wymaganiag bmp

toluen, roztwory kwasu octowego o stężeniach około: 1,25,1,00,0,75,0,50, 0,25 mol/dm³, iwany roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu 0,10 mol/dm³, fenoloftaleina.

Wykonanie ćwiczenia

1. Oznaczenie dokładnego stężenia kwasu octowego w roztworach wodnych

Do pięciu ponumerowanych kolb stożkowych odmierzyć kolejno pipetą po 2 cm³ roztworów kwasu octowego o podanych wyżej przybliżonych stężeniach. Miareczkować mianowanym roztworem wodorotlenku sodu wobec fenoloftaleiny. Obliczyć stężenia roztworów kwasu octowego wg wzoru:

^ckwasu ⁼ ^zasady * ^vzasady ^^vkwasu

2. Wyznaczanie współczynników podziału kwasu octowego między alkohol i wodę

a)    Do pięciu kolb stożkowych z korkami szlifowymi odmierzyć kolejno pipetą po 20 cm³ roztworów kwasu octowego, których stężenia zostały wcześniej obliczone. Do każdej kolby dodać pipetą po 20 cm³ alkoholu amylowego. Zamknąć kolby, wytrząsać przez około 20 minut Po upływie tego czasu i po rozdzieleniu się mieszaniny pobrać z każdej kolby po 2 cm³ warstwy wodnej (dolna) i miareczkować tym samym co poprzednio roztworem wodorotlenku sodu;

b)    Obliczyć, wg wzoru podanego wyżej, stężenia kwasu octowego w fazie wodnej po ekstrakcji alkoholem amylowym. Objętości alkoholu amylowego i roztworów kwasu octowego użyte do ekstrakcji były jednakowe (podobnie jak objętości roztworów stosowanych do miareczkowania przed ekstrakcją i po ekstrakcji) i w związku z tym stężenie kwasu octowego w fazie organicznej, tzn. w alkoholu amylowym, można obliczyć z różnicy stężeń kwasu octowego w roztworach wodnych przed ekstrakcją i po ekstrakcji.

Następnie obliczyć wartości współczynników podziału kwasu octowego między alkohol amylowy i wodę wg wzoru Nemsta (wzór 3.27). Wyniki zestawić w tabeli 3.4.

TABELA 3.4. Zestawienie wyników

Numer roztworu	^ckwasu w roztworze wodnym przed ekstrakcją [mol/dm^3]	^ckwasu w fazie wodnej po ekstrakcji [mol/dm^3]	^ckwasu ^ w fazie organicznej [mol/dm^3]

Narysować wykres zależności współczynnika podziału kwasu octowego k między alkohol amylowy i wodę od stężenia kwasu octowego w fazie wodnej c_w po ekstrakcji. Zinterpretować przebieg otrzymanej izotermy podziału.

3. Wyznaczanie współczynników podziału kwasu octowego między toluen i wodę

Część doświadczalną i obliczenia wykonać w sposób analogiczny jak w przypadku układu alkohol amylowy-woda (patrz wyżej). Wyniki zestawić w tabeli analogicznej do tabeli 3.4. Narysować wykres zależności k = f(c_w) i porównać z wykresem otrzymanym w punkcie 2. Wyciągnąć wnioski.

Rozdział 3. Przemiany fazowe i...    151

Pytania i zadania

1.    Podać charakterystykę roztworów i zjawisk w nich zachodzących.

2.    Omówić prawo Raoułta i wynikające z niego właściwości roztworów.

3.    Jak brzmi prawo podziału Nemsta i gdzie znajduje zastosowanie?

4.    Jakie właściwości muszą mieć względem siebie dwie ciecze, aby można było określić współczyrmSc podziału substancji między te dwie ciecze?

5.    Jakie czynniki wpływają na odchylenia od prawa podziału?

6.    Wyprowadzić wzór na współczynnik podziału, gdy substancja poddana ekstrakcji ulega częściowej dlmeryzacji w rozpuszczalniku organicznym.

7.    Jak uwzględnia się częściową dysocjację substancji w fazie wodnej we wzorze na współczynnik podziału?

8.    Jak określa się stężenie kwasu octowego w bzie wodnej, a jak w fezie organicznej w ćwiczeniu 3-1?

9.    Co to jest ekstrakcja? Wyprowadzić wzór ogólny na zawartość substancp w roztworze po n ekstrakcjach.

10.    Uzasadnić, dlaczego bardziej celowe jest przeprowadzenie większej liczby ekstrakcji mniejszymi ob-jętościami rozpuszczalnika niż jedną ekstrakcji dużą objętością rozpuszczalnika.

11.    Jak modyfikuje się prawo Nemsta w przypadku roztworów stężonych?

12.    Kwas benzoesowy Jest ekstrahowany benzenem z roztworu wodnego o stężeniu a=»3 g/dm . Określony doświadczalnie współczynnik podziału kwasu między benzen i wodę k= 2. Ile należy użyć benzenu, aby zmniejszyć stężenie kwasu w roztworze wodnym do a₁ = 0,3 g/dm³, jeżeli objętość roztworu poddawanego ekstrakcji wynosi 100 dm³?

Odp.: 450 dm³.

13.    Ile będzie wynosiło stężenie kwasu benzoesowego w fazie wodnej (g/cfrn³) po trzykrotnej ekstrakcji benzenem o objętości 150 dm³ (każda porcja) w warunkach takich jak w zadaniu poprzednim?

Odp.: 0,046 g/dm³.

14.    Zakładając, że współczynnik podziału wynosi 3 i objętość faz -100 cm³ każda, wykazać słuszność stwierdzenia, że nie jest celowe wykonywanie więcej niż pięciu kolejnych ekstrakcji.

15.    Współczynnik podziału kofeiny między eter I wodę wynosi 7,2. Roztwór wodny zawierający 0.30 g kofeiny w 50 cm³ roztworu poddano wytrząsaniu z porcją 20 cm³ eteru etylowego do osiągnięcia równowagi w temp. 298 K. a) Ile kofeiny pozostanie w roztworze wodnym? b) Jaki wynik zostanie osiąpiięty, jeżeli ekstrakcję przeprowadzimy dwukrotnie dwiema porcjami eteru po 10 cm³?

Odp.: a) 0,0773 g, b) 0,0199 g.

16.    Współczynniki podziału substancji X i Y wynoszą odpowiednio 5,00 i 0,50. a) Jaki powinien być stosunek objętości fez, aby po jednokrotnej ekstrakcji 99,0% substancji X przeszło do fazy organicznej? b) Jaki procent substancji Y będzie ekstrahowany w tych warunkach? Założyć, że w roztworze wyjściowym obie substancje są obecne w jednakowych ilościach.

Odp.: a) 18%, b) 90%.

17. Stała dysocjacji pewnego słabego kwasu organicznego w wodzie wynosi 4,8 -10 . Obliczyć jego współczynnik podziału między benzen i wodę, jeżeli rozpuszczalność tego kwasu w benzenie wynosi 0,800 mol/dm , a w wodzie 0,028 mol/dm³.

Odp.: 32,55.

Literatura

T. DRAPAŁA, Chemia fizyczna z zadaniami, PWN 1982.

L. SOBCZYK, A. KISZĄ, Chemia fizyczna dla przyrodników, PWN 1975.