ВУЗ: Украинский Государственный химико-технологический Университет
Категория: Методичка
Дисциплина: Химия
Добавлен: 06.02.2019
Просмотров: 2139
Скачиваний: 4
36
Таблиця 3.2
Розчинник _____________. Розчинена речовина ________________.
Маса пустої пробірки _______.
Маса пробірки з розчинником _______.
Маса розчинника g
1
__________.
Маса бюкса ____________.
Маса бюкса з розчиненою речовиною ____________.
Маса розчиненої речовини g
2
___________.
Температура кристалізації
ΔТ
3
,
К
Молекулярна
маса розчиненої
речовини
Віднос-
на
похибка
орієнтовна точна середня
визна-
чена
істинна
Розчинник
Розчин
Контрольні запитання та задачі до лабораторної роботи № 6
1. Який ефект називається кріоскопічним та ебуліоскопічним?
2. Які властивості розчинів називаються колігативними?
3. Які існують методи визначення молекулярних мас неелектролітів?
4. Як
обирають розчинник для кріоскопічного методу визначення
молекулярних мас?
5. Яка будова термометра Бекмана?
6. Кріоскопічні сталі азобензолу, нафталіну, бензолу та камфори складають
8,35; 6,899; 5,07 та 40,0 відповідно. Якому з цих розчинників слід віддати
перевагу для найбільш точного визначення молекулярної маси розчиненої
речовини та чому?
7. Чи залежить кріоскопічна стала від природи розчиненої речовини?
Лабораторна робота № 7
Вивчення взаємної розчинності в двокомпонентній системі
Мета роботи – побудувати діаграму взаємної розчинності та визначити
критичну температуру розчинення системи фенол – вода.
Багато рідин мають обмежену взаємну розчинність і в деякому інтервалі
температур утворюють два рідких шари (дві фази). Така розчинність
спостерігається в системах зі значним відхиленням від ідеальності. Вплив
температури на неї в різних системах різний. В одних системах з ростом
температури взаємна розчинність збільшується, а склади двох рівноважних
рідин зближуються. При деякій температурі – критичній температурі
розчинення – склади обох рівноважних рідких фаз є однаковими та досягається
37
повна гомогенність системи. Системи, які складають дві обмежено розчинні
рідини, взаємна розчинність котрих зростає з підвищенням температури,
називаються системами з верхньою критичною температурою (ВКТ),
наприклад, анілін–вода. Системи, в яких взаємна розчинність збільшується зі
зменшенням температури, називаються системами з нижньою критичною
температурою (НКТ), наприклад, вода–триетиламін, та системи, які мають
одночасно ВКТ і НКТ, наприклад, нікотин-вода.
Залежність взаємної розчинності рідин від температури при сталому
тиску надають у координатах температура – склад.
Хід роботи
1. Запаяні пробірки з сумішами, котрі містять 10, 20, 30, 40, 60 та 70% фенолу
та рідини невідомого складу (завдання № 1 та № 2), декілька разів
перегортають для утворення емульсії і встановлюють їх у водяну баню
(термостійкий стакан з термометром, заповнений водою). Висота рівня води
у стакані має бути такою, щоб пробірки були майже повністю занурені у
воду.
2. Нагрівають водяну баню з пробірками на електроплитці та записують
температури, при яких відбулося взаємне розчинення – вміст пробірки стає
прозорим (температуру ліквації) до таблиці 3.3. Під час нагрівання
слідкують, щоб рідина у пробірках була рівномірно каламутною та через
невеликі проміжки часу перегортають пробірки до утворення емульсії.
3. Коли в усіх сумішах відбулося розчинення, тобто рідина в усіх ампулах
стала прозорою, водяну баню знімають з плитки та повільно охолоджують її,
поступово замінюючи гарячу воду на холодну. Записують склад суміші та
температуру, при якій рідина стає каламутною, тобто відбулося
розшарування. Ампулу з розшарованою рідиною видаляють з водяної бані.
4. Середню
температуру
фазового
переходу
визначають,
як
середньоарифметичне між температурою розчинення при нагріванні та
розшарування при охолодженні.
Таблиця 3.3
Склад
рідини в
пробірці,
% фенолу
Температура
ліквації, °С
(T
)
Температура
розшарування, °С
(T
)
Середня температура
фазового
перетворення, °С
10
20
30
40
60
70
№1
№2
38
5. Будують діаграму взаємної розчинності в координатах температура фазового
переходу – склад суміші (% фенолу) та визначають критичну температуру
розчинення (ВКТ).
6. За допомогою діаграми та температур ліквації для завдань № 1 та № 2
визначають їх склад. Для цього на побудовану діаграму взаємної
розчинності наноситься середня температура ліквації, наприклад, для
пробірки № 1. Таку температуру ліквації може мати система складу x
1
та x
2
.
Якщо у вихідній пробірці візуально кількість безбарвного шару була більша
за кількість забарвленого шару, то робимо висновок, що пробірка має склад
x
1
, та навпаки (рис. 3.7).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Ф=1
x
2
склад, ваг.% Ф
t,
0
C
В
Ф
ВКТ
№1
x
1
Ф=1
Ф=2
Рис. 3.7. Діаграма взаємної розчинності двох обмежено розчинних рідин (діаграма ліквації)
Контрольні запитання до лабораторної роботи № 7
1. Які можливі типи бінарних рідких систем з обмеженою розчинністю?
Наведіть приклади.
