Методическое пособие к лабораторным работам по физической и коллоидной химии для студентов биологических факультетов

Вид материала

Методическое пособие

Содержание Таблица 5.7 Данные для определения поверхностного натяжения Плотность, уд.вес ж-ти, d кг/м ЗАДАНИЕ 5. Определение величины адсорбции уксусной кислоты на угле или почве Таблица 5.8 Результаты титрования при адсорбции. Таблица 5.9. Результаты титрования при ионном обмене ЗАДАНИЕ 7. Определение содержания ионов в пробе питьевой или технической воды в пересчете на анион ОН Таблица 5.10. Результаты титрования при анионном обмене

Подобный материал:

• Методические указания к электронным лабораторным работам по курсу физической химии, 2388.82kb.
• Учебное пособие Ставрополь 2005 удк 577. 1 (075. 8) Бкк 28. 072, 277.1kb.
• Учебное пособие Ставрополь 2005 удк 577. 1 (075. 8) Бкк 28. 072, 240.13kb.
• Настоящее учебное пособие подготовлено для студентов факультетов физической культуры., 2524.83kb.
• Календарно-тематический план лекций по физической и коллоидной химии для студентов, 67.53kb.
• Методическое пособие по лабораторным работам для студентов специальности 201400 «аудиовизуальная, 446.61kb.
• Методическое пособие по выполнению (подготовке) и защите для студентов отделений, 810.13kb.
• Учебно-методическое пособие для студентов биологических факультетов специальности 011600, 1207.48kb.
• Методические указания к лабораторным работам по биологической химии для студентов, 948.06kb.
• Учебно-методическое пособие для иностранных студентов. Волгоград 2004, 415.65kb.

На основании данных табл. 5.5 и 5.6 строят изотермы адсорбции и поверхностного натяжения, откладывая по оси абсцисс значения равновесных концентраций растворов, а по оси ординат – величины адсорбции Г в кмоль/м³ и поверхностного натяжения () в Н/м.В заключении по характеру изменения делают вывод о принадлежности бутилового спирта к ПАВ. Если Δσ< 0, а Г будет (+),вещество накапливается в поверхностном слое и является поверхностно - активным (ПАВ).

Если Δσ > 0, Г будет отрицательной - вещество поверхностно - неактивно.

ЗАДАНИЕ 4. Определение поверхностного натяжения и установление влияния длины цепи на поверхностное натяжение алифатических спиртов методом поднятия жидкости в капилляре.

Опыт проводят согласно методике , описанной в задании 5.3.

Таблица 5.7 Данные для определения поверхностного натяжения

Исследуемая жидкость	С, кмоль/м3	Показание масштабной линейки, h м	Масса 10см3жидкости, m, кг	Плотность, уд.вес ж-ти, d кг/м3	, Н/м
Н 2О	0,000	1……	…
		2… h0		1000
		3……	…
С2Н5ОН	0,1	1……	m1 =
		2……
		3……
С3Н7ОН	0,1	…. ….	m2=
С4Н9ОН	0,1	…. ….	m3 =
С5Н11ОН	0,1	………	m4 =
……….		………	m5 =
…………		………	m6 =

Результаты измерений заносят в табл. 5.7.

Затем рассчитывают поверхностное натяжение спиртов по формуле (5.12) и по результатам строят график, откладывая на оси абсцисс число атомов углерода, а на оси ординат – значения .

Понятие  в разбавленных растворах может служить мерой поверхностной активности.

Найдя последовательное отношение  спиртов, необходимо показать, во сколько раз уменьшается поверхностное натяжение с удлинением углеродной цепи на группу - СН₂ -, т.е., соблюдается ли правило Траубе-Дюкло (с увеличением длины углеводородной цепи на –СН₂ –адсорбционная активность возрастает в 3-3,2 раза.

ЗАДАНИЕ 5. Определение величины адсорбции уксусной кислоты на угле или почве

Для изучения адсорбции уксусной кислоты активизированным углем или почвой определяют ее концентрацию в испытуемом растворе методом титрования до и после адсорбции.

