Меню

Этиловый спирт с сульфатом меди

Форум химиков

медный купорос (растворимость в этиловом спирте)

медный купорос (растворимость в этиловом спирте)

Сообщение Naglus » Ср апр 10, 2013 6:00 pm

Re: медный купорос (растворимость в этиловом спирте)

Сообщение amik » Ср апр 10, 2013 8:26 pm

35% воды и спирт наверняка не безводный, поэтому некоторая растворимость за счет наличия в системе Н2O будет иметь место. Что-нибудь на уровне сотых долей процента.

Re: медный купорос (растворимость в этиловом спирте)

Сообщение SkydiVAR » Ср апр 10, 2013 8:29 pm

А Вы с какой целью интересуетесь?
Вообще-то, безводный сульфат меди иногда используется для абсолютизации спирта. Однако! После этого спирт непременно перегоняется.
Делаем вывод: некоторая (возможно — очень незначительная) растворимость наверняка присутствует.
Поэтому: если примесь небольшого количества сульфата меди в Вашем спирте не критична — пользуйте на здоровье (например, для примочек или для реакций, в которых Вы и так пару-тройку эквивалентов солей меди загружаете); если же Вы планируете употреблять сей спирт внутрь и в достаточном количестве — вопрос должен быть рассмотрен именно на «количественном», а не на «качественном» уровне.

Всё растворимо во всём, в общем случае.

Re: медный купорос (растворимость в этиловом спирте)

Сообщение Naglus » Ср апр 10, 2013 9:46 pm

Re: медный купорос (растворимость в этиловом спирте)

Сообщение MONSTA » Пт апр 12, 2013 11:50 am

Хотя человек уже ушел вполне успокоенный, могу от себя добавить. Растворение высокозарядных (а там и у катиона, и у аниона заряд 2) солей все же требует растворителя, можно сказать, повышенной полярности. Тем более что там двойка и по катионному заряду, и по анионному. Этанол к таким растворителям не относится, хотя наличие воды и в растворителе, и в растворяемом веществе может несколько улучшить дело, кто спорит!

Мы не рассматриваем некие клинические случаи слишком большой склонности к образованию сольватов (гидратов). Вроде ионов кальция. Да тут и не тот вариант. Хотя, да, нахватавшись молекул воды из осушаемого растворителя, данный купорос еще, чего доброго, и раствориться попробует. Поэтому и перегоняют все это дело после осушения.

Источник

Приготовление абсолютного спирта

Для приготовления абсолютного спирта в лабораторных условиях используются прокаленный (безводный) медный купорос.

Приготовление безводного купороса. Берут химически чистый синий купорос (если он крупнокристаллический, то его предварительно толкут в фарфоровой ступке) и прокаливают в фарфоровой чашке. В результате прокаливания происходит удаление кристаллизационной воды из молекулы медного купороса (CuSO4*5H2O) и получается безводный купорос белого цвета (CuSO4). При соприкосновении с водой такой безводный купорос вновь жадно поглощает воду и дает первоначальное соединение синего цвета, на чем и основано его применение для обезвоживания спирта.

Прокаливание ведут с соблюдением известных предосторожностей, а именно: мелко размельченный купорос небольшими порциями прокаливают на малом огне через асбестовую сетку в фарфоровой чашке (или медной посуде) при постоянном помешивании фарфоровой или стеклянной лопаткой. Нельзя пользоваться металлическим шпателем и вести прокаливание в железной или никелированной посуде. Несоблюдение указанных правил может повести к пережиганию, точнее, к разложению медного купороса с образованием окислов меди (CuO). Последнее обстоятельство весьма неблагоприятно сказывается на способности купороса поглощать воду.

Хорошо и осторожно прокаленный медный купорос должен быть совершенно белым или слегка голубоватым: при перекаливании он приобретает серый цвет. Пережженный купорос при соединении с водой дает грязно-зеленые тона, что является нежелательным, ибо затрудняет контроль за ходом обезвоживания спирта. Очень хорошо вести прокаливание купороса на электрической плитке малой мощности или даже в термостате при температуре 60—70°; в этом последнем случае мелко растолченный купорос рассыпают тонким слоем на картоне. Прокаливание в термостате при 60—70° идет медленно, около 3 недель (при ежедневном перемешивании), а при температуре 100° — в течение 1—2 дней (в фарфоровой чашке).

При прокаливании медный купорос начинает отдавать кристаллизационную воду уже при температуре 60°, а при 100° частично разлагается и становится серым.

Прокаленный купорос хранят в банке с притертой пробкой.

Для приготовления абсолютного спирта прокаленный белый купорос насыпают в большую широкогорлую банку и заливают 90° спиртом из такого расчета, чтобы столб спирта над купоросом превышал толщину слоя последнего не больше чем в 4—5 раз. Содержимое банки ежедневно взбалтывают в течение 4—5 дней, добиваясь посинения всей толщи оседающего купороса. После этого в банку подсыпают еще порцию белого купороса, но уже в меньшем количестве, примерно в 2—3 раза, и оставляют на 1—2 дня. Подсыпание купороса повторяют до тех пор, пока последняя порция его не перестанет синеть, тогда абсолютный спирт считается готовым. Такой абсолютный спирт хранится постоянно на медном купоросе и используется по мере надобности для различных целей.

Если обезвоживанию подвергается 95—96° спирт, то (прокаленный) купорос приходится добавлять не больше 1—2 раз, и выход абсолютного спирта в этом случае будет составлять около 60—70%. Относительно небольшой выход абсолютного спирта объясняется тем, что значительная часть его остается на купоросе.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Органическая химия: Лабораторный практикум , страница 11

расщепление продукта иодирования — иодаля – щелочью

CI3CHO + NaOH ® CHI3 + HCOONa

V. СПИРТЫ. ФЕНОЛЫ. ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ

Опыт № 14. Растворимость спиртов в воде

В отдельные пробирки наливают по

2-3 мл этилового, пропилового, бутилового, амилового спиртов и глицерина. Прибавляют по

3 мл воды, встряхивают и наблюдают растворимость. Необходимо отметить, как зависит растворимость спиртов от величины углеводородного радикала, с которым связана гидроксильная группа и от числа гидроксильных групп в молекуле спирта. pH водных растворов определяют с помощью универсальной индикаторной бумаги.

Опыт № 15. Выделение тепла при смешивании этилового спирта с водой

5 мл 95%-ного этилового спирта, в другую – столько же воды. Содержимое обеих пробирок приводят к одинаковой температуре погружением в водяную баню, отмечают температуру. Вынув обе пробирки из бани, быстро смешивают их содержимое и замеряют температуру образовавшейся смеси. В чем причина наблюдающегося разогрева?

Опыт № 16. Горючесть спиртов

В отдельные небольшие фарфоровые чашки или тигли наливают по

2-3 мл различных спиртов. Зажигают и наблюдают горение спиртов. Отмечают зависимость светимости пламени от процентного содержания углерода в молекуле спирта. Продуктами горения спиртов являются углекислый газ и вода:

Опыт №17. Обнаружение воды в спирте-ректификате

Сульфат меди (медный купорос)

Синие кристаллы медного купороса CuSO4×5H2O нагревают в фарфоровом тигле до тех пор, пока они превратятся в белый порошок и не прекратится выделение воды. После охлаждения белый безводный порошок сульфата меди CuSO4 насыпают в пробирку на

1 /5— 1 /6 объема и добавляют туда же

5-6 мл спирта-ректификата. Порошок синеет вследствие образования медного купороса под действием воды, содержащийся в спирте.

