Материал: Термохимия, химические и фазовые равновесия, растворы. методические указания для выполнения лабораторных работ. Корнеева В.В., Корнеева А.Н

Реакционная смесь	Концентрация веществ
	CFe3+нач	CJ-нач	CJ2 равн	CFe2+равн	CFe3+равн	CJ-равн
Колба №1
Колба №2
Колба №3

Расчет концентрации J₂ в ходе реакции, а также равновесную концентрацию C_{J2(равн.)} произвести для соответствующих реакционных смесей (колбы №1, 2, 3), воспользовавшись формулой:

,

где V₁ – объем Na₂S₂O₃, израсходованный на титрование йода данной пробы, мл; V₂ – объем взятой пробы (25 мл); C₁ – концентрация Na₂S₂O₃ (0,01 М); C₂ – концентрация йода в пробе.

Если результаты титрования двух последних проб отличаются лишь на 0,2 – 0,4 мл, то следует использовать эти результаты для расчета равновесных концентраций в

соответствующих реакционных смесях (колбы №1, 2, 3). Значения равновесных концентраций также заносят в табл. 2.

На основании полученных экспериментальных данных выполнить следующее:

1. Построить график зависимости “концентрация J₂ – время”

2. Определить равновесные концентрации ионов Fe²⁺, исходя из того, что по уравнению реакции на 1 г-моль йода приходится 2 г-иона Fe²⁺. Поэтому концентрация ионов Fe²⁺ в равновесии равна C_Fe²⁺_(равн.) = 2C_{J2(равн.)}. Данные занести в табл. 2.

3. Рассчитать равновесные концентрации исходных веществ C_Fe³⁺_(равн.) и C_J^-_(равн.). Концентрация Fe³⁺ в момент равновесия равна разности между начальной концентрацией ионов Fe³⁺ и равновесной концентрацией C_Fe²⁺_(равн.), так как по реакции на образование 1 г-иона Fe²⁺ расходуется 1 г-ион Fe³⁺, т.е.

C_Fe³⁺_(равн.) = C_Fe³⁺_(нач.) - C_Fe²⁺_(равн.)

или

C_Fe³⁺_(равн.) = C_Fe³⁺_(нач.) -

Концентрация иона J^-(равн.) вычисляется аналогично, т.е. как разность C_J^-_(нач.) - , так как из 2 г-ионов йода образуется 1 г-моль йода J₂.

4. Определить K_c реакции (8) по формуле

,

взяв среднее из трех значений.

Контрольные вопросы

по теме “Химическое равновесие”

1. Термодинамическое обоснование и формулировка закона действующих масс.

2. Какая зависимость существует между константами равновесия, выраженными различными способами?

3. Каковы термодинамические и молекулярно-кинетические признаки равновесного состояния?

4. От чего зависят K_p и K_c реакции? От чего не зависят?

5. Как, исходя из уравнения изохоры и изобары, предвидеть влияние температуры на константу равновесия?

6. Уравнение изотермы химической реакции и его исследование.

7. Какова связь между стандартными изменениями изобарного потенциала (G_T) и константой равновесия химической реакции?

8. Как можно сместить химическое равновесие при постоянной температуре?

9. Как определить наступление равновесия в реакционной смеси?

10. Что называют выходом продукта и как его рассчитать?

11. Как рассчитать тепловой эффект химической реакции, зная K_p или K_c при разных температурах?

12. Как определить равновесные концентрации реагирующих веществ и константу равновесия данной реакции?

Лабораторная работа №5 криоскопия

Давление насыщенного пара растворителя понижается при растворении в нем какого-либо вещества. Если растворенное вещество и растворитель не образуют твердого раствора, то температура кристаллизации раствора ниже температуры кристаллизации растворителя. Понижение температуры кристаллизации пропорционально концентрации растворенного вещества:

, (1)

где T – понижение температуры кристаллизации; E_кр – криоскопическая константа растворителя; m – концентрация раствора, выдержанная в молях растворенного вещества на 1000 г растворителя (моляльность).

Криоскопическая константа вычисляется по формуле

,

где T₀ – температура кристаллизации растворителя; R – универсальная газовая постоянная;  - удельная теплота плавления растворителя.

Криоскопическая константа зависит только от свойств растворителя. Например, для воды E_кр = 1,86.

