Практическое занятие №8

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)

где КТ – коэффициент распределения при заданной Т;

– концентрация иода в органическом растворителе;

п – степень полимеризации молекул иода в воде;

– концентрация иода в воде.

Логарифмируя уравнение (1), получаем: . (2)

После преобразования получаем выражение:

. (3)

Уравнение (3) является математическим описанием прямой линии вида:

у = а + bх, где , , b=n, . (4)

Если исследовать несколько (4–5) различных пар концентраций и , 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)

где ΔH° и ΔS0 – 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.

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 иода в органическом растворителе, мл	Количество органического растворителя, мл	Количество воды, мл
1 2 3 4	5 10 12 15	15 10 8 5	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	lg C1	lg C2	n	K
Объем пробы взятой на титро-вание, мл	Коли-чество 0,001н. Na2S2O3 израсхо-дованное на титро-вание, мл	Концент-рация I2 в водном слое, С2//	Объем пробы взятой на титро-вание, мл	Коли-чество 0,05н. Na2S2O3 израсхо-дованное на титро-вание, мл	Концент-рация I2 в неводном слое, С2/
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11

Для расчета величины Кт при температуре Т требуется знать равновесные концентрации и (в верхнем и нижнем слоях делительной воронки) и значение n. Концентрации иода в воде и органическом растворителе рассчитывают по формуле:

, (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: (12)

Получив 4 пары средних значений ( и ), с помощью метода наименьших квадратов получают аналитическую зависимость:

, (13)

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:

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, и коллоидная химия [Текст] : учеб. для студ. вузов / , ; под ред. . - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 20с.

2. Разделы физической химии. лабораторные работы и тесты: уч. по. – Ставрополь:СтГМА, 2008.-120с.

3. Кудряшева, химия : [базовый курс] : учебник для бакалавров / , ; Сиб. федер. ун-т. – Москва :Юрайт, 2012. – 340 с.

4. Горшков, физической химии : учебник / , . – 3-е изд. – Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. – 407 с.

Дополнительная литература:

1. Задачи по физической химии : учеб. пособие для студентов вузов / , , [и др.]. – Москва : Экзамен, 2005.

2. Основы физической химии : теория и задачи : учеб. пособие для вузов / [ и др.] ; Мос. гос. ун-т им. . – М. : Издательство "Экзамен", 2005. – 478 с.

3. Стромберг, химия : учебник для вузов / , ; под ред. . – Изд. 4-е испр. – М. : Высшая школа, 2001. – 527 с.

4. Бокштейн, курс физической химии : учеб. пособие для вузов / , . – Изд. 2-е., испр. – М. :ЧеРо, 2001. – 232 с.