Опыт №18. Образование глицерата меди.

Раствор гидроксида натрия

2 мл 2н раствора гидроксида натрия и

10-15 капель 0,2н раствора сульфата меди. Появляется голубой студенистый осадок гидроксида меди (II). К полученному осадку прибавляют при взбалтывании

10-15 капель глицерина. Осадок растворяется и образуется темно-синий раствор глицерата меди:

Чем объясняется способность глицерина растворять гидроксиды некоторых металлов?

Опыт № 19. Окисление этилового спирта перманганатом калия

Раствор перманганата калия

1-2 мл этилового спирта, прибавляют

1 мл водного раствора перманганата калия и нагревают в слабом пламени спиртовки. При окислении этилового спирта образуется уксусный альдегид (легкокипящая жидкость с запахом прелых яблок), а перманганат калия обесцвечивается и выпадает бурый осадок оксида марганца (IV):

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 267
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 603
  • БГУ 155
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 963
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 120
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1966
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 299
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 408
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 498
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 131
  • ИжГТУ 145
  • КемГППК 171
  • КемГУ 508
  • КГМТУ 270
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2910
  • КрасГАУ 345
  • КрасГМУ 629
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 138
  • КубГУ 109
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 369
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 331
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 637
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 455
  • НИУ МЭИ 640
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 213
  • НУК им. Макарова 543
  • НВ 1001
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1993
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 302
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 120
  • РАНХиГС 190
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 245
  • РГГМУ 117
  • РГПУ им. Герцена 123
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 123
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 131
  • СПбГАСУ 315
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 146
  • СПбГПУ 1599
  • СПбГТИ (ТУ) 293
  • СПбГТУРП 236
  • СПбГУ 578
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 194
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1654
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1473
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2424
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 325
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 309

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

Получение абсолютного этилового спирта обработкой спирта ректификата

водоотнимающим реактивом».

1. Приготовить безводный сульфат меди.

В выпарительной чашке прокалить медный купорос (CuSO4 × 5H2O) до бесцветных кристаллов, т. е. до получения сульфата меди (CuSO4).

2. Обработать 96% этиловый спирт безводным сульфатом меди.

а. Взять две сухие пробирки. В 1-ю внести 5 мл 96% этилового спирта, во 2-ю – 5 мл H2O.

б. В обе пробирки осторожно внести по 1,5 г CuSO4. Содержимое пробирок перемешать.

в. Отметить окраску кристаллов в 1-ой и во 2-ой пробирках. Сопоставить эту окраску с окрасками медного купороса и безводной соли. Сделать вывод.

3. Выделить обезвоженный этиловый спирт.

а. Получить фильтраты, отфильтровав содержимое 1-ой (фильтрат I) и 2-ой (фильтрат II) пробирок.

б. Отметить окраску фильтратов. Сделать вывод.

З А Н Я Т И Е № 12

Т Е М А: «ЗАКОН РАСПРЕДЕЛЕНИЯ. КОЭФФИЦИЕНТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ. ЭКСТРАГИРОВАНИЕ».

I. МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ: Процессы экстракции широко применяются в лабораторной и производственной практике. Их применяют для удаления нежелательной составной части, или для выделения в более концентрированном состоянии какой-нибудь ценной составной части раствора. Например, экстракцию используют для извлечения из растительного сырья эфирных масел, алкалоидов и других физиологически активных веществ.

Закон распределения позволяет рассчитывать эффективность различных способов экстракции.

— усвоить содержание (словесную формулировку) закона распределения;

— знать вид уравнений для расчета коэффициента распределения в зависимости от состояния 3-го компонента в каждой из фаз (ассоциация, диссоциация);

— знать факторы, от которых зависит величина коэффициента распределения;

— научиться выбирать правильные условия экстрагирования;

— уметь рассчитать массу извлеченного вещества в процессе экстрагирования.

III. ИСХОДНЫЙ УРОВЕНЬ ЗНАНИЙ: Для усвоения материала данной темы необходимо знать:

— зависимость растворимости от природы растворяемого вещества, растворителя и температуры;

— особенности процесса диссоциации сильных и слабых электролитов, зависимость степени диссоциации от присутствия одноименного иона.

IV. ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА ТЕМЫ:

1.Закон распределения Нернста: содержание и словесная формулировка.

2. Математическая формулировка закона распределения (в простейшем виде). Условия выполнения закона.

3. Коэффициент распределения. Факторы, влияющие на величину коэффициента распределения.

4. Особенности распределения третьего компонента при его ассоциации или диссоциации в одной из фаз. Вид уравнения для расчета коэффициента К. Уравнение Н. А. Шилова и Л. К. Лепинь.

5. Способы определения коэффициента распределения.

6. Области использования закона распределения.

7. Экстрагирование: определение методу; закономерность, лежащая в основе метода.

8. Назначение экстрагирования, его практическое использование.

9. Этапы проведения процесса экстрагирования. Экстракт и рафинат.

10. Требования, предъявляемые к экстрагенту при его выборе.

11. Условия, влияющие на полноту выделения вещества из раствора экстрагированием.

12. Однократная и многократная (дробная) экстракции.

13. Вид уравнений для расчета массы оставшегося после экстрагирования и извлекаемого вещества при однократной и дробной экстракциях.

1. Евстратова К. И., Купина Н. А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия М., 1990, с. 110-113.

2. Киреев В. А. Краткий курс физической химии М. 1978, с. 327-328, 330-331.

3. Краснов К.С. Физическая химия М., 2001, с. 484-484, с. 489-494.

4. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия М., 1999, с. 202-206.

VI. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Приведите словесную формулировку закона распределения Нернста.

2. Запишите математическую формулировку закона распределения в простейшем виде.

Читайте также:  Что дает медь при самогоноварении

3. Назовите четыре условия, при соблюдении которых закон распределения выполняется в простейшем виде.

4. Приведите математическую формулировку закона распределения для случая, когда третий компонент:

а. В 1-й фазе находится в виде одиночных молекул, а во 2-й фазе — в полностью диссоциированном состоянии, причем каждая молекула распадается на 2 иона.

б. В 1-й фазе — в виде одиночных молекул, во 2-й фазе — в виде ассоциатов из трех молекул.

в. В 1-й фазе — в частично диссоциированном состоянии со степенью диссоциации , во 2-й фазе — в виде ассоциатов из n молекул.

5. В каком состоянии находится 3-й компонент во 2-й фазе, если закон распределения выполняется в виде:

а. б. К = С12(1 — ). в. К = С12?

6. Приведите уравнение закона распределения Шилова-Лепинь.

7. Назовите факторы, влияющие на величину коэффициента распределения.

8. Каков принцип определения коэффициента распределения:

9. Если закон распределения выполняется в виде К = , то график зависимости lgС1 = f(lgС2) имеет вид:

Укажите по графику нахождение коэффициента распределения К и коэффициента n.

10. При распределении иода между амиловым спиртом и водой закон распределения выполняется в виде К = . где

С1 — равновесная концентрация иода в амиловом спирте, С2 — в воде. Если величина К в этой системе равна 230, что означает эта цифра?

