Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Де n ціле число

Де n ціле число




Сторінка2/3
Дата конвертації22.04.2017
Розмір0.92 Mb.
1   2   3

ВИЗНАЧЕННЯ КОНСТАНТИ РІВНОВАГИ РЕАКЦІЇ ВЗАЄМОДІЇ ФЕРУМ (III) ХЛОРИДУ З КАЛІЙ ЙОДИДОМ
Мета роботи. Визначити константу рівноваги реакції взаємодії Ферум (III) хлориду з Калій йодидом при різних початкових концентраціях вихідних речовин. Ознайомити студентів з особливостями стійкого рівноважного стану гомогенних хімічних реакцій.

Основні теоретичні положення. З будь-якого початкового стану хімічна реакція протікає самочинно до певного стану, який відповідає стану хімічної рівноваги. Рівноважним називається такий термодинамічний стан системи, який не змінюється у часі при сталих зовнішніх умовах, причому ця незмінність не зумовлена протіканням будь-якого зовнішнього процесу.
Особливість, або сингулярність в математиці - це точка, в якій математичний об'єкт (зазвичай функція) не визначений або має нерегулярну поведінку (наприклад, точка, в якій функція недиференційована).
Термодинáміка - розділ класичної макроскопічної фізики - загальна феноменологічна наука про енергію, яка досліджує різноманітні явища природи (фізичні, хімічні, біологічні, космічні і т. ін.) у світлі основних законів (начал) термодинаміки.
Ста́н термодинамі́чної систе́ми - сукупність значень деякої кількості фізичних величин, що характеризує макроскопічні фізичні властивості тіла (системи тіл) та визначає їх фізичний стан. Термодинамічна система може перебувати у різних станах, що можуть відрізнятися температурою, тиском, об'ємом, густиною тощо.
Стійка рівновага – це рівновага, при якій система, що була виведена із стану рівноваги, сама повертається в нього після припинення будь-якої зовнішньої дії.

Головними ознаками стійкої рівноваги є:

1. Незмінність рівноважного стану при збереженні зовнішніх умов сталими величинами.

2. Рухливість рівноваги, тобто самочинне відновлення рівноваги при припинення зовнішньої дії.

Рухливість носіїв заряду або мобільність носіїв заряду - кількісна характеристика носія заряду, яка визначає його вклад у провідність.

3. Динамічний характер рівноваги, тобто встановлення та збереження рівноваги внаслідок рівності швидкостей прямої та зворотної реакції.

4. Можливість підходу до стану рівноваги з двох протилежних боків.

5. Мінімальне значення вільної енергії і максимальне значення ентропії.

Кількісною характеристикою рівноважного стану є константа рівноваги, яка характеризує ступінь перетворення речовин при перебігу реакції.

Константа рівноваги хімічної реакції – це відношення добутку рівноважних числових характеристик продуктів реакції до добутку рівноважних числових характеристик вихідних речовин, узятих у ступенях, що дорівнюють стехіометричним коефіцієнтам в рівнянні хімічної реакції.

Можливість - це дія, що може відбутися або ні (можливо, приїду, а, можливо, і ні). Можливість можна забезпечити чи покладатись на «авось» та якось буде. Альтернатива дає шанс, але не гарантує без відповідних дій забезпечення результату і адекватності та конструктиву діяльності.
Ві́льна ене́ргія Гельмго́льца - термодинамічний потенціал, який визначає рівноважні термодинамічні характеристики системи в залежності від об'єму та температури.
Хімічна рівновага - різновид термодинамічної рівноваги в системах, де відбуваються хімічні реакції, такий стан коли концентрації реагентів залишається незмінним. У стані хімічної рівноваги процеси утворення хімічних сполук та їхнього розпаду в прямих та зворотніх реаціях, відповідно, зрівноважені.

В якості числових характеристик речовин використовують молярні концентрації, парціальні тиски або мольні частки речовин.

Парціа́льний тиск (від лат. partialis - частковий) - внесок газу певного роду в загальний тиск суміші газів і відповідає тиску, під яким перебував би газ, що входить до складу газової суміші, коли б він один займав об'єм, рівний об'ємові суміші при тій же температурі.

Константа рівноваги хімічної реакції не залежить від початкової концентрації вихідних і кінцевих речовин, але залежить від хімічної природи речовин і температури. Вона змінюється у широкому інтервалі значень.

.

Рівність константи рівноваги нулю або нескінченності значило б, що концентрації деяких речовин дорівнюють нулю або нескінченності. Перше для оборотної реакції неможливе, друге – немає фізичного сенсу.

Для гомогенної хімічної реакції константу рівноваги можна записати різними способами:


  1. Через рівноважні молярні концентрації речовин - Срівн.і

.

2. Через рівноважні парціальні тиски речовин – Ррівн.і



.