2. В чому полягає правило прямої лінії Алексєєва та його практичне значення?
3. Що називається нодами та конодами?
4. Скільки ступенів свободи мають системи з обмеженою розчинністю, якщо
фігуративна точка розташована на полі діаграми, на кривій та при критичній
температурі розчинення?
39
Лабораторна робота № 8
Термічний аналіз
Мета роботи – одержати криві охолодження для нафталіну,
дифеніламіну та їх сплавів відомого складу й побудувати діаграму плавкості
системи нафталін-дифеніламін.
Вивчення багатокомпонентних систем, які утворюють декілька фаз,
проводять за допомогою фізико-хімічного аналізу, основу котрого складає
вивчення функціональної залежності між фізичними властивостями
(електричними, механічними, оптичними та ін.) хімічної рівноважної системи
та факторами, що визначають рівновагу. Дослідні залежності зображують у
вигляді діаграм стану склад – властивість. Для двокомпонентних систем склад
відкладають звичайно на осі абсцис, а властивості – на осі ординат.
Одним з найбільш розповсюджених видів фізико-хімічного аналізу є
термічний аналіз, котрий являє собою сукупність експериментальних методів
визначення температури, при якій у рівноважній системі змінюється число фаз.
На рис. 3.7 наведено спосіб побудови діаграми стану (діаграми
плавкості). На рис. 3.7а наведені криві охолодження (залежності температура –
час), за якими побудована діаграма плавкості (рис. 3.7б) двокомпонентної
системи з безмежною розчинністю компонентів у рідкому і взаємною
нерозчинністю у твердому станах (системи двох неізоморфних речовин).
0
20
40
60
80
100
k
e
s
t,
0
C
t,
0
C
кр.Д+р.
кр.Н+р.
f
b
a
K
час
кр.Н+кр.Д
розплав (р.)
O
N
M
x
N
x
M
мас %
x
К
D
C
B
A
Д
Н
100%Д
20%Н
40%Н
60%Н
80%Н
100%Н
Рис. 3.7. Побудова за кривими охолодження діаграми плавкості двокомпонентної системи
Якщо чисті компоненти Н або Д (криві 100%Н або 100%Д) нагріти до
температури більшої ніж температура їх плавлення, а потім повільно
охолоджувати розплав, то температура буде монотонно знижуватись, доки
розплав не почне кристалізуватися. При кристалізації буде виділятися теплота
(кристалізація є екзотермічним процесом), і зниження температури
40
припиниться, а на кривих охолодження спостерігається горизонтальний
відрізок, який відповідає температурі кристалізації чистих компонентів. Коли
весь розплав стає твердим, починається подальше монотонне зменшення
температури. За кривими охолодження 100%Н та 100%Д наносять дві
фігуративні точки на діаграмі плавкості (рис. 3.7б). Для цього продовжують
горизонтальні ділянки кривих 100%Н та 100%Д (див. пунктирні лінії) та
наносять точки А та С.
Якщо система складається з двох компонентів, то на кривій охолодження
з’являються нові за характером ділянки та нові характеристичні точки – точки
перелому. Коли при охолодженні такої системи (криві 80Н, 60Н, 20Н) буде
досягнута температура, при якій розчин стає насиченим відносно одного з
компонентів, то цей компонент починає кристалізуватися. При цьому
виділяється теплота, котра дещо сповільнює охолодження, тому на кривих у
цьому місці спостерігається злам. Далі криві йдуть не горизонтально, а
монотонно знижуючись, оскільки за мірою кристалізації одного компонента
розплав збагачується другим компонентом, тобто склад рідкої фази змінюється,
а це зменшує температуру кристалізації. Нарешті розплав стає насиченим
відносно обох компонентів, внаслідок чого при охолодженні Н та Д
кристалізуються одночасно. Склад рідкої фази при цьому не змінюється, і
суміш кристалізується, як індивідуальна речовина, а на кривих охолодження
80Н, 60Н, 20Н спостерігається горизонтальна ділянка. Після завершення
кристалізації всього зразка, температура починає різко зменшуватися. За
зламами на кривих 80Н, 60Н, 20Н на діаграму плавкості наносять фігуративні
точки a, b, f.
Якщо склад системи такий (у нашому випадку це 40%Н), що в момент
початку затвердіння розплав насичений відносно обох компонентів, то при її
охолодженні починає кристалізуватися одночасно Н та Д, а крива має такий же
характер, що й індивідуальна речовина (рис. 3.7а, крива 40%Н). Такий сплав
називається евтектичним. Він плавиться або кристалізується при найбільш
низькій температурі в порівнянні з іншими. Твердий евтектичний сплав містить
дві тверді фази (кристали Н та Д). За горизонтальним відрізком кривої 40%Н на
діаграму наносять точку О.
З’єднуючи на діаграмі плавкості (рис. 3.7б) точки A, а, b, O, f та C
одержують лінію ліквідусу, вище якої система знаходиться в рідкому стані.
Через точки s, e, О та k проводять горизонтальну пряму лінію BD – лінію
солідусу, нижче якої система знаходиться в твердому стані.
Правило важеля: фігуративна точка поділяє проведену через неї ноду на
відрізки зворотно пропорційні кількостям (масам) рівноважних фаз у цій точці.
Користуючись правилом важеля можна визначити співвідношення мас
рідкої на твердої фаз у точці К (рис. 3.7):
.
2
1
0
20
20
30
x
x
x
x
KM
NK
m
m
K
M
N
K
тв
рід