11. Коэффициент распределения иода между амиловым спиртом и водой равен 230, а между четыреххлористым углеродом и водой — 85,5. В каком из растворителей амиловом спирте или четыреххлористом углероде иод лучше растворяется? Какой из растворителей С5Н11ОН или CCl4 следует выбрать в качестве экстрагента при извлечении иода из водного раствора экстрагированием?

12. Коэффициент распределения иода в системе CCl4 — H2O равен 85,5, а коэффициент распределения этилового спирта в этой же системе растворителей равен 0,02. Если в рассмотренных системах закон распределения выполняется в простейшем виде, то какое вещество — I2 или С2Н5ОН лучше растворяется в воде?

13. Перечислите области использования закона распределения.

VII. ОБЯЗАТЕЛЬНЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ:

Примеры решения задач.

Пример 12-1. Водный раствор янтарной кислоты (концентрация 5,98´10 -2 моль/л) находится при 25 °С в равновесии с эфирным раствором, концентрация которого 1,1´10 -2 моль/л.

Какова концентрация янтарной кислоты в водном растворе, равновесном с эфирным раствором, содержащим 8,6´10 -3 моль/л этой кислоты при 25 °С.

Вещество А распределяется между двумя несмешиваюшимися растворителями в соответствии с законом распределения:

где Кd.—коэффициент распределения вещества А между двумя фазами;

А) и (СА)В — равновесные концентрации этого вещества в органической и водной фазах, моль/л.

Находят коэффициент распределения, который зависит от температуры и природы растворителя и растворенного вещества, но не зависит от концентрации в области разбавленных растворов:

Так как коэффициент распределения не зависит от концентрации, то:

моль/л.

Ответ: концентрация янтарной кислоты в водном растворе равна 4,67´10 -2 моль/л.

Пример 12-2. Иод из 4 л водного раствора с концентрацией 0,1 г/л экстрагируют порциями по 100 мл сероуглерода при 25 0 С. Сколько иода останется неизвлеченным после первой экстракции? Сколько нужно провести экстракций, чтобы извлечь иод на 99%? Величину коэффициента распределения взять из справочной таблицы.

Находят исходное количество иода в водном растворе:

Рассчитывают остаток неизвлеченного иода после экстракции:

где b = 0,99 — степень извлечения иода по условию задачи.

При однократной экстракции массу экстрагируемого вещества, оставшуюся неизвлеченной, рассчитывают по уравнению:

где V — объем раствора экстрагируемого вещества; VЭ — расход растворителя на экстракцию.

Величину объемов при расчете по этому уравнению необходимо подставлять в одних и тех же единицах.

Остаток иода после первой экстракции:

г,

где Kd = 590 — коэффициент распределения иода между сероуглеродом и водой.

Неизвлеченный при многократной экстракции остаток иода находят по уравнению:

где — объем порции экстрагирующего растворителя;

Подставляют в это уравнение данные задачи:

преобразуют его, логарифмируют и находят

Ответ: 1) остаток иода после однократной экстракции m1 = 2,54´10 -2 г;

2) нужно провести 2 экстракции.

12-1. Сколько фенола экстрагируется из 1 л 0,2 М водного раствора 300 мл пентанола? Насколько полнее пройдет экстракция, если ее провести, разделив пентанол на три порции по 100 мл? Коэффициент распределения взять из таблицы.

Ответ: извлекается при однократной экстракции 15,6 г фенола, а при трехкратной на 2,1 г больше.

12-2. В таблице приведены равновесные концентрации иода в воде и четыреххлористом углероде при 25 °С. Каким закономерностям подчиняется распределение третьего вещества между двумя несмешивающимися растворителями?

Концентрация иода´10 3 , г/л
ССl4 H2O
4,41 0,0516
6,97 0,0818
10,9 0,128

Найдите коэффициент распределения иода между четыреххлористым углеродом и водой. Рассчитайте, сколько нужно взять четыреххлористого углерода, чтобы из 500 мл водного раствора иода извлечь его на 95% в процессе однократного экстрагирования.

12-3. Определите степень извлечения иода из 500 мл водного раствора четыреххлористым углеродом при однократной экстракции 30 мл СС14 и при многократной экстракции тремя порциями по 10 ил ССl4. Коэффициент распределения взять из таблицы.

Какая экстракция более эффективна — однократная или многократная?

12-4. 5 литров водного раствора иода (концентрация 0,2 г/л) дробно экстрагировали при 18 ° С двумя отдельными порциями по 200 мл четыреххлористого углерода. Сколько иода остается в водном растворе после экстракции? Каков будет остаток, если вместо ССl4 взять сероуглерод? Коэффициенты распределения взять из таблицы.

Как выбирается растворитель для экстракции?

12-5. Сколько экстракций порциями по 100 мл пентанола нужно провести, чтобы извлечь иод из 2 л водного раствора на 99% при 25°С. Коэффициент распределения взять из таблицы.

12-6. Рассчитайте количество фенола, которое можно проэкстрагировать из VB (м 3 ) водного раствора заданной концентрации, использовав V (м 3 ) пентанола, при однократной и трехкратной экстракции. Коэффициент распределения — 16.

Исходный раствор V´10 3 , м 3 Ответ: m, кг
VB´10 3 , м 3 СВ, моль/м 3 n = 1 n = 3
1,0 0,30 15,559 17,730
1,5 0,21 9,748 11,454
0,45 29,859 42,053
0,60 53,082 74,761
0,15 7,622 8,445

12-7. Рассчитайте коэффициенты распределения иода между четыреххлористым углеродом и водой по результатам:

СВ иода, кг/м З 0,00508 0,01311 0,03241
Со иода, кг/м З 0,4328 1,120 2,764

Используя найденную величину, рассчитайте объем четыреххлористого углерода, который позволит извлечь х% иода из одного кубометра водного раствора при однократной экстракции.

Х%
Ответ: V0, м 3 0,223 1,165 0,106 0,047 0,067

12-8. Рассчитайте число ступеней экстракции при извлечении брома из 1 м 3 водного раствора порциями сероуглерода по V, если степень извлечения иода х%. Коэффициент распределения – 77.

Х%
Ответ: 1,90 2,1 8,0 2,5 2,3

VIII. ПЛАН РАБОТЫ НА ПРЕДСТОЯЩЕМ ЗАНЯТИИ:

1. Контроль и коррекция выполнения домашнего задания.

2. Разбор основных теоретических вопросов темы.

5. Выполнение лабораторной работы: «Экстрагирование йода из водного раствора органическим растворителем»

Лабораторная работа №8

«Экстрагирование йода из водного раствора органическим растворителем»

Экстрагирование –процесс извлечения вещества, растворенного в одном растворителе, другим растворителем (экстрагентом), который не смешивается с первым и лучше растворяет извлекаемое вещество.

Экстрагирование можно использовать для:

1) выделения вещества из смеси;

2) очистки раствора вещества от примесей;

3) разделения смеси на компоненты.

Экстрагирование основано на законе распределения Нернста, согласно которому, если экстрагируемое вещество обладает одинаковой величиной частиц в обоих растворителях и не вступает с ними в химическое взаимодействие:

, где

– концентрация извлекаемого вещества в экстракте;

– концентрация извлекаемого вещества в рафинате;

К – коэффициент распределения.

