Теория химико-технологических процессов (стр. 9 из 10)

До начала работы необходимо:

1) подключить измерительный прибор к электросети для прогревания в течение 15-20 минут;

2) зачистить наждачной бумагой металлическую часть индикаторного (серебряного) электрода и промыть дистиллированной водой весь электрод;

3) протереть фильтровальной бумагой и промыть дистиллированной водой электрод сравнения;

4) тщательно протереть фильтровальной бумагой и промыть дистиллированной водой магнитный элемент.

Работа состоит из двух частей:

а) Определение методом потенциометрического титрования концентрации раствора AgNO₃ (

В чистый стакан для титрования отобрать с помощью бюретки 3 мл раствора AgNO₃ поместить в стакан магнитный элемент и опустить электроды так, чтобы они не касались магнитного элемента в покое и в дальнейшем при перемешивании раствора. Прилить в стакан дистиллированной воды столько, чтобы рабочие части электродов (металлическая часть индикаторного и место контакта с раствором электрода сравнения) были полностью погружены в раствор. Включить магнитную мешалку и подобрать подходящий режим перемешивания. Включить измерительный прибор и измерить начальную величину э.д.с. полученного гальванического элемента. Затем титровать стандартным раствором NaCl, прибавляя его по 0,2 мл и измеряя э.д.с. после каждой порции прибавленного титранта. Полученные измерения заносят в таблицу. В начале титрования э.д.с. мало изменяется, затем вблизи точки, эквивалентности происходит резкое, скачкообразное изменение, после конца скачка опять наблюдаются близкие по значению величины э.д.с. Титровать необходимо до получения 6 - 7 измерений близких по значению величии э.д.с. после конца скачка титрования (~ до 140 - 150 мВ, т.е. 0,14 -0,15 В).

б) Определение методом потенциометрического титрования содержания хлоридов и иодидов при совместном присутствии.

Полученный у лаборанта анализируемый раствор, содержащий смесь солей KI и NaCl, титруют раствором AgNO₃ по выше описанной методике. Измерения записывают в таблицу. В отличие от предыдущего титрования здесь должно получиться два скачка титрования, то есть два резких скачкообразных изменения э.д.с. Титрование заканчивают, добавив 6 - 7 порций титранта после конца второго скачка титрования (~ до 420 - 450 мВ, т.е. до 0,42-0,45 В).

По полученным данным строят кривые титрования - графические зависимости э.д.с. от объема (V) титранта (рис. 4.1, 4.2, 4.3). На скачках титрования находят точки эквивалентности и соответствующие им эквивалентные объемы титрантов, израсходованные на взаимодействие с титруемыми веществами.

Рассчитывают:

Концентрацию AgNO₃ по формуле:

(4.11)

где

- концентрация стандартного раствора NaCl, взятого для титрования, н;

- объем стандартного раствора NaCl, пошедший на титрование AgNO₃, мл. (Рис. 4.1);

- объем раствора AgNO₃, отобранный для титрования, 3,00 мл.

Содержание хлор-иона и иона йода в анализируемом растворе рассчитывают по формулам:

(4.12)

(4.13)

где V₁ – объем AgNO₃ пошедший на титрование иодида, соответствующий первому скачку на кривой титрования смеси солей, мл (рис 4.3); V₂ – общий объем AgNO₃, пошедший на титрование йодида и хлорида, соответствующий второму скачку на кривой титрования смеси солей, мл (рис. 4.3);

- концентрация раствора AgNO₃, рассчитанная по формуле (4.11); Э_Cl-, Э_I- - эквиваленты хлора и йода, равные их атомным массам.

Содержание KI и KCl а анализируемом растворе рассчитывается но формулам:

(4.14)

(4.15)

где Э_KIи Э_KCl - эквиваленты KIи KCl, равные их молекулярным массам [7].

4.2. Приготовление растворов реагирующих веществ.

Вещество иодид калия в условиях реакции является кристаллическим хорошо растворимым веществом, поэтому приготовление его раствора заключается в растворении его в растворителе (дистиллировано воде).

Вещество хлористый метан в условиях реакции является газом хорошо растворимым в спирте (3500мл на 100г (127мл) этанола), поэтому приготовление его раствора заключается в растворении его в этаноле или нахождении готового реактива (этанол который содержит уловленный хлористый метанол, концентрация принимается максимально возможной).

