ВУЗ: Украинский Государственный химико-технологический Университет
Категория: Методичка
Дисциплина: Химия
Добавлен: 06.02.2019
Просмотров: 2167
Скачиваний: 4
31
рівнянням (3.4), то зрозуміло що необхідно надавати експериментальні дані для
одержання лінійної залежності в координатах:
T
1
P
ln
(рис. 3.4), а кутовому
коефіцієнту a (похідній
T
1
d
P
ln
d
) буде відповідати значення (
R
/
H
вип
).
Молярну теплоту паротворення рідини знаходять шляхом математичної
обробки експериментальної залежності температури кипіння досліджуваної
рідини від тиску.
Хід роботи
1. У склянку набираємо 40–50 см
3
досліджуваної рідини (вода) та отвір
замикаємо пробкою з термометром, обгорнутим шаром вати.
2. Знайомимось з установкою (див. рис. 3.5) та роботою триходового крана.
3. Перед початком експерименту необхідно провести попередню перевірку
установки на герметичність. Для цього за допомогою насоса Камовського
необхідно понизити тиск в системі до 200-300 мм рт. ст., та перекрити
триходовий кран. Якщо впродовж 5-10 хв тиск не буде зростати, то система
є герметичною.
4. Вмикаємо нагрівач та чекаємо поки рідина закипить.
5. Як тільки температура кипіння перестала змінюватись, заносимо її значення
та показники манометра H
1
і H
2
до таблиці 3.1.
6. Тимчасово з'єднуючи систему з атмосферою за допомогою триходового
крана підвищуємо тиск на 50–70 мм рт. ст. Очікуємо встановлення термічної
рівноваги (температура повинна залишатися постійною впродовж 3-5 хв) та
заносимо дані до таблиці.
7. Повторюємо п.6 і заносимо нові дані до таблиці 3.1:
Таблиця 3.1
№ t,
0
C
Т, К
1/Т, К
-1
H
1
, мм H
2
, мм P, мм рт. ст. ln(P, мм рт. ст.)
32
Рис. 3.5. Схема установки для визначення теплоти паротворення рідини:
1 – ртутний манометр; 2 – компенсаційна ємність (для підтримання сталого тиску під час
кипіння); 3 – електричний нагрівач; 4 – склянка з досліджуваною рідиною; 5 – термометр;
6 – зворотній холодильник; 7 – триходовий кран
Тиск у системі за допомогою ртутного манометра розраховується з
урахуванням атмосферного тиску за співвідношенням: P = P
атм
– (H
1
+ H
2
).
При розрахунку значень 1/Т необхідно враховувати правила для точності
розрахунку й округлення значень. Оскільки значення Т містять три значущі
цифри, то значення 1/Т також повинне містити три значущі цифри (див. МВ
№ 1321):
P, мм рт. ст. t,
0
C
Т, К
1/Т, К
-1
ln(P, мм рт. ст.)
700
97
370
0,00270
6,551
Подальша обробка експериментальних даних може бути проведена як з
використанням чисельних методів (метод найменших квадратів), так і
графічним чином. (Приклад оформлення цієї роботи наведено у Додатку).
При графічному способі значення lnP та
1/T
наносяться на графік у
вигляді добре помітних точок. Необхідно відзначити, що експериментальні дані
завжди містять систематичні й(або) випадкові помилки та їхня обробка полягає
в чисельній (МНК) або графічної апроксимації.
Графічна апроксимація (у цьому випадку лінеаризація) зводиться до того,
що через нанесені точки проводиться пряма лінія, таким чином, щоб "вага"
експериментальних точок, які не попадають на пряму, з одного боку була
урівноважена "вагою" точок з іншого боку прямої.
Потім графічним шляхом визначається кутовий коефіцієнт побудованої
прямої (похідну
T
1
d
P
ln
d
). Для цього на прямій обираємо дві точки; із цих точок
проводимо проекції на осі, і знаходимо координати обраних точок (рис. 3.4).
Знаходимо похідну таким чином:
33
1
2
1
2
T
1
T
1
P
ln
P
ln
T
1
d
P
ln
d
.
(3.6)
В свою чергу похідна дорівнює
R
H
T
1
d
P
ln
d
.
(3.7)
Звідки обчислюємо значення молярної теплоти пароутворення води:
T
1
d
P
ln
d
R
H
.
(3.8)
Розраховуємо питому теплоту пароутворення води та зміну ентропії:
M
H
H
пит
,
T
H
S
.
(3.9)
Контрольні запитання та задачі до лабораторної роботи № 5
1. Які повинні виповнюватись умови для кипіння рідини?
2. Як залежить температура кипіння рідини від зовнішнього тиску?
3. Чим відрізняється процес кипіння від випаровування?
4. Як змінюється ентропія при довільних кристалізації, конденсації або
десублімації в ізольованій системі?
