Парциальные мольные свойства
Методическое пособие - Химия
Другие методички по предмету Химия
едах: воздуха, воде и в исследуемом растворе. Весы, предназначенные для этой работы, отличаются от обычных аналитических весов: у них снята правая чашка весов и ее вес уравновешен бруском свинца.
На кафедре имеется брошюра с методическими указаниями по проведению этой работы авторов Булатова Н.К., Лундина А.Б., Степановских Е.И., в которой подробно рассмотрены основные принципы определения парциальных мольных объемов [7], поэтому в рамках данных методических указаний этот материал приведен в краткой форме.
Шарик подвешивается на легкой нити к крючку на правом плече коромысла аналитических весов. Слева имеются гирьки, уравновешивающие вес шарика.
Сила, с которой шарик действует на весы , будучи подвешенным на коромысло и находясь в воздухе, равна:
(29)
При уравновешивании весов, эта же сила равна силе, с которой на другую чашку весов действуют гири:
(30)
В формулах ( 29,30 ) FA и - архимедовы силы, действующие на шарик и на гирьки; - плотности масс материала шарика, гирек и воздуха; m1, Vг - масса и объем гирек, уравновешивающих шарик. В виду существенной разницы в численных значениях, плотностью массы воздуха по сравнению с плотностями масс материала шарика и гирек можно пренебречь, и тогда из (29) и (30) получим:
. (31)
При взвешивании шарика в других средах (например, в воде и в исследуемых растворах с плотностями масс и , соответственно) пренебрегать плотностью масс среды нельзя и поэтому в этих случаях можно записать:
, (32)
, (33)
где - массы гирек, уравновешивающих шарик в воде и в исследуемом растворе.
Решая систему уравнений (31), (32), (33) относительно плотности массы исследуемого раствора, находим:
. (34)
Таким образом, задача экспериментального определения плотности массы исследуемых растворов сводится к взвешиванию одного и того же шарика сначала в воздухе (), затем в воде (), а затем в нескольких, отличающихся по концентрации растворах ( и т.д.). Затем по формуле (34) определяют плотность массы исследуемого раствора.
Следует отметить, что при взвешивании шарика в воде или в исследуемом растворе на подставку, не связанную с механизмом весов, помещают стакан с водой или раствором, а в него опускают подвешенный на леске шарик. Шарик весь должен быть покрыт раствором и при этом не должен касался ни стенок сосуда, ни дна. Перед опусканием в следующий исследуемый раствор шарик нужно промывать в воде и просушивать фильтровальной бумагой или полотенцем.
Рекомендации по проведению опыта и записи результатов
Удобно фиксировать результаты опытов в таблице примерной формы 1. Результаты вычислений плотности массы раствора по формуле (34), удельного объема раствора (величина обратная плотности массы), а также результаты графического определения парциальных удельных объемов в растворах различного состава удобно фиксировать в таблице формы 2.
Результаты взвешивания шарика в водных растворах этанола различных составов. Величина = г
Таблица 1
?20 1, г
Результаты вычислений
Таблица 2
?2 0 1, кг/м3 v уд , м3/кгv уд,1 , м3/кгv уд,2 , м3/кг
Определенные графически парциальные удельные объемы обоих компонентов необходимо перевести в парциальные мольные объемы, массовую долю второго компонента перевести в мольную долю, представить данные в таблице формы 3 и в виде графика, содержащего две зависимости: v 1 N2 и v 2 N2.
Зависимость парциальных мольных объемов от состава
Таблица 3
?2 0 1N2v 1 , м3/мольv 2 , м3/моль
По результатам вычислений, сведенных в табл. 3 , необходимо построить график зависимости парциальных мольных объемов компонентов - воды и этилового спирта от состава раствора - мольной доли этанола. Обе эти кривые можно нанести на одну координатную плоскость, а можно представить их в виде двух графиков.
В выводах по работе целесообразно указать метод, каким было проведено определение парциальных мольных объемов, проанализировать полученные результаты.
Лабораторная работа № 12 а.
Получение зависимости мольного объема бинарного раствора от состава раствора по справочным данным
По ряду причин в студенческом практикуме невозможно использовать некоторые бинарные растворы. Это связано с техникой безопасности в химической лаборатории, которая не разрешает использовать ядовитые вещества и не рекомендует использовать вещества с сильным резким запахом. В предлагаемой далее расчетной лабораторной работе речь пойдет именно о таких веществах: о метаноле, пропаноле, уксусной и муравьиной кислотах, об ацетоне.
Работа отличается от экспериментальной работы тем, что таблица 1 уже заполнена. В справочной литературе представлены данные о величинах плотности массы водных растворов некоторых веществ в зависимости от концентрации растворов. Известно, что плотность массы является величиной, обратной удельному объему. С использованием этих данных, были смоделированы несколько вариантов лабораторных работ, в которых не требуется проведения эксперимента.
Студенту предлагается воспользоваться этими данными и провести дальнейший расчет по ним. Так как этот вариант лабораторной работы не связан с проведением эксперимента, количество данных, по которым предлагается произвести расчет, увеличено.
В конце методических указаний приведены 12 вариантов смоделированных результатов взвешивания шариков в различных средах: воздухе, воде и в растворе исследуемых веществ. Температура во всех опытах бы