Лабораторный практикум по физической химии (стр. 13 )

Иначе замерзает раствор (рис.4.7б). В отсутствии центров кристаллизации часто образуется переохлажденный раствор (участок ab), затем (при возобновлении перемешивания или внесении в раствор кристаллов растворителя) температура скачкообразно повышается в виду начинающейся кристаллизации льда (участок bc). Этот процесс происходит не при 0°, а при более низкой температуре, зависящей от концентрации раствора. В отличии от чистой воды раствор выделяет кристаллы льда не при постоянной температуре, а при постепенно понижающейся температуре (участок cd), поскольку выделение из раствора кристаллов льда увеличивает концентрацию соли в растворе, что вызывает дальнейшее понижение температуры кристаллизации раствора.

Схема прибора для определения температуры кристаллизации

Для криоскопических измерений применяют прибор, предложенный Бекманом (рис.4.8). Термометр Бекмана 1 и мешалка из проволоки 2 вставлены в стеклянную пробирку 3 (криоскоп), имеющую в верхней части отросток для внесения растворяемого вещества. Пробирку закрывают корковой пробкой. Пробирка-криоскоп вставляется в широкую пробирку 4, которая служит воздушной муфтой и необходима для равномерного охлаждения жидкости. Муфта с криоскопом помещаются в металлический или стеклянный толстостенный стакан 5, наполненный охлаждающей смесью.

Рис.4.8. Прибор для криоскопических измерений

Работа 4.3 Криоскопия

Цель работы: Определить молекулярную массу неэлектролита и изотонический коэффициент раствора электролита методом криоскопии.

Порядок выполнения работы

1.  Собрать прибор для криоскопических измерений (рис.4.8).

2.  Настроить метастатический термометр Бекмана (см. раздел 2).

3.  Приготовить охлаждающие смеси (для опытов и для термометра).

В качестве охлаждающей смеси в криоскопичесих опытах использовать смесь измельченного льда с поваренной солью в таком количестве, чтобы уровень жидкости в криоскопе после сборки прибора был ниже уровня жидкости в охлаждающей смеси. Температура охлаждающей смеси льда с NaCl контролируется обычным термометром.

4.  Измерить температуру кристаллизации растворителя. Для этого в криоскоп внести растворитель и осторожно начать перемешивать его периодическими покачиваниями мешалки. Горизонтальная петля мешалки не должна подниматься выше уровня жидкости в криоскопе.

Перемешивание прекратить, когда температура термометра опуститься на 0,5° выше ожидаемой температуры кристаллизации. После этого внимательно следить за понижением температуры, записывая показания термометра каждые 30 секунд.

В отсутствии перемешивания жидкость легко переохлаждается. Переохлаждение допустимо только на 0,5-1°. Возобновление перемешивания переохлажденной жидкости вызывает кристаллизацию. При появлении первых кристаллов из переохлажденной жидкости уровень ртути в капилляре термометра начинает повышаться. В этот момент интенсивным перемешиванием необходимо добиться обильного выпадения кристаллов. Максимальная температура, которую покажет термометр и которая должна некоторое время оставаться постоянной, следует считать истинной температурой кристаллизации растворителя.

Опыт повторить. Для этого вынуть пробирку-криоскоп из воздушной муфты и, подогревая ее рукой, растворить образовавшиеся кристаллы растворителя. Провести переохлаждение жидкости с последующей кристаллизацией. Расхождение определений точки кристаллизации в отдельных опытах не должно превышать 0,02-0,05°. Средний результат 2-3 измерений следует считать средней температурой кристаллизации.

Чтобы не повредить термометр ни в коем случае не следует вынимать его из криоскопа до момента полного расплавления кристаллов растворителя.

ВНИМАНИЕ! Между измерениями при замене раствора и другими операциями настроенный термометр следует закрепить в штативе так, чтобы его нижний резервуар со ртутью был всегда погружен в специально приготовленную охладительную смесь воды со льдом (00С).

5.  Измерить температуру кристаллизации раствора.

Для этой цели использовать готовый раствор исследуемого вещества с заранее заданной концентрацией. Провести процесс охлаждения исследуемого раствора. Для раствора переохлаждение допустимо не более чем на 0,2°. При охлаждении более 0.20С следует внести кристаллик льда в криоскоп, чтобы вызвать кристаллизацию. Температуру кристаллизации определить исходя из 2-3 измерений.

