Для расчета величины Кт при температуре Т требуется знать

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №8-9
Лабораторная работа №4
Определение коэффициента распределения йода между органическими и неорганическими
растворителями
Общая цель: Вам необходимо овладеть учебной программой данного занятия и научиться
применять учебный материал в своей будущей профессии.
Сделайте записи в рабочей тетради по плану:

дата;

номер занятия;

тема занятия;

цель занятия;

основные вопросы темы.
Учебные вопросы занятия:
1.
Выполнение лабораторной работы №4. Определение коэффициента распределения
йода между органическими и неорганическими растворителями.
Ваши действия при подготовке к занятию и отработке программы занятия
При подготовке к данному занятию
Повторите тему 5 «Фазовые равновесия в трехкомпонентных системах» (Модуль 3 – Фазовые
равновесия и термодинамическое учение о растворах) рабочей учебной программы дисциплины
«Физическая химия». Это очень важно, так как этот материал является базовой основой для
получения новых знаний и на нем строится программа занятия.
При отработке 1-го учебного вопроса обратите внимание на: методику выполнения
лабораторной работы.
Лабораторная работа №4
Определение коэффициента распределения йода между органическими и
неорганическими растворителями
Цель работы: ознакомиться с экспериментальным методом исследования распределения
растворенного вещества между двумя несмешивающимися растворителями.
Теоретическое обоснование:
В данной работе один из растворителей – вода, в которой плохо растворяется иод, а
другой – органический растворитель (например, толуол). В нем иод растворяется хорошо.
Изучение равновесия производится при комнатной температуре Т (T1) и при комнатной
температуре на 20°С (Т2) отличающейся от Т1.
Равновесие некоторых химических реакций (диссоциация на ионы в электролитах,
ассоциация молекул, комплексообразование) в растворах можно изучить, исследуя
распределение растворенного вещества между двумя несмешивающимися жидкостями.
Допустим, что иод распределился между водой и другим органическим растворителем. Так как
предсказать трудно, в какой форме находится иод в обоих растворителях, воспользуемся
формой Шилова:
(1)
KT  CI/2 /(CI//2 ) ,
где КТ – коэффициент распределения при заданной Т;
C I/2 – концентрация иода в органическом растворителе;
п – степень полимеризации молекул иода в воде;
C I//2 – концентрация иода в воде.
Логарифмируя уравнение (1), получаем: ln KT  ln CI/2  n ln CI//2 .
После преобразования получаем выражение:
ln CI/2  ln KT  n ln CI//2 .
Уравнение (3) является математическим описанием прямой линии вида:
у = а + bх, где
b=n, x  ln CI//2 .
y  ln CI/2 ,
a  ln KT ,
(2)
(3)
(4)
Если исследовать несколько (4–5) различных пар концентраций C и C , то с
использованием метода наименьших квадратов (2) рассчитывают значения КT1 и n1 при
заданной температуре. Аналогично находят КT2 и п2 при Т2 . Из уравнения Гиббса Гельмгольца:
[d/dT(ΔG/T)p] = -ΔH/T2
(5)
было получено (3) выражение:
lпКT =-ΔH°/RT + ΔS0 /R,
(6)
0
где ΔH° и ΔS – тепловой эффект реакции, изменение энтропии в реакции в интервале
температур Т2 – T1 Уравнение (6) может быть представлено также в виде
lпКT=А/Т + В,
(7)
которое получают после обработки методом наименьших квадратов, используя значения ln КT и
1/Т. Если ΔH° не зависит от температуры, то ln KT является нелинейной функцией обратной
величины абсолютной температуры. В этом случае:
A = -ΔH°R;
B = ΔS°/R
(8)
из соотношения (8) следует что:
ΔH°=-A·R; a
ΔS°=B·R.
(9)
В работе можно определить коэффициент распределения методом экстракции, для чего
проводят экстрагирование вещества несколькими порциями подходящего растворителя. После
последнего экстрагирования определяют титрованием количество оставшегося вещества и
вычисляют коэффициент распределения или исходное количество растворенного вещества по
уравнению:
g = g0[1-(KV1/KV2+V2)n],
(10)
/
I2
//
I2
где
g0 – начальное количество экстрагированного вещества;
V1 – объем раствора, из которого экстрагируется вещество;
V2 – объем растворителя, потребляемого на одно экстрагирование;
п – общее число экстрагирования;
g – количество вещества, оставшегося в первоначальном растворе после n-го экстрагирования;
КT – коэффициент распределения экстрагируемого вещества.
Аппаратура и материалы
Термостат; колбы конические на 100 мл; воронка делительная на 150–200 мл; пипетки
мерные по 5, 10 мл; аппарат для встряхивания; бюретка со штативом; воронки; стаканы
химические на 50 мл; растворы: «Люголь с глицерином», Na2S2O3, 0,05 н.; Na2S2O3, 0,001 н;
раствор крахмала в воде; подсолнечное масло или другой органический растворитель; вода
дистиллированная; бумага фильтровальная.
Методика и порядок выполнения работы
Взять раствор «Люголя с глицерином», приготовить четыре смеси, как указано в таблице
1, которые помещают в отдельные колбы емкостью 100 мл с притертыми пробками, когда опыт
проводят при комнатной температуре, или в делительные воронки с термостатирующими
рубашками, когда опыт проводят при повышенных температурах.