Используя закон распределения, можно рассчитать массу вещества, оставшегося после экстракции в первом растворителе (m1) и перешедшего в экстрагент по формулам:

; , где

m – масса извлекаемого вещества в исходном растворе;

V1 – объем исходного раствора;

К — коэффициент распределения.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА ЭКСТРАГИРОВАНИЯ

1. Контакт исходного раствора и экстрагента.

а) В колбу с притертой пробкой внести, отмерив цилиндром, 25 мл раствора J2 в воде и добавить, отмерив пипеткой, 10 мл органического растворителя – выбранного экстрагента.

б) Колбу плотно закрыть пробкой и в течение 15 минут встряхивать. При встряхивании придерживать пробку, изредка осторожно ее открывая.

2. Механическое разделение образовавшихся двух равновесных фаз — экстракта и рафината.

а) Содержимое колбы перенести в делительную воронку с хорошо притертым и слегка смазанным вазелином краном. Добиться в течение 20 минут полного расслоения эмульсии.

б) Отделить э к с т р а к т от р а ф и н а т а, открыв пробку делительной воронки и слив нижний водный слой (рафинат) через кран, а верхний толуольный слой (экстракт) через горлышко воронки в отдельные сухие колбы.

3. Сделать вывод о результатах экстрагирования.

а) Сопоставить окраску исходного водного раствора и рафината.

б) Сопоставить окраску растворов рафината и экстракта.

З А Н Я Т И Е № 13

Т Е М А: «ВЗАИМНОНЕРАСТВОРИМЫЕ ЖИДКОСТИ. ПЕРЕГОНКА С ВОДЯНЫМ ПАРОМ».

I. МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ: Многие вещества при нагревании разлагаются при температурах более низких, чем их температуры кипения. Перегонку таких веществ проводят в ваккуме или совместно с жидкостью, с которой они не смешиваются. На практике широко применяется перегонка с водяным паром – перегонка совместно с водой практически нерастворимых в ней различных веществ, особенно органических соединений. Пользуясь перегонкой с водяным паром, можно, например:

1) выделить эфирные масла из различных частей растений,

2) очистить анилин, нафталин, нитробензол, спирты, хлороформ, хлоральгидрат и другие вещества от содержащихся в них примесей.

В производстве фармацевтических препаратов перегонка с паром применяется при получении ментолового масла из мяты, антибиотика синтомицина, лекарственных форм, называемых ароматными водами и др.

В настоящее время все большее значение приобретает перегонка под вакуумом. Этот способ перегонки полностью может заменить перегонку с паром, в особенности для разделения веществ с очень близкими температурами кипения при обычном давлении.

Перегонка при очень низких давлениях — порядка (133—0,133) х 10 -3 Па применяется для разделения продуктов, близких по своему строению, и называется молекулярной перегонкой. Молекулярная перегонка используется для выделения гормонов, глицеридов, витаминов.

— усвоить принципы перегонки с водяным паром;

— знать вид уравнений для расчета расходного коэффициента пара;

— знать факторы, от которых зависит величина расходного коэффициента пара;

— научиться выбирать правильные условия перегонки с водяным паром;

— уметь рассчитать массу водяного пара, необходимого для перегонки единицы массы отгоняемого вещества, состав дистиллята.

III. ИСХОДНЫЙ УРОВЕНЬ ЗНАНИЙ: Для усвоения материала данной темы необходимо знать:

— зависимость растворимости от природы растворяемого вещества, растворителя и температуры;

— закон Дальтона, условие кипения жидкости.

IV. П Л А Н И З У Ч Е Н И Я Т Е М Ы:

1. Взаимнонерастворимые жидкости. Диаграмма зависимости общего и парциальных давлений насыщенного пара компонентов от состава системы.

2. Свойства систем из взаимнонерастворимых жидкостей.

3. Зависимость давления насыщенного пара над взаимнонерастворимыми жидкостями от температуры.

4. Перегонка с водяным паром: закономерность, лежащая в основе метода, назначение метода.

5. Уравнение для расчета массы вещества, получаемого перегонкой с водяным паром.

6. Расходный коэффициент пара, факторы, влияющие на его величину

1. Евстратова К. И., Купина Н. А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия М., 1990, с. 107-109.

2. Краснов К.С. Физическая химия М., 2001, с. 456-457.

3. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия М., 1999, с. 221-224.

VI. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Как определить давление насыщенного пара над смесью взаимно нерастворимых жидкостей, если известны давления паров каждого из компонентов в чистом виде?

2. Покажите графически, при какой температуре кипит смесь взаимно нерастворимых жидкостей по сравнению с температурой кипения чистых веществ.

3. Объясните принципы перегонки с водяным паром.

4. Что показывает расходный коэффициент пара?

5. Как расчетным путем можно определить расход водяного пара на каждый килограмм отгоняемого вещества?

6. В каких случаях применяют перегонку с водяным паром?

7. Как проводится перегонка с водяным паром?

6. Использование перегонки с водяным паром в фармации.

VI. ОБЯЗАТЕЛЬНЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ:

Примеры решения задач.

Пример 13-1. Вода и бензол практически не смешиваются друг с другом. Давление паров этих двух жидкостей при 68°С соответственно равны 2,9×10 4 Па и 6,8×10 4 Па, а при 69°С — 3,0×10 4 Па и 7,0×10 4 Па.

Принимая во внимание, что давление пара в интервале между 68 °С и 69°C для каждого вещества растет пропорционально температуре, вычислить температуру кипения смеси воды и бензола под давлением 9,9×10 4 Па и количество бензола, которое будет содержаться в конденсате (% масс.).

Определяют общее давление пара над смесью воды и бензола при 68°С и 69°С но формуле:

робщ. = р1 0 + р2 0 , где р1 0 и р2 0 — давления паров компонентов в чистом состоянии при данной температуре:

при 68°С робщ.= (2,9 + 6,8) × 10 4 = 9,7×10 4 Па;

при 69°С робщ.= (3,0 + 7,0) × 10 4 = 1,0.10 5 Па.

Из полученных данных видно, что температура кипения смеси будет лежать между 68 °С и 69 °С. Определяют эту температуру.

При повышении температуры на 1°С давление пара над смесью увеличивается на:

1,0×10 5 — 9,7×10 4 = 3,0×10 3 Па.

Давление пара при 68°С ниже заданного давления по условию задачи на 2,0 × 10 3 Па:

Чтобы давление пара увеличилось на эту величину и тем самым достигло заданного внешнего давления, смесь необходимо нагреть выше 68°С на Dt°С. Dt определяем из пропорции

или

Таким образом, под давлением ратм = 9,9×10 4 Па смесь закипит при температуре:

Читайте также:  Изониазид с сульфатом меди реакция

Увеличение температуры на 1°С повысило давление паров бензола на:

Следовательно, при 68,66°С парциальное давление паров бензола равно:

6,8×10 4 + 2,0×10 3 ×0,66 = 6,9×10 4 Па

Парциальное давление паров воды будет:

Соотношение количеств перегоняемых жидкостей находят по формуле:

или

где n1 и n2 число молей высококипящего соединения и воды в паровой фазе;

m1 и m2 – массовые количества в паровой фазе;

M1 и M2 – молярные массы компонентов.

Следовательно, на каждый килограмм воды приходится 10,0 кг бензола.

Содержание бензола в конденсате (масс.%) определяют по формуле:

или mб = 10 100/11 = 90,9% (масс).