3. Через мольні частки – Хрівн.і



.

Константи рівноваги, виражені різними способами, пов’язані між собою.



,

де - зміна числа молів газів.

Залежність константи рівноваги реакції від температури описується рівнянням ізобари – ізохори

і .

Вплив температури на константу рівноваги хімічної реакції залежить від знаку теплового ефекту реакції. Якщо , то з ростом температури збільшується константа рівноваги. При з ростом температури константа рівноваги зменшується. Якщо , то температура не впливає на величину константи рівноваги.

Константа рівноваги реакцій має велике практичне значення. Знаючи її величину, можна розрахувати вихід продуктів, визначити напрям реакції і шляхи збільшення виходу продуктів. Якщо , вихід продуктів наближається до 100 %, рівновага зміщена праворуч. Якщо , вихід продуктів наближається до 0 %, рівновага зміщена ліворуч.

У даній роботі досліджується рівновага хімічної реакції



.

В йонному вигляді рівняння реакції можна записати наступним чином



.

Лабораторне устаткування та реактиви. Бюретки ємкістю 25 см3 і 50 см3, мірні колби ємкістю 100 см3, мірні піпетки ємкістю 10 см3, розчини (0,02М), (0,01М) і крохмалю.

Крохма́ль (лат. amylum), (С6Н10О5)n - рослинний високомолекулярний полісахарид амілози і амілопектину, мономером яких є глюкоза. Резервний гомополісахарид рослин. Нагромаджується в результаті фотосинтезу у плодах, зерні, коренях і бульбах деяких рослин як запасна форма вуглеводів.

Порядок виконання роботи. У три пронумеровані мірні колби за допомогою бюретки ємкістю 50 см3 налити по 40 см3 розчину . Потім у колбу №1 з бюретки ємкістю 50 см3 додати 30 см3 розчину і довести об’єм розчину дистильованою водою до 100 см3. Щільно закрити колбу пробкою, швидко перемішати розчин і зафіксувати час його приготування.

У колби №2 і №3 відповідно додати 35 і 40 см3 розчину і довести об’єм до 100 см3 дистильованою водою. Колби закрити пробками, швидко перемішати і зафіксувати час приготування розчинів. Розчини готувати з інтервалом у часі 3 – 5 хвилин.

Через 10 хвилин після приготування розчинів пронумерованими мірними піпетками відібрати першу пробу з кожного розчину. Потім проби відбирати через 30, 40, 50 хвилин від часу приготування розчинів. За час відбору проби вважати момент зливу розчину з піпетки у колбу для титрування.

Титриметри́чний ана́ліз (титрува́ння) (рос. титриметрический анализ, англ. titrimetric analysis, analysis by titration; нім. Massanalyse f, Titration f, Titrimetrie f) - сукупність методів кількісного аналізу в аналітичній і фармацевтичній хімії, засновані на вимірі об'єму розчину реактиву відомої концентрації, що витрачається для реакції з визначуваною речовиною.
Час відбору проби відмічати з точністю до хвилини.

Одразу ж після відбору першої проби відтитрувати йод, що виділився у результаті реакції, 0,01М розчином . Розчин додавати до блідо-жовтого забарвлення аналізуємого розчину. Потім додати кілька крапель розчину крохмалю і дотитрувати аналізуємий розчин до зникнення синього кольору. Блідо-синє забарвлення розчину, що може з’явитися через деякий час після закінчення титрування, не враховується. Піпетку перед відбором проби треба промити розчином, що аналізують.

Якщо результати двох останніх титрувань проби, взятої з однієї колби, будуть відрізнятись на 0,2 – 0,4 мл, то можна вважати, що наступила рівновага.

Отримані експериментальні дані занести в табл. 2.1.

Таблиця 2.1

Експериментальні дані титрування

п/пЧас від початку



досліду, хв.Об’єм , витрачений на титрування см3Колба №1Колба №2Колба №3110230340450 Обробка експериментальних даних

1. Розрахувати початкову концентрацію вихідних речовин і в реакційній суміші за рівняннями



;

,

де і - відповідно початкові концентрації розчинів і , моль/л; і - відповідно об’єми розчинів і , взятих для приготування реакційної суміші, см3; - загальний об’єм реакційної суміші, см3.

2. Визначити концентрації йоду в ході реакції, а також рівноважну концентрацію йоду за рівнянням

,

де - початкова концентрація розчину , моль/л, - об’єм , який витрачено на титрування аналізуємої проби, см3;

Концентрáція рóзчину - відношення кількості частинок компонента системи (суміші, розчину, стопу), його кількості речовини (молярна концентрація) чи маси (масова концентрація) до об'єму системи. Це інтенсивна фізична величина.
- об’єм проби, взятої для аналізу, см3.

3. Визначити рівноважну концентрацію для трьох розчинів

.