Температура опыта:_______С.
Таблица 1 – Состав растворов для исследования
№
V люголя
V Н2О
1
2
3
4
2
4
6
8
40
38
36
34
V масла
V сумм.
8
8
8
8
50
50
50
50
Приготовленные таким образом смеси и закрытые пробками, помещают в аппарат для
встряхивания на 30 мин. Потом содержимое каждой колбы выливают в делительную воронку и
отделяют водный слой от неводного и определяют содержание иода. Для определения
концентрации иода в органическом слое взять пипеткой 5 мл. Перенести в колбу для
титрования, содержащую 25 мл дистиллированной воды, и титровать в присутствии крахмала
0,05 н. гипосульфитом. А из водного слоя пипеткой отобрать 5 мл пробы и титровать 0,001 н.
гипосульфитом тоже в присутствии крахмала. Каждый раствор титровать 2 раза и взять средний
результат. Результаты опыта вписать в таблицу 2.
Таблица 2 – Экспериментальные результаты
Водный раствор
Неводный раствор
Объем
КолиКонцент- Объем
КолиКонцентпробы
чество
рация I2
пробы
чество
рация I2 в
взятой
0,001н. в водном взятой
0,05н.
неводном
№
на
Na2S2O3 слое, С2//
на
Na2S2O3
слое, С2/
титро- израсхотитроизрасхование, дованное
вание,
дованное
мл
на
мл
на титротитрование, мл
вание,
мл
1
1
2
2
3
3
4
4
lg
C1
lg
C2
n
K
Для расчета величины Кт при температуре Т требуется знать равновесные концентрации
C и C I//2 (в верхнем и нижнем слоях делительной воронки) и значение n. Концентрации иода в
воде и органическом растворителе рассчитывают по формуле:
(11)
Сi Vi  NT VT ,
//
/
где Ci – искомая концентрация иода (С : С ).
Vi – объем титруемого раствора, мл
NT – нормальность титрованного раствора Na2S203.
VT – объем раствора Na2S203, израсходованного на титрование пробы Vi, мл.
Повторяя титрование 3 раза, рассчитывают среднее значение Сi по формуле:
/
I2
3
Сi  1 / 3 Ci
1
(12)
Получив 4 пары средних значений С i ( C I/2 и CI//2 ), с помощью метода наименьших
квадратов получают аналитическую зависимость:
(13)
ln CI/2  ln KT  n ln CI//2 ,
из которой находят значения KT1 и n1, полученные при температуре Т2 получают значения КТг и
n2.
Контрольные вопросы и защита лабораторной работы №4:
1. Что называется системой, фазой, компонентами?
2. Как изменяется растворимость твердого вещества в жидкости при изменении температуры и
добавлении в нее третьего компонента? Напишите соответствующие выражения.
3. Что такое коэффициент распределения? Отчего он зависит в концентрированных и
разбавленных растворах?
4. Выведите соотношение:
K расп.  С3/ / С3//
5. Сформулируйте закон распределения Нернста-Шилова.
6. Изложите теорию экспериментального метода определения коэффициента распределения
иода между органическими веществами и водой.
7. Что такое метод экстрагирования?
Рекомендуемая литература:
Основная
1.
Физическая и коллоидная химия [Текст] : учеб. для студ. вузов / А. П. Беляев, В. И.
Кучук ; под ред. А. П. Беляева. - 2-е изд., перераб. И доп. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2012. – 752 с.
(5 экз)
2.
Коллоидная химия. Физическая химия дисперсных систем[Текст] : учеб. / Ю. А. Ершов. М. : ГЭОТАР-Медиа, 2012. - 352 с. (8 экз)
3.
Физическая и коллоидная химия [Электронный ресурс]: учебник / А. П. Беляев, В. И.
Кучук; под ред. А. П. Беляева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2014. - 752 с. –
Режим доступа: http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970427668.html
4.
Физическая и коллоидная химия[Электронный ресурс]: учебник / Под ред. А.П. Беляева.
2-е изд., перераб. и доп. 2012. - 752 с.: ил. – Режим доступа:
http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970422069.html
5.
Коллоидная химия. Физическая химия дисперсных систем [Электронный ресурс]:
учебник / Ершов Ю.А. 2013. - 352 с. – Режим доступа:
http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970424285.html
Дополнительная
1.
Физическая и коллоидная химия [Текст] : учеб. для студ. вузов / А. П. Беляев, В. И.
Кучук ; под ред. А. П. Беляева. - 2-е изд., перераб. И доп. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2014. – 752 с.
(1 экз)
2.
Курс коллоидной химии для медицинских вузов [Текст] : учеб. пособие для вузов / В. Н.
Сергеев. - М. : МИА, 2012. - 176 с. (1 экз)
3.
Коллоидная химия [Текст] : учеб. для студ. вузов / Б. Д. Сумм. - 4-е изд., перераб. - М. :
ИЦ "Академия", 2013. - 240 с. (10 экз)
4.
Физическая и коллоидная химия [Электронный ресурс]: учебник. Беляев А.П., Кучук
В.И., Евстратова К.И. и др. / Под ред. А.П. Беляева. 2010. - 704 с.: ил. – Режим доступа:
http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970414415.html
5.
Физическая и коллоидная химия. Руководство к практическим занятиям [Электронный
ресурс]: учебное пособие / Под ред. А.П. Беляева 2012. - 320 с.: ил. – Режим доступа:
http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970422076.html
6.
Физическая и коллоидная химия. Задачник [Электронный ресурс]: учеб. пособие
для вузов / А. П. Беляев, А. С. Чухно, Л. А. Бахолдина, В. В. Гришин; под ред. А. П. Беляева. М.
:
ГЭОТАР-Медиа,
2014.
288
с.
:
ил.
–
Режим
доступа:
http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970428443.html