АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА және БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ

 

 

Өнеркәсіптік жылуэнергетика кафедрасы

 

 

ЖЭС ХИМИЯ – ТЕХНОЛОГИЯЛЫқ ПРОЦЕСТЕРДІң АРНАЙЫ

СұРАҚТАРЫ

 

 

Зертханалық жұмыстарға әдістемелік нұсқаулар

(220240 – су және отын технологиясы мамандығы бойынша оқитын

студенттер үшін)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2003

 

ҚҰРАСТЫРҒАНДАР: В.В.Стояк, Ж.А.Каленова. ЖЭС химия-технологиялық процестердің арнайы сұрақтары. Зертханалық жұмыстарды орындауға әдістемелік нұсќаулар (220240 – су және отын технологиясы мамандығының студенттеріне арналған). – Алматы: АЭжБИ, 2003. – 29 б.

 

 

Әдістемелік нұсқаулар зертханалық жұмыстарды дайындауға және орындауға қойылатын жалпы талаптардан, экспериментальдық қондырғыларды сипаттаудан, әдістемелік берілгендерді өңдеу мен орындау тәртібінен, ұсынылған әдебиеттер тізімінен тұрады.

Зертханалық жұмыстар бойынша әдістемелік нұскаулар 220240 – су және отын технологиясы мамандығы бойынша оқитын студенттерге арналған.

Без. 11, кесте 4, библиогр. – 9 атау.

 

 

 

 

 

 

ПІКІР ЖАЗУШЫ: т.ғ.к, доцент Р.А.Мусабеков

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы энергетика және байланыс институты 2003 ж. жоспары бойынша басылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

© Алматы энергетика және байланыс институты, 2003 ж.

 

 

Кіріспе    

 

Жұмыстың мақсаты; курстың теориялық негіздерін бекіту, өлшегіш аспаптармен жұмысты жаңадан қолдану (фотоколориметрмен, потенциометрмен, дериватогравпен, калориметрлік қондырғымен), химиялық процестердің термодинамикалық қасиеттерін есептеуді дамытып жетілдіру, зерттеудің кейбір әдістерімен танысу (титрлеумен, электродтың потенциалы мен элементтердің ЭКҚ және т.б. өлшеумен).

Жұмыс алдында берілген әдебиеттің керекті бөлімдерін оқу қажет, эксперимент әдісін, қондырғының функциональдық үлгісін, экспериментті және берілгендерді өңдеуді орындау тәртібін нақты көрсету қажет.   

Әрбір студенттің есеп беру жұмысы ҚРФС-пен сәйкес құралады. Оқу жұмыстары.          

Жұмыс алдында студент техника қауіпсіздігінің ережелерін оқып және қатаң сақтауы керек.

 

 

№ 1 Зертханалық жұмыс

 

Химиялық реакциялардың жылу эффектісін өлшеу    

 

1.1 Жұмыстың мақсаты

 

Химиялык реакциялардың термохимиялық процестерімен байланысты калориметрлік өлшеуді және термодинамикалық есептеуді орындау.  

 

1.2 Теориялық бөлім    

 

Ішкі  энергияның азаюы екі шаманың қосындысына тең болуға тиісті, оның бірі – жүйеден сыртқа бөлінген жылу – Qp, екіншісі – жүйенің жасаған жұмысы – А, олай болса    

 

-DU = -Qp + A немесе DU = Qp – A                                      (1)  

 

бұдан тұрақты қысым жүретін процестің жылуын тапсақ  

 

Qp = DUQp + A                                                     (2)

 

Демек, жүйеге сырттан жылу берілсе, ол ішкі энергияны арттыруға әрі белгілі бір жұмыс істеуге жұмсалады екен. Бұл термодинамиканың бірінші бастамасының математикалық теңдеуі. Энергия сақталу заңының негізінде қалыптасқан термодинамиканың бірінші бастамасы – энергияның жоқтан пайда болмайтынын, әрі өшпейтінін, тек бір түрден екінші түрге ауысып, өзгеріп отыратынын дәлелдеп, соған куә бола алады. Термодинамиканың бірінші бастамасының анықтамасын былайша да тұжырымдауға болады: ішкі энергия жүйе күйінің функциясы болып табылады, сондықтан жүйе 1-ші күйден 2-ші күйге ауысқанда ішкі энергияның өзгеруі осы өзгеріс кезіндегі барлық энергиялардың (сыртқы ортамен алмаса алатын) алгебралық қосындысына тең.

Термодинамиканың бірінші бастамасының теңдеуіндегі әрбір шаманың ролін тереңірек түсіну үшін, олардың әрқайсысын жеке-жеке нольге тең етіп қарайық: егер А = 0 десек, онда Q > 0 болғанда DU > 0, яғни процестің нәтижесінде жұмыс істелмесе жүйе сырттан алған энергиясын түгелдей өзінің ішкі энергиясын арттыруға жұмсайды; ал Q = 0 десек, онда А > 0 болса DU < 0, яғни жүйе өзінің ішкі энергиясын жұмсап жұмыс істейді (изобаралық процесс).  Жоғарыдағы келтірілген тәжірибеде поршеньді қозғалмастай етіп бекіттік делік. Сондықтан газдың ұлғаю жұмысы болмайды, ішкі энергия түгелімен жылу арқылы  өрнектеледі: 

 

DU = Qv                                                         (3)

 

мұндағы Qv – изохоралық жылу эффектісі.

 

Іс жүзінде изобаралық процестер көбірек кездеседі. Оған атмосфералық қысымда өтетін кез келген зертханалық тәжірибелер, табиғаттағы ашық ауадағы процестер, заттардың жануы мен тоттануы т.б. мысал бола алады. Сондықтан химия әдебиетінде изобаралық жылу эффектілері беріледі. Оған қарап изохоралық жылу эффектілерін есептеп алу қиын емес.

Тұрақты қысымда өтетін, әрі жұмыс газдың көлем ұлғаюына тең болып жүретін изобаралық процестерді сипаттайтын – энтальпия енгізіледі. Алдымен изобаралық процестің жылу эффектісінің мәнін былайша өзгертіп жазайық

 

Qp = DU + A = DU + PDV                                           (4)

 

Энтальпияны H әрпімен белгілеп, оның мәнін жазсақ      

 

Н = U + PV немесе DН = DU + PDV                                 (5)

 

(5) теңдеуді былайша ажыратып берсек       

 

Qp = (U2 – U1) + P(V2 – V1) = (U2 + PV2) - (U1 + PV1) = H2 – H1 = DH,       (6)

 

яғни изобаралық жылу эффектісінің шамасы энтальпияның өзгеруіне тең екендігін көреміз.

Жүйенің белгілі бір күйін сипаттайтын шамалар – U, P, V тәрізді энтальпия да жүйенің күй функциясы болады, себебі: ол осы шамалармен анықталып тұр.

Реакцияға қатысатын газдарды идеал күйде деп санап, Qp мен Qv арасындағы қатынасты табуға болады. Ол үшін энтальпия мен ішкі энергияның өзгерулерін (3,4) тендеулердегі жылу эффектілері арқылы белгілейік:    

 

DH = DU + PDV,                                               (7)

 

Qp = Qv + PDV.                                                (8)

 

Идеал газдарға арналған Менделеев-Клапейрон теңдеуін пайдалансақ   

 

PV = nPT, PDV = DnRT, осыдан Qp = Qv + DnRT,                      (9)

 

мұндағы Dn – реакциядан шыққан газ күйіндегі заттар мен бастапқы газдардың моль сандарының айырмасы;

                  R – универсал газ тұрақтысы.

 

Химиялық процестердегі жылу эффектілерінің басын біріктіретін термохимияның екі заңы бар. Олардың екеуі де жалпы энергия сақталу заңының дербес түрлері болып саналады.

