Файл: 2 часть Лабораторный практикум ФизХимия.pdf

Комплексный ион Co(SCN) 24− образуется в заметных количествах при большом избытке тиоционат-ионов в растворе. Этот комплексный ион окрашен в голубой цвет, поэтому для определения его концентрации можно измерять оптическую плотность раствора с помощью фотоэлектрического спектрофотометра.

Спектрофотометрический метод анализа основан на избирательном поглощении излучения определенной длины волны раствором.

ln D i D o −D i

ln[SCN−]

Рис. II.1. Графическое определение константы равновесия реакции комплексообразования

При обработке результатов измерений используют закон Ламберта-Бера

I0 - интенсивность падающего потока излучения,

I -интенсивность потока излучения, прошедшего через вещество, l - толщина поглощающего слоя,

с - концентрация, ε - коэффициент погашения, основная характеристика поглощения

света раствором при данной длине волны.

При с=1 моль/л и l=1см ε = D, т.е. коэффициент поглощения - это оптическая плотность раствора с концентрацией 1 моль/л, помещенного в

20

www.mitht.ru/e-library

кювету с l=1 см. Для Co(SCN) 24− при длине волны 620 нм коэффициент

погашения ε составляет 1,9.103 л/(моль.см).

В практической работе измеряют оптические плотности растворов Di, пропорциональные концентрациям комплексного иона Co(SCN) 24− , и оптическую плотность D0 раствора, в котором весь металл связан в комплекс. При обработке опытных данных используют уравнение (II.2) в следующей форме:

где n=4. Для расчета константы устойчивости следует построить график с использованием переменных ln D 0D−i D i по оси ординат и ln[R-] по оси

абсцисс. При построении графика следует учитывать, что лиганд во всех опытах берется в избытке поэтому частичное связывание лиганда в ионах комплекса практически не уменьшает величину [R-].

Константы устойчивости зависят от температуры, поэтому спектрофотометрические измерения проводят с использованием термостатированных кювет.

II.1.1. Приготовление серии растворов

Исходные растворы - KSCN и Co(SCN)2 с содержанием кобальта 0,001 г/мл и KSCN c содержанием соли 0,05 г/мл надо получить у лаборанта. Серия рабочих растворов готовится четырьмя студентами таким образом, чтобы концентрация комплексообразователя - кобальта во всех растворах оставалась неизменной, а количество лиганда было различным. В одном из растворов концентрация лигандов должна быть достаточно большой для полного подавления диссоциации Co(SCN) 24− . Необходимые количества исходных растворов комплексообразователя и лиганда задаются преподавателем. Заданные количества растворов Co(SCN)2 и KSCN вносят пипеткой в колбу объемом 25 мл, затем добавляют воду в таком количестве, чтобы суммарный объем составил 10 мл.

Раствор доводят до метки ацетоном и перемешивают. Образование комплексов легко заметить по появлению голубой окраски растворов, интенсивность которой увеличивается по мере увеличения количества лиганда в растворе.

21

www.mitht.ru/e-library

II.1.2. Определение константы устойчивости

Необходимые измерения оптической плотности проводят на фотоэлектроколориметре с красным светофильтром (длина волны света 610-620 нм). Раствором сравнения, по которому устанавливают нуль оптической плотности, служит смесь 10 мл воды и 15 мл ацетона. Кювету, в которой измеряют оптическую плотность раствора, следует предварительно ополоснуть исследуемым раствором.

Кюветы с чистым растворителем и исследуемым раствором помещают в термостатируемый кюветодержатель. Термостатирующей жидкостью служит вода, подаваемая из ультратермостата. Постоянная температура устанавливается и поддерживается регулировочным контактным термометром, ее отсчитывают по контрольному термометру. Каждый из четырех студентов проводит самостоятельно измерение оптической плотности всей приготовленной серии растворов при одной заданной преподавателем температуре. Данные опыта записывают в

II.1.3. Изучение зависимости константы устойчивости комплекса от температуры

Измерение оптической плотности приготовленных растворов следует начать при комнатной температуре ( 20°С); необходимо убедиться, что измеренное значение оптической плотности остается постоянным в течение 2-3 минут. Затем установить с помощью контактного термометра температуру на 5-10° выше и дождаться постоянства температуры на контрольном термометре. При температуре выше комнатной растворы в кюветах нужно выдерживать перед измерением оптической плотности не менее 6-7 минут. Каждый раз нужно убедиться в постоянстве значения оптической плотности. Температура при которой проводят измерения не должна превышать 50°С.

Каждый из студентов определяет значение βn при одной температуре. Теплоту реакции комплексообразования рассчитывают по уравнению Вант-Гоффа

22

www.mitht.ru/e-library

.

Изменение энергии Гиббса при образовании комплексного иона связано с константой устойчивости и может быть рассчитано по уравнению:

∆rGo = −RT lnβn

Для расчета изменения энтропии при комплексообразовании можно воспользоваться уравнениями:

∆rGo = ∆rHo −T∆rSo,

∆rSo = (∆rHo −∆rGo )T .

Для защиты работы студент должен:

-графически определить величину константы устойчивости комплекса при разных температурах,

-по значениям полученных констант при разных температурах рассчитать теплоту комплексообразования,

-провести расчет термодинамических характеристик реакции комплексообразования.

II.2. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ ЖИДКОСТЬ - ПАР

Цель работы: изучение температурной зависимости давления (упругости) насыщенного пара статическим методом и определение теплоты испарения на основании этой температурной зависимости.

Реактивы: гексан или гептан.

Оборудование: установка №1 или установка №2. (см. описания ниже).

23

www.mitht.ru/e-library

Порядок выполнения работы:

Равновесие в системе "жидкость – пар" является частным случаем термодинамического равновесия, при котором одно и то же соединение находится в двух различных фазах:

записывается как для систем с конденсированной фазой K p = pH2O(пар)

(см. теоретическую часть).

Экспериментальная часть работы заключается в определении зависимости температуры кипения жидкости от давления в системе

Ткип=f(p).

Измерение давления пара проводят статическим методом. Этот метод основан на измерении температуры кипения жидкости при фиксированном внешнем давлении. Измеряя внешнее давление над кипящей жидкостью, тем самым определяют и давление насыщенного пара при данной температуре, поскольку кипение - это испарение в условиях, когда внешнее давление равно давлению пара, равновесного с жидкостью. Внешним давлением в данном случае называют давление воздуха над жидкостью в системе, изолированной от атмосферы.

Лабораторная работа может выполняться на одной из двух установок, различающихся прибором для измерения давления в системе и способом нагрева. На установке №1 (рис.II.2) используется ртутный манометр 4 и водяная баня 8, на установке №2 (рис.II.3) – вакуумметр 4 и песчаная баня 8. Обе установки содержат круглодонную двугорлую колбу 6 с исследуемой жидкостью, снабженную термометром 3 и обратным холодильником 5. Термометр установлен так, чтобы шарик ртути находился в парах над жидкостью. Холодильник посредством тройника соединен с прибором для измерения давления 4 и с вакуумным насосом. Между насосом и холодильником имеется предохранительная склянка 7, а на установке №1 еще и резервуар 9, который служит для поддержания постоянного давления в системе. Кран 1 соединяет систему с атмосферой, а кран 2 служит для изменения давления в системе.

II.2.1. Работа на установке №1

1.В холодильник 5 пустить воду. Вода должна стекать в слив слабой струей.

2.Под колбу поставить водяную баню, налив в нее такое количество воды, чтобы ее уровень был выше уровня жидкости в колбе (см.

рис.II.2).

24

www.mitht.ru/e-library