Тема: Определение кристаллизационной воды в кристаллогидратах

1. Взятие навески хлорида бария CuSO₄×5Н₂О

Масса бюкса с сульфатом меди (II), г …17,1094

Масса пустого бюкса с крышкой, г …16,8223

Масса навески CuSO₄×5Н₂О, г.... 0,2871

 

1. Высушивание навески хлорида бария.

Масса бюкса с хлоридом бария после высушивания, г

1-е взвешивание... 17, 0096

2-е взвешивание... 17,0012

3-е взвешивание... 17,0012

 

3. Вычисление массы кристаллизационной воды:

17,1094 — 17,0012= 0,1082 г.

 

4. Содержание (%) кристаллизационной воды вычисляют по формуле

Исходную навеску 0,2871 г принимаем за 100%

»» 0,1082 г    »   »   » х %

Х = 0,1082 •100/0,2871 =37,69%.

Ошибка определения. Масса воды, входящая в формулу кристаллогидрата, является вели­чиной теоретической и вычисляется из пропорции:

в 250 г CuSO₄×5Н₂О содержится 90,0 г Н₂О

в 100   г CuSO₄×5Н₂О»»»» х г Н₂О

х = 90,0 •100/250 =36,00 %.

Разность между полученной и теоретической величинами является абсолютной ошибкой определения: 37,69 -36,00 = 1,69 %.

Относительная ошибка: 1,69 • 100/ 36,00 = 4,69%

 

Оформите результаты лабораторной работы в тетради.

Сделайте выводы.

Практическое занятие № 9.

«Выбор методов и ход химического анализа, подбор реактивов и аппаратуры»

Практическое занятие № 10.

«Выполнение расчетов эквивалентов окислителя»

Цель: - сформировать представление о различных методах окислительно-   восстановительного титрования;

      - научиться составлять баланс окислительно- восстановительных реакций;

      - научиться считать эквиваленты окислителя и восстановителя.

 

Пояснение к работе

     В окислительно-восстановительном титровании используют реакции, основанные на изменении степеней окисления реагирующих веществ, т.е. окислителя и восстановителя.

      Методы окислительно-восстановительного титрования классифицируют в соответствии с применяемым титрованным раствором. К наиболее распространённым из них относятся следующие:

1. Перманганатометрия. Определение основано на использовании реакций окисления раствором перманганата калия КМпО4

2. Иодометрия. Определение основано на использовании реакций окисления иодом или восстановления иодид ионами.

3. Хроматометрия. Определение основано на использовании растворов хромата и дихромата калия.

4. Броматотермия. Метод основан на использовании реакций окисления раствором бромата калия.

Для нахождения молярной массы эквивалента в реакциях окисления и восстановления необходимо молярную массу М окислителя или восстановителя разделить на число электронов, присоединяемых или отдаваемых в данной реакции одной молекулой реагирующих веществ:

 

М(экв) = М /n,

где n – число электронов, присоединяемых или отдаваемых одной молекулой

окислителя или восстановителя.

  В перманганатометрии вычисление молярной массы эквивалентов проводят с учётом применяемой среды. Например: реакция окисления перманганата калия солей железа(2) в кислой среде происходит по уравнению:

2 КМпО4 + 10 FеSО4 + 8 Н2SО4 = 2МпSО4 + К2SО4 + 5Fе2(SО4)3 + 8Н2О

                        Мп(+7) + 5е = М 5 2 окислитель

Fе⁺² - 2е = Fе⁺³   2 5 восстановитель

Молярная масса окислителя КМпО4 равна:

 М(КМпО4) = 39+ 55 + 16•4 =158 г/моль.

Молярная масса эквивалента окислителя КМпО4 равна:

 158г/моль: 5 = 31,8г/моль

При окислении в щелочной или нейтральной средах Мп(+7) восстанавливается до Мп(+4), принимая три электрона, с образованием Н2МпО2, выпадающего в виде бурого осадка.