Рівноважна концентрація йонів буде такою ж, як і рівноважна концентрація йоду.

4. Розрахувати рівноважні концентрації і за рівняннями

,

.

Розрахункові дані записати у табл. 2.2.

5. Розрахувати константу рівноваги реакції для трьох розчинів різних концентрацій

.

6. Побудувати графік залежності концентрації йоду від часу, визначити момент, коли наступає хімічна рівновага.

Таблиця 2.2

Початкові і рівноважні концентрації речовин у реакційній суміші

пробиКонцентрації речовин123



Контрольні питання

1. Дайте визначення константи рівноваги.

2. Який термодинамічний стан вважається рівноважним?

3. Дайте основні ознаки стійкого рівноважного стану системи.

4. Наведіть способи вираження константи рівноваги гомогенної хіміч-ної реакції.

5. Як виражається константа рівноваги гетерогенної хімічної реакції через парціальний тиск газів та мольні частки?

Гетерогенна хімічна реакція (рос. гетерогенная реакция, англ. heterogeneous reaction) - хімічна реакція, в якій реактанти, що перебувають у різних фазах або й у одній фазі, реагують на поверхні поділу фаз.

6. Як зв’язані між собою константи рівноваги реакції, виражені різними способами?

7. Які чинники впливають на величину константи рівноваги хімічної реакції?

8. Яке рівняння описує вплив температури на константу рівноваги хімічної реакції?

9. Як впливає знак теплового ефекту реакції на залежність константи рівноваги від температури?

10. Яке практичне значення має константа рівноваги хімічної реакції?

11. Яким чином можна вплинути на величину константи рівноваги хіміч-ної реакції?

12. Як розрахувати рівноважні концентрації реагентів, що використо-вувались у даній лабораторній роботі?

13. За яким рівнянням визначалась константа рівноваги реакції, що використовувалась у даній роботі? Напишіть рівняння реакції.


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3
ВИЗНАЧЕННЯ КРИТИЧНОЇ ТЕМПЕРАТУРИ РОЗЧИННОСТІ ДВОКОМПОНЕНТНОЇ РІДКОЇ СИСТЕМИ З ОБМЕЖЕНОЮ РОЗЧИННІСТЮ РІДИН
Мета роботи.
Розчи́нність (англ. solubility) - здатність речовини утворювати з іншими речовинами гомогенні системи - розчини. Мірою розчинності або коефіцієнтом розчинності служить кількість грамів речовини, яка при даній температурі розчиняється у 100 г води з утворенням насиченого розчину.
Крит́ична температ́ура - така температура, при якій густина і тиск насиченої пари стають максимальними, а густина рідини, що перебуває у динамічній рівновазі з парою, стає мінімальною. При температурі, вищій за критичну температуру газу, його неможливо сконденсувати при жодному тиску.
Визначити температури розшарування рідких сумішей різного складу бінарної системи з обмеженою взаємною розчинністю і побудувати діаграму: склад системи – температура розшарування.
Діагра́ма - (від грец. Διάγραμμα (diagramma) - зображення - малюнок , креслення) - графічне зображення, що наочно у вигляді певних геометричних фігур показує співвідношення між різними величинами, які порівнюються.


Основні теоретичні положення. Взаємна обмежена розчинність двох рідин спостерігається в системах із значними відхиленнями від ідеальності, коли енергія взаємодії різнорідних молекул значно менша, ніж однорідних. Розчинність таких рідин залежить від температури.

За рівнянням ізобари



виходить, що залежність розчинності від температури пов’язана із знаком теплового ефекту, який спостерігається при розчиненні.

Розчи́нення (рос. растворение, англ. dissolution; нім. Lösen n) - процес взаємодії речовин з переходом їх у йонну або колоїдну форми та утворенням гомогенних систем, нових сполук. Розчинення супроводжується руйнуванням взаємодій між молекулами індивідуальних речовин і утворенням міжмолекулярних зв'язків між компонентами розчину.
Якщо при розчиненні теплота поглинається (), то в таких системах взаємна розчинність рідин () із зростанням температури збільшується (вода – анілін, вода – фенол). В іншому разі, коли при розчиненні теплота виділяється (), розчинність рідин буде падати при збільшенні температури (вода – колоідін, вода – триетіламін). Температура, вище (нижче) якої рідини змішуються в будь-яких співвідношеннях, називається критичною температурою розчинності (точкою Алексєєва).

Існують системи, для яких із зміною температури можлива і зміна знаку теплового ефекту, тобто перехід його від екзотермічного через нуль до ендотермічного, або навпаки. Відповідно до цього повинна змінитися і залежність розчинності даної речовини від температури. Такі системи мають як верхню, так і нижню критичну температуру розчинності (нікотин – вода). Нарешті, існують суміші, для яких при підвищенні (зниженні) температури ще до досягнення повної розчинності має місце фазове перетворення: перехід в газ або в тверду речовину. Для таких систем критичні температури розчинності відсутні.