Термохимияның бірінші заңы Лавуарье-Лаплас заңы деп аталады. Оның анықтамасы мынадай: жай заттар қосылып күрделі зат түзгенде бөлінетін (не сіңірілетін) жылу мөлшері, сол күрделі зат қайтадан жай заттарға ыдырағанда сіңірілетін (не бөлінетін) жылуға тең.    

Термохимияның бірінші заңын кеңірек мағынада былай деп те айта береді: тіке реакцияның жылу эффектісі кері реакцияның жылу эффектісіне тең, тек таңбасы карама-қарсы. 

Термохимияның екінші заңын орыс ғалымы Г. И. Гесс ашқан. Бастапқы заттар бірдей болғанымен одан шығатын өнімдерді әр түрлі жолдармен алуға болады. Осындай бастапқы және соңғы заттар бірдей болып, бірақ химиялық реакция әр түрлі сатылармен жүретін кездегі

 

1.3 Қондырғыны сипаттау     

 

1.3.1 Калориметрлік қондырғы    

 

Жылу эффектілерін тәжірибелік түрде анықтау арнайы аспапта – калориметрде жүргізіледі. Калориметр құрылымы әртүрлі және зерттейтін процестің ерекшеліктеріне байланысты. 1 – суретте изотермиялық ұяшығы бар жәй калориметрдің үлгісі көрсетілген, оны тұздардың еру жылуын, гидратқұру жылуын және бейтараптау жылуын анықтау үшін пайдалануға болады.      

Калориметр сумен толтырылған изотермиялық ұяшықтан 1, термометрден 2 және термоизоляторға 3 орнатылған сыйымдылығы 0,45 л калориметрлік стаканнан тұрады. Жұмыстың мақсаты бойынша стаканды 4 әртүрлі калориметрлік сұйықтықпен толтырады: сумен, сілті ерітіндісімен, тұз ерітіндісімен және т.б.   

Калориметрлік сұйыќтық және изотермиялық ұяшық 1 арасындағы тең өлшемді жылуалмасу үшін және де әдістің процесінде араласу жылдамдығы үшін калориметр араластырғышпен 7 жабдықталған. Араластырғыш айналдыруға термоизоляциялық муфта 6 арқылы синхронды электрқозғағышпен 5 келтіріледі. Изотермиялық ұяшықтың қақпағында 8 зерттелетін затты (тұзбен аспаптар 9, қышқылмен ампулалар және т.б.) калориметрге кіргізуге арналған тесік бар. Әдістің басындағы температура өзгерісі Бекман термометрінің 10 көмегімен анықталады. Электроқыздырғыш 12 мен жалғағыш 13 калориметрдің тұрақтылығын анықтау үшін қызмет етеді. Қыздырғыш тізбегіне амперметр қосылған.        

Өлшенген стаканға 4,400 см2  калориметрлік сұйықтық құйылады, оның температурасы изотермиялық ұяшықтағы сұйықтықтың температурасына жақын болуы керек. Сұйықтық, дәл өлшендісі ±0,5 г толтырылған және бос стакан 4 салмақ түрімен анықталады. Сосын аспапқа (шынақ) 9 зерттелетін затты енгізеді. Оның массасы 0,0001 дәлдікпен, бос және толтырылған өлшегіш (шынақ) 9 айырмашылығы бойынша анықтайды. Калориметрлік сұйықтығы бар стакан 4, калориметрге орналастырады және қақпағын жабады. Сынауық (шынақ) 9 қақпақтағы 8 тесікке апарып қояды. Калориметрлік тәжірибелер келесі жағдайларда өткізіледі: Бекман термометрін орнатады, электрлік әдіспен калориметрдің тұрақтылығын анықтайды, процестің жылу эффектісін өлшейді.

 

1.3.2 Бекман термометрінің құрылғысы және оны қондыру 

 

2 – суреттегі Бекман термометрі тәжірибе процессіндегі температураның өзгерісін дәл өлшейді (1-3 градусқа дейің). Термометр негізгі 1 және сынаптың қосымша 2 әуітінен тұрады, олар капиллярмен бірлескен. Термометрдің ерекшелігі 4 әуіттің көмегімен, 1 әуіттегі сынаптың санын өзгертуге болады, сонымен қатар температура өлшемімен диапазонды өзгертуге болады. Термометр шкаласы 5 градустарға бөлінген, бір бөлімнің бағасы 0,01 градус. Лупаның көмегімен термометрде дәл 0,002 - 0,003 градусқа дейін сынақ жасауға болады.

 

 

 


 


1 - изотермиялық ұяшық; 2 – термометр; 3 – термоизоляторлар; 4 – калориметрлік жез стаканы; 5 – синхронды электроқозғағыш; 6 – термооқшаулау  муфтасы; 7 – араластырғыш; 8 - изотермиялық ұяшықтың қақпағы; 9 - сынауық немесе шынақ; 10 – Бекман термометрі; 11, 14 – қостырғыштар; 12 – электроқыздырғыш; 13 – жалғағыш

1 – сурет.  Изотермиялық ұяшығы бар калориметрдің үлгісі

 

Тәжірибе жасау алдында, термометрді "орнату" қажет, ол үшін тәжірибе температурасында термометрдің сынап бағанасының аумағында табылу кажет. Термометрді "орнату" үшін 2 әуіттегі 1 және 4 сынаптарды біріктіру керек.  Термометрді 4 қосымша әуітпен төмен аударады және сілкілейді. 4-ші әуіттегі сынап майда бөлшек түрінде, бірлескен капиллярға өту шарт, ол термометрді қалыпты жағдайға келтірілгенде беттік керілу мен күшті ұстап тұрады.


 

 


1 – сынаптың негізгі әуіті; 2 – термометр бағанасы; 3 – капилляр; 4 – сынаптың қосымша әуіті       

2 – сурет.  Бекман термометрі

 

Термометрді қыздырғанда (қолмен немесе сулы жылытқышта) негізгі және қосымша әуіттегі сынапты біріктіреді. Сулы жылытқышқа термометрді енгізеді, оның температурасы 5-6 градусқа калориметрлік сұйықтықтан жоғары болуы керек. "Қондырғының" мұндай жағдайы термометрге бағытталған, оның капилляр ұзындығы 4 қосымша әуітке дейін, жоғарғы бөлім 2 бағанасынан 1,5-2 градусқа сәйкес келуі керек. 2-3 минуттан соң термометрді жылытқыштан оң қолына алады, 3 – суретте көрсетілгендей. Термометрдің жоғарғы жағын сол қолдың үлкен саусағымен тез соққылайды. Сынап бағанасы 4-ші әуіттің капиллярмен  бірлескен орнында жанасу қажет.   

Осыдан кейін, Бекман термометрі калориметрге енгізіледі. Егер сынап капиллярдың ішінде термометр бағанасынан 0 – 2 градус аралығында табылған болса, Бекман термометрін дұрыс қондырылған деп есептейміз.

 

 

1.4 Жұмысты орындау  тәртібі

 

1.4.1 Калориметрдің тұрақтысын анықтау 

 

Калориметрлік тәжірибенің жылулық баланс теңдеуін мына түрде жазуға болады

 

                                                     (10)

мұндағы ДH - калориметрдегі өтіп жатқан процестің жылу эффектісі;

K - калориметр тұрақтысы;

Дt - калориметрдегі температура өзгерісі.


 

 


3 – сурет.  Бекман термометрінің қондырғысы

 

10 теңдеу бойынша зерттеліп жатқан процесінің ДH табу үшін, калориметрдің тұрақтысын K білу керек. Физикалық мәні бойынша K – калориметрдің жылу сыйымдылығы бар және калориметрдің барлық бөлімшелерін бір градусқа қыздыру үшін керек жылу мөлшерінің санына тең. Калориметрдің тұрақтысын электрлік әдіспен анықтайды. Бұл үшін, калориметрді 1 – сурет бойынша жинайды және Бекман термометрін қондырады.

