Файл: LR_T_d_svoistva_rastvorov_neehlektrolitov (1).pdf

растворяться, то добавляемое вещество будет распределяться между обеими жидкими фазами в определенном, постоянном для данной температуры отношении. Это утверждение выражает суть закона распределения, и описывается уравнением ШиловаНернста (64):

концентраций растворяющегося вещества в обоих растворителях, но зависит от природы растворителей, природы растворяющегося вещества, и от температуры.

С1 - равновесная концентрация растворенного вещества в верхней фазе. С2 - равновесная концентрация растворенного вещества в нижней фазе.

n - коэффициент, учитывающий изменение молекулярной массы растворенного вещества в процессе его распределения между растворителями (за счет ассоциации или диссоциации молекул). Численно коэффициент n равен отношению средней молекулярной массы растворенного вещества в верхнем растворителе к его средней молекулярной массе в нижнем растворителе.

На практике коэффициент n, как правило, определяют графически.

В таком виде это уравнение является выражением линейной зависимости lnC1 от lnC2 (рис.4). Коэффициент n находят по правилам графического определения констант линейного уравнения:

n =tg α и lnK= ОА.

Рис.4. Линейная зависимость логарифмической формы уравнения Шилова-Нернста

47

Экстракцией называется процесс извлечения растворенного вещества из раствора с помощью второго растворителя (экстрагента), практически несмешивающегося с первым.

Процесс экстракции тем эффективнее, чем больше коэффициент распределения отличается от единицы и чем больше объем экстрагента.

Для увеличения полноты извлечения растворенного вещества экстракцию лучше провести несколько раз. При этом, более эффективно экстрагировать вещество несколько раз небольшими порциями экстрагента, чем один раз таким же общим количеством экстрагента.

Определение количества экстрагированного вещества.

Если V – объем исходного раствора,

g0 – количество растворенного в нем вещества,

v - объем приливаемого экстрагента (другого чистого растворителя),

g1 – количество оставшегося растворенного вещества после одной

распределения:

,

Отсюда количества растворенного вещества, оставшееся в растворе

,

тогда количество оставшегося в растворе вещества после m экстракций равно:

(66)

,

где g0 - исходная масса растворенного вещества gm – масса неизвлеченного вещества

m – число экстракций

К– константа распределения V1 – объем раствора;

v2 – объем растворителя (экстрагента);

48

сопровождающее процесс перехода 1 моля растворенного вещества из одного растворителя в другой.

S0экстр - изменение энтропии в процессе экстракции.

Зависимость константы распределения от температуры можно выразить

Пример решения задач

Пример I.10 Коэффициент распределения молочной кислоты при 25оС между водой и хлороформом (хлороформ тяжелее воды) равен 49,26. Определить сколько молочной кислоты перейдет в воду при смешивании одинаковых объемов воды и раствора хлороформа, если исходный раствор хлороформа содержал 0,8 молей кислоты. Мольная масса кислоты в обоих растворах одинакова.

49

n=1, т.к. молочная кислота не изменяет молекулярный вес при экстракции

;

Отсюда концентрация молочной кислоты в воде с1 = 0,78 молей и в хлороформе останется с2= 0,8 – 0,78 = 0,02 моль кислоты.

Пример I.11 При 25оС раствор, содержащий 0,112 моль/л фенола в амиловом спирте, находится в равновесии с водным раствором, содержащим 0,007 моль/л фенола. Сколько фенола можно извлечь из 500 мл водного раствора, содержащего 0,05 моль/л фенола, если для экстракции взять 100 мл амилового спирта? Если экстракцию провести пятикратно, взяв по 20 мл амилового спирта? Экстракция проводится при 50оС, теплота перехода фенола из водной фазы в амиловый спирт составляет Нэ .= - 2694 Дж/моль.