Реакция окисления проходит по уравнению:

Сr2(SО4)3 + 2КМпО4 + 8КОН = 2Н2МпО2 +2К2СrО4 + 3К2SО4 + 2Н2О

                      2Сr⁺³ – 6е =2 Сr(+6)    6 2 1 восстановитель

                                    Мп(+7) + 3е =Мп⁺    3 1 2 окислитель

Отсюда молярная масса эквивалента КМпО4 в щелочной и нейтральной средах равна:

158 г/моль: 3 = 52,68 г/моль

При расчёте молярной массы эквивалентов солей железа(2) вступающих во взаимодействие с перманганатом калия, видим, что каждая молекула FеSО4 окисляясь, отдаёт один электрон, поэтому его молярная масса эквивалентов равна молярной массе, т.е. 151,9 г/моль.

  Таким образом, при расчёте молярной массы эквивалентов необходимо учитывать условия и химизм протекания реакций.

 

Иодометрия основана на окислительно – восстановительных процессах, связанных с восстановлением J2 до 2Jֿ ионов или окислении их до J2. Cвободный иод является слабым окислителем, а ионы иода – сильным восстановителем.

Основная реакция при иодометрических определениях:

 

J2 + 2е = 2Jֿ

 

Хроматотермия. В основе метода лежит окисление растворов восстановителей дихроматом калия КCrО4:

 

CrО4²־ + 14Н⁺ – 6е = 2Cr⁺³ + 7Н2О

 

При взаимодействии с восстановителем дихромат - ион принимает 6 электронов и переходит в Cr⁺³

Алгоритм расчёта эквивалентов окислителя и восстановителя

1. Установить химизм протекания реакции

2. Написать молекулярное уравнение реакции

3. Указать степени окисления у тех элементов, которые её изменяют в ходе реакции

4. Составить электронное уравнение

5. Найти коэффициенты при окислителе и восстановителе и продуктах их окисления и восстановления

6. Подобрать коэффициенты перед другими формулами

7. Проверить правильность написания уравнения реакции: количества веществ (атомарных атомов) в левой части уравнения должны быть равны количествам веществ в правой части уравнения.

                                Лабораторное занятие № 1.

«Определение поверхностного натяжения жидкостей. Соблюдение правил техники безопасности при работе в химической лаборатории»

Цель работы: Научиться определять поверхностное натяжение жидкостей сталагмометрическим методом и методом максимального давления газового пузырька.

ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ

1. Прибор для определения поверхностного натяжения

2. Сталагмометр

3. Пипетки емкостью 1 и 10 мл.

4. Исследуемые и стандартная (вода) жидкости

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Метод максимального давления газового пузырька (метод Ребиндера)

Работа проводится на установке, состоящей из сосуда 1 с пробкой, в которую вставлена пипетка с капиллярным кончиком 2, водяного эжектора 3 для создания разряжения в сосуде 2 и манометра 4 (рис.1). Перед началом работы промывают хромовой смесью и дистиллированной водой сосуд и капилляр. Из капиллярного кончика оставшуюся жидкость удаляют путем легкого прикосновения капилляром к фильтровальной бумаге.

Определение константы капилляра производят следующим образом. В сосуд Ребиндера наливают столько дистиллированной воды, чтобы в плотно закрытом резиновой пробкой сосуде капиллярный кончик только касался поверхности воды, слегка приподнимая ее.

Если воды в сосуде немного больше и капилляр погружен глубоко, то, передвигая трубку в пробке, добиваются касания капилляром поверхности воды или ее избыток отбирают пипеткой.

С помощью эжектора создают такое разрежение внутри установки, чтобы через капиллярный кончик пузырьки воздуха проходили примерно со скоростью два – три в минуту. Нельзя допускать образования устойчивых гроздьев пузырьков или слишком медленного их возникновения.

Рис. 1. Прибор Ребиндера для определения поверхностного натяжения.

Перед измерением установку обязательно проверяют на герметичность. Для этого открывают нижний кран эжектора и из него струйкой выливают воду до тех пор, пока в сосудике 1 не начнут выделяться пузырьки воздуха. Затем нижний кра эжектора закрывают. После окончания выделения пузырьков необходимо убедиться, что созданное в сосудике разряжение сохраняется постоянным, т.е. разность уровней манометрической жидкости не должна изменяться в течение 2-3 мин.