Араластырғыш және секундомерді іске қосады. Әрбір минут сайын Бекман термометрі бойынша температураны 0,002 – 0,003 дәлдігімен өлшейді (лупа көмегімен).

Калориметрдің қоршаған ортамен жылу алмасу себебінен, калориметр сұйықтығының температурасы жоғарлауы және төмендеуі мүмкін. Калориметрдегі температураның өзгерісі тұрақты болып орнатылғаннан кейін, жоба бойынша 0,01 градус минутында, "алдын ала кезеңінің" 10 есебін өткізеді. Содан кейін 1-2 минутке (уақыт секундомері бойынша дәл өлшенеді) электроқыздырғышты 12 қосады (1 – сурет).  Амперметрдің көрсеткішін және ток өткізу уақытын жазып алады. Токты ажыратады және 10 мин арасында "қорытынды кезеңінің" температураның есебін өткізеді. Температураны өлшеу қорытындысын 1 кестеге енгізеді. Қыздырғыштан ток өткізгенде, жүйенің алған жылуын, осы теңдеу бойынша есептейді

                                                  (11)

 

мұндағы ДHток - ток өткізгендегі бөлінетін жылу саны, Дж;

                 I – ток күші, А;

                 R – қыздырғыш кедергісі, Ом;

                 ф – ток өткізу уақыты, с.

 

1 – кесте   

 

Төжірибе бастау уақыты,

 

Алдын-ала кезеңі

Негізгі кезеңі

Қорытынды кезеңі

 

 

мин

0

10

11

14

15

25

 

Бекман термометрі бойынша көрсеткіштер, 0С

 

 

 

 

 

Температура өлшеу мәлімет бойынша, миллиметрлік қағазда, калориметрлік тәжірибе жүзіндегі уақыттан температура өзгерісінің сызбасын сызады (4 сурет). Сызбадан калориметрлік тәжірибе жүзіндегі температура өзгерісін Дt табады. Бұл үшін В және С нүктелері екінші ордината осіне жобаланады, mn бөлігініњ ортасын табады және kp сызығын жүргізеді. Нүкте l арқылы тік жүргізеді. АС және ВС сызықтарын (сызықша сызбада) Е және F нүктелерінде қиылысқанға дейін тікпен экстраполяциялайды. Бөлік ЕF калориметрлік тәжірибенің температура өзгерісіне Дt, жылу алмасу түзетумен, есепке алумен сәйкес келеді. Дt және ДHток қорытындылары 10 – теңдеуге қойылады және калориметрлік тұрақтысы К шығарылады.


 

 

 


4 – сурет.  Калориметрлік тәжірибенің уақытындағы температура өзгерісі

 

1.4.2 Термохимиялық процестерінің жылу эффектісінің анықталуы 

 

Процестердің жылу пермендерін (еру, гидраттүзу, бейтараптау) калориметр тұрақтысы К табылғаннан кейін анықталады. Есептің қорытындысы тәжірибе соњындағы температура өзгерісіне сәйкес келеді.  Тәжірибедегі температура өзгерісі, калориметрлік тұрақтысын анықтағандай, сызба әдісімен анықталады.

 

1тәжірибе . Тұздың еру жылуын анықтау  

 

Тұздар сұйықта еріген кезде екі процестің орны болады: кристалдық тордың бұзылуы – эндотермиялық процесс және иондардың сольваттануы – экзотермиялық процесс. Осы жылу эффектілерінің қарым-қатынасына байланысты (еріген зат пен еріткіштің табиғатымен анықталатын) тұздың еру жылуының оң (H>0) және теріс (ДH<0) мәні байқалуы мүмкін. Интегралдық және дифференциалдық (парциалдық) еру жылуын айырады.   

Интегралдық еру жылуы таза еріткіштің кейбір мөлшеріндегі 1 моль заттың еруінің жылу эффектісі. Дифференциалдық еру жылуы – таза еріткіштің шексіз көп мөлшеріндегі 1 моль заттың еруінің жылу эффектісі.     

Калориметрлік тәжірибелерде тек интегралдық еру жылуын анықтайды. Дифференциалдық еру жылуын есеп жолымен анықтайды.

Тәжірибені орындау үшін 4 калориметрлік стаканға 400 см3 дистилденген су құйылады. Судың дәл өлшендісін (±1) толтырылған және бос стакан 4  айырмашылығы бойынша анықтайды. 9 шынаққа (1 – сурет) өлшенген құрғақ, жақсы ерітілген (±0,01 г) тұз алынады. 400 см3 көлемінің өлшендісі шамамен 5-10 г болады.   

Калориметр тұрақтысын анықтап болғаннан кейін "алдын ала кезеңінің" 10 есебін өткізеді. Содан соң, тұзы бар 9 сынауықты тез суырып алып, құйғы арқылы калориметрге тұз себеді. Құйғыны алып тастап, сынауықты қайтадан калориметрдің қақпағына 8 қондырады. Тәжірибенің "негізгі кезеңі" тұз сепкеннен кейін 1-2 минуттан соң аяқталады. Осыдан кейін "қорытынды кезеңінің" температура өлшеуінің 10 есебін өткізеді. Өлшеу нәтижелері 1 – кестеге жазылады. Араластырғышты тоқтатып, калориметрді бөлшектейді. Сынауықты 9 сыртынан сүртеді және өлшейді. Еріген тұздың дәл өлшендісін (±0,001 г) сынауыққа тұз себілгенге дейінгі және тұз себілгеннен кейінгі айырмашылығынан табамыз. Кестенің мәліметі бойынша сызба сызылады, оның ішінен калориметрлік тәжірибенің Дtx температура өзгерісін табады. Белгісіз тұздың интегралдық еру жылуы ДrH0(Т) теңдеу бойынша есептеледі

 

                                               (12)

 

мұндағы m – еріген тұздың өлшендісі, г.    

 

2 тәжірибе . Тұздың гидраттүзу жылуын анықтау   

 

Гидраттүзу жылуы дегеніміз - қатты сусыз тұздан және сәйкес келетін су мµлшерінен 1 моль кристаллогидрат түзуліне кеткен жылу мөлшері.

Кристаллогидраттың түзілуі тәжірибеден анықталмайды. Бұл шаманы Гесс заңын және сусыз тұздың еру жылуы мен көп мөлшерде сулы кристаллогидраты бойынша калориметрлік мәліметтерін негізге ала отырып табады.

Кристаллогидраттың түзілу мен еру жылуының байланысын, мыс сульфаты гидратының түзілу жылуында қарастырамыз.

Басты күйде 1 моль кристалды сусыз тұз CuSO4 және n моль H2O, қорытынды күйде - 1 моль CuSO4 n моль H2O судағы ерітіндісін аламыз. Басты күйден қорытынды күйге ауысуды екі әртүрлі жолмен іске асыруға болады.     

Бірінші жолы:          

CuSO4(қатты) + nH2O = CuSO4 (ерітінді):      интН0(Т)1.

Екінші жолы:

CuSO4(қатты) + 5H2O = CuSO4·5H2O(қатты):      гидрН0(Т), 

CuSO4·5H2O(қатты) + (n – 5)H2O = CuSO4 (ерітінді):      интН0(Т)2.      

Гесс заңы бойынша суммарлы жылу эффектілері екі жағдайда да тең болады  

 

интН0(Т)1 = ∆гидрН0(Т) + ∆интН0(Т)2.                                   (13)

 

интН0(Т)1 және ∆интН0(Т)2 тәжірибелі жолмен өлшеп, ∆гидрН0(Т) гидраттүзу жылуын есептеуге болады.    

