Тема 5. Растворы неэлектролитов — КиберПедия 

Своеобразие русской архитектуры: Основной материал – дерево – быстрота постройки, но недолговечность и необходимость деления...

Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...

Тема 5. Растворы неэлектролитов

2017-12-10 487
Тема 5. Растворы неэлектролитов 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

 

Основные вопросы по теме

1.ЗаконРауля.

2. ЗаконГенри.

3.Повышение температуры кипения и понижение температуры

замерзания растворов.

4. Эбулио и криоскопия.

5. Определение молекулярной массы растворенного вещества.

6. Осмос. Осмотическоедавление.

 

Вопросы для самоконтроля

1.Почему давлениен асыщенного пара растворителя над раствором

всегда меньше, чем над чистым растворителем?

2. Что такое «идеальный раствор»?

3. Сформулируйте и запишите математическое выражение закона

Рауля.

4. В чем причина положительных и отрицательных отклонений от

закона Рауля?

5. Сформулируйте закон Генри.

6. Запишите объединенный закон Рауля – Генри.

7. Дайте определение бесконечно разбавленным растворам.

8. Сформулируйте законы Коновалова.

9. Опишите способы определения молекулярной массы растворенного

вещества.

 

Концентрация растворов

Концентрация – одна из важнейших характеристик растворов.

Концентрация показывает, в каком соотношении (массовом или объемном) взяты растворитель и растворенное вещество. Существует несколько способов выражения концентрации растворов. При описании какого-либо свойствараствора используют ту концентрацию, которая дает наиболее простую зависимость между свойством раствора и концентрацией. При решении задач по физической и коллоидной химии часто приходится

переходить от одного способа выражения концентрации к другому.

Определения

Процентная концентрация (массоваяконцентрация, весовая %) выражается числом граммов растворенного вещества в 100 г раствора (размерность г / 100 г раствора).

Молярная концентрация (молярность) выражается числом молей

(грамм-молекул) растворенного вещества в 1 л раствора (размерность

моль/л).

Нормальная концентрация (нормальность) выражается числом моль- эквивалентов (грамм-эквивалентов) растворенного веществав 1 л раствора (размерность моль-эквивалент/л).

Моляльная концентрация (моляльность) выражается числом молей

(грамм – молей) растворённого веществав 1000 г растворителя (размерность моль / 1000 г растворителя).

Молярная (мольная) доля или молярный процент показывает, какую часть от общего числа молей раствора составляет растворенное вещество (или растворитель).

Если обозначить число молей растворителя через nР, а число молей растворенного вещества nВ, то молярная доля растворенного вещества равна

NB = ,

а молярная доля растворителя

NP = ,

Сумма NP + NB = 1.

Молярная доля, увеличеннаяв 100 раз, называется молярным процентом.

Таблица 4

Формулы перехода от одних выражений концентраций растворов к другим

Концетрация A N M L
Процентная (г/100 г раствора, вес %, масс %) A =     А              
Нормальная N =   Н    
Молярная М =   М
Моляльная Cm=     L

 

Принятые обозначения:

ρ – плотность раствора, г/см3;

М – масса моля растворенного вещества, г;

Э – масса моля- эквивалента растворенного вещества, г.

При решении задач полезно использовать следующие определения:

1. Моль – величина, выраженная в граммах и численно равная атомной (для простых веществ) или молекулярной массе.

2. Моль- эквивалент кислоты = Масса моля кислоты / Число атомов водорода.

3.Моль-эквивалент основания = Масса моля основания/Число гидроксильных групп.

4. Моль-эквивалент соли = Масса моля соли / n · Z,

где n – число ионов металла; Z – заряд иона металла.

Объем 1 моля газа при н.у. (1,013·105 Н/м., 760 мм рт. ст., 1 атм., 00С,

273 К) равен 22,4 л = 2,24 · 10-2 м3.

Примеры решения задач

 

Пример 1

В 100 см3 воды растворили 25 г серной кислоты. Выразить концентрацию полученного раствора:

1) в процентах:

А = = 20%

2) молярная концентрация. Необходимо дополнительно знать плотность

раствора. Из Справочника находим ρ = 1,14г/см3:

а) по формуле из табл. 4:

M = = = 2,33 моль/л

Мв (H2SO4) = 2 · 1 + 1 · 32 + 4 · 16 = 98 г;

б) находим массу 1 л раствора:

m = ρ · V = 1,14 · 1000 = 1140 г.

В (100+25) г раствора содержится 25 г кислоты, а в 1140 г – х:

X =

Найдем число молей кислоты в 1 л раствора:

N = = 2,33 моль.

Следовательно, молярность равна 2,33 моль/л;

3) нормальность:

а) из таблицы:

Н = Э = = 49 г.

Н 4,66 моль-эквивалент /л;

б) находим массу 1 л раствора:

m = 1,14 · 1000 = 1140 г.

В системе СИ m = 1,14⋅103 ⋅1⋅10-3 м3 = 1,14 кг = 1140 г

 

Находим массу кислоты в 1140 г раствора

= X =228 г.

