Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Par_mol_velich.pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
13.05.2015
Размер:
258 Кб
Скачать
☆

1 0

МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Методыопределенияпарциальныхмолярныхвеличин.

Дляопределенияпарциальныхмолярныхвеличиннеобходимознатьзависимостьобщегоэкстенсивногосвойствараствораотегосоставаилизависимость парциальноймолярнойвеличиныодногоизкомпонентовотсоставараствора.

Методыопределенияпарциальныхмолярныхвеличинделятсянааналитическиеиграфические.

2.1. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

2.1.1. Еслиизвестназависимостьобщегоэкстенсивногосвойствараствораот числамолейкаждогокомпонента, например, ввидеинтерполяционногоуравне-

ния, топарциальныемолярныевеличины Zi определяютдифференцированием

интерполяционногоуравнениядляэкстенсивногосвойствапочислумолейданногокомпонента.

Подставляясоответствующеезначение ni вполученноеуравнение, вычисля-

ютпарциальнуюмолярнуювеличинуданногокомпонентадляраствораопределенногосостава.

2.1.2. Врядеслучаевфизико-химическиеметодыпозволяютнайтитолькоодну изфункций— Zi . Например, подавлениюпарарастворовнелетучихрастворен-

ныхвеществможнонайтитолькопарциальнуювеличину Zi растворителя. Если

известна зависимость парциальной молярной величины одного компонента от составараствора, парциальнуюмолярнуювеличинувторогокомпонентаможно вычислитьпользуясьуравнением Гиббса – Дюгема.

Пустьдлябинарногорастворамолярнаядолярастворителя— х1, амолярная долярастворенноговещества— х2 илих.

Пусть, например, известна Z1 вовсеминтервалезначенийх. Изуравнения

x1 d Z1 + x2 d Z2 = (1− x) d Z1 + x d Z2 = 0

следует, что

∫d Z2 = −∫1−x x d Z1

Интегрированиеудобнопроизводитьотсоставах= 1 допроизвольногозначения x = b :

 

 

 

 

 

 

 

1 1

 

 

 

 

 

z1

(b)

1− x

 

 

 

 

 

 

 

 

2 (b) − Z20 = −

∫

 

 

 

 

 

 

Z

d Z1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z1 (0)

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

— этомолярноезначениеZ длячистоговторогокомпонента, котороеможет

Z

2

2

 

 

 

 

 

быть измерено независимо от свойств изучаемого раствора. В данном случае необходимознатьпредельноезначениевеличины Z1 (0) , т. е. Z1 при x → 1.

2.2. ГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

2.2.1. Методграфическогодифференцирования

Дляопределенияпарциальныхмолярныхвеличинпоопытнымданнымстроятграфикзависимостиобщегоэкстенсивногосвойствараствораотчисламолей данногокомпонента(рис. 1).

Тангенсуглакасательнойккривой zобщ в любой его точке будет соответствоватьпарциальноймолярнойвеличине данногокомпонентавраствореданногосостава, таккак

 

∂ Z

 

 

α

 

= tgα .

Zi =

 

общ

 

∂ ni

 

T , p,n j

 

 

 

 

Данныйметоднедостаточноточен из-завозможныхошибокприпроведе- нии касательных и позволяет определить только одну из парциальных молярныхвеличин.

2.2.2. Методотрезков

ni

Рис. 1. Зависимостьобщегоэкстенсивного свойства раствора от числа молей данного компенента

Методиспользуетсядляопределенияпарциальныхмолярныхвеличинбинарныхрастворов. Экспериментальноопределяютзависимостьэкстенсивногосвойства Z отсоставадляодногомоляраствораистроятграфиквкоординатах Z – x , где x — мольнаядолявторогокомпонента. Видграфикаможетбытьлюбым. Задачасостоитвтом, чтобыпографикузависимости Z (x) найтизначения Z1 и Z2 при всех значениях 0 ≤ x≤ 1 . Из определения

Z= Z1 x1 + Z2 x2 = Z1 (1− x) + Z2 x .Вуравненииимеетсядванеизвестных— Z1 , Z2

иизвестноеизопытазначение Z . Необходимоедляопределения Z1 и Z2 второе уравнение получают дифференцированием Z по x .

1 2

∂ Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− x)

∂ Z1

+ x∂ Z2

= −Z

+ Z

2

+ (1

 

 

∂ x

1

 

 

 

∂ x

∂ x

 

 

 

 

 

 

 

C учетом уравнения (7) сумма двухпоследнихслагаемыхравна0 и

тогда ∂∂ Zx = −Z1 + Z2 .

Качественный анализ графика зависимости Z(x) показывает, что отрезки, отсекаемыекасательнойк кривой Z (x) и есть искомые величины Z1 и Z2 . Таккакабсцисса— единичный отрезок (x = 1), то тангенсугланаклонаравенотрезкуАВ, а это и есть разность величин Zi . Длярастворалюбогосостава

 

 

B Z2

 

 

Z2°

 

 

A

Z1

 

 

Z1°

 

 

0

x

1

Рис. 2. К расчету парциальных молярных ве-

личин Z1

и Z2 .для бинарного раствора.