Решение: 1) Вычисляем коэффициент распределения (64) при 25оС:

2) Вычисляем коэффициент распределения при температуре 50оС по уравнению (70):

КТ2 = 13,68

3)Вычислим массу экстрагируемого вещества в 500 мл раствора: g0 = Мфенол с.500 / 1000 = 94 . 0,05 . 500 / 1000 = 2,35 г

4)Вычислим массу фенола, оставшегося в водном растворе после

однократной экстракции (66):

Отсюда, в амиловый спирт извлечено 2,35 - 0,629 = 1,721 г фенола;

5) Вычислим массу фенола, оставшегося в водном растворе после пятикратной экстракции (66):

50

г

В амиловый спирт извлечено 2,35 - 0,264 = 2,086 г фенола.

Таким образом, данным количеством растворителя можно значительно полнее извлечь растворенное вещество, если проводить экстракцию не сразу всем количеством растворителя, а большим числом малых порций.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Задача I. 7.1. Коэффициент распределения иода между сероуглеродом и водой равен 590. Водный раствор, содержащий 1 г/л иода, взбалтывается с сероуглеродом. Определить количество иода, оставшееся в водном растворе, если 1 л водного раствора иода взболтать последовательно с пятью отдельными порциями сероуглерода по 0,01 л каждая.

Задача I. 7.2. Взято 2 л водного раствора, содержащего 0,02 г иода. Сколько иода останется в растворе после экстракции его 50 мл сероуглерода? Изменится ли содержание иода в воде, если экстракцию провести 5 раз порциями CS2 по 10 мл? Коэффициент распределения иода между сероуглеродом и водой равен 599.

Задача I. 7.3. Вычислить, сколько фенола можно извлечь из 700 мл 0,4М водного раствора фенола при взбалтывании его дважды со 100 мл амилового спирта, если при 25оС раствор, содержащий 10,53 г/л фенола в амиловом спирте, находится в равновесии с водным раствором фенола, концентрация которого 0,658 г/л ?

Задача I. 7.4. Коэффициент распределения иода между четыреххлористым углеродом и водой при 25оС равен 85,47. Какой объем CCl4 необходимо взять, чтобы однократным экстрагированием извлечь из 0.5л водного раствора 90% иода?

Задача I. 7.5. Водный раствор янтарной кислоты, содержащий 1,21 г в 100см3 воды, находится в равновесии с раствором янтарной кислоты в эфире, содержащем 0,22 г в 100 см3 эфира. Янтарная кислота имеет нормальную массу и в воде, и в эфире. Какое количество янтарной кислоты останется в

51

водном растворе, содержащим 2 г кислоты в 100 см3 воды после однократной экстракции кислоты эфиром, если 100 см3 водного раствора взболтать с 50 см3 эфира?

Задача I. 7.6. Коэффициент распределения лауриновой кислоты в системе изооктан - ацетонитрил выражается уравнением К = с2 / с11,6 = 17,8, где с1 = равновесная концентрация кислоты в ацетонитриле. Какое количество

Задача I. 7.7. Коэффициент распределения иода между глицерином и диэтиловым эфиром равен 0.2. Исходная концентрация иода в глицерине 0.016 моль/л. Определить равновесную концентрацию иода в обеих фазах после распределения.

Задача I. 7.9. Коэффициент распределения бромида ртути Hg2Br2 между водой и бензолом равен 0,9. Исходная концентрация Hg2Br2 в воде равна 0,015 моль/см3 . 120 см3 водного раствора Hg2Br2 смешали с 20 см3 бензола. Определить концентрацию бромида ртути в воде и в бензоле после достижения равновесия.

Задача I. 7.10. Коэффициент распределения масляной кислоты между водой и амиловым спиртом равен 0,09. Исходная концентрация кислоты в водном растворе равна 0,15 моль/ мл. Вычислить равновесную концентрацию кислоты в воде и в спирте, а также изменение энергии Гиббса в процессе экстракции, если температура равна 298 К.

Задача I. 7.11. При распределении уксусной кислоты между бензолом и водой получены следующие равновесные концентрации:

52