Находим количество моль-эквивалентов:

= 4,66.

Следовательно, нормальность раствора равна 4,66 моль-эквивалент/л;

4) моляльность:

а) из таблицы:

Cm = = = 2,56

б) 25 г кислоты растворено в 100 г Н2О (ρ = 1г/ см3):

х растворено в 1000 г Н2О

= ; х = = 250 г.

Считаем количество молей:

N = = 2,56 моль.

Следовательно, моляльность = 2,56 моль/1000 г Н2О.

Пример 2

Вычислить молярность 48%-ного раствора серной кислоты. Плотность данного раствора равна 1,38 г/см3.

Из таблицы:
М = = = 6,76 моль/ литр

Пример 3

Имеется 6,037н раствор соляной кислоты. Плотность раствора –

1,10 г/см3. Выразить концентрацию данного раствора в %.

Из таблицы:

А = = = 20,04% (г/100 г раствора);

ЭHCl = МHCl / 1 = 1 + 35,5 = 36,5 г.

 

Пример 4

Вычислить моляльность 10 н раствора серной кислоты. Плотность

раствораравна 1,29 г/см3.

Из таблицы:

Cm = = = = 6,25 ;

Э = 49 г (см. пример1), М (Н2SO4 ) = 98 г (см. пример 1).

Равновесие «жидкость – пар»

Наиболее простая зависимость выражается законом Рауля-Генри:

парциальное давление насыщенного пара любого компонента раствора

пропорционально его мольной (молярной) доле:

pi = pi¢ Ni

Если раствор состоит из двух компонентов и один из них нелетуч (например, растворенное вещество), то давление пара над раствором будет

меньше, чем над чистым растворителем (р0):

Измерение температур кипения и замерзания растворов

Температура кипения раствора связана с концентрацией растворенного вещества соотношением:

Т кип. раствора - Т кип. растворителя = Е Э · Cm

где Е – эбуллиоскопическая постоянная; зависит от природы растворителя и равна изменению температуры кипения 1 моляльного раствора по сравнению с чистым растворителем;

CL – моляльная концентрация (моляльность).

Температура замерзания раствора связана с концентрацией растворённого вещества соотношением:

Т зам. растворителя - Т зам.раствора = Kкр · Сm

где Kкр – криоскопическая постоянная; зависит от природы растворителя и равна изменению температуры замерзания 1 моляльного раствора по сравнению с температурой замерзания чистого растворителя;

Сm – моляльная концентрация (моляльность).

Осмотическое давление (π) раствора

Связано с концентрацией растворенного вещества соотношением,

аналогичным уравнению Менделеева-Клапейрона для идеального газа:

,

где СM – молярная концентрация;

R – универсальная газовая постоянная; Т – температура, К.

Поскольку изменение температуры кипения и замерзания растворов

независит от природы растворенного вещества, а только ОТК онцентрации,

то молекулярную массу растворенного вещества можно найти по уравнению:

М = ;

где М – масса моля растворенного вещества;

Е – соответственноЕЭ или Ккр;

m2 – массарастворенноговещества, г;

m1 – массарастворителя, г;

∆Т – изменение температуры кипения или замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем.

Примеры решения задач

 

Пример 1

Найти температуру кипения 10%-ного раствора глицерина в воде,

если ЕЭ = 0,52.

Решение

Т кип. раствора − Т кип/. = ЕЭ ⋅СL

Пересчитываем концентрацию:

 

Сm = = = 1,21 :

М глиц3Н5(ОН)3 = 3 · 12 + 5 · 1 + 3 (16 + 1) = 92 г;

Т кип. раствора = Т кип H2O + ЕЭ ⋅СL

Ткип. рствора= 373+ 0,52· 1,21= 373,62 К или 100,62 0С.

Пример 2

Найти температуру замерзания 5%-ного раствора глюкозы в воде,

если Ккр = 1,86.

Тзам.воды - Тзам.раствора = Kкр · Сm;

Т зам.раствора = Тзам Kкр · Сm;

Пересчитаем концентрацию:

Сm = = = 0,29 :

 

М глюкозы = (С62О)6) = 6 · 12 + 6 (2 + 16) = 180 г;

ТЗам.раствора = 273 - 1,86 · 0,29 = 273 - 0,54 = 272,46Кили-0,540С.

 

Пример 3

При растворении 3,24 г серыв 40 г бензола температура замерзания

последнего понизилась на 1,73 0 С. Из скольких атомов состоят молекулы

серы в растворе (Ккр= 5,5)?

Решение М = ;

 

М = = 257,5;

n = = ≈ 8

Ответ. Молекула серы в бензоле состоитиз 8 атомов.

 

Пример 4

Определить молекулярную массу растворенного вещества, если раствор, содержащий 48 г растворённого вещества в литре, при 200C обладает осмотическим давлением 3,1 бар?