 

 

 

 

 

 

Z2 = AB =

Z + (1− x) ∂ Z

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x

 

 

 

 

 

 

 

 

Z = OA = Z − x ∂ Z .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

∂ x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и ∂ Z

 

 

 

 

 

 

Z1

 

 

Значения Z

можнонайтиизопыт-

 

 

 

∂ x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нойкривой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.3. Графическоеопределениепарци-

 

 

альноймолярнойвеличиныодногокомпо-

 

 

нентапоизвестнымзначениямпарциаль-

 

 

ныхмолярныхвеличинвторогокомпонен-

 

 

та

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнеие

Z

 

(b) − Z

0

= −

z1 (b)

1− x

dZ

 

 

2

2

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

1

 

x

 

 

 

 

 

 

 

z1 (0)

 

 

 

 

можно использовать для графического оп-

 

1− x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Определение Z2

методомгра-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фическогоинтерполирования

1 3

ределенияпарциальныхмолярныхвеличин. Приграфическоминтегрировании удобностроитьграфиквкоординатах Z1 −x1 / x2 . Тогда

 

 

 

 

 

0 = x

∫

 

 

 

d

1− x

= −x

 

Z1

d x

 

 

 

 

Z

− Z

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

1

 

x

∫ x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

легкоопределяетсяпоплощади, ограничиваемойкривойзависимости Z1 от

1− x

иосьюабсцисс. Еслиизнезависимыхисточниковизвестно Z2

0 , томожно

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

найтиполнуювеличину Z = Z1 x1 + Z2 x2 .

2.3. ВЫВОД ИНТЕРПОЛЯЦИОННОЙ ЗАВИСИМОСТИ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫРАСТВОРЕНИЯ ОТСОСТАВА

Выразим зависимость интегральной теплоты растворения от числа молей растворенного вещества ( n2 ) эмпирическим уравнением

 

 

∆ H= a+ bn +

cn 2 ,

 

 

 

 

2

 

2

гдеa,b,c — эмпирическиепостоянные. Тогда

 

 

 

∂∆ H

 

 

 

∆ H2=

 

 

= b+ 2cn2

∂ n2

 

 

 

T , p,n1

 

 

Построив график в координатах

 

 

2−

n2 , экстраполируем его до точки

∆ H

n2 = 0 . Отрезок, отсекаемыйнаосиординатравенb, атангенсугланаклонакаса-

тельнойккривойточке n2 → 0, равен2с. Знаяинтегральнуютеплотурастворе-

ниядлярастворасданнымчисломмолейрастворенноговещества n2 , находим постояннуюавуравнении.

1 4

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРЦИАЛЬНЫХ МОЛЯРНЫХ ТЕПЛОТ РАСТВОРЕНИЯ

Цельюданнойработыявляетсяопределениеинтегральныхипарциальных молярныхтеплотрастворения различныхвеществ(предлагаютсяпреподавателем) ивыводинтерполяционногоуравнениядлязависимостиинтегральнойтеплоты растворения от состава раствора.

Задачиработы:

–Спомощьюкалориметрических измеренийопределитьзначения интегральной теплоты растворения для различных концентраций образующегося раствора;

–построитьграфикзависимостиинтегральнойтеплотырастворенияотсостава раствора;

–рассчитать по одному из описанных выше методов парциальные теплоты растворения

–построить график зависимости парциальной теплоты растворения от состава раствора;

–вывестиинтерполяционноеуравнениедлязависимостиинтегральнойтеплотырастворенияотсостава.

Теплотой растворения называется количество тепла, поглощаемое или вы-

деляемоеприпереходетвердого, жидкогоилигазообразноговеществавраствор. Теплотарастворениязависитотконцентрацииобразующегосяраствора. Различаютинтегральнуюидифференциальнуютеплотырастворения. Теплота, котораяпоглощаетсяиливыделяетсяприрастворенииодногомолявеществавтаком количестверастворителя, чтобыобразовалсярастворсопределенноймоляльностьюm, называетсяинтегральнойтеплотойрастворения. Дифференциальнойтеплотойрастворения называется тепловой эффект, сопровождающий процесс растворенияодногомолявеществавбесконечнобольшомколичестверастворителя. Интегральныетеплотырастворениянаходятсяэкспериментально.

Дляэкспериментальногоопределениятеплотырастворениянеизвестнойсоли растворяют определенное количество соли в определенном количестве воды и фиксируют изменение температуры, сопровождающее растворение соли. Действительноеизменениетемпературыопределяютграфическимметодом.

Расчеттеплотырастворенияпроводятнаосновеуравнениятепловогобаланса

Q = (m1 +m2 )c +∑i≥n3 mi ci ∆ T ,

гдеm1 иm2 — массаводыисоли, соответственно, г; m1 + m2 — масса образующегося раствора;

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]