Тәжірибе жасау үшін салмағы 7,5 г ұнталған кристаллогидраттың екі   өлшендісін алады. Бірінші өлшендіні кристаллогидратіың еру жылуын анықтау үшін пайдаланады, ал екіншісін фарфорлы ыдысқа салып жаңарғыда сусыз тұз болғанға дейін (көк түсі кеткенше) қыздырады. Сусыз тұзды алдын-ала өлшенген сынауыққа салады, оны бірден резеңке тығынмен жабады. Сынауық суығаннан кейін салмағын өлшейді. CuSO4  еру үшін суды 300 г алады, ал CuSO4∙5H2O – 297 г 3 г айырмашылығы 7,5 г кристаллогидраттың кұрамына кіретін суға сәйкес келеді. Сусыз тұздың ∆интH0(T)1 және кристаллогидраттың ∆интH0(T)2, жұмысының әдісі мен есептері 1 тәжірибеде қаралған жұмыстың әдісі мен есептеріне сейкес келеді. 

 

3 тәжірибе . Бейтараптану жылуын анықтау  

 

Бейтараптану жылуы дегеніміз – 1 моль күшті қышқыл 1 моль күшті негізбен әрекеттесуінің нәтижесінде түзілген жылу мөлшері. Бейтараптану процесін иондық түрде мына теңдеумен жазуға болады   

 

H3O+ + OH- = 2H2O;     ДrH0(T).                                   (14)

 

Теңдеуден кез келген күшті қышқылды күшті негізбен бейтараптанған кезде тұрақты жылу эффектісі байқалу керек ДH0(T), оның мәні сұйытылған ерітінділерде 298,15 К тен - 54,40·106 Дж/кмоль.  

Бейтараптану жылуын анықтау үшін калориметрлік стакан 4 (1 – сурет) 400 см3 0,15 н NaOH құйылады. Сілтінің дәл массасын (±1 г) толтырылған және бос 4 стаканның айырмашылығы бойынша анықтайды. Сілтіні 5 н HCl ерітіндісімен бейтараптайды. Қышқылды (≈10 см3) пипеткамен арнайы шынаққа құяды. Қышқылдың дәл массасын (±0,01 г) шынақтың бос және толтырылған массалар айырмашылығы бойынша табады. Шынақты калориметрдің қақпағына 8 орнатады (1 – сурет).  

Калориметрдің тұрақтылығын К анықтап болғаннан кейін, "алдын-ала кезеңінің" 10 температура өлшеуін өткізеді. Қақпақтан 8 шығып тұрған шынақты қолмен басып және оны 4 стакан түбіне сындырады. "Негізгі кезеңнің" ұзақтығы 1-3 минут созылады. Содан соң "қорытынды кезеңінің" 10 температура өлшеуін өткізеді. Сызбадан, сілтіні қышқылмен бейтараптау кезінде бөлінетін жылудың   температура өзгерісін Дt табады және 10 теңдеу бойынша жылу мөлшерінің санын есептейді.

 

1.5 Есеп беруді құру     

 

Есеп беру мыналардан тұруы қажет:  

-          жұмыстың қысқаша сипаттамасы (жұмыстың аты, жұмыстың мақсаты, қондырғының сипаттамасы мен үлгісі, жұмысты орындау тәртібі);       

-          1 кестені, калориметр температурасының уақыттан өзгеріс сызбасы, калориметр тұрақтысын есептеу нәтижесі;            

-          еру жылуының, бейтараптану жылуының және гидраттүзу жылуының есептеулерін;               

-          алынған нәтижелерді әдеби мәліметтермен салғыстыру, алынған нәтижелер бойынша қорытынды.               

 

 

№ 2 Зертханалық жұмыс 

 

Термиялық талдау

 

2.1 Жұмыстың мақсаты         

 

Жұмыстың мақсаты – дериватографты пайдаланып қыздырған кездегі үлгілердің массаларының өзгеруі арқылы фазалық ауысуды зерттеу.

 

2.2 Теориялық бөлім     

 

Термиялық талдау – көптеген физикалық және химия-технологиялық жылу бөліп немесе сіңіріп жүретін процестерді зерттеу үшін қызмет етеді. Осындай процестерді және реакцияларды зерттейтін әдістің бірі температураны өлшеу болады. Осы әдісті қатты анорганикалық материалдардың фазалық құрамын, катализаторлар жұмыс істейтін температура шекарасы тағайындалу үшін, жылу сыйымдылығын және жылу өткізгіштігін анықтау үшін керек. Талдаудың маңызы бөлек заттардағы немесе күрделі жүйедегі өтетін фазалық өзгерістерді жылу эффектісі бойынша анықтау.          

Термиялық талдау жүргізілетін қондырғыларда – дериватографта, процестерді сипаттайтын температураларды анықтаудан басқа, үлгінің қыздыру кезіндегі масса өзгерісі ТГ (термогравиметрия) тіркеледі, массаның өзгеру жылдамдығы ДТГ (дифференциалдық термогравиметрия) және жылусақтау өзгерісі (11). Дериватографиялық өзгерісінің температура айырмасы (зерттелген заттың және эталонның) - уақыт мекендікте көрсетіледі.     

Осы жұмыста дифференциалды – термиялық талдау (ДТА) көмегімен химиялық реакцияға байланысты энтальпияның өзгерісін және бағытын анықтайды және термогравиметриялық өлшеу негізінде стехиометриялық есептеулерді өткізеді.     

Дериватографиялық қисықтын ДТА сапалық бағасы энтальпия өзгерісінің таңбасын белгілеп және температура максимумдарын анықтап, оны алынған мәндерімен салыстырады. ДТА қисығымен тек қана экстремум температурасын дәл, ал айналудың басын және аяғын – тек қана жақын мәнінімен анықтауға болады.     

Фазалық ауысу, үлгінің массасының өзгеруімен жүретін, ДТГ қисығында анықталған температурамен сипатталады, онда тізбек өзгерісінің шекарасын оңай табуға болады.

 

2.3 Қондырғыны сипаттау    

 

Паулик-Паулик-Эрдеи дериватографының принципті үлгісі 5 - суретте көрсетілген. Қондырғының негізгі түзгілері: электр пеші, таразы, гальванометрлер, жарық көздері және фотоқағазды барабан.          


 

 

 

 


1, 2 - эталон және зерттелетін үлгісі бар платина тиглдері; 3, 12 – жарық көздері; 4 – пеш; 5 – таразы; 6 – жарықсезгіш қағаз; 7 – орауыш; 8 – магнит; 9, 10, 11 - гальванометрлер      

 

5 – сурет. Дериватографтың үлгісі

 

2.4 Жұмысты орындау тәртібі         

 

Зерттелетін затты 0,2-2 г мөлшерінде платина тигліне салады, ол таразыда қатты бегітілген, берілген программа бойынша (2-100 С/мин) эталон үлгісімен бірге қыздырады (алюминий немесе магний оксиді 10000С күйдірілген). Зерттеліп жатқан үлгінің масса µзгерісі, µздігінен жарықсезгіш қағазға жарық дабылы ығысқан кезде жазылады. Массаның өзгеру жылдамдығы осы жолмен өлшенеді. Магниттің күш өрісі орауышта қозғалып жатқан токты индукциялайды. Гальванометрдің жарық дабылы, бірқалыпты айналып тұрған қағазда ТГ туындысын сипаттайды. Зерттелетін үлгінің ішінде болатын термобудың қысқыштарына тағы бір гальванометр қосылады, оның жарық дабылы фотоқағазға температуралық қисығын (Т) сипаттайды. Сонымен қатар, аспап  ДТА қисығын жазады. 

Жұмыс нәтижелері дериватограмма түрінде экстремал нүктелері ДТА қисығында белгіленіп көрсетіледі және үлгінің масса өзгерісі әр сатыға есептеледі.   