Пример 13-2.Дибромэтан практически нерастворим в воде. Температура кипения этой смеси при давлении 760 мм рт. ст. равна 91 °С. Давление насыщенного пара дибромэтана при этой температуре равно 214 мм рт. ст., а воды — 456 мм рт. ст. Вычислить:

1) в каком отношении будут перегоняться дибромэтан и вода;

2) сколько процентов дибромэтана будет содержаться в дистилляте.

выражаем число молей n и получаем М

Отсюда находим отношение массы дибромэтана к массе воды и подставляем значения: р°А = 214, р°в = 546, МА = 188 и МB = 18:

т. е. на 1 г воды перегоняется около 4,1 г дибромэтана.

2) Процентное содержание дибромэтана в дистилляте будет равно:

13-1. Жидкое органическое вещество, практически нерастворимое в воде, перегонялось с водяным паром под нормальным атмосферным давлением (1,01×10 5 Па) при 98,4 °С. Содержание органической жидкости в конденсате 23,1% масс. Определите молярную массу вещества и давление его паров при указанной температуре, если давление насыщенного пара воды в этих условиях равно 9,6×10 4 Па.

Ответ: М= 104,2 г/моль; Р*=5,0×10 3 Па.

13-2. При перегонке бромбензола с водяным паром под нормальным атмосферным давлением (1,01×10 5 Па) смесь кипит при 95,25 °С. Считая, что бромбензол практически не растворим в воде, определите соотношение молей воды и бромбензола в парах и процентное содержание бромбензола и воды в конденсате. При 95,25 °С давление паров бромбензола 1,6×10 4 Па.

Ответ: на 1 моль бромбензола приходится 5,3 моль воды; 62,3% (масс.) бромбензола и 37,7% (масс.) воды.

13-3. Сероуглерод и вода практически не растворимы друг в друге. Определите: :1) общее давление над смесью указанных жидкостей при 40 ° С, если давление пара сероуглерода при этой температуре 8,21×10 4 Па; б) отношение числа молей сероуглерода к числу молей воды в парах при заданной температуре. Давление паров воды 7,4 × 10 3 Па.

Ответ: робщ. = 8,9 × 10 4 Па; отношение молей = 11,1.

13-4. Вода и хлорбензол практически не растворимы друг в друге. Давление паров указанных веществ при 90°С соответственно равны 7,0×10 4 Па и 2,8×10 4 Па, а при 91 ° С — 7,3×10 4 Па и 2,9×10 4 Па. В интервале между 90°С и 91° С давление пара каждого компонента растет пропорционально температуре. Определить температуру кипения смеси под давлением 1,0×10 5 Па и количество хлорбензола (% масс.), которое будет содержаться в конденсате.

Ответ: tкип = 90,5°С; w = 69,9% (масс.).

13-5. При 95°С давление пара нафталина равно 2,0×10 3 Па. Считая, что вода и нафталин практически не растворимы друг в друге, определите, какое количество конденсата необходимо собрать, перегоняя нафталин с водяным паром, чтобы получить 20 г чистого нафталина. Давление паров воды при указанной температуре равно 8,5×10 4 Па.

13-6. Смесь камфоры и воды кипит при нормальном атмосферном давлении (1,01×10 5 Па) при 99°С. Определить содержание камфоры и воды в конденсате (% масс.). Камфора практически нерастворима в воде и имеет молярную массу, равную 152,2 г/моль. Давление паров воды при 99°С равно 9,8×10 4 Па.

13-7. Для очистки от нелетучих примесей толуол перегоняется с водяным паром при давлении 745 мм рт. ст. и температуре 84 °С. При этой температуре давления насыщенного пара воды и толуола соответственно равны 415 и 330 мм рт. ст. Определите количество водяного пара, необходимое для перегонки 1 кг толуола.

13-8. Смесь практически нерастворимых друг в друге бензола и воды кипит при 69,2 °С под давлением 760 мм рт. ст. При этой температуре давление насыщенного пара воды равно 225 мм рт. ст., а бензола — 535 мм рт. ст. Сколько килограммов бензола переходит в дистиллят с 1 кг воды?

13-9. Бромбензол практически нерастворим в воде. При давлении 751 мм рт. ст. смесь этих веществ кипит при 95 °С. Давление насыщенного пара воды при этой температуре равно 634 мм рт. ст., а бромбензола — 117 мм рт. ст. Сколько нужно собрать дистиллята для получения 10 кг бромбензола? Сколько процентов бромбензола и воды содержится в дистилляте?

13-10. Температура кипения смеси практически нерастворимых друг в друге воды и хлорбензола при 761,8 мм рт. ст. равна 91 °С. Давления насыщенного пара воды и хлорбензола при этой температуре соответственно равны 546 и 215,8 мм рт. ст. В каком отношении по массе переходят в дистиллят хлорбензол и вода?

VIII. ПЛАН РАБОТЫ НА ПРЕДСТОЯЩЕМ ЗАНЯТИИ:

1. Контроль и коррекция выполнения домашнего задания.

2. Разбор основных теоретических вопросов темы.

З А Н Я Т И Е № 14.

Т Е М А: «ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В КОНДЕНСИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ. ДИАГРАММЫ ПЛАВКОСТИ».

I. МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ: Практически важным в специальности будущего инженера-технолога является оценка способности веществ к взаимной растворимости в твердом состоянии. Диаграммы плавкости применяются для анализа смесей твердых лекарственных веществ. С их помощью можно подобрать смесь жировых веществ, используемых при изготовления суппозиториев, чтобы свечи плавились при 35—36 °С (температура человеческого тела) и не размягчались при температуре ниже 32 °С.

На практике получением эвтектических смесей добиваются повышения биологической доступности плохорастворимых лекарственных веществ. Имеет значение также и то, что некоторые лекарственные вещества выделяются из расплава в метастабильной аморфной форме, которая по сравнению с кристаллической является более растворимой и лучше адсорбируемой. Так, например, аморфный новобиоцин имеет в 10 раз большую скорость растворения, чем кристаллический. Аналогично ведут себя при изготовлении твердых дисперсных систем стероиды, сульфаниламиды и барбитураты. Равномерному распределению компонентов в лекарственной форме также способствует образование эвтектической смеси.

Пользуясь диаграммами состояния, можно предусмотреть и устранить отсыревание порошков, взаимодействие между компонентами с образованием новых соединений.

II. ЦЕЛЬ САМОПОДГОТОВКИ: После самостоятельного изучения темы студент должен:

— знать физико-химические закономерности кристаллизации из раствора;

— усвоить принцип термического анализа и методику построения диаграмм плавкости;

— уметь анализировать диаграммы плавкости различных видов;

— знать физико-химические свойства эвтектических смесей, смесей, образующих химические соединения, плавящиеся конгруэнтно и инконгруэнтно, обладающих ограниченной растворимостью в твердом состоянии, изоморфных смесей.

III. ИСХОДНЫЙ УРОВЕНЬ ЗНАНИЙ: Для усвоения материала темы необходимо знать следующие, изученные на предыдущих занятиях вопросы:

— принципы построения и анализа диаграмм состояния;

IV. ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА ТЕМЫ:

1. Разновидности двухкомпонентных систем по особенностям состояния систем в процессе плавления и кристаллизации.

