2550

Ответ: 6,45 %.

9-6. Вычислите молярную массу неэлектролита, зная, что раствор, содержащий 2,25 г этого вещества в 250 г воды, кристаллизуется при –0,279 °С. Криоскопическая константа воды 1,86 ºС·кг/моль.

Ответ: 60 г/моль.

9-7. Вычислите температуру кипения 5%-ного раствора нафталина С10Н8 в бензоле. Температура кипения бензола 80,2 °С. Эбулиоскопическая константа его 2,57 ºС·кг/моль.

Ответ: 81,25 °С.

9-8. Раствор, содержащий 25,65 г некоторого неэлектролита в 300 г воды, кристаллизуется при –0,465 °С. Вычислите молярную массу растворенного вещества, зная, что криоскопическая константа воды 1,86 ºС·кг/моль.

Ответ: 342 г/моль.

9-9. Вычислите криоскопическую константу уксусной кислоты СН3СООН, зная, что раствор, содержащий 3,56 г антрацена С14Н10 в 100 г уксусной кислоты, кристаллизуется при 15,718 °С. Температура кристаллизации уксусной кислоты 16,65 °С.

Ответ: 3,9 ºС·кг/моль.

9-10. Равные массы камфоры С10Н16О и нафталина С10Н8 растворены в одинаковых количествах бензола. Какой из растворов кипит при более высокой температуре?

9-11. Температура кристаллизации раствора, содержащего 66,3 г некоторого неэлектролита в 500 г воды, равна –0,558 °С. Вычислите молярную массу растворенного вещества, зная, что криоскопическая константа воды 1,86,1 ºС·кг/моль.

Ответ: 442 г/моль.

9-12. Сколько граммов анилина С6Н5NН2 следует растворить в 50 г этилового эфира, чтобы температура кипения раствора была выше температуры кипения этилового эфира на 0,53 ºС? Эбулиоскопическая константа этилового эфира 2,12 ºС·кг/моль.

Ответ: 1,16 г.

9-13. Вычислите температуру кристаллизации 2 %-ного раствора этилового спирта С2Н5ОН, зная, что криоскопическая константа воды

1,86 ºС·кг/моль. Ответ: -0,82 °С.

9-14. Сколько граммов мочевины (NH2)2CO следует растворить в 75 г воды, чтобы температура кристаллизации понизилась на 0,465 ºС? Криоскопическая константа воды 1,86 ºС·