Определение молярной массы растворенного вещества криоскопическим методом

Цель работы: ознакомление с методикой определения молярной массы растворенного вещества и коэффициентов активности по понижению температуры замерзания разбавленного раствора.

Теоретические основы работы

В соответствии с законом Рауля раствор твердого вещества в жидкости замерзает при более низких температурах, чем чистая жидкость. Метод определения молярной массы растворенного вещества по понижению температуры замерзания раствора называется криоскопическим. Работа выполняется на приборе, называемом криоскопом (рис. 5).

Во внутреннюю пробирку 1 помещается раствор, термометр Бекмана 2 мешалка 3. Внутренняя пробирка вставляется во внешнюю пробирку 4, а последняя – в стакан с охлаждающей смесью 5. Крышка 6 служит для закрепления пробирки. При определении молярной массы вещества криоскопическим методом следует учитывать, имеет ли место диссоциация или ассоциация молекул растворенного вещества в растворе. Понижение температуры замерзания раствора в случае недиссоциирующего вещества выражается уравнением

,

где Δ Т _зам – понижение температуры замерзания; k _кр – криоскопическая константа; т – моляльность раствора. Молярная масса неэлектролита рассчитывается по уравнению

, (16)

где М ₂ – молярная масса растворенного вещества; g ₁ – масса растворителя; g ₂ – масса растворенного вещества. По понижению температуры замерзания раствора можно определить также коэффициент активности растворенного вещества γ

lg γ = −2 j, (17)

где . (18)

Для электролитов уравнение для понижения температуры замерзания раствора имеет следующий вид:

.

Если молекулы распадаются на два иона, то коэффициент активности γ рассчитывают по соотношению

lg γ = −3 j, (19)

где . (20)

Приборы и материалы: две пробирки с пробками, термометр Бекмана, термометр на 50 ⁰С, аналитические весы, мешалка, стакан с охлаждающей емкостью (лед + поваренная соль), пипетка на 20 мл, исследуемые вещества.

Порядок выполнения работы

1. Получить от преподавателя задание по роду используемых веществ для проведения работы.

2. Приготовить охлаждающую смесь. Для этого в стакан для охлаждающей смеси налить немного воды, всыпать снег или толченый лед и добавить поваренную соль, перемешивая смесь мешалкой. За температурой смеси следить с помощью обыкновенного термометра.

3. Во внутреннюю пробирку налить пипеткой 20 мл растворителя. Вставить в нее укрепленные в пробке термометр Бекмана и мешалку. Внутреннюю пробирку опустить во внешнюю так, чтобы они не соприкасались. Соединенные пробирки поместить через крышку в охлажденную смесь.

4. Непрерывно перемешивая растворитель, наблюдать за показаниями термометра Бекмана. Из-за переохлаждения температура падает ниже точки замерзания. Но когда начнется кристаллизация, то в результате выделения теплоты протекаемого процесса температура будет повышаться до истинного значения кристаллизации. Записать максимальную температуру после подъема и ее считать температурой замерзания растворителя.

Температуру замерзания растворителя необходимо определить дважды. Она должна совпадать до 0,01-0,02 К. После каждого определения пробирку следует вынимать из прибора и образовавшиеся кристаллы расплавлять рукой.

5. На аналитических весах взвесить навеску исследуемого вещества и ввести ее в растворитель. Описанным выше способом два раза определить температуру замерзания полученного раствора.

6. Результаты эксперимента представить в следующей форме:

название и масса растворителя,

название и масса растворенного вещества,

температура замерзания растворителя: (Т ₁, Т _2, Т ₃),

температура замерзания раствора: (Т ₁, Т _2, Т ₃).

7. По уравнениям (16), (17), (18) рассчитать молярную массу растворенного вещества и коэффициент активности.

В случае вещества – электролита рассчитать только коэффициент активности по формулам (19), (20).

Примечание: Для выполнения работы используются данные из табл. 6.

Таблица 6

Растворитель	Температура замерзания	k кр	Охлаждающая смесь	Примерная навеска растворяемого вещества
Вода		1,86	лед+соль	0,2
Бензол	5,5	5,12	лед	0,02-0,06

Контрольные вопросы

1. Какие растворы подчиняются закону Рауля?

2. Что называется криоскопической константой?

3. Как по понижению температуры замерзания растворов рассчитать молярную массу растворенного вещества?

4. Как вычислить моляльную концентрацию раствора?

5. Как рассчитать коэффициент активности электролита?

Работа 2