Мысал ретінде 6 – суретте кристалды алюминий гидроксидінің (псевдобемиттің) үлгісінің дериватограммасы көрсетілген, ол келесі жағдайда алынған: өлшенді 200 мг; таразының сезгіштігі 200 мг; ДТА және ДТГ сезгіштігі 1/10 және 1/5; қыздыру жылдамдығы 50С/мин.     

Алюминий гидроксиді үлгісінің ДТА қисиғында екі эндоэффектілі температура интервалында 60-200 және 390-5050С максимумдарымен сәйкес 1350С пен 4600С, және бір экзоэффектілі температура интервалында 240-3900С, және экстремум нүктесі 3000С бар. Бірінші эндотермиялық эффектісі адсорбцияланған ылғалды жоюға сәйкес келеді; ал экзоэффект – алюминий оксидінің кристаллизациясына сәйкес келеді. Екінші эндоэффектісі

құрылуымен байланысқан гидрооксотоптыњ шығынына алюминий оксидінің кристаллизациясының аяқталуына байланысты, оның құрылымы 550-5900С  реттеледі.      

а, b, c, d нүктелерін ТГ қисығына проекция жасап а′, b′, c′, d′, бөлек реакцияларға жататын масса өзгерісін жеткілікті дәл анықтауға болады.

ТГ қисығымен дегидратацияның әр сатысының масса өзгерісін есептейік. H2O шығынын а′, b′ аумағында –10 мг немесе Al2O3 1 моліне 0,38 моль H2O; b′, c′ аумағында –16 мг, немесе Al2O3 1 моліне 0,60 моль H2O және c′, d′ аумағында –20 мг, немесе Al2O3 1 моліне 0,76 моль H2O бойынша құрдық. ТГ қисығы бойынша жалпы шығыны –51 мг,  немесе Al2O3 1 моліне 1,95 моль H2O.            

Дегидратацияның бірінші сатысынан кейін үлгінің массасы – 190 мг, құрамы - Al2O3·1,57 H2O; екінші сатысынан кейін – 174 мг, құрамы - Al2O3·0,97 H2O; үшінші сатысынан кейін – 154 мг, құрамы - Al2O3·0,21H2O.     

ДТА қисығы бойынша энтальпияның өзгеру мәнін зерттелген және эталон үлгілеріне арналған шектелген максимумы мен негізгі сызықтың аудандарының қатынасынан табады. Эталон ретінде CaCO3 жиі қолданады. Ауданды анықтау үшін (мысалы egf) максимум қиылады және аналитикалық таразыда өлшенеді.     

Дериватограмманың өлшеу шарты және оның қорытындылары эксперименталдық қисығы бар фотоқағаздың артқы бетінде жазылады.  

 

2.5 Есеп беруді құру     

 

Есеп беру мыналардан тұруы қажет:     

-          жұмыстың қысқаша сипаттамасы (жұмыстың аты, жұмыстың мақсаты, қондырғының сипаттамасы мен үлгісі, жұмысты орындау тәртібі);      

-          алынған дериватограмманы бейнелеу, дериватограмманың өлшеу шарты;   

-          дегидратацияның әр сатысына ТГ қисығы арқылы тәжірибе қорытындылары бойынша есептелген үлгінің масса өзгерісін;   

-           энтальпияның өзгеру мәнін;             

-          алынған нәтижелерді әдеби мәліметтермен салғастыру, алынған  нәтижелер бойынша қорытынды.      


 

 


    

6 – сурет. Алюминий гидроксидінің кристалдық үлгісінің

дериватограммасы

 

 

№ 3 Зертханалық жұмыс   

 

Потенциометрлік титрлеу

 

3.1 Жұмыстың мақсаты 

 

Жұмыстың мақсаты – потенциометрлік титрлеу әдісімен танысу, ерітіндідегі компоненттердің мөлшерін анықтау.

 

3.2 Теориялық бөлім     

 

3.2.1 Потенциометриялық титрлеудің маңыздылығы     

 

Әдістің маңыздылығы, әдеттегі титрлеу әдісіндегідей индикатор түсінің өзгеруімен емес, электрод потенциалының өзгеруімен жүзеге асатын эквиваленттік нүктенің анықталуынан тұрады.  

Потенциометрлік титрлеу кезіндегі эквиваленттік нүктені анықтау үшін қолданылатын электрод индикаторлы деп аталады. Әдеттегідей, индикаторлы электрод титрленетін заттың немесе қосылатын реагенттің ионына қатысты қайтымды болуы тиіс (кейінгі кездерде – жай реагент). Титрлеу шегіне байланысты электрод титрленетін зат ионына немесе реагент ионына қатысты қайтымды болуы себебінен оның потенциалы шартты түрде,

 

цМеz+, Me = ц0Меz+, Me  + lg aMez+      

 

өрнегі бойынша, не кемиді, не артады. Титрлеудің басты кезеңінде индикаторлы электродтың потенциалы жай өзгереді, бірақ эквиваленттік нүктеге жақындаған кезде, реагенттің кішкене мөлшерінің қатысуымен (1-2 тамшы) оның потенциалы үлкен секіріске ұшырайды. Эквиваленттік нүктені де, индикаторлы электродтың потенциалының секірісін анықтауға мүмкіндік береді.     

Потенциометрлік титрлеу кезінде қосылған ДV реагент көлемінің өзгеруіне сәйкес Дц потенциалының өзгеру қатынасын тәжірибе жүзінде, кейде қажет ц потенциалының өзгеруі бақылауға қарағанда әлдеқайда ыңғайлы келеді. Бұл әрекет Дц/ДV қатынасы эквивалентік нүктенің жанында ц потенциалына қарағанда иілуі лезде өзгереді, яғни титрлеудің соңғы шегін дәлірек анықтауға мүмкіндік беретіндігімен түсіндіріледі.      

Потенциометрлі титрлеу ерітіндісіндегі қышқылдың (нейтралдау тәсілі), галоген иондарының (тұндыру тәсілі, яғни тұнбаға түсіру), т.б. иондар қатарларының (комплекстүзу тәсілі) мөлшерін анықтау үшін кең қолданылуы мүмкін.           

 

3.2.2 Қышқылдарды титрлеу 

 

Қышқылдарды титрлеу кезінде 2 жағдайды ажырата білу керек:

а) күшті қышқыл ерітіндісін күшті негіз ерітіндісімен титрлеу;

ә) әлсіз қышқыл ерітіндісін күшті негіз ерітіндісімен титрлеу;

Бірінші  жағдайда сутегі иондары концентрациясының өзгеруі тек реакция арқасында жүзеге асады.

 

H3O+  + OH-  → 2H2O.       

 

Күшті қышқылды күшті сілтімен титрлеген кезде эквиваленттік нүктені қисықтың иілу нүктесі бойынша анықтайды (7 – сурет). Егер ордината осі бойынша Дц потенциалының қатынасын ДV көлемінің сәйкес өзгеруіне қарай белгілеп, ал абсцисса осі бойынша – реагент көлемінің, онда дифференциалды қисық шығады, 8 – суретте көрсетілген.     

Әлсіз қышқылды титрлеу кезінде секірісі (лезде өзгеруі) бірінші жағдайға қарағанда иілуі лездегі кем көрсетілген. Бұл жағдайда иілу нүктесін табу қиынға әкеп соқтырады, яғни титрлеудің соңғы шегін де табу оңай болмас.