В титровальные колбы отбирают по 10 см³ растворов, добавляют к ним 1-2 капли раствора фенолфталеина и титруют из бюретки 0,1 н раствором щелочи до появления слабой малиновой окраски, не исчезающей в течение одной минуты. Титрование каждого раствора следует проводить в 2-3-х кратной повторности.

Расчет концентрации кислоты в растворах осуществляют, используя усредненные данные результатов титрования, по формуле:


С _К = 5.15

где: С_к – молярная концентрация эквивалента кислоты, моль/дм3;

С_щ – молярная концентрация эквивалента щелочи, моль/дм³;

V_к - объем кислоты, см³;

V_щ - объем щелочи, см³.

Адсорбцию проводят в отдельных колбах, куда помещают по 1 г активированного угля или по 10 г почвы, заливают 50 см³ исходных растворов уксусной кислоты и содержимое перемешивают или встряхивают.

Затем адсорбент отфильтровывают через двойной складчатый фильтр, а фильтрат используют для титрования. Результаты титрования заносят в табл. 5.8.

Таблица 5.8 Результаты титрования при адсорбции.

Раствор N по порядку	До адсорбции				После адсорбции
	Измерение, Vщ			Ск	Измерение, Vщ			Ск	Г
	1	2	среднее		1	2	среднее

и по данным рассчитывают величину адсорбции по уравнению Ловица (см ур. 5.8)

При изучении адсорбции из растворов для нахождения константы адсорбции удобнее применять графические выражения уравнения Фрейндлиха и Ленгмюра (см ур. 5.3 -5.5, рис 5.2, 5.3 )

Значение константы К и 1/n находят из графика изотермы адсорбции по Фрейндлиху (см ур. 5.3-5.4, рис 5.3 ) откладывая на оси абцисс значения lgC на оси ординат –lg Х / m.


ЗАДАНИЕ 6. Определение обменных катионов Н⁺ в системе почва -раствор

10 г воздушно-сухой почвы и 50 см³ дистиллированной воды встряхивают в конической колбе в течение 6 мин. Затем суспензию отфильтровывают через складчатый бумажный фильтр. Последние капли фильтрата наносят на полосу фильтровальной бумаги, добавляют каплю индикатора (метилового оранжевого или фенолфталеина) и проверяют наличие ионов Н⁺. Если индикатор дает положительную реакцию, то промывку продолжают, приливая еще 10 см³ дистиллированной воды на фильтр с почвой. Операцию продолжают до тех пор, пока индикатор не дает отрицательную реакцию на ионы Н⁺.

Отмытую от свободный ионов Н⁺, почву с фильтра переносят снова в коническую колбу, смывают почву с фильтра 50 см³ 1,0 н KCl, энергично встряхивают и фильтруют через бумажный складчатый фильтр в мерную колбу объемом 50 см³. Фильтрат доводят до метки водой и, отобрав 25 см³, добавляют индикатор (фенолфталеин) и титруют 0,001 н NaOH до изменения окраски индикатора. Титрование повторяют, данные заносят в табл. 5.6.

Таблица 5.9. Результаты титрования при ионном

обмене

Объем отобранного фильтрата Vк, см3	Ср(щ), моль/дм3	Vщ, см3		Сн(к), моль/дм3	Vф, см3	mН, г
		1 титрование	2 титрование

По усредненным данным титрования рассчитывают концентрацию ионов Н⁺ в фильтрате, используя формулу (5.15).

Затем определяют содержание Н⁺ в почвенном растворе и по уравнению:


m_x = C_H+V_ФЭ_Х 10^-3 5.16


где V_ф - общий объем фильтрата, см³;

Э_х – эквивалент определяемого иона (Э_(Н+) =1)


Почва, как известно, состоит из органической и минеральной части. Содержащиеся в почве в поглощенном состоянии ионы водорода могут обмениваться в эквивалентных количествах на любые другие ионы. Общее уравнение ионного обмена Б.П.Никольского (ур. 5.10).

