Для расчета величины Кт при температуре Т требуется знать

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №8
Лабораторная работа №5
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 №5. 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 №5
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)
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.
/
I2
//
I2
Аппаратура и материалы
Термостат; колбы конические на 250 мл; воронка делительная на 150–200 мл; пипетки
мерные по 5, 10, 25, 100 мл; аппарат для встряхивания; бюретка со штативом; воронки; стаканы
химические на 50 мл; растворы: йода 0,05 н. в толуоле, Na2S2O3, 0,05 н.; Na2S2O3, 0,001 н;
крахмала в воде; толуол или другой органический растворитель; вода дистиллированная;
бумага фильтровальная.
Методика и порядок выполнения работы
Взять 0,05 н. раствор йода в органическом растворителе, приготовить четыре смеси, как
указано в таблице 1 из раствора чистого растворителя и воды, которые помещают в отдельные
колбы емкостью 250 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
№ смеси
Количество раствора
Количество
иода в органическом
органического
растворителе, мл
растворителя, мл
1
5
15
2
10
10
3
12
8
4
15
5
Количество воды, мл
100
100
100
100
Приготовленные таким образом смеси и закрытые пробками, помещают в аппарат для
встряхивания на 30–40 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 1–5 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 20–25 мл пробы и
титровать 0,001 н. гипосульфитом тоже в присутствии крахмала. Каждый раствор титровать 3
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
2
3
4
5
6
7
lg
C1
lg
C2
n
8
9
10
K
11
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:
Сi Vi  NT VT ,
(11)
//
/
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
(12)
1
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 №5:
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:
Список основной литературы:
1.
Беляев, А. П. 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.
2.
Разделы физической химии. лабораторные работы и тесты: уч.по. –
Ставрополь:СтГМА, 2008.-120с.
3.
Кудряшева, Н. С. Физическая химия : [базовый курс] : учебник для бакалавров /
Н.С. Кудряшева, Л.Г. Бондарева ; Сиб. федер. ун-т. – Москва :Юрайт, 2012. – 340 с.
4.
Горшков, В. И. Основы физической химии : учебник / В. И. Горшков, И. А.
Кузнецов. – 3-е изд. – Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. – 407 с.
Дополнительная литература:
1.
Задачи по физической химии : учеб.пособие для студентов вузов / В.В. Еремин,
С.И. Каргов, И.А. Успенская [и др.]. – Москва : Экзамен, 2005.
2.
Основы физической химии : теория и задачи : учеб. пособие для вузов / [Еремин
В. В. и др.] ; Мос.гос. ун-т им. М. В. Ломоносова. – М. : Издательство "Экзамен", 2005. – 478 с.
3.
Стромберг, А. Г. Физическая химия : учебник для вузов / А. Г. Стромберг, Д. П.
Семченко ; под ред. А. Г. Стромберга. – Изд. 4-е испр. – М. : Высшая школа, 2001. – 527 с.
4.
Бокштейн, Б. С. Краткий курс физической химии : учеб.пособие для вузов / Б. С.
Бокштейн, М. И. Менделеев. – Изд. 2-е., испр. – М. :ЧеРо, 2001. – 232 с.