2. Диаграмма плавкости двухкомпонентных систем с неограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии и взаимной нерастворимостью в твердом состоянии (для неизоморфных смесей или систем с одной эвтектикой):

б) кривые ликвидуса и солидуса, их характеристика;

в) поля диаграммы, характеристика полей;

3. Эвтектические смеси: свойства и особенности кристаллизации.

4. Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем:

а) образующих устойчивое химическое соединение (с двумя эвтектиками);

б) образующих неустойчивое химическое соединение, перитектика;

в) с ограниченной взаимной растворимостью в твердом состоянии;

г) образующих твердый раствор (для изоморфных смесей).

5. Термический анализ. Кривые охлаждения.

6. Анализ диаграмм плавкости с позиций правила фаз Гиббса.

7. Использование правила рычага при определении по диаграммам плавкости масс жидкого расплава и выделившихся из него кристаллов.

8. Принципы построения диаграмм плавкости.

9. Применение диаграмм плавкости.

1. Евстратова К. И., Купина Н. А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия М., 1990, с. 85-93.

2. Киреев В. А. Краткий курс физической химии М. 1978, с.3321-343.

3. Стромберг А. Г., Семченко Д.П., Физическая и коллоидная химия М., 1999, с. 162-174.

4. Краснов К.С. Физическая химия М., 2001, с. 457-476.

5. Голиков Г.А. Руководство по физической химии М., 1988, с. 154-166.

VI. В О П Р О С Ы Д Л Я С А М О К О Н Т Р О Л Я :

1. Приведите общий вид диаграммы плавкости для неизоморфных смесей.

а. Назовите линии диаграммы. Зависимость между какими свойствами устанавливает каждая?

б. Перечислите поля диаграммы. Сколько и каких фаз содержится в системах, соответствующих фигуративным точкам, расположенным на каждом поле?

2. Какая фигуративная точка на диаграмме плавкости для неизоморфных смесей называется эвтектической. Сколько и каких фаз содержится в системе, соответствующей этой фигуративной точке?

3. Диаграмма плавкости для системы из компонентов А и В имеет вид:

Для смесей состава x и y, сделав построения, установите:

а. Гомогенна или гетерогенна система при температурах t1, t2, t3, t4. Каков качественный и количественный состав фазы (фаз).

б. Температуру начала кристаллизации.

в. Температуру конца кристаллизации.

4. Почему неизоморфные смеси различного состава начинают кристаллизоваться при разных температурах, а заканчивают кристаллизацию при одной температуре?

5. Почему неизоморфные смеси произвольного состава кристаллизуются в интервале температур, а эвтектическая смесь кристаллизуется при постоянной температуре?

6. Чем отличается начало кристаллизации неизоморфных смесей произвольного и эвтектического составов?

7. Можно ли и как по виду кривой охлаждения для смеси двух компонентов определить изоморфными или неизоморфными являются компоненты?

8. Перечислите свойства эвтектических смесей?

9. Какое из свойств эвтектических смесей следует учитывать при приготовлении порошков, чтобы в них не наблюдалось отсыревание или плавление при хранении?

10. С какой целью в фармации может быть использовано свойство твердых эвтектик иметь мелкую кристаллическую структуру?

11. Диаграмма плавкости для системы NaCl — NaBr имеет вид:

Определите для смеси состава х, сделав построения:

а. Температуру начала кристаллизации.

б. Температуру конца кристаллизации.

в. Состав первого кристалла, образующегося при кристаллизации этой смеси. Какого компонента в кристалле будет содержаться больше, по сравнению с составом исходного расплава?

г. Состав последнего кристалла.

д. Каков состав твердой и жидкой фаз, если смесь состава х находится при температуре t1.

12. Для системы, которой на диаграмме плавкости соответствует фигуративная точка Р (см. пункт 11):

а. Определить число, характер и состав фаз.

б. Определить число степеней свободы.

в. Привести уравнение для расчета массы кристаллов, если общая масса системы равна m.

13. Диаграмма плавкости для системы из двух компонентов A и B имеет вид

а. Сколько и каких фаз содержится в системах, соответствующих фигуративным точкам, расположенным в полях I, II, III, IV?

б. Сколько и каких фаз соответствует точкам Е1 и Е2?

14. Для смеси состава х (см. пункт 13), сделав построения, определите:

а. При какой температуре появится при охлаждении из расплава первый кристалл?

б. Каков состав этого кристалла?

в. При какой температуре закончится кристаллизация?

г. Какой вид будет иметь кривая охлаждения для этой смеси?

15. По диаграмме плавкости (см. пункт 13) определите температуру плавления химического соединения и приведите для него вид кривой охлаждения.

VII. ОБЯЗАТЕЛЬНЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ:

Примеры решения задач

По диаграмме плавкости системы компонентов А—В определите:

а) К какому типу относится данная система. б) Что представляет собой система состава 80% А + 20% В при температуре t / , какими степенями свободы она обладает. в) При какой температуре начинается кристаллизация в этой системе. Какое вещество (компонент) будет кристалли зоваться при этой температуре? г) Как будет изменяться состав системы при дальнейшем медленном охлаждении и при какой температуре закончится кристаллизация. Каковы состав и весовое количество фаз первоначальной системы, если провести ее резкое охлаждение до температу ры t»‘? Общий вес системы принять равным 1 кг. Какими степенями свободы обладает система в этом состоянии? д) Что представляет собой система и какими степенями свободы обладает при температуре t ///

а) Изображенная на диаграмме система относится к таким системам, которые образованы веществами, неограниченно растворимыми в жидком состоянии и нерастворимыми в твердом состоянии.

б) Система заданного состава характеризуется фигуративной точкой a. Она представляет собой гомогенную (однофазную) систему — раствор (расплав). Согласно правилу фаз, c = 2-1+1=2, т. е. в однофазном состоянии произвольно можно изменять температуру и состав системы.

в) Кристаллизация компонента А начнется при температуре t». Состав этой кристаллической фазы можно найти по изотерме (точка b). Кристаллизация компонента А приведет к увеличению содержания компонента В в растворе, а в связи с этим, к понижению температуры кристаллизации компо­нента А по линии be. Кристаллизация компонента А будет продолжаться до температуры te. В точке e состав жидкой фазы: 40% А и 60% В. Из такой жидкой фазы при дальнейшем охлаждении кристаллизуются оба компонента A и В (им соответствуют точки e и f). При этом температура не изменяется, и в равновесии сосуществуют кристаллы А, кристаллы В и жидкая фаза (точка e называется эвтектической точкой).

В этом состоянии система не имеет степеней свободы (с=0), поэтому температура кристаллизации остается постоянной до тех гор, пока не исчезнут последние капли жидкой фазы. После этого твердая фаза, состоящая из кристаллов A и В, будет охлаждаться.

г) При резком охлаждении системы до t»‘ (точка g) состав жидкой фазы значительно изменится вследствие выпадения кристаллов компонента А. Составы равновесных фаз можно найти, используя термическое условие фазовых равновесий. Точка 1 определяет состав твердой (фазы (компонент А), точка 2 — состав равновесной жидкой фазы (60% А и 40% В). Из точки 2 опускают перпендикуляр и определяют состав жидкой фазы.

По диаграмме состояния можно не только определить состав находящихся в равновесии фаз, но и оценить их относительное и абсолютное количество. Для этой цели служит правило рычага, согласно которому:

В рассматриваемом состоянии системы при температуре t'» общий (валовый) состав системы 80% А и 20% В, а в жидкой фазе 60% А н 40% В. Принимая общий вес 1 кг, получим:

т. е. вес кристаллов А и раствора одинаков (по 0,5 кг).