Установив определенную частоту проскакивания пузырьков воздуха, производят по манометру не менее трех отсчетов максимальной разности уровней манометрической жидкости в левом и правом колене манометра (h₀, миллиметров водяного столба). Отсчет h₀ производят в момент проскока пузырьков воздуха, так как разность уровней манометрической жидкости все время колеблется. При образовании пузырька устанавливается определенное давление. Когда пузырек лопается, давление сразу падает и затем опять начинает повышаться вследствие возникновения нового пузырька. Рассчитывают константу капилляра по уравнению:

(1)

Затем определяют поверхностное натяжение трех индивидуальных жидкостей при комнатной температуре. Перед тем как заливать новую жидкость в сосудик, его следует ополоснуть этой жидкостью и промакнуть кончик капилляра. Поверхностное натяжение рассчитывают по уравнению:

(2)

Полученные результаты заносят в таблицу 1:

Таблица 1

Исследуемая жидкость	h1	h2	h3	<h>	<σ>	Справочное значение σ	δ, %

Сталагмометрический метод

Сталагмометр представляет собой пипетку Мора, заканчивающуюся толстостенным капилляром, благодаря чему жидкость вытекает из него не струей, а по каплям.

Определение поверхностного натяжения этим методом заключается в сравнении количества капель при истечении из сталагмометра исследуемой жидкости (n_x) и жидкости (n_ст) с известным поверхностным натяжением (σ_ст). Значение поверхностного натяжения исследуемой жидкости рассчитывают по формуле:

(3)

где ρ_х и ρ_ст – плотность исследуемой и стандартной жидкостей.

Полученные результаты заносят в таблицу 2:

Таблица 2

Исследуемая жидкость	n1	n2	n3	<n>	<σ>	Справочное значение σ	δ, %

 

σ_воды=72,75 мДж/м² при t = 20⁰ С.

 

 

Лабораторное занятие № 2.

«Определение вязкости жидкостей. Соблюдение правил техники безопасности при работе в химической лаборатории»

Цель работы: Экспериментальное определение коэффициента внутреннего

трения (вязкости жидкостей).

Оборудование: Стеклянная труба с исследуемой жидкостью, микрометр, секундомер, стеклянные шарики, линейка.

Краткая теория.

Вязкость жидкостей или газов – это свойство, благодаря которому выравниваются скорости движения различных слоев жидкостей или газов. Выравнивание скоростей происходит благодаря тому, что импульс переносится от слоя с большей скоростью к слою с меньшей скоростью. Перенос импульса осуществляется молекулами.

Пусть изменение скорости движения жидкости происходит в направлении оси х, которое в данном случае перпендикулярно к направлению самой скорости движения газа.

Для количественной оценки скорости от слоя к слою вдоль оси вводят понятие градиента скорости – это изменение скорости, приходящееся на каждую единицу длины оси, перпендикулярной скорости.

Импульс, переносимый вдоль оси х в единицу времени через площадь, равную

Единице.

Знак “минус” в формуле указывает, что перенос импульса р происходит в направлении убывания скорости. Импульс в единицу времени есть ни что иное, как сила F. Следовательно, вязкость приводит к тому, что любой слой газа или жидкости, движущейся относительно соседнего, испытывает действие некоторой силы

В формуле площадь слоев между которыми действует сила равна единице.

Коэффициент вязкости численно равен импульсу, который переносится в единицу времени через единицу площади при градиенте скорости, равном единице. Перенос импульса осуществляется в направлении, перпендикулярном единичной площади. К оэффициент вязкости численно равен силе трения, действующей на единицу площади поверхности, разделяющих два соседних слоя газа или жидкости при градиенте скорости, равном единице.

Существует ряд методов измерения коэффициента вязкости. В данной работе

вы познакомитесь с одним из них – методом Стокса.