Следует обратить внимание на существенное в данном случае отличие раствора от чистого растворителя: температура кристаллизации раствора отвечает выпадению из него первого кристалла твердой фазы, так как выпадение даже ничтожно малого количества растворителя приводит к изменению (увеличению) концентрации смеси.

Следует помнить, что максимальная температура, которую покажет термометр из переохлажденного раствора (температура кристаллизации) будет постепенно понижаться по мере выпадения кристаллов растворителя (рис.4.7 б).

6.  Результаты отдельных измерений представить в форме отчета.

Исходные данные:

Растворитель:……………….. ,

исследуемое вещество:…………………….

Навеска растворителя g1= ….… . г

или объем растворителя V1= ……. его плотность r1= …… . ,

Масса бюкса с веществом g0= …… . г,

и после высыпания вещества g= …… . г

Навеска исследуемого вещества g2= g0- g =…..…. г

Табл.4.5. Зависимость температуры охлаждения растворителя (t0,1) и раствора (t1) от времени (t)

Растворитель	Раствор
t, мин	t0,1,°С	t, мин	t1,°С
0,5		0,5
1,0		1,0
…		…

Табл.4.6. Понижение температур кристаллизации растворителя (t0,1) и раствора (t1) нелетучего вещества

Температура кристаллизации	Опыт 1	Опыт 2	Опыт 3
по термометру Бекмана
T0,1	0
t1
Dtк= t0,1-t1

7.  Построить кривые охлаждения растворителя и раствора (табл.4.5) и по экспериментально найденному значению DТк (табл.4.6) определить требуемую величину практической работы.

1. Определение молекулярной массы неэлектролита.

Поместить в сухую измерительную пробирку заданный объем дистиллированной воды. Масса растворителя должна быть известна с большой точностью, поэтому следует пользоваться мерными пипетками. Измерить температуру замерзания дистиллированной воды (растворителя). Затем в измерительную пробирку поместить 1- 2 г исследуемого вещества (неэлектролита) или использовать раствор с заранее заданной концентрацией. Масса вещества должна быть известна с большой точностью, поэтому навеску взвешивают на аналитических весах с точностью до10-3 г. По изменению температуры замерзания раствора найти молярную массу растворенного вещества.

2. Определение изотонического коэффициента электролита в водном растворе.

Приготовить пять растворов электролита (KCl, NaNO3 Na2CO3, CaCl2 и др.) с различными концентрациями, ( в моль/1000 г Н2О): 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 .

Следуя описанию работы 1 сначала определить температуру замерзания чистого растворителя (дистиллированной воды), затем — раствора. По результатам измерений расчитать изотонический коэффициент.

контрольные вопросы

Перед выполнением работы:

1.  Сформулировать цель работы.

2.  Какова последовательность выполнения эксперимента?

3.  Как зависит давление насыщенного парарастворителя над раствором от концентрации нелетучего растворенного вещества при данной температуре? Чему равно относительное изменение давления пара над раствором при любой температуре?

4.  От каких факторов зависит изотонический коэффициент Вант-Гоффа?

5.  Как изменяется температура растворителя в процессе его охлаждения? Какое показание термометра принимают за температуру замерзания растворителя?

6.  Как изменяется температура раствора в процессе его охлаждения? Какое показание термометра принимают за температуру замерзания раствора?

К защите работы:

1.  Как зависит температура замерзания раствора от концентрации растворенного вещества? Записать формулу для расчета понижения температуры замерзания раствора.

2.  Каков физический смысл криоскопической постоянной? Зависит ли ее значение от природы растворенного вещества?

3.  В каких единицах можно выразить концентрацию раствора и какова взаимосвязь между различными единицами концентрации?

4.  Будут ли 5% - ный раствор сахара и 5%-ный раствор глюкозы изотоничны при данной температуре?

5. Химическое равновесие.

Работа 5.1. Расчет теплового эффекта разложения карбоната кальция по температурной зависимости константы равновесия.

Влияние температуры на химическое равновесие.

Пользуясь принципом подвижного равновесия, легко установить правило смещения равновесия с изменением температуры:

При повышении температуры химическое равновесие должно сместиться в сторону эндотермической реакции, а при понижении температуры – в направлении экзотермической реакции.

Если химическая реакция протекает при постоянном давлении, то количественная зависимость константы химической реакции (Кр) от температуры выражается уравнением изобары химической реакции:

После интегрирования уравнение имеет вид:

5.1.1