Для того, щоб одержати повну картину розчинності в системі з двох рідин А і В, які обмежено змішуються, потрібно побудувати діаграму взаємної розчинності. Така діаграма для системи з верхньою критичною температурою розчинності наведена на рис. 3.1. На осі абсцис відкладають склад суміші, а на осі ординат – температури, при яких утворюються однорідні розчини.

Ліва частина кривої показує зростання розчинності рідини В в рідині А при підвищенні температури, а права – зростання розчинності А в В. Будь яка точка під кривою відповідає двухфазній системі. Так, якщо стан системи виражається фігуративною точкою «с (с1)», то система складається з двох фаз (шарів): розчину В в А, склад якого визначається точкою «а (а1)», і розчину А в В складу «в (в1)». При підвищенні температури склади шарів зближуються і в точці «m» розшарування зникає. Вище кривої система - гомогенна, однофазна.

Рис. 3.1. Діаграма взаємної розчинності двох рідин з обмеженою

розчинністю, які змішуються з поглинанням тепла
Прямі, що з’єднують точки складу рівноважних шарів (а – в, а1 – в1), називаються нодами. За правилом Алексєєва, середини нод лежать на одній прямій, що проходить через критичну точку (М).

Крити́чна то́чка - точка на фазовій діаграмі в координатах (p, T), в якій лінія співіснування фаз обривається.

Кількісне співвідношення мас рівноважних фаз знаходять за правилом важеля: співвідношення мас рівноважних фаз зворотньо пропорційне відношенню відрізків, що відсікаються фігуративною точкою на ноді. Наприклад, якщо стан системи визначається точкою «с», то





Лабораторне устаткування та реактиви. Електроплита, термометр, стакан, штатив, ампули із сумішшю двох рідин з обмеженою розчинністю (фенол – вода або анілін – вода).
Електри́чна плита́ - кухонна плита, що працює на електриці. Вперше електроплита була представлена публіці 29 серпня 1883 року в Оттаві Томасом Ахерном.


Порядок виконання роботи. Ряд ампул з відомим складом обох речовин, що досліджуються, помістити у водяну баню і занурити у воду термометр. Увімкнути електроплиту. Спочатку в ампулах знаходяться два шари рідини, які при перемішуванні утворюють емульсію (тобто непрозору систему). При підвищенні температури в кожній ампулі досягається повна взаємна розчинність рідин, на що вказує зникнення межі поділу між шарами (рідини в ампулах стають прозорі), і емульсії перетворюються на розчини. Відмітити температури, при яких зникає помутніння в кожній ампулі, і записати в таблицю відповідно до складу рідини в ампулі (табл. 3.1).

Таблиця 3.1

Експериментальні дані для визначення критичної температури розчинності рідин

№ ампулиСклад суміші, %мас.Температура, Кфенол (анілін)водагомогенізаціїгетерогенізаціїсередня1…6

Після цього вимкнути електроплиту. Воду у стакані повільно охолоджувати. Спостерігаючи зворотну картину – перетворення розчинів на емульсії (появу в розчинах помутніння), – і записати відповідні температури в таблицю експериментальних даних.

Різниця між температурами гомо- і гетерогенізації системи не повинна перевищувати 1 градус. Середня величина з одержаних значень дає температуру, за якої досліджувані рідини розчиняються одна в одній у тому співвідношенні, в якому вони були взяті.



Обробка експериментальних даних

За даними табл. 3.1 побудувати діаграму розчинності рідин у координатах: Тсередня – склад системи.

Система координат - спосіб задання точок простору за допомогою чисел. Кількість чисел, необхідних для однозначного визначення будь-якої точки простору, визначає його вимірність. Обов'язковим елементом системи координат є початок координат - точка, від якої ведеться відлік відстаней.

За кривою розшарування визначити критичну температуру розчинності рідин та відповідний їй склад суміші речовин.

Контрольні питання

1. Назвіть основні типи діаграм бінарних рідких розчинів з обмеженою розчинністю речовин. Наведіть приклади.

2. Наведіть і проаналізуйте рівняння ізобари стосовно розчинності рідини у рідині.

3. Сформулюйте правило важеля.

4. Поясніть, як за діаграмою розчинності можна визначити склади, відношення мас та маси окремих фаз залежно від температури.

5. Наведіть визначення критичної температури розчинності.


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4
1   2   3



  • Можливість
  • Лабораторне
  • Порядок
  • Обробка
  • Контрольні
  • ВИЗНАЧЕННЯ КРИТИЧНОЇ ТЕМПЕРАТУРИ РОЗЧИННОСТІ
  • Основні