Розрахунок рівноважних концентрацій речовин

Рівноважна концентрація йоду:

де - молярність розчину тіосульфату, моль/л;

V₁ – кількість тіосульфату, витрачена на титрування йоду в момент рівноваги, мл;

V₂ – кількість відібраної проби, мл.

2. Концентрація Fe²⁺ буде дорівнювати подвоєній концентрації йоду, тому що по рівнянню реакції утворюється одна молекула йоду і два іони Fe²⁺, отже,

.

3. Концентрація Fe³⁺ в стані рівноваги дорівнює різниці початкової концентрації іонів Fe³⁺ і рівноважної концентрації Fe²⁺, оскільки з рівняння реакції збільшення концентрації Fe²⁺ дорівнює зменшенню концентрації Fe³⁺:

чи

 

Вміст FеСl₃ обчислюється з концентрації вихідного розчину і ступеня розве­дення його при змішуванні розчинів:

де - початкова концентрація розчину FeCl₃, моль/л;

a і b – об’єми розчинів FeCl₃ і KI, взятих для проведення реакції

відповідно.

Концентрація іона I ^– обчислюється за рівнянням:

;

де - концентрація вихідного розчину, моль/л.

Експериментальні і розрахункові дані записати в табл. 3.2.

Таблиця 3.2

Експерементальні данні

Номер колби	Температура досліду	Номер проби	Час відбору проби	Об’єм Na2S2O3 (мл) витраченого на титрування	Початкові концентрації у розчині	Рівноважні концентрації	Константа рівноваги
FeCl3	KI	I2	Fe^2+	Fe^3+	I^-
	Кімнатна температура
	Температура термостата 40^0С

 

На підставі експериментальних даних розрахувати для досліджуваних реакцій константу рівноваги К_с за рівнянням (3.1), середню константу рівноваги для двох температурах, середній тепловий ефект DН.

(3.4)

Контрольні питання

1. Які термодинамічні і кінетичні ознаки рівноважного стану?

2. Через які величини можна виразити константу хімічної рівноваги? Яка за­лежність існує між константами рівноваги, вираженими різними способами?

3. Від чого залежать К_р і К_с реакцій?

4. Як, виходячи з принципу Ле-Шательє, передбачити вплив температури на константу рівноваги?

5. Які ознаки свідчать про досягнення рівноваги?

6. Як можна змістити рівновагу при постійній температурі? Як впливає тиск, концентрації вихідних речовин і продуктів реакції на рівноважний вихід?

7. Як, на підставі експериментальних даних, визначити константи рівноваги хімічних реакцій при даних температурах? Як розрахувати тепловий ефект ре­акції, знаючи К_р і К_с рівноваги при різних Т?

8. У яких координатах залежність константи рівноваги від температури ви­ражається прямою лінією? Який нахил має ця пряма у випадку зкзо- і ендотер­мічної реакції?

 

Розділ ІV

ФАЗОВІ РІВНОВАГИ

 

Для характеристики стану сплавів широко застосовують правило фаз Гіббса, записане у формі:

(4.1)

де С – число ступенів свободи;

К – число компонентів;

Ф – число фаз.

 

Діаграми в координатах ”склад - температура кристалізації” (діаграми плавкості) вказують на наявність тих чи інших фаз, температуру кристалізації суміші визначеної сполуки, складу і кількості фаз при тій чи іншій температурі. Найбільш розповсюджений метод для побудови діаграм плавкості - метод термічного аналізу, в основі якого лежить спостереження за швидкістю охолодження розплавлених чистих речовин і сплавів різного складу.

Якщо дві речовини змішати одну з одною у визначених пропорціях і суміш нагріти до високої температури, то в більшості випадків утвориться однорідна рідина, що представляє розчин одного компонента в іншому. Якщо такий розчин чи розплав охолоджувати, то при деякій температурі він почне кристалізуватися, тому що розчинність речовин зі зниженням температури, як правило, зменшується. Кількість речовини, що випадає, обумовлюється природою і кількісними співвідношеннями компонентів у розчині. Теплота кристалізації, що виділяється при цьому, впливає на швидкість охолодження сплаву. У деяких випадках охолодження може цілком припинитися і температура суміші протягом деякого-часу буде залишатися постійною. Таким чином, охолоджуючи даний розплав, досягають нерівномірного зменшення температури в залежності від процесів, що відбуваються в сплаві. Якщо наносити на осі ординат температуру, а на осі абсцис - час, то одержимо криві, що ілюструють процес охолодження. Вид цих кривих буде характерний як для чистих речовин, так і для сумішей різних концентрацій.

У процесі кристалізації, в залежності від складу суміші, можуть випадати або тверді чисті компоненти, або тверді розчини. Діаграми плавкості розділяють на три типи в залежності від того, яка фаза виділяється з розчину. До першого типу відносяться системи, при кристалізації яких з розплавів виділяються чисті тверді компоненти, так звані неізоморфні суміші. Другий тип представляють системи, при кристалізації яких з рідких розчинів виділяються тверді розчини з необмеженою областю взаємної розчинності - ізоморфні суміші. Третій тип – системи, при кристалізації яких з рідких розчинів виділяються тверді розчини, що характеризуються визначеними областями взаємної розчинності.

Розглянемо докладніше діаграми плавкості неізоморфних сумішей з простою евтектикою, оскільки досліджувана нами система нафталін - бензойна кислота кристалізується саме за таким типом.