Раздел 3. Растворы

Общая характеристика. Растворы газов в жидкостях, твердых тел в жидкостях, жидкостей в жидкостях. Закон Генри. Влияние t°, р, концентрации на растворимость веществ. Взаимная растворимость жидкостей. Экстракция. Растворимость твердых тел в жидкостях. Теплота растворения. Диффузия и осмос, осмотическое давление, их сущность и значение. Закон Рауля. Криоскопия и эбуллиоскопия. Температура замерзания и кипения растворов.

Литература

[1] гл. 3 § 4, 5, 8-12.

Методические рекомендации

Уясните, что диффузия – это двусторонний процесс распределения веществ, а осмос – односторонний процесс проникновения молекул растворителя через полупроницаемую мембрану. Объединяет эти процессы тот факт, что в результате этих процессов происходит выравнивание концентраций веществ.

Четко усвойте методику расчета осмотического давления, температуру замерзания, кипения растворов и причину отличия их у растворителей и растворов.

При решении задач обращайте внимание на «ключевое слово» в условии, что поможет выбрать верную формулу для решения.

Задача 1.

Рассчитайте осмотическое давление раствора глюкозы, если 200 г ее растворили в мерной колбе при t = 25°С объемом 500 мл.

Д ано: Решение:

« Ключевое слово» – осмотическое давление по-зволяет верно выбрать для решения формулу Вант-Гоффа:

πv = nRT, , т. е. ;

П ри решении необходимо соблюдать размерность величин в системе Си.

З адача 2.

Рассчитайте t_кип. и t_зам. 10% раствора сахарозы.

(К_эб. = 0,516°С; К_кр. = 1,86°С).

Д ано: Решение:

« Ключевые слова» – температура кипения и температура замерзания предполагают использование формулы:

, откуда

т . к. раствор 10%, то m = 10 г, а L = 100-

-10=90 г.

Задача 3. Вычислить давление пара 5 %-ного водного раствора сахарозы при t = 50° С. Давление паров воды при этой температуре равно 92,51 мм рт. ст.

Д ано: Решение:

ω_сахар. = 5 % «Ключевые слова» - давление паров говорят о необходимос-

t = 50° C ти для решения задачи использовать Формулу Рауля:

ρ _о = 92, 51 мм рт. ст. = N, где

ρ - ? ρ_о – давление паров воды;

ρ – давление паров раствора;

N – мольная доля растворенного вещества.

Так как ω = 5 %, то m_сахар. = 5 г, m_{H O} = 100 – 5 = 95 г

N = ; при n_сахар.<< n_{H O} N =

М_(сахар) = 342 г/моль; n_(cахар) = = 0,015 (моль)

М_{(H O)} = 18 г/моль; n_{(H O)} = = 5,278 (моль)

N =

В СИ давление выражается в Па, поэтому ρ_о = 92,51 мм рт. ст. = 12,3 · 10³ Па, поэтому ρ = ρ_о(1 - N) = 12,3 · 10³(1 – 0,0028) = 12,26 · 10³ Па.

Задача 4. При температуре 20° С давление пара воды равно 2,314 · 10³ Па. На сколько понизится давление пара при этой температуре, если в 1 литре воды растворить 50 г сахарозы?

Д ано: Решение:

t = 20° C Из формулы Рауля:

ρ_о = 2,314 · 10³ Па ρo – ρ = ∆ρ, поэтому = N;

V_{H O} = 1 л N = ;

m _{C H O} = 50 г n_{C H O} = = = 0,146 моль;

∆ρ - ? m_{H O} = V_{H O} · ρ_{H O} = 1000 см³ · 1 г/см³ = 1000 г;

n_{H O} = = = 55,56 моль;

N = = 0,0026;

∆ρ = 2,314 · 10³ · 0,0026 = 6,016 Па.

Задача 5. Раствор, содержащий 4,5 г вещества в 50 г воды, кипит при температуре 100,26° С. Определить молярную массу растворенного вещества (К_эб = 0,52°).

Д ано: Решение:

Кэб = 0,52 Кэб = , значит М = ;

m = 4,5 г ∆t_кип = t_{кип. р-ра} - t_{кип. р-ля};

t_кип = 100,26° С ∆t_кип = 100,26° - 100 = 0,26°;

М - ? М = = 180 (г/моль).

Задача 6. Определить массу глюкозы, содержащейся в 5 л раствора при 25°С, если осмотическое давление такого раствора составляет 4,82 ат.

Д ано: Решение:

V = 5 л На основании формулы Вант- Гоффа:

t = 25° C π = , можем записать

π = 4,28 ат m = .

m - ? Подставляем все величины в системе СИ:

π – в Па, V – в м³, температуру – в К.

m = = 1,8 · 10^-3 кг.

Задача 7. Рассчитать малярную массу неэлектролита, водный раствор которого, содержащий 0,730 г неэлектролита в 400 мл раствора при 20° С, имеет осмотическое давление 73967 Па.

Дано: Решение:

m = 0,730 г На основании формулы Вант-Гоффа:

V = 400 мл М = .

t = 20° C Приводим все величины в СИ:

π = 73967 Па m = 0,73 · 10^-3 кг

М - ? V = 4 · 10^-4 м³

Т = 273 + 20 = 293 К

М = = 60 (кг/кмоль).