9 – суретте тұз қышқылы мен сірке қышқылының ерітінділерін күшті негіз ерітіндісімен титрлеу қисықтары көрсетілген. Сірке қышқылының титрлеу қисығы басты кезеңінде салыстырмалы тез жоғарлайды (аб кесіндісі), бв кесіндісі – мейілінше түзу. Эквиваленттік нүктесіндегі потенциалының өзгеруіне жауап беретін вг кесіндісі тұз кышқылының титрлеу қисығындағы ұқсас кескініне қарағанда әлдеқайда қысқағырақ. Өте әлсіз қышқылдар үшін вг кесіндісі титрлеу қисығында мүлдем жоғалуы (көрінбеуі) мүмкін, яғни эквиваленттік нүктеде потенциалдық көрнекті өзгеруін бақылауға болмайды.     

 


 

 


 7 – сурет. Тұз қышқылын натрий гидроксидімен титрлегендегі қисығының көрінісі     

 

8 – сурет. Тұз қышқылын натрий гидроксидімен потенциометрлік титрлеудің дифференциалды қисығының көрінісі  

 

аб кесіндісіндегі сутегі элкетродының потенциалының салыстармалы тез өзгеруін, сірке қышқылының әлсіз диссоциация нәтижесінде, сілтінің кешкене мөлшерінің қатысуыменен сутегі иондары концентрциясының тез кемуімен түсіндіреді. Ал бв кесіндісіндегі потенциал өзгеруінің тежелуі, нейтралдану реакциясы нәтижесінде, тұздың буферлі әсеріне негізделеді. вг кесіндегі потенциал эквиваленттік нүктеде сутегі иондарының концентрациясымен анықталады. Бұл жағдайда сутегі иондарының концентрациясын        

 

 

теңдеуінен есептеп шығаруға болады.    

Мұндағы Кдисс – қышқылдық диссоциация константасы; 

                 Ксу – судың иондық көбейтіндісі;   

                 с – эквиваленттік нүктедегі тұз концентрациясы.     

Әлсіз қышқылды күшті негізбен нейтралдағанда эквиваленттік нүктеде ерітінді нейтралды болмай, түзілген тұз гидролизі нәтижесінде, сілтілі болады.  

3.2.3 Қышқылдық қосылыстардың титрленуі      

 

Күшті және әлсіз қышқылдық қосылыстарды титрлегенде әрбір жеке қышқылдың құрамын, оларды алдын ала ажыратусыз потенциометрлік анықтауға болады.

Күшті және әлсіз қышқылдық қосылыстарды титрлегенде, бірінші болып күшті қышқыл нейтралдауға ұшырайды. Осындай қышқылдарды потенциометриялық титрлеу кезінде потенциалды индикаторлы электродта екі ауытқу болады. Сілтімен титрленген тұз қышқылы мен сірке қышқылының қоспаларының қисығы 10 - суретте көрсетілген. Қисықтағы а1 және а2 нүктелері - қисықтағы ауытқу нүктелері. Бірінші нүкте - қоспадағы тұз қышқылының толық титрленуіне, ал екінші нүкте - сірке қышқылына сәйкес келеді. Сызықшамен белгіленген түзу, эквиваленттік нүктедегі потенциалдық өлшемін көрсетеді, хлорлысутек қышқылы бейтараптау кезінде байқалады, егер қоспаның концентрациясына сәйкес келсе.              

 

9 - сурет. Тұз және сірке қышқылдарын күйдіргіш натрмен титрлегендегі

қисығының көрінісі

 

10 - сурет. Тұз және сірке қышқылдарының қоспасын күйдіргіш натрмен титрлегендегі қисығының көрінісі  

 

Көп жағдайда көп негізді қышқылдарды күшті сілтімен титрлеу кезінде титр қисығында бірінші ауытқу нүктесі болады, оның себебі көп негізді қышқылдар бірнеше сатыда диссоциацияланады, диссоциацияланудан шыққан зат бірдей өлшемдегі қышқылдар сияқты.       

Егер де диссоциациялау константасының қатынасы әрбір сатыны диссоциациялануы 104 дәрежесіндей болса, көп негізді қышқылдарды титрлегенде бірнеше нүктенің ауытқуын күтуге болады. Титрлеу қисығында екі нүктедегі ауытқу көп негізді қышқылдарға мысал ретінде хром қышқылының ерітіндіде диссоциациялау теңдеуін қарастырайық:            

 

                                                                     H2O

H2CrO4 → H3O+ + HCrO (бірінші саты),     

 

HCrO4 → H3O+ + CrO (екінші саты).         

 

Диссоциация константасы бірінші сатының екінші сатыға қатынасының хром қышқылының ыдырауы жобамен 107 тең, себебі хром қышқылы бір негізді де, екі негізді де сияқты титрленеді.       

Хром қышқылының ерітіндісін сілтімен титрлеуінің қисығы 11 - суретте көрсетілген.                      

 

3.2.4 Потенциометриялық титрлеу әдісінің жетістігі мен кемшіліктері       

 

Потенциометриялық әдістің жақсы жақтарына:                        

а) Боялған ерітінділерде және тұнбасы бар ерітінділерде сандық өлшемін өндіру мүмкіндігі;       

ә) Тікелей сандық ерітіндідегі бір немесе бірнеше компоненттердің бар екенін анықтау;              

б) Бейтараптану, тұнбалану және комплекс түзуде тікелей пайдалану мүмкіншілігі;

в) Потенциометриялық әдістің жоғарғы сезгіштігі, кейде титрлеудің кәдімгі көлемді әдісінің сезгіштігінен асып кетеді.     


      

11 – сурет. Хром қышқылының сілтімен титрлегендегі қисығының көрінісі

 

Кемшілігінен ескертулер:            

а) Салыстырмалы күрделі аппаратураны пайдалануына;   

б) өлшеуіш аспапта және бюреткада өлшемін көп есептеуді қажет етуіне;   

в) кейбір жағдайда индикаторлы электродтың потенциалының тұрақсыздығы немесе шекті мөлшерінің өте баяу қондырылуына.    

 

3.3 Қондырғыны сипаттау         

 

Потенциометриялық титрлеуді орындау үшін, индикаторлы жартылай элементтен және хлорлыкүмісті немесе каломельді электродтан гальваникалық тізбек құрастырады. Жартылай индикаторлы элементті былайша дайындайды. Титрлейтін ыдысқа индикаторлы электродты, зерттелетін ерітіндіні және араластырғышты қондырады. Осылайша индикаторлы жартылай элементті жинап, оны хлорлыкүмісті және каломельді электродты тұзды көпірше арқылы біріктіреді.         

Қышқылдарды негіздермен потенциометриялық титрлеу кезінде индикаторлы электродтың орнына сутекті электродты пайдалануға болады. Сутекті электродтың тетігі 12 суретте көрсетілген. Жұмыс кезінде платиналық сым және пластинка жобамен жартылай ерітіндіге еніп, жүйе арқылы үзіліссіз сутегінің өтуін қадағалау керек. 13 суретте қышқыл ерітіндісін сілті ерітіндісімен титрлеудің гальваникалық тізбегінің үлгісі көрсетілген. Титрлеу процесінде гальваникалық тізбектің электроқозғалғыш күші потенциометриялы анықталады. 

 

3.4 Жұмысты орындау тәртібі      

 

Араластыру кезінде зерттелуші ерітінді шашырамау үшін, оны араластырғыштың лопасттары толық ерітіндіге еніп тұрғанша дистирленген су қосады. Титрленуші ерітіндіге реагент ерітіндісін бюреткадан қосады. Қышқылды (немесе сілтіні) титрлегенде рН-метрді пайдалануға болады. Титрлеудің соңғы нүктесін келесі жолмен анықтайды. Бастапқы титрлеуде реагентті көп мөлшерде қосады (0,5 – 1 мл). Реагентті құйған сайын ∆E/∆V қатынасын есептейді. Эквиваленттік нүктеге жақын, ∆E/∆V қатынасы жоғарлаған сайын реагентті өте көп мөлшерде құя бастайды (0,1-ден 0,05 мл дейін). Тәжірибе, реагентті әрі қарай қосу ∆E/∆V қатынасының азаюын көрсеткен кезде, тағы 3-4 өлшемін алып (реагентті 0,5 мл құйып отырып), титрлеуді аяқтайды.               

