.
2. Вимірювання опору досліджуваного розчину слабкого електроліту.
Для визначення опору користуються такою ж апаратурою та методикою
вимірювання, що й для визначення сталої комірки.
Хід роботи
Дана робота може бути виконана двома шляхами:
Варіант 1
1. Викладач задає концентрацію та природу слабкого електроліту, константу та
теплоту дисоціації якого студент має визначити.
2. Зібрати схему для вимірювання опору розчинів (див. рис. 3.1).
3. Залити в комірку 25 мл 0,02 н. розчину KCl, виміряти його опір та
розрахувати сталу комірки (див. розділ лабораторної роботи Калібрування
комірки).
4. Вилити розчин калій хлориду, вимити комірку дистильованою водою, а
потім досліджуваним розчином.
5. Послідовно виміряти опір розчину слабкого електроліту при фіксованих
температурах: 20, 25; 30; 35; 40°С.
6. Розрахувати питому та еквівалентну електропровідності розчину слабкого
електроліту (див. (2.14) та (2.15)).
7. За довідниковими даними обчислити іонні електропровідності при
нескінченному розведенні та граничну електропровідність електроліту при 20,
25; 30; 35; 40°С (див. (2.12) та (2.13)).
8. Розрахувати ступінь та константу дисоціації слабкого електроліту (див. (2.9)
та (2.11)).
9. Результати розрахунків занести до таблиці 2.4.
Таблиця 2.4
Результати кондуктометричних вимірювань
Електроліт:_____________.
t, °C T, K
χ,
Ом
-1
·м
-1
λ,
моль
Ом
м
2
λ
0
+
,
моль
Ом
м
2
λ
0
-
,
моль
Ом
м
2
α К
D
1/Т,
K
-1
lnK
D
10. Побудувати графік lnK
D
=f(1/T). Графічним шляхом за кутовим
коефіцієнтом прямої (визначення див. МВ № 1321) розраховуємо теплоту
дисоціації слабкого електроліту (див. (2.3)).
27
Варіант 2
Пункти 1 – 4 ідентичні варіантові 1.
5. Послідовно виміряти опір розчину слабкого електроліту при двох фіксованих
температурах за вказівкою викладача, наприклад, 25 та 40°С.
6. Обчислити
питому
та
еквівалентну
електропровідності,
іонні
електропровідності
при
нескінченному
розведенні
та
граничну
електропровідність, ступінь та константу дисоціації слабкого електроліту при
обраних температурах (див. (2.9), (2.11) – (2.15)).
7. Результати розрахунків занести до таблиці 2.5.
8. Обчислити теплоту дисоціації за рівнянням ізобари Вант Гоффа (2.7).
Таблиця 2.5
Результати кондуктометричних вимірювань
Електроліт _____________.
t°C
T,
K
χ,
Ом
-1
·м
-1
λ,
моль
Ом
м
2
λ
0+
,
моль
Ом
м
2
λ
0-
,
моль
Ом
м
2
α
К
Контрольні запитання та задачі до лабораторної роботи № 4
1. Екзо- чи ендотермічна реакція дисоціації слабкого електроліту?
2. Чи можна при вимірюванні електропровідності користуватися сталим
струмом або струмом змінним струмом низької частоти?
3. Чому
при вимірюванні електропровідності слід користуватися
дистильованою водою?
4. Для чого вводять сталу комірки? Який фізичний зміст має ця величина? Як
її визначити?
5. Чи має значення об’єм розчину, який взяли для вимірювання
електропровідності? Що буде відбуватися, якщо електроди не повністю
занурені в розчин?
6. Що називають питомою, молярною та еквівалентною електропровідністю
розчинів?
7. Як впливає підвищення температури на рН розчину оцтової кислоти?
Обґрунтуйте свою відповідь.
8. Як впливають на ступінь дисоціації оцтової кислоти: а) зниження
температури; б) підвищення тиску; в) розбавлення розчину? Обґрунтуйте
свою відповідь.
28
3. ФАЗОВІ РІВНОВАГИ
Лабораторна робота № 5
Визначення теплоти пароутворення рідини
Мета роботи – визначити молярну і питому теплоту пароутворення
рідини та зміну ентропії при випаровуванні 1 моль речовини.
Короткі теоретичні відомості з роботи
Як відомо, речовина може перебувати у трьох агрегатних станах:
твердому, рідкому та газоподібному. При певній температурі речовина
переходить з одного в інше фазове становище. Такий процес називається
фазовим перетворенням. Виділяють наступні фазові перетворення:
Твердий стан
рідина,
Н>0
(плавлення)
Рідина
твердий стан,
Н<0
(кристалізація)
Рідина
газ (пара),
Н>0
(випаровування, кипіння)
Газ (пара)
рідина,
Н<0
(конденсація)
Твердий
газ (пара),
Н>0
(сублімація, возгонка)
Газ (пара)
твердий,
Н<0
(десублімація)
Твердий-
твердий-
(поліморфні перетворення)
Процеси
плавлення,
випаровування,
сублімації
перебігають
з
поглинанням тепла та є ендотермічними, а процеси кристалізації, конденсації
та десублімації супроводжуються виділенням тепла та є екзотермічними.