5. Як змінюється ентропія при довільних плавленні, випаровуванні або
сублімації в ізольованій системі?
6. Яким є процес паротворення – ендотермічним або екзотермічним?
Лабораторна робота № 6
Кріоскопія
Мета роботи – визначити відносну молекулярну масу розчиненої
речовини кріоскопічним методом (за температурами кристалізації розчинника
та розчину).
Короткі теоретичні відомості з роботи
Кріоскопічний метод застосовується до сильно розбавлених розчинів
неізоморфних систем. При кристалізації такого розчину спочатку випадають
кристали чистого розчинника, розчин стає більш концентрованим, а
температура кристалізації більш низькою. Отже при вимірюванні температури
замерзання такого розчину слід визначати температуру початку кристалізації.
Іноді рідина може переохолодитись і фактично кристалізація почнеться при
34
більш низькій температурі, що призведе до помилки. Тому, для більш точного
визначення температури початку кристалізації, не можна допускати сильного
переохолодження розчину. Кріоскопічний метод визначення молярної маси
невідомої речовини заснований на явищі кріоскопічного ефекту.
Кріоскопічний ефект – це явище зниження температури кристалізації
розчину в порівнянні з температурою кристалізації чистого розчинника.
P
1
=f(T)
T
Кр
=Т
Кр,0
-Т
Кр
Т
Кр
рід.
пара
кр.
Т
P
Т
Кр,0
P
0,1
=f(T)
Рис. 3.6 Кріоскопічний ефект та обчислення його величини
Для вивчення зниження температури кристалізації (замерзання) розчину
застосовують кріостат (рис. 3.6). Кріостат являє собою металеву баню або
стакан з товстими стінками, які заповнені охолоджуючою сумішшю (льодом з
сіллю), всередині котрої встановлені мішалка та термометр.
Рис. 3.6. Схема кріостата:
1 – корпус;
2 – суміш води з льодом;
3 – скляна пробірка;
4 – розчин або розчинник;
5 – термометр Бекмана;
6 – мішалка
35
Хід роботи
1. На суху скляну пробірку 4 надівають гумове кільце з дротяною петлею
й зважують на технічних терезах з точністю до 0,1 г.
2. За допомогою циліндра або бюретки відміряють таку кількість
розчинника, щоб у пробірці вона могла покрити весь резервуар зі ртуттю
термометра Бекмана (наприклад, 30 мл бензолу), заливають її у зважену
пробірку, закривають допоміжним корком для запобігання випаровуванню
бензолу та повторно зважують. Маса бензолу, взята для досліду, визначається
за різницею мас пробірки з бензолом та пустої пробірки.
3. Зважують на аналітичних терезах 0,3–0,4 г речовини (за вказівкою
викладача), молярну масу котрої слід визначити.
4. Кріостат заповнюють охолоджуючою сумішшю, температура якої на
4–5°С нижче, ніж температура кристалізації бензолу.
5. Скляну пробірку поміщують у кріостат і, безперервно перемішуючи,
охолоджують бензол до початку кристалізації, якому відповідає припинення
падіння температури, оскільки при кристалізації виділяється тепло, що
компенсує відведення тепла охолоджуючою сумішшю. Температура
кристалізації, яку визначають таким чином, називається «орієнтовною».
6. Скляну пробірку виймають з кріостата та, нагріваючи її рукою,
розчиняють кристали бензолу. Потім її знову вставляють у металеву пробірку,
яка залишена в охолоджуючій суміші, й, не перемішуючи бензол,
переохолоджують його на 0,2°С нижче, ніж «орієнтовна» температура
кристалізації. Переохолоджений бензол інтенсивно перемішують, що призведе
до кристалізації у всьому об’ємі рідини. При цьому температура бензолу різко
підвищиться за рахунок теплоти кристалізації. При температурі кристалізації
рівень ртутного стовпчика залишається сталим тривалий час. Ця температура,
визначена з точністю до 0,005°С, є «точною» температурою кристалізації
бензолу. Її визначення слід повторити ще двічі. Для розрахунку відносної
молекулярної маси беруть середній з результатів трьох дослідів.
7. Наважку досліджуваної речовини всипають у пробірку з бензолом,
котрий перемішують до її повного розчинення. «Орієнтовну» та «точну»
температури кристалізації розчину визначають таким же чином, що й для
чистого бензолу (див. п. 6).
8. Зниження температури замерзання розчину ΔТ
з
обчислюють, як
різницю між «точними» температурами кристалізації бензолу та розчину.
9. Відносну молекулярну масу розчиненої речовини М
2
розраховують за
формулою:
з
1
2
2
T
Δ
g
1000
g
К
М
де К – кріоскопічна стала; g
1
– маса розчинника; g
2
– маса розчиненої
речовини.
Результати вимірювань та розрахунків занести до таблиці 3.2.