Өлшемнің қорытындысын 2 -  кестеге жазады.    

2 кесте           

V, мл

Е, В

∆E/∆V

 

 

 

 


 


1 - ыдыс; 2 - қышқыл ерітіндісі; 3 - шыны қоңырау; 4 - сыртқы сым; 5 - платинді пластинка

12 - сурет. Потенциометриялық титрлеуге арналған сутекті электрод

 

Эквиваленттік нүктені толық анықтау үшін сызба сызады (7 сурет  және 8 сурет).                

 

3.5 Есеп беруді құру       

 

Есеп беру мыналардан тұруы қажет:

- жұмыстың қысқаша сипаттамасы (жұмыстың аты, жұмыстың мақсаты, қондырғының сипаттамасы мен үлгісі, жұмысты орындау тәртібі); 

- 2 - кестеге титрлеудің нәтижелерді, қышқылды сілтімен титрлеудің сызбалы көрінісі;      

- алынған нәтижелерді әдеби мәліметтермен салғастыру, алынған  нәтижелер бойынша қорытынды.   

 

 

№ 4 Зертханалық жұмыс

 

Адсорбциялық тепе-теңдікті зерттеу

 

4.1 Жұмыстың мақсаты

 

Жұмыстың мақсаты – адсорбция мөлшерінің адсорбатты тепе-теңдік концентрациясына байланысын зерттеу.


 

 


1 - каломельді электрод; 2 - тұзды көпірше; 3 - сутекті электрод; 4 - қозғалтқыш; 5 - бюретка

13 - сурет. Потенциометриялық титрлеу кезіндегі гальваникалық

тізбектің үлгісі

4.2 Теориялық бөлім

 

Бір заттың басқа заттың үстімен сіңіру процесі адсорбция деп аталады. Сіңірілетін заттар, бөлшектер адсорбат, ал сіңіретін адсорбент деп аталады.

Адсорбат пен адсорбент бөлшектерінің арасындағы өзара әрекеттесудің  түрлі қасиеті болуы мүмкін. Осы өзара әрекеттесудің табиғатына байланысты физикалық және химиялық адсорбцияны (химасорбция) ажыратады.

Физикалық адсорбцияда адсорбат пен адсорбент бөлшектері өзара әрәкеттесудің әлсіз молекуляраралық күштер қатынасымен (Ван-дер-Вальстің күштерімен)  байланысады. Физикалық адсорбцияның үлгісі активирленген көмірмен еріген заттар немесе газдар адсорбциясы болып табылады. 

Хемосорбцияда адсорбат пен  адсорбент бөлшектері, жаңа заттың пайда болуына әкеліп соқтыратын химиялық өзара әрекеттесудің туындауынан болатын жалғаудың өте берік күштерімен байланысты. Хемосорбцияның үлгісі оттегінің металдармен адсорбциясы болып табылады.  

Адсорбенттің бетінен адсорбат бөлшектерін бөлу процесі, яғни адсорбцияға қарсы көрінісі десорбция деп аталады. Егер жүйеде “адсорбат – адсорбент” берілген шартта адсорбция жылдамдығы десорбция жылдамдығына тең болса, жүйе күйі адсорбциялық тепе-теңдік деп аталады.    

Адсорбцияны адсорбенттің бетінің ауданының бірлігіне адсорбат моліндегі (моль/м2) немесе адсорбенттің массасының бірлігіне адсорбат моліндегі (моль/г) мөлшерінде көрсетеді.        

Адсорбцияның шамасы адсорбент пен адсорбаттың табиғатына, адсорбаттың температурасы мен концентрациясына (немесе қысымына) тәуелді болады. С тепе-теңдік концентрациясындағы Г адсорбция шамасының қисық тәуелділігін немесе Т тұрақты температурадағы адсорбаттың р қысымын изотермиялық адсорбция деп атайды         

 

Т = const болғандағы, Г = f (С) немесе Г = f (р).     

 

4.3 Жұмысты орындау тәртібі

 

Тәжірибе 1. Метилді қызғылт-сарының активтелген көмірмен адсорбциясы 

 

Осы жұмыста адсорбцияны (Г) теңдеу бойынша есептейді   

      

, адсорбенттің мг/г,

 

мұндағы V – метилді қызғылт-сарының көлемі, мл;

               C0 – метилді қызғылт-сарының бастапқы концентрациясы, г/л;

               CТ – метилді қызғылт-сарының тепе-теңдік концентрациясы, г/л;

               m – көмірдің массасы, г.

 

Таразыда бес активтелген көмірдің өлшендісін өлшеңдер (0,10 г).

Бес көлемі 300 мл колбаларға көмір салыңыз (бір өлшендісінен) және уақытын белгілеп, оның үстіне 100 мл метилді қызғылт-сары ерітіндісінің әр түрлі концентрациясын  құйыңыз. 

 

     Колбаның саны……………1            2              3           4              5

      С, г/л…………………..~0,0005   ~0, 001 ~0,0025   ~0,01     ~0,015

 

Колбаның ішіндегісін араластырыњдар және араластыруды әр 10 минут сайын қайталандар. Көмірдің ерітіндімен түйіспе ұзақтығы 40 минут.

Адсорбциялық тепе-теңдік орнағанша, әр бастапқы ерітіндінің дәл концентрациясын анықтандар. Ол үшін бастапқы ерітінділерді фотоколориметрдің жұмыс кюветасына құйындар, және олардың оптикалық тығыздығын анықтандар. Метилді қызғылт-сарының концентрациясы 0,01 және 0,015 г/л  оптикалық тығыздығын анықтаудың алдында оларды сұйыту қажет, біріншісін 4 рет, екіншісін 10 рет (ол аспаптың жұмыс диапазонына байланысты). Ол үшін 100 мл өлшенді колбаға бірінші ерітіндіден 25 мл және екінші ерітіндіден 10 мл пипетка арқылы алыңыз да, колбаның өлшенді сызығына дейін дистилденген су қосыңыз. 

Бастапқы ерітінділердің оптикалық тығыздығын анықтап болған соң, калибрленген қисықтан олардың концентрациясын табыңыз. Төртінші және бесінші ерітінділердің бастапқы концентрациялары калибрленген қисықтан анықталған 4 есе және 10 есе үлкен концентрацияларына сәйкес келеді.       

Адсорбция басталған кезден бастап 40 минуттан кейін ерітінділерді конустық колбаға сүзіп алыңыз, және метилді қызғылт-сарының бастапқы концентрациясын анықтағандай тепе-теңдік концентрациясында солай сүзгіште анықтаңыз. Сүзгідегі көмірді сақтап қойыңыз.      

Алынған нәтижелерді 3 - кестеге жазыңыз. 

Тәжірибенің қорытындысы бойынша әр жағдайдағы адсорбцияның мәндерін есептеңіз.   

Тәжірибенің қорытындысы бойынша миллиметрлі қағазға активирленген көмірмен метилді қызғылт-сарының адсорбциясының изотермасын құрыңыз.  

 

3 - кесте   

 

Тәжірибе-нің

Номері

Метилді қызғылт-сарының С0, г/л

Метилді қызғылт-сарының СТ, г/л

Адсорбция, мг/г

Шамамен

Нақты

1

2

3

4

5

0,0005

0,0010

0,0025

0,0100

0,0150

 

 

 

 

2 тәжірибе . Метилді қызғылт-сарының десорбциясы    

 

Десорбия көрсеткіштерін мына формула бойынша есептейді       

 

             

 

мұнда V - зерттелетін ерітіндінің көлемі, мл;                

           С - метилді қызғылт-сарының концентрациясы, г/л;          

           m - көмірдің массасы, г.         