При t»‘ система задана точкой а. Имеет одну степень свободы (либо t, либо состав).

д) При t»» в системе нет жидкой фазы. Точка m характеризует гетерогенную двухфазную систему, содержащую 20% В и 80% А. Система имеет одну степень свободы (с = 1), которой может быть только температура, т. к. компоненты в твердом виде не образуют растворов и понятие «концентрация» теряет смысл.

Пример 14-2 По диаграмме плавкости компонентов А—В

определите: а) К какому типу относится данная система; какие поля характерны для данной диаграммы. б) Что представляет собой система состава 70% А и 30% В при температуре t’, какими степенями свободы она обладает. в) При какой температуре начнется кристаллизация системы, указанной в пункте б. Какое вещество будет кристаллизоваться при этой температуре? г) Как будет изменяться состав системы, заданной в п. б, при дальнейшем охлаждении. При какой температуре закончится кристаллизация? д) Какие фазы находятся в равновесии у систем, заданных фигуративными точками g и l. Какие степени свободы характерны для таких систем? е) Что представляет собой система при температуре t»»? Какими степенями свободы она обладает?

а) Изображенная диаграмма характерна для веществ, неограниченно растворимых в жидком состоянии, а в твердом состоянии в некоторой области концентраций и температур образующих твердые растворы, т. е. ограниченно растворимых.

Поле I соответствует расплаву компонентов А и В, поле II—твердому раствору В в А, поле IIa — твердому раствору А в В; поле III — двухфазной системе, состоящей из расплава А и В и твердого раствора В в А; поле IIIa — также двухфазной системе, состоящей из расплава А в В и твердого раствора А в В; поле IV — двухфазная система, состоящая из двух твердых растворов А в В и В в А. В точке e сосуществуют 3 фазы: твердый раствор В в А (точка e), твердый раствор А в В (точка f), и расплав из А и В.

б) Система состава 70% А и 30% В при температуре t / однофазна, представляет собой расплав А и В, обладает двумя степенями свободы — температурой и концентрацией.

в) При охлаждении этой системы до температуры t» будет кристаллизоваться твердый раствор В в А, состав которого определяют, проведя изотерму до пересечения с линией t’е (точка b).

г) При дальнейшем охлаждении жидкая фаза будет обогащаться компонентом В, что отвечает перемещению фигуративной точки а по кривой t’e до точки e. Кристаллизация системы закончится при температуре, соответствующей точке e.

д) В системе, заданной точкой g, в равновесии две фазы: жидкий расплав (точка 1) и кристаллы твердого раствора В в А (точка 2). Соотношение между массами этих фаз можно найти по правилу рычага. Число степеней свободы—1: либо t, либо с.

Система, заданная точкой l, состоит из одной фазы — твердого раствора В в А. Число степеней свободы c = 2—1 + 1 = 2: и температура, и состав.

е) При температуре t»» (точка m) система двухфазна, состоит из двух твердых растворов. Состав растворов можно определить, проведя изотерму через точку m до пересечения с линиями составов твердых растворов. Точка 3 характеризует состав твердого раствора А в В, точка 4 — состав твердого раствора В в А. Число степеней свободы — 1: температура или концентрация.

14-1. По диаграмме плавкости системы, указанной в таблице вариантов, определите:

б) число фаз, число степеней свободы, состав фаз для указанного состава системы при заданной температуре,

в) температуру, при которой изменяется число фаз и природа фаз, если в системе указанного состава температура изменяется в заданном направлении;

г) температуру кристаллизации эвтектической смеси и состав ее для данной системы. Существуют ли жидкие фазы ниже эвтектической температуры?

№ вар № рис Состав системы t 0 C Изменение температуры
компонент %масс
Нафталин повышение
Бензойная к-та 88,5 понижение
Нафталин
Фенол
Фенилсалицилат
Фенол повышение
Медь
Серебро понижение
Серебро повышение
Цинк
Магний понижение
Цинк повышение
Олово понижение
Свинец повышение

Рис 1 Рис 2 Рис 3

Диаграмма плавкости системы нафталин-бензойная кислота Диаграмма плавкости системы фенол-фенилсалицилат Диаграмма плавкости системы серебро-медь

Рис 4 Рис 5

Диаграмма плавкости системы цинк-магний Диаграмма плавкости системы олово-свинец

VIII. ПЛАН РАБОТЫ НА ПРЕДСТОЯЩЕМ ЗАНЯТИИ:

1. Контроль и коррекция выполнения домашнего задания.

2. Разбор основных теоретических вопросов темы.

5. Выполнение лабораторной работы: «Построение диаграммы плавкости двухкомпонентной системы камфора-бензойная кислота».

Лабораторная работа №9

«Построение диаграммы плавкости двухкомпонентной системы камфора-бензойная кислота»

1.Установить данные для построения линии ликвидуса, измерив температуру начала кристаллизации смесей камфора-бензойная кислота состава:

№ смеси
Массовая доля бензойной кислоты в смеси ( w, %)

а. Расплавить содержимое каждой из пробирок в парафиновой бане.

б. Погрузить в расплав термометр. Убедиться в отсутствии кристаллов в системе.

в. Перенести пробирку с термометром, предварительно протерев ее сухой салфеткой, в воздушную «рубашку».

г. Отметить температуру появления первого кристалла (температуру начала кристаллизации).

2. Установить данные для построения линии солидуса, сняв кривую охлаждения для одной из смесей, указанной преподавателем.

а. Расплавить указанную смесь и погрузить в нее термометр. Смесь перенести в воздушную «рубашку».

б. Отмечать температуру смеси с момента внесения термометра (смесь находится в расплавленном состоянии) через каждые 30 с.

в. Опыт закончить, когда смесь полностью затвердеет, а температура образовавшегося сплава понизится на 3-4 0 С. О конце кристаллизации смеси можно судить по постоянству температуры системы в течение 2-4 или более последовательных отсчетов времени.

г. Построить кривую охлаждения исследуемой смеси в координатах t – время (t).

д. По кривой установить температуру кристаллизации эвтектики tэ (температуру конца кристаллизации смеси).

3. Построить диаграмму плавкости.

На поле графика в координатах t – состав:

а. Отложить по оси температур значение температуры конца кристаллизации смесей различного состава tэ, определенной на втором этапе работы, и провести линиюсолидуса.

б. Нанести на поле диаграммы точки, отвечающие температурам начала кристаллизации (определены на первом этапе работы) смесей заданных составов.

в. Соединить точки плавной линией – линией ликвидуса, чтобы ветви линии пересеклись и в точке пересечения коснулись линии солидуса (точка Е).

4. Охарактеризовать способность камфоры и бензойной кислоты растворяться друг в друге в жидком и твердом состояниях, определив тип диаграммы, и установить состав эвтектической смеси.

а. О способности камфоры и бензойной кислоты растворяться друг в друге в жидком и твердом состояниях и типе диаграммы плавкости судить по виду диаграммы.

б. Состав эвтектики определить, опустив перпендикуляр из точки эвтектики (Е) на диаграмме плавкости на ось состава.

5. Данные для построения диаграммы плавкости представить в таблице:

№ смеси Массовая доля бензойной кислоты в смеси (w, %) Температура начала кристаллизации Температура конца кристаллизации
1. 2. 3. 4. 5. 6.