Краткая теория метода

Сила внутреннего трения возникает не только при движении жидкости относительно покоящегося тела, но и при движении твердого тела в покоящейся жидкости. На этом и основан метод измерения вязкости по Стоксу.

Суть метода состоит в том, что на всякое тело, движущееся в жидкости, действует сила сопротивления, зависящая от многих факторов (формы тела, условий течения и т.д.), в том числе и от вязкости жидкости.

Стоксом была строго выведена формула для силы сопротивления, действующей на шарик, движущийся в жидкости, при условии, что движение жидкости относительно шарика ламинарное. Ламинарное течение - это такое

течение, при котором слои жидкости можно считать параллельными друг другу и направлению макроскопического движения жидкости. Такие условия практически выполняются при достаточно малых скоростях движения шарика.

Если условие это не выполнено, то в жидкости образуются вихри, течение становится турбулентным и тогда о вязкости как о свойстве вещества говорить нельзя.

Формула Стокса имеет вид

F = 6 πη rV, (1.1)

где η - вязкость жидкости; r - радиус шарика; V - скорость шарика.

Справедливость этой формулы (строгий вывод которой достаточно сложен) следует из простых соображений.

Действительно, опыт подсказывает, что сила сопротивления зависит только от скорости шарика V, его радиуса r и вязкости жидкости η и ни от каких других величин. Вид же зависимости вытекает из того, что размерность комбинации, составленной из этих трех величин, должна совпадать с размерностью силы. Этому условию удовлетворяет одна единственная комбинация - произведение η⋅ r ⋅ V. Множитель 6 π получается из строгого вывода, проведенного Стоксом.

Прямая пропорциональность между силой и скоростью, которая предполагается в формуле (1.1), имеет место не для всех жидкостей и газов (среды, для которых это справедливо, называются ньютоновскими). Для неньютоновских жидкостей коэффициент вязкости сам зависит от скорости; примерами таких жидкостей является кровь (содержащая взвешенные частицы) и другие суспензии.

Для оценки ламинарности, а следовательно, и применимости формулы Стокса существует так называемое число, или критерий Рейнольдса, (Re):

Re = ρ Vd / η, (1.2)

где d - характерный размер (в нашем случае диаметр шарика); ρ - плотность жидкости. Величина η / ρ называется кинематической вязкостью ν, размерность [ν] = м2/с.

Оказывается, что для каждого вида движения жидкости существует такое критическое значение Reкр, что при Re < Reкр возможно только ламинарное течение. В частности, в нашем случае следует знать, что закон Стокса выполняется вплоть до значений числа Рейнольдса порядка 0,1. При Re ≈ 1 сила сопротивления, определенная по закону Стокса, примерно на 10% ниже истинной. Поэтому для движущихся в жидкости шариков будем считать Reкр = 1. 2

Метод определения вязкости жидкости (метод Стокса) состоит в наблюдении падения шарика в жидкости. В этом случае на шарик, кроме силы вязкости, определяемой формулой (1.1) и направленной вверх, действует сила Архимеда

FA = 4/3 π r3 ρ g, (1.3)

тоже направленная вверх, и сила тяжести

Fg = mg = 4/3 π r3 ρ 0g, (1.4)

направленная вниз. Здесь ρ 0 - плотность вещества шарика, ρ− плотность жидкости, g - ускорение свободного падения.

Так как сила вязкости F зависит от скорости движения шарика (две другие силы от скорости не зависят), то при падении шарика с ускорением она растет и поэтому вместе с силой Архимеда в конце концов должна уравновесить силу тяжести. После этого шарик падает с постоянной скоростью установившегося движения. При таком движении, следовательно, результирующая сила равна нулю, т.е. имеет место равенство

Fg = F + FA. (1.5)

Или 4/3 π r3 ρ 0 g = 4/3 π r3 ρ g + 6 π η r V. (1.6)

Тогда 2/3 r2 ( ρ 0 - ρ ) g = 3 η V. (1.7)

Из равенства (1.7) получаем выражение для η η = 2/9 r2g( ρ 0 - ρ )/V. (1.8)

Это и есть основная расчетная формула в методе Стокса.