Решение

π = RT, тогда М = RT;

m = 48 г = 4,8 · 10-2 кг, R = 8,31 · 103 Дж/кмоль·град;

Т= 293К. π = 3,1 бар = 3,1 · 1,013 · 105 Н/м2;

М = = = 3722 ⋅10-4 ≈ 0,372 кг = 372 г

Ответ. Молекулярная масса растворенного вещества равна 372 а.е.м.

Задание 5 к контрольной работе

 

5.1. Не вычисляя величин осмотического давления, ответить: какой раствор обладает большим осмотическим давлением – содержащим в литре 5 г нафталина С10 Н8 или 5 г антраценаС14 Н10 ?

5.2. Осмотическое давление раствора, содержащегов 1 литре 3,1 г анилина (С6 H5NH2) при 210 С равно 0,81 бар. Определить молекулярную

массу анилина.

5.3. Сколько граммов этанола С2Н5ОН нужно растворитьв 150 см3 воды, чтобы осмотическое давление этого раствора при 200С было равно 2 бар?

5.4. Определить молекулярную массу растворенного вещества, если раствор, содержащий 24 г растворенного веществав 1 литре, при 170 С

обладает осмотическим давлением, равным 9,64 бар?

5.5. Сколько молей неэлектролита должен содержать 1 литр раствора,

чтобы осмотическое давление при 00С равнялось 3 бар?

5.6. Из скольких атомов состоит молекула йода в спирте С2Н5ОН, если температура кипения этилового спирта 78,30C, повышается до 78,590С при растворении йода массой 6,35 г в спирте массой 100 г?

5.7. При растворении 30 г хлороформа СНСl3 в 800 г диэтилового эфира С4Н10О, температура кипения последнего повысилась на 0,6350 С.

Вычислить значение молекулярной массы хлороформа (ЕЭ = 2,02).

5.8. Сколько сахара С122О)11 надо растворить в 200 г воды, чтобы понизить температуру замерзания на 20 С (Ккр = 1,86).

5.9.Температура замерзания чистого бензола С6H6 5,50 С, а раствора содержащего 0,4482 г камфары в 61,1 г бензола 5,2540С. Определить молекулярную массу камфары в бензоле (Ккр = 5,1).

5.10. В каком весовом отношении надо смешать воду и глицерин

С3Н5(ОН)3, чтобы получить смесь, замерзающую при - 100С?

5.11.Какой из растворов будет замерзать при более низкой температуре, 0%-ный раствор глицерина С3Н8О3 или 10%-ный раствор глюкозы С6Н12О6? Дать мотивированный ответ, не производя вычислений.

5.12. Сколько глицеринаС3Н8О3 нужно добавить к 1000 г воды, чтобы раствор не замерзал до-100 С (Ккр = 1,86)?

5.13. Какова концентрация водного раствора глюкозыС6Н12О6, если он

замерзает при – 2 0С (Ккр = 1,86)?

5.14. Имеются 10%-ные водные растворы мочевины, глицерина и фруктозы. В какой последовательности будут закипать эти растворы при

постепенном нагревании их. Дать обоснованный ответ, не производя

вычислений (мочевина – СN2Н4О, глицерин – С3Н8О3, фруктоза – С6Н12О6).

5.15. Сколько граммов глюкозыС62О)6 нужно добавить к 150 г воды,

чтобы раствор закипел при 1020С (Е Э = 0,52).

5.16. При растворении 12,96 г серы в 160 г бензола С6Н6 температура кипения последнего повысилась на 0,81 0С. Из скольких атомов состоит

молекула серы в растворе (ЕЭ= 2,57)?

5.17. При какой температуре будет кипеть 30%-ный раствор сахара

С122О)11 в воде (ЕЭ = 0,52)?

5.18. Определить концентрацию сахара С122О)11 в растворе, если раствор закипает при 103 0С (Еэ = 0,52).

5.19. Вычислить давление пара 10%-ного раствора анилина С6Н5NH2 в эфире (С2Н5)2О при 200 С. Давление пара чистого эфира равно 5,89·104 Н/м2.

5.20. В 100 г раствора нафталинаС10Н8 в бензоле С6Н6 содержится 30 г нафталина. Вычислить давление пара данного раствора при 400С.

Давление пара бензола равно 2,4·104 Н/м2.

5.21. Сколько граммов глицерина С3Н8О3 надо растворить в 80 г воды при 25 0С, чтобы понизить давление пара на 2,6·102 Н/м2?

5.22. Вычислить давление пара 2%-ного раствора хлористого натрия при 100 0С. Степень диссоциации соли в растворе принять равной единице.

5.23. В 300 г водного раствора содержится 68,4 г сахара С12 Н22 О11. Вычислить давление пара этого раствора при 30 0С, если давление паров

воды 4,2·104 Н/м2.

5.24. Вычислить давление пара раствора 12,8 г нафталина С10Н8 в 180 г бензолаС6H6 при 200С. Давление паров бензола равно 9,95·104 Н/м2.

5.25. Вычислить давление пара 10%-ного раствора глюкозыС6Н12 О6 при 250С. Давление паров воды при данной температуре равно 3,1·103 Н/м2.

 


Поделиться с друзьями:

Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...

Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...

Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...

Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.096 с.