Моляльность m выражается через массу растворителя (g₁), массу растворенного вещества (g₂) и молекулярную массу растворенного вещества (₂):

(2)

Подставив значение m из (2) в (1), получим:

,

откуда следует, что

. (3)

Таким образом, для нахождения молекулярной массы растворенного вещества нужно знать массы растворителя и растворенного вещества, криоскопическую константу и понижение температуры кристаллизации раствора, определяемое опытным путем.

Для растворов электролитов понижение температуры кристаллизации значительно выше и вычисляется по формуле

,

где i – изотонический коэффициент Вант-Гоффа, показывающий, во сколько раз увеличилось число частиц в растворе вследствие диссоциации.

Цель работы – определение молекулярной массы растворенного вещества криоскопическим методом.

Т ак как уравнение (1) справедливо только для разбавленных растворов, то T должно быть малой величиной, не превосходящей несколько десятых долей градуса. Поэтому температуры кристаллизации должны измеряться с большой точностью с помощью термометра Бекмана, описание которого дано в работе № 1.

Порядок выполения работы

П

Рис. 5

рибор для определения температуры кристаллизации жидкостей состоит из стеклянной пробирки 1 с мешалкой 3. В пробирке закреплен термометр Бекмана 4. Для более равномерного охлаждения пробирка вставлена в более широкую пробирку – воздушную рубашку 2. Толстостенный стакан 5, содержащий охладительную смесь, закрывается крышкой с тремя отверстиями, в одно из которых вставляется пробирка с рубашкой, в другое – мешалка 6, в третье – термометр 7 для измерения температуры охлаждающей смеси.

Готовят охладительную смесь из льда и соли и заполняют доверху стакан прибора, не вынимая воздушную рубашку. Отмеряют мерной пипеткой 50 мл растворителя (воды) и выливают в пробирку 1. После непродолжительного

охлаждения растворителя вставляют термометр Бекмана, предварительно настроенный лаборантом. Определяют многократно температуру кристаллизации растворителя. Для этого, осторожно перемешивая жидкость, наблюдают за показаниями термометра Бекмана. Как правило, при охлаждении жидкость переохлаждается, температура ее падает ниже точки кристаллизации; при кристаллизации в результате выделения теплоты температура повысится. За относительную температуру кристаллизации принимают максимальный подъем ртути.

Пробирку из рубашки, находящейся в охлаждающей смеси, вынимают, расплавляют кристаллы растворителя, подогревая ее рукой, и снова повторяют опыт. Таким образом, определяют температуру кристаллизации не менее 3-4 раз, пока последние два определения температуры кристаллизации не будут отличаться более чем на 0,01 C.

Взвешивают три навески исследуемого вещества (мочевина, сахар, глюкоза и т.д.) по указанию преподавателя на аналитических весах. Содержимое первой навески высыпают в рабочую пробирку через боковое отверстие и следят за тем, чтобы все вещество растворилось. Определяют температуру кристаллизации раствора 3-4 раза так же, как и для чистого растворителя. Из полученных данных рассчитывают среднюю температуру кристаллизации, а также разность средних температур кристаллизации растворителя и раствора.

Берут вторую навеску исследуемого вещества, вводят в рабочую пробирку и определяют не менее 3 раз температуру кристаллизации раствора уже с большей концентрацией. То же самое повторяют и с третьей навеской.

Следует помнить, что несовпадение результатов параллельных определений может быть вызвано неодинаковыми условиями при проведении опыта. Для его успешного проведения необходимо соблюдать одинаковые условия каждого определения температуры отвердевания.

При неосторожном обращении с термометром Бекмана, можно легко стряхнуть капельки ртути из капилляра в запасной резервуар. Это повлечет за собой повторение всех операций в работе.

Неправильные показания термометра могут быть следствием того, что термометр касался стенок пробирки или мешалки.

Если кристаллы вещества не будут полностью расплавлены, переохлаждения не произойдет.

Результаты полученных измерений заносят в таблицу и рассчитывают молекулярную массу растворенного вещества, по формуле (3).

Находят среднюю молекулярную массу растворенного вещества, а также относительную ошибку по формуле

,

где _табл. – табличное значение молекулярной массы исследуемого вещества; _эксп. – молекулярная масса исследуемого вещества, рассчитанная по экспериментальным данным и заносят в таблицу:

Опыт	Температура кристаллизации		Пони-жение темпе-ратуры крис-тал-лизации	Навес-ка	Молекулярная масса растворенного вещества
	Изме-ренная	Сред-няя			Опре-делен-ная	Таблич-ная
Раствори-тель
Раствор 1
Раствор 2
Раствор 3