Десорбцияны жүргізу үшін, 1 тәжірибедегі метилді қызғылт-сарының орташа концентрациясына арналған адсорбциялық комплексті пайдаланған жөн.   

Ол үшін көмірлі сүзгішті 300 мл конустық колбаға ауыстырып, оған 100 мл дистилденген суды құйыңыз. Колбаның ішіндегін 5-10 минут сайын араластырыңыз.     

30-40 минуттан кейін сұйық қабатын таза конустық колбаға сүзіп алыңыз да, ондағы метилді қызғылт-сарының концентрациясын фотоэлектрокалориметрмен анықтаңыз.  

Тәжірибенің нәтижелері бойынша десорбцияны есептеңіз.     

 

3 тәжірибе . Активирленген көмірмен сірке қышқылының адсорбциясы  

 

Сірке қышқылының адсорбциясын (Г) сірке қышқылының бастапқы (Сбаст) және тепе-теңдік (Ст) концентрацияларының арасындағы айырымы арқылы есептейді                            

 

         

 

Сірке қышқылы ерітіндісінің көлемін өлшенді цилиндрмен өлшейді. Ерітінділердегі сірке қышқылының концентрациясын қалыпты жағдайда – 10 мл қышқыл ерітіндісін титрлеуге кеткен сілті миллилитрлерінің санымен көрсетеді.   

Технохимиялық таразыда мөлшері 1,0 г активирленген көмірдің үш өлшендісін дайындап, оларды таза құрғақ колбаға салыңыз. Әр түрлі концентрациялы сірке қышқылының ерітіндісін 50 мл-ден колбаларға (колбаларды нөмірлеңіз) құйыңыз: бірінші колбаға - №1 ерітінді, екіншісіне - №2 ерітінді, үшіншісіне - №3 ерітінді. Адсорбция процесін жылдамдату үшін колбалардың ішіндегілерін периодты араластырыңыз.   

Сірке қышқылы ерітіндісінің бастапқы концентрациясын анықтау үшін, конустық колбаға 10 мл №1 ерітіндіні пипеткамен құясыз, оған 1-2 тамшы фенолфталеин қосыңыз да титрлеуді орындаңыз. Ол үшін бюретканы 0,1 н NaOH ерітіндісімен мөлшеріне дейін толтырыңыз, сосын одан қышқылға сілті ерітіндісінің бір тамшысынан зерттелетін ерітінді, араластыру кезінде жоғалмайтын қызғылт түске боялғанша тамшылатып құйыңыз.        

Титрлеуге кеткен сілтінің көлемін жазыңыз да титрлеуді қайталаңыз. (Титрлеуді 0,1 мл-ге дейін ажыратылатын екі нәтижесін алғанша орындаңыз.)    

Адсорбция басталған кезден бастап, 20-25 минуттан кейін конустық колбаға ерітінділерді қағазды сүзгі арқылы сүзіңіз және сірке қышқылының бастапқы концентрациясы анықталғандай тепе-теңдік концентрациясын сүзгіштерде анықтаңыз. Тәжірибенің нәтижесі бойынша әр түрлі ерітінді үшін сірке қышқылының адсорбциясын есептеңіз.     

Алынған мәліметтерді кестеге енгізіңіз.         

 

 

4 – кесте          

 

Ерітінді

Нөмері

Сбаст., г/л

СТ, г/л

Г, мг/г

1

2

3

 

 

 

 

Активирленген көмірмен сірке қышқылының адсорбциясының изотермиясын құрыңыз (миллиметрлі қағазға).     

 

4 тәжірибе . Сірке қышқылының десорбциясы       

 

Таза колбаға 50 мл су құйып, оған №3 татпалы (3-ші тәжірибені қараңыз) көмірлі сүзгіні қосып араластырыңыз.           

20-25 минуттан кейін ерітіндіні сүзіп алыңыз. Осыдан десорбцияланған сірке қышқылының концентрациясын анықтаңыз. Ол үшін сүзгіштен пипетка арқылы конустық колбаға 10 мл ерітіндіні алыңыз, сосын алдынғы тәжірибедегідей фенолфталеин арқылы сілті ерітіндісімен титрлеңіз.    

Титрлеуге кеткен NaOH мл сияқты десорбцияланған қышқылдың концентрациясын (Сдес) көрсетіңіз.      

Адсорбцияланған қатынасына байланысты десорбцияланған сірке қышқылының пайыздық мөлшерін есептеңіз      

 

Десорбцияның % = (Сдес/Г)100.     

 

4.4 Есеп беруді құру       

 

Есеп беру мыналардан тұруы қажет:

- жұмыстың қысқаша сипаттамасынан (жұмыстың аты, жұмыстың мақсаты, қондырғының сипаттамасы мен үлгісі, жұмысты орындау тәртібі); 

- 3, 4 - кестеге титрлеудің нәтижелерінен, активирленген көмірмен метилді қызғылт-сарының адсорбциясының изотермасынан;      

- алынған нәтижелерді әдеби мәліметтермен салғыстыру, алынған  нәтижелер бойынша қорытынды.   

 

 

Қолданылған әдебиеттер    

 

 

1.     Герасимов Я.И. Физикалық химия курсы. – М.: Химия, 1980. т.1,2.

2.     Жуховицкий А.А., Шварцман Л.А. Физикалық химия. –М.: Металлургиздат, 1976.

3.     Киреев В.А. Физикалық химия кысқа курсы. –М.: Химия, 1978.

4.     Буданов В.В., Воробьев Н.К. Физикалық химияның практикумы. –М.: Химия, 1986.

5.     Пиккеринг У.Ф. Ќазіргі аналитикалық химия, /ағылш. ауд. –М.: Химия, 1977.

6.     Берг Л.Г. Термохимияға кіріспе. –М., 1969.

7.     Мухленов И.П., Авербух А.А. Жалпы химиялық технологиядан практикумы.- М.: Химия, 1977.

8.     Металлургиялық процестердің физико-химиялық зерттеу әдістері. /Арсентьев П.П., Яковлев В.В., Крашенников М.Г., Пронин Л.А. Филиппов Е.С. -М.: металлургия, 1988.

9.     Химия анықтамасы. 2-изд. –М.; Л.: Химия, - 1964. Т.111.

 

 

Мазмұны

 

1 Химиялық реакциялардың жылу эффектісін өлшеу………3    

2 Термиялық талдау……………………………………………..14

3 Потенциометрлік титрлеу…………………………………….17

4 Адсорбциялық тепе-теңдікті зерттеу………………………..23

 

 

 

Ќиюлас. Жоспар 2003 ж., поз.____ 18     _____

 

 

 

Стояк Вячеслав Владимирович

Каленова Жан Абдразаковна

 

 

 

 

ЖЕС ХИМИЯ – ТЕХНОЛОГИЯЛЫЌ ПРОЦЕСТЕРДІЊ АРНАЙЫ С¦РАЌТАРЫ

 

 

 

Зертханалыќ ж±мыстарѓа єдістемелік н±сќаулар

 (220240 – су жєне отын технологиясы мамандыѓы бойынша оќитын

студенттер ‰шін)

 

 

Редакторы Ж.А. Байбураева

 

 

Басуѓа ќол ќойылды 5.01.04                                           Ќалпы 60х84 1/16

Таралымы __ 50 ____экз.                                                Баспаханалыќ ќаѓаз № 1

Кµлемі 1,9 оќу есепті баспа табаќ.                                Тапсырма 46. Баѓасы 60 тг.

 

 

 

Алматы энергетика жєне байланыс институтыныњ кµшірме кµбейту бюросы. 480013, Алматы, А. Байт±рсын±лы кµшесі, 126 ‰й.