Вещество йодистый метан в условиях реакции является жидкостью, бесконечно растворимой в этаноле, поэтому приготовление его раствора заключается в растворении его в растворителе (этаноле).

Объём реакционной массы составляет 720 мл.

Опыт 1. Т.е. V_р.м. = 720мл, С_A,0 = 1,0 моль/л, С_Y,0 = 0,5 моль/л, С_Z,0 = 0,0 моль/л, tº = 80ºC, растворитель – водный раствор спирта.

Для приготовления раствора хлористого метана необходимо взять 585,21 мл готового этанола (с максимальной концентрацией) с растворённым в нём веществом.

Для приготовления раствора иодистого калия к концентрацией 0,5 моль/л необходимо взвесить 59,76г чистого вещества. Количественно перенести в колбу, долить 134,79 мл дистиллированной воды.

Опыт 4. Т.е. V_р.м. = 720мл, С_A,0 = 1,0 моль/л, С_Y,0 = 0,5 моль/л, С_Z,0 = 0,2 моль/л, tº = 80ºC, растворитель – водный раствор спирта.

Для приготовления раствора иодистого калия к концентрацией 0,5 моль/л необходимо взвесить 59,76г чистого вещества. Количественно перенести в колбу, долить 104,79 мл дистиллированной воды.

Для приготовления раствора йодистого метана с концентрацией 0,2 моль/л необходимо взять 28,4мл чистого вещества. Количественно перенести его в колбу, долить 30мл чистого этанола.

4.3. Схема установки, подбор реактора и доказательство его идеальности.

Для проведения кинетических опытов необходим реактор идеального смешения (РИС). Это тип идеального реактора можно получить на следующей установке (пример):

Рис. 4.4. Схема экспериментальной установки.

1 – стеклянный трёхгорлый реактор с рубашкой; 2 – ртутный термометр с контактами (РТК); 3 – штатив; 4 – стеклянная мешалка; 5 – электропривод мешалки; 6 – пипетка для отбора аликвот; 7 – трубки силиконовые; 8 – ультратермостат.

Реактор представляет стеклянный трёхгорлый реактор 1 с напаянной стеклянной рубашкой. В реакторе через центральный шлиф помещена мешалка 4, приводимая в движение электроприводом 5.

Реактор снабжён следующими узлами:

а) узел термостатирования представлен рубашкой реактора, трубками 7, соединяющими её с ультратермостатом 8, который поддерживает постоянную температуру теплоносителя (вода) и прокачивает его через рубашку со скорость, обеспечивающей постоянство температуры в ректоре. Объём рубашки должен составлять не менее ½ объёма реактора. Также дополнительно имеется ртутный термометр с контактами (РТК), посредством которого отслеживается температура реакционной массы, и в случае превышения температуры ультратермостат должен автоматически увеличивать скоростью подачи теплоносителя в рубашку реактора.

б) узел моментального ввода реагентов представляет собой мерный цилиндр и стеклянную воронку, посредством которой через свободный шлиф в реактор вводиться второй реагент. Такая реализация этого узла возможна, поскольку константа скорости протекания реакции очень мала и реакция протекает медленно. Т.е. время ввода второго реагента по сравнению со временем протекания реакции совершенно незначительно, т.е. практически мгновенно.

в) узел моментального отбора проб представляет собой пипетку с резиновой грушей и химический стаканчик для взятой аликвоты. Аналогично предыдущему пункту можно считать время отбора пробы совершенно незначительным.

Учитывая дальнейшее прохождение реакции во взятой аликвоте наиболее удобным и надёжным методом стопорения реакции является метод захолаживания. Т.е. так как скорость протекания реакции мала, и она очень сильно зависит от температуры, то даже при охлаждении аликвоты базового опыта проточной водой падение температуры составляет ~ 60ºC. При таком падении температуры реакция практически перестаёт идти. Но для получения более высокой точности возможно использование смеси воды со льдом, для последующего охлаждения аликвоты.

Подбор объёма реактора. Поскольку для определения кинетики данной реакции наиболее подходит РИС, то необходимо определить его объём.