ТЕМА ИТОГОВОГО ЗАНЯТИЯ: «ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ. МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ «.

Итоговое занятие по разделу «Термодинамика фазовых равновесий», при подготовке к которому необходимо пользоваться планами изучения темы и вопросами для самоконтроля к предыдущим занятиям, а также следующими вопросами:

1. Сравнительный анализ физико-химических свойств систем по диаграммам состояния свойство-состав:

б. Кипения (для идеальных смесей, смесей с небольшими отклонениями от закона Рауля и смесей, компоненты которых образуют азеотроп).

в. Плавкости для различных систем.

2. Физико-химические методы разделения, очистки и изучения свойств веществ, основанные на процессах фазового перехода:

г. Перегонка с водяным паром.

Характеристика перечисленных методов предусматривает знание следующих вопросов:

1. Назначение метода (область использования).

2. Физическое (физико-химическое) явление, лежащее в основе метода.

3. Основная закономерность, используемая в методе.

5. Принципиальное устройство прибора, установки.

6. Основные преимущества, недостатки, особенности, ограничения метода. Оптимальные условия проведения процесса разделения.

7. Использование метода в фармации и биотехнологии.

З А Н Я Т И Е № 16

Т Е М А: «СВОЙСТВА РАЗБАВЛЕННЫХ РАСТВОРОВ НЕЛЕТУЧИХ НЕЭЛЕКТРО-

I. МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ: Свойства разбавленных растворов, зависящие только от количества нелетучего растворенного вещества, называются коллигативными свойствами. К ним относятся понижение давление пара растворителя над раствором, повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания раствора, а также осмотическое давление. С учетом этих свойств, определяющих в частности величину осмотического давления, готовят растворы многих лекарственных препаратов, проводя их изотонирование. Действие многих лекарств само по себе связано с повышением или понижением осмотического давления. Определяя повышение температуры кипения или понижения температуры замерзания раствора по отношению к чистому растворителю, осмотическое давление раствора, можно установить молекулярную массу растворенного вещества, степень и константу диссоциации электролита, частичную (осмотическую) концентрацию вещества в растворе.

В биотехнологической практике для определения молекулярной массы изучаемого вещества широко используется, предлагаемый для освоения на занятии, криометрический метод Раста.

II. ЦЕЛЬ САМОПОДГОТОВКИ: усвоить основные законы для растворов неэлектролитов – закон рауля, закон Вант-Гоффа и его следствия, сущность явлений криоскопии, эбулиоскопии, осмоса, применение метода Раста.

III. ИСХОДНЫЙ УРОВЕНЬ ЗНАНИЙ: способы выражения состава растворов, понятие «давление насыщенного пара», «температура кипения», «температура кристаллизации», механизм явления осмоса.

IV. ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА ТЕМЫ

1. Растворы – определение. Способы выражения состава растворов:

а) массовая доля компонента (w);

б) молярная доля компонента (c);

в) молярная концентрация компонента (С);

г) молярная концентрация эквивалентов компонента (Сэкв или Сeq);

д) моляльность компонента (в).

2. Коллигативные свойсва растворов.

3. Насыщенный пар. Давление насыщенного пара над жидкостью, его зависимость от природы жидкости и температуры.

4. Закон Рауля для разбавленных растворов нелетучих неэлектролитов – содержание, словесная и математическая формулировки.

5. Графическая зависимость давления насыщенного пара над растворителем и раствором от температуры, анализ этой зависимости.

6. Физико-химические определения температур плавления (замерзания) и кипения. Нахождение температур замерзания и кипения по графику зависимости давления насыщенного пара от температуры для чистого растворителя и раствора.

7. Криоскопический эффект – определение явлению. Основная закономерность, описывающая это явление (словесная формулировка). Уравнение зависимости понижения температуры замерзания раствора от концентрации растворенного вещества для разбавленных растворов нелетучих неэлектролитов.

8. Криоскопическая постоянная Ккр:

б) факторы, влияющие на величину Ккр;

в) способы определения Ккр.

9. Уравнение для расчета молярной массы нелетучего неэлектролита по величине понижения температуры замерзания разбавленного раствора нелетучего неэлектролита.

10. Эбулиоскопический эффект – определение явления. Основная закономерность, описывающая это явление. Уравнение зависимости повышения температуры кипения раствора от концентрации растворенного вещества для разбавленных растворов нелетучих неэлектролитов.

11. Эбулиоскопическая постоянная Кэб:

б) факторы, влияющие на величину Кэб;

в) способы определения Кэб.

12. Осмос – определение явлению. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа – формулировка и математическое выражение для разбавленных растворов нелетучих неэлектролитов.

13. Изотонические, гипертонические, гипотонические растворы. Гемолиз, плазмолиз.

14. Методы определения температуры плавления (замерзания). Капиллярный метод определения температуры плавления веществ.

15. Криометрия, эбулиометрия и осмометрия, как методы исследования разбавленных растворов.

  1. Криоскопический метод определения молярной массы вещества по Расту. Особенности метода.

1. Евстратова К. И., Купина Н. А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия М., 1990, с. 68-82.

2. Киреев В. А. Краткий курс физической химии М. 1978, с.290-300.

3. Стромберг А. Г., Семченко Д.П., Физическая и коллоидная химия М., 1999, с. 182-202.

4. Краснов К.С. Физическая химия М., 2001, с. 390-400.

VI. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

г) моляльность сахарозы в растворе, полученном при растворении 17,1 г сахарозы (М = 342 г/моль) в 82,9 г воды С12Н22О11 (М = 18 г/моль). Плотность раствора принять равной Н2О 1,067 10 3 г/л.

Ответ: = 1,08%; = 17,1%; С = 0,53 моль/л; b = 0,6 моль/кг

2. При каком условии жидкость закипит? Какую температуру называют температурой кипения?

3.При каком условии кристаллизуется жидкость? Какую температуру называют температурой замерзания?

4.Какой пар называют насыщенным? Дайте определение давлению насыщенного пара.

5.Почему при одной и той же температуре давление насыщенного пара над водой выше, чем над водным раствором глицерина с массовой долей глицерина 2%?

6.Имеются два раствора одинаковой моляльной концентрации. Растворенное вещество в первом растворе летучее, а во втором – нелетучее. Над каким раствором давление пара выше?

7.Почему при одном и том же давлении вода замерзает при 0 0 С, а раствор глюкозы в воде с массовой долей глюкозы 18% замерзает при 2,27 0 С?

8.Почему при нормальном атмосферном давлении бензол кипит при 80,1 0 С, а раствор дифениламина в бензоле с массовой долей дифениламина 10% кипит при 80,3 0 С?

9.На графике представлены три линии зависимости давления насыщенного пара от температуры:

2 — для раствора мочевины в воде

10. Укажите по графику температуры:

в) замерзания раствора мочевины в воде;

г) кипения раствора мочевины в воде;

11. Приведите уравнения для расчета:

а) относительного понижения давления насыщенного пара растворителя над раствором нелетучего неэлектролита, молярная доля которого c (закон Рауля),

б) понижения температуры замерзания раствора неэлектролита,моляльность которого в растворе равна «в»,

в) повышения температуры кипения раствора неэлектролита, моляльность которого равна «в»,

Источник

Adblock
detector