При обмене ионов Н⁺ в почве происходит процесс


ПН⁺+ К⁺ + Cl^— → ПК⁺+ Н⁺ + Cl^—.


Вытесненный ион Н⁺ и определяется титрованием. Сделайте выводы.

Количественная характеристика ионного обмена в почве впервые изучена К.К.Гедройцем.


ЗАДАНИЕ 7. Определение содержания ионов в пробе питьевой или технической воды в пересчете на анион ОН^-

Для определения общего количества анионов в исследуемом растворе, в основном, используются аниониты, которые предварительно переводят в ОН^- форму. Для этого через предварительно набухшей под водой анионит ЭДЭ-10П, находящийся в ионообменной колонке, пропускают 10 см³1 н раствора NaОН.

Затем анионит отмывают от не поглощенных ионов ОН^- небольшими порциями дистиллированной воды до отрицательной реакции по фенолфталеину. Для проверки на полноту промывания каплю фильтрата помещают на предметное стекло и добавляют к ней одну каплю фенолфталеина. Отсутствие окраски при этом свидетельствует о полноте промывания анионита от ионов ОН^-.

Во всех случаях пропускания через ионообменную колонку жидкостей над анионитом следует оставлять столбик жидкости 1-1,5 см, иначе в колонке могут образоваться воздушные пузырьки, которые уменьшат ее емкость и затруднят прохождение жидкости через ионит.

Испытуемую жидкость (питьевую или техническую воду) в объеме 25 см³ пропускают через подготовленный анионит и промывают его 2-3 раза небольшими порциями дистиллированной воды. Фильтрат и промывные воды собирают в мерную колбу объемом 50 см³.

Раствор доводят до метки дистиллированной водой, отбирают 25 см³, добавляют 1-2 капли индикатора (фенолфталеин) и титруют из бюретки 0,01 н раствором кислоты (НCl) до исчезновения малиновой окраски. Титрование повторяют, а данные заносят в табл. 5.10

По среднему значению V_к-ты, пошедшего на титрование, рассчитывают концентрацию ионов ОН^- в пробе из выражения:


С_Н+ *V_к-ты

С_он- = ————— 5.17

V_пр

Таблица 5.10. Результаты титрования при анионном обмене

Объем отобранного фильтрата Vпр, см3	СН+ , моль/дм3	Объем кислоты, пошедшей на титрование Vк-ты, см3			Спробы на ОН-ион, моль/дм3	Vф, см3	mОН-, г
		1 титрование	2 титрование	среднее

Затем рассчитывают содержание ионов ОН^- ионов в 25 см³ взятой на анализ воды:


m_ОН-= С_ОН ^_ V_Ф Э_ОН ^_ 10 ^-3 г / 25 см³ воды. 5.18


Далее выражают m_ОН^_ на 1 дм³ (1 л) питьевой или технической воды и делают вывод об общем содержании анионов в пробе в пересчете на ОН^—ион.

На границе раздела раствор сильного электролита и полярное твердое тело (анионит) возникает двойной электрический слой. Ионы внешней обкладки этого слоя, сравнительно слабо связанные с твердой фазой силами электростатического взаимодействия, могут обмениваться с одноименными ионами из раствора в эквивалентных количествах.

Процессы ионного обмена на твердой поверхности характеризуются уравнениям Б.П. Никольского (см. ур –ние 5.10).

При обмене анионов в пробе с анионитом в ОН^- форме происходит процесс, который схематично можно записать:


Cl^- │Cl^-

Анионит X OH^— +SO₄^2-  Анионит SO₄² + X OH^—

CO₃^2- и др │ CO₃²

и др.


Концентрация ОН^- анионов определяется титрованием HCl и будет характеризовать суммарное количество анионов в пробе воды в перерасчете на ион ОН^-.


ТЕМА 6.