6.3. Перегонка. Состав смеси.

Пример 11. При 95,25С давление паров воды равно 639 мм.рт.ст., а бромбензола - 121 мм.рт.ст. Обе жидкости не растворимы друг в друге. Определить, в каком весовом соотношении будут перегоняться бромбензол и вода.

РЕШЕНИЕ:

Молекулярный вес бромбензола равен 157 г/моль, а воды – 18 г/моль. Для решения применим уравнение

Таким образом, отношение веса бромбензола к весу воды в дистиляте будут составлять 1,65 , т.е. на 100 кг перегнанной воды будет приходиться 165 кг бромбензола. Соотношение числа молей этих веществ составит 121 : 639 = 1 : 5, т.е. с 1 молем бромбензола будет перегоняться 5 молей воды.

Пример 12. Задача. Две жидкости А и В неограниченно растворимы друг в друге. Давление пара этой смеси при 150С представляет линейную функцию от концентрации. Давление пара компонента А при этой температуре равно 800 мм , а компонента В - 500 мм. Определить состав смеси, кипящей при этой температуре под давлением 760 мм.рт.ст.; Вычислить отношение числа молей компонента А к числу молей компонента В в парах над смесью содержащей 5 мол.% компонента А.

РЕШЕНИЕ:

а) по уравнению Р = Х_а(Р_а - Р_в) + Р_в определяем мольную долю вещества А в смеси, кипящей под давлением 760 мм.рт.ст.,

760 = Х_а (800-500) + 500,

откуда

1 - Х_а = 1 - 0,87 = 0,13

Следовательно, смесь, кипящая при давлении 760мм.рт.ст. и температуре 150С содержит 0,87 мольных долей компонента А и 0,13 мольных долей компонента В или 87 мол.% компонента А и 13 мол.% компонента В.

б) Для определения соотношения компонентов А и В в парообразной фазе рассчитываем величины парциальных давлений этих компонентов над смесью, состоящей из 5 мол.% вещества А и 95 мол.% вещества В. Для этого воспользуемся уравнением

При подстановке в них числовых значений (Х_а = 0,05, Р_а = 800 мм.рт.ст и Р_в= 500мм.рт.ст.) получаем

Р_а = 0,005 х 800 = 40 мм.рт.ст.

Р_в = 0,95 х 500 = 495 мм.рт.ст.

Соотношение числа молей в парообразной фазе равно соотношению парциальных давлений компонентов. Отсюда, по уравнению находим

Т.е. на 8 молей вещества А приходится 100 молей вещества В над жидкой смесью, состоящей из 5 мол.% вещества А и 95 мол.% вещества В при температуре 150С. При этом общее давление пара над смесью будет равно сумме парциальных давлений компонентов т.е. 40 + 495 = 535 мм.рт.ст.

6.4. Закон распределения. Экстракция.

Пример 13. Коэффициент распределения пикриновой кислоты между бензолом и водой равен 35. Чему равна концентрация пикриновой кислоты в бензольном слое, если концентрация ее в водном растворе равна 0,04 г моль/л? Кислота диссоциирует в воде и имеет константу диссоциации, равную при данных условиях 0,164.

РЕШЕНИЕ:

;

₁ - степень диссоциации в первом растворителе

₂ - степень диссоциации во втором растворителе

Для определения концентрации кислоты в бензольном слое воспользуемся уравнением выше. Т.к. пикриновая кислота в бензольном растворе не претерпевает изменений, то степень диссоциации ее в этом случае равна 0 (₁). Для вычисления степени диссоциации кислоты в водном растворе заданной концентрации напишем закон действующих масс для бинарного электролита, которым является пикриновая кислота.

Откуда 0,04² + 0,164 - 0,164 = 0 и  =0,83. После подстановки числовых данных в уравнение получаем

Отсюда

С₁ = 35  0,04 (1 - 0,83) = 0,238 моль

Пример 14. Коэффициент распределения этилового спирта между четыреххлористым углеродом и водой равен 0,0244. Каковы будут концентрации (моль/л) спирта в равновесных растворах, если 0,1 моль спирта распределяется между 300 мл воды и 500 мл CCl₄?

РЕШЕНИЕ:

В условиях нет указаний на различие в молекулярных весах растворенного вещества в равновесных растворах: поэтому для решения воспользуемся уравнением

где С₁ - концентрация растворенного вещества в одном растворителе,

С₂ – концентрация растворенного вещества в другом растворителе,

К - коэффициент распределения

Причем первым будем считать тот растворитель, который первым упомянут в условии (CCl₄). Обозначим через Х число молей спирта, перешедшего в четыреххлористый углерод, тогда

В воду перейдет оставшееся количество спирта, равное (0,1 - Х) моль, следовательно,

Подставив С₁ и С₂ в уравнение получим

Откуда Х = 0,0039 моль

моль/л

моль/л

Пример 15. При очистке сточных вод, содержащих до 1,5 кг/м³ фенола, непрерывной экстракцией диизопропиловым эфиром, содержание фенола в них снижается до 0,2 г/ м³. Определите коэффициент распределения фенола между водой и диизопропиловым эфиром, если эффективное число ступеней экстракции равно 5, а расход экстрагента на каждую ступень экстракции составляет 1/5 объема очищаемой воды.

РЕШЕНИЕ:

Преобразуем формулу, решив ее относительно коэффициента распределения:

Если принять V_э = 1,0 м³, то согласно условиям задачи, по которым

n = V_э/V₀ = 5 , имеем : V₀ = 5,0 м³. Отсюда получаем

К = 1,0 / [5,0 ( ⁵ 1,5/0,2 - 1 )] = 0,403

Пример 16. В 1 л воды растворено 0,3 г кристаллического йода. Сколько раз необходимо экстрагировать этот раствор сероуглеродом порциями по 100 мл, чтобы довести концентрацию йода в воде до 1х10^-6 г/л? Коэффициент распределения йода между водой и сероуглеродом составляет 0,0017.

Р ЕШЕНИЕ:

О сновная формула: g_n = g₀ KV₀ ⁿ

V_э + KV₀

Где g₀ - начальное количество вещества, подвергающееся

экстрагированию,

V₀ - объем раствора, в котором находится экстрагированное

вещество,

V_э - объем экстрагирующего растворителя, израсходованный

на одно экстрагирование,

n - общее число экстрагирований,

у₁ , у₂ …. у_n - количества вещества, остающиеся после первого,

второго и т.д. экстрагирований,

К - коэффициент распределения.

lg g_n = lg g₀ + n lg KV₀ , откуда

V_э + KV₀