Химическая термодинамика

1-пробирка; 2-внешняя пробирка; 3- термометр Бекмана; 4-мешалка

Рисунок- 4 Криоскоп

При работе с водными растворами положение мениска ртути в этой зоне должно отвечать 0°С. Для установления нулевой точки помещают термометр в тающий лед и отмечают уровень ртути в капилляре. Если он окажется в нижней части шкалы, то следует добавить ртуть из верхнего резервуара в нижний. Для этого, перевернув термометр, зажать верхнюю его часть в кулак и не сильно постучать кулаком по столу, придерживая нижний конец термометра другой рукой. При этом ртуть начнет перетекать из нижнего резервуара в верхний. Когда ртуть заполнит капилляр и сольется со ртутью, находящейся в верхнем резервуаре, следует осторожно перевернуть термометр так, чтобы верхний резервуар оказался несколько выше нижнего, тогда ртуть из него будет перетекать в нижний. Чтобы ускорить этот процесс, нижний резервуар можно поместить под струю холодной воды. После того как некоторое количество ртути из верхнего резервуара перетечет в нижний, термометр надо перевести в вертикальное положение и погрузить в лед. Через несколько минут вынуть термометр из льда, и, держа правой рукой за среднюю часть, коротким, но сильным ударом верхней части термометра по большому или указательному пальцу левой руки добиться разрыва столбика ртути в месте соединения капилляра с верхним резервуаром ртути. Затем снова поставить термометр в тающий лед и наблюдать положение мениска ртути. Если ртуть на этот раз окажется выше делений шкалы, то вынуть термометр изо льда, слегка нагреть нижний резервуар рукой и скопившуюся в капилляре над верхним резервуаром капельку ртути сбросить в него резким ударом верхней части термометра по большому пальцу левой руки. Эти операции иногда приходится повторять несколько раз, чтобы добиться желаемого положения ртути на шкале термометра.

Приготовление охладительной смеси. В качестве охладительной смеси используется смесь измельченного льда (снега) с хлоридом натрия, температура которой определяется соотношением соли и льда. Например, температура смеси, состоящей из 1 части соли и 3 частей льда, составляет -21°С. Температура охладительной смеси выбирают таким образом, чтобы она была на 2-3 градуса ниже измеряемой температуры замерзания. Для исследуемых в работе растворов она лежит в пределах -1…-2^єС. Поэтому в стакан для охладительной смеси помещают снег, смешанный с небольшим количеством воды, чтобы не было воздушных пустот, добавляют 30см³ насыщенного раствора хлорида натрия и тщательно перемешивают. Охладительная смесь готова.

Определение температуры замерзания жидкости. В измерительную пробирку помещают исследуемую жидкость, опускают мешалку. Термометр Бекмана устанавливают в кольцо мешалки таким образом, чтобы его нижний резервуар не касался ни дна, ни стенок пробирки и был полностью погружен в жидкость, а мешалка могла перемещаться вверх и вниз, не задевая термометра. Пробирку с термометром помещают в сосуд с охладительной смесью. Жидкость в пробирке перемешивают движением мешалки вверх и вниз со скоростью одно перемещение в секунду. Горизонтальная петля мешалки не должна подниматься выше уровня жидкости. Наблюдают за понижением уровня ртути в капилляре. Если он остается постоянным, то это свидетельствует о нарушении режима охлаждения, приводящего к образованию на стенках пробирки ледяной корки, замедляющей процесс охлаждения. Причиной такого нарушения обыкновенно является или недостаточно интенсивное перемешивание, или слишком низкая температура охладительной смеси. В этом случае опыт прекращают, вынимают пробирку из охладительной смеси, нагревая ее рукой при непрерывном перемешивании, добиваются, чтобы ртутный столбик стал подниматься, а на стенках пробирки не осталось ледяной корки. В охладительную смесь добавляют льда (снега) и отливают некоторое количество воды, что будет повышать температуру охладительной смеси.

Опыт возобновляют, пробирку с жидкостью помещают в сосуд с охладительной смесью и при непрерывном перемешивании наблюдают за понижением температуры. Ртуть в термометре обычно опускается ниже температуры замерзания вследствие переохлаждения (при образовании в жидкости первых кристаллов выделяется теплота кристаллизации), затем температура быстро поднимается и некоторое время держится постоянной. Это и есть истинная температура замерзания жидкости. Замечают эту температуру, и измерение повторяют. Перед повторным измерением пробирку вынимают из охладительной смеси, отогревают рукой до исчезновения кристаллов и снова помещают в охладительную смесь для повторного определения температуры замерзания.