Процес фазового перетворення може перебігати як у рівноважних, так і у
нерівноважних умовах. Якщо, наприклад, вода випаровується із незачиненої
склянки, то такий процес фазового перетворення буде перебігати у
нерівноважних умовах, доки не зникне остання крапля води. Якщо склянка
буде зачиненою, то у системі через певний час встановиться рівновага, яка,
доречи, буде характеризуватися тиском насиченої пари рідини (P
0,1
).
Треба відзначити, що температура фазового перетворення залежить
від зовнішнього тиску.
Графічна залежність температури фазових перетворень від тиску для
індивідуальної речовини носить назву «діаграми стану однокомпонентної
системи». Для більшості речовин вигляд діаграми стану носить характер, який
наведено на рисунку 3.1. Лінія АО – це залежність температури плавлення від
тиску; лінія СО – це лінія возгонки, або залежність температури сублімації від
тиску, або залежність тиску насиченої пари речовини над її твердою поверхнею
від температури; лінія ОВ – це лінія кипіння (випаровування), або залежність
температури кипіння від тиску, або залежність тиску насиченої пари рідини від
температури.
29
Для невеликої кількості речовин (H
2
O, Ha, Pb, Bi та ін.) діаграма стану
така, як наведено на рис. 3.2. Різниця в характері залежності температури
плавлення від зовнішнього тиску (лінія АО). Для таких речовин молярний
об’єм у твердому стані більший за молярний об’єм у рідкому стані
(V
M, Кр.
> V
M,Рід
) та
∆V
M
= V
M, Рід.
- V
M, Кр.
< 0. Тому при підвищенні загального
тиску зменшується температура кристалізації таких речовин.
Залежність температури фазового переходу від тиску, а також залежність
тиску насиченої пари від температури виражається рівнянням Клапейрона-
Клаузіуса:
M
V
Δ
T
H
Δ
dT
dP
,
(3.1)
де ∆H – теплота фазового перетворення, котра не залежить від тиску, а
залежить від природи речовини й виду фазового переходу; T – температура
фазового перетворення;
∆V
M
– зміна молярного об'єму системи в процесі фазового перетворення;
dT
dP
– похідна, що чисельно дорівнює кутовому коефіцієнту дотичної, яка
проведена в даній точці залежності P = f(T) (рис. 3.3).
Знак похідної вказує на характер залежності температури фазового
переходу від тиску (тиску насиченої пари від температури). Якщо
0
dT
dP
, то зі
збільшенням тиску температура фазового переходу зростає, а також росте й
тиск насиченої пари з ростом температури (рис. 3.1 лінії ОА, ОВ, ОС). Якщо
0
dT
dP
, то зі збільшенням тиску температура фазового переходу зменшується
(рис. 3.2, лінія ОА).
K = 1
C = К - Ф + 2
пара
тв.
рід.
тв.
пара
рід.
C
B
A
О
пара
тв.
рідина
Т
P
K = 1
C = К - Ф + 2
п
т
ж
т
п
ж
C
B
A
О
п
т
ж
Т
P
Рис. 3.1
Рис. 3.2
30
340
350
360
370
200
400
600
800
P, мм.рт.ст.
dP
--- > 0
dT
y = a x + b
dP
P = --- T + b
dT
T, K
Рис. 3.3. Залежність тиску насиченої пари
рідини від температури або температури її
кипіння від зовнішнього тиску
Рис. 3.4. Залежність тиску насиченої пари від
температури в лінійних координатах рівняння
Клапейрона-Клаузіуса
Умови кипіння рідини – рідина починає кипіти коли тиск її насиченої
пари становиться рівним зовнішньому тиску.
Для процесів пароутворення – конденсації й сублімації – десублімації
∆V
M
= V
M,Газ.
- V
M,Рід.(Кр.)
V
M,Газ.
, тому що V
M,Газ.
>> V
M,Рід.(Кр.)
. Для ідеального
газу або пари згідно з рівнянням Менделєєва-Клапейрона
P
T
R
V
M
. Тоді,
рівняння Клапейрона-Клаузіуса для процесів кипіння та сублімації можна
записати в наступному вигляді:
2
T
R
H
Δ
dT
dlnP
.
(3.2)
Однак, для практичного застосування це рівняння інтегрують. Рівняння
Клапейрона-Клаузіуса для двох температур для процесів кипіння та сублімації:
1
2
1
2
1
2
T
T
T
T
R
H
Δ
P
P
ln
.
(3.3)
Рівняння може бути використане для наближеного розрахунку теплоти
фазового перетворення за значеннями температури фазового переходу при двох
тисках.
Якщо рівняння (3.2) проінтегрувати невизначеним інтегралом, то
одержуємо інтегральне рівняння Клапейрона-Клаузіуса у лінійному вигляді:
const
T
1
R
H
Δ
lnP
.
(3.4)
Наведеним рівнянням користуються при визначенні теплоти фазових
переходів графічним методом. Для цього експериментальні дані залежності
температури, наприклад, кипіння від тиску надають у графічному виді в так
званих лінійних координатах. Якщо порівняти рівняння прямої лінії y=ax + b з