Внимание! Ни в коем случае не следует вынимать термометр Бекмана из пробирки до расплавления кристаллов, так как в противном случае из-за примерзания нижнего ртутного резервуара к стенке или дну пробирки термометр может быть поврежден.

Опыт 1. Определение молярной массы

Ход работы: помещают в сухую измерительную пробирку 60 см³ дистиллированной воды (масса растворителя должна быть известна с большой точностью, поэтому следует пользоваться мерными пипетками). Измеряют температуру замерзания дистиллированной воды, которая является в данном случае растворителем. Затем в измерительную пробирку помещают 1-2г исследуемого вещества, масса вещества должна быть точно известна, поэтому навеску взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0001г.

Измеряют температура замерзания раствора (не менее 2 измерений). Результаты измерений заносят в таблицу 5.

Таблица 5 - Экспериментальные данные

Молярную массу растворенного вещества рассчитывают по формуле

; ,

;

Форма отчета. Отчет должен содержать название работы, ее цель, краткие теоретические положения, описание хода работы, таблица экспериментальных данных, результаты расчета, выводы по проделанной работе.

Опыт 2. Определение степени электролитической диссоциации

Ход работы: определяют кажущуюся молярную массу в 5%-ном растворе криоскопическим методом, как описано выше. В этом случае используют готовый водный раствор.

определяют при помощи термометра Бекмана как разность между температурой замерзания раствора и температурой замерзания чистой воды (растворителя). Численно истинная молярная масса находится как сумма относительных атомных масс (А_чк=39,100; А_чс1=35,457).

Вычисления. Кажущуюся молярную массу вычисляют по формуле

где G- масса растворителя; g-масса растворенного вещества; ?t-понижение температуры замерзания; М₁- кажущуюся молярная масса.

В данном опыте исследован 5%-ный раствор , т.е. g равно 5г в 100г раствора. Так как криоскопическая постоянная воды равна 1,86^°С, то

степень электролитической диссоциации в 5%-ном растворе вычисляют по формуле

, (38)

тогда

Форма отчета.

1) Рассчитать коэффициент Е (криоскопическую постоянную) для , , нафталина, бензола по формуле

,

где Т_зам - температура замерзания растворителя; - скрытая (удельная) теплота плавления растворителя в соответствии с таблицей 6.

Таблица 6 - Криоскопические константы и температура плавления некоторых соединений

2) Рассчитать значение степени электролитической диссоциации.

Контрольные вопросы и задачи

1. Как изменяется температура плавления льда при повышении внешнего давления? Чем это можно объяснить?

2. Что называется удельной теплотой испарения?

3. После растворения 0,9г органического вещества в 10г воды ее температура замерзания стала равной -0,93^°С. Чему равна молярная масса растворенного вещества?

4. Раствор, содержащий 5,00г неэлектролита в 100,0г воды, кипит при 100,42^°С. Вычислите молярную массу неэлектролита?

5. На чем основан криоскопический метод определения молярной массы растворенных веществ?

6. Как влияет электролитическая диссоциация растворенного вещества на величину ?

7. Как рассчитать степень электролитической диссоциации растворенного вещества, если даны ?

8. Чем отличается термометр Бекмана от обычного ртутного термометра?

Литература

1. Гельфмана М.И. Практикум по физической химии. -СПБ: Лань, 2004. - С.225.

2. Еремина В.В. Основы физической химии. Теория и задачи. и др. - М.: Экзамен, 2005. - С.392.

3. Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Физическая химия. - М.: Химия, 2000. - С.358.

4. Картушинская А. И. и др. Сборник задач по химической термодинамике. - М.: Высшая школа, 1973. - С.230.

5. Линчевский Б.В. Физическая химия. - М.: МГВМИ, 2001. - С.329.

6. Мюнстер, А. Химическая термодинамика. - М.: УРСС, 2002. - С.265.

7. Хачкурузов Г.А. Основы общей и химической термодинамики. - М.: Высшая школа, 1979. - С.293.

8. Шершавина А.А. Физическая и коллоидная химия. - М.: Новое знание, 2005. - С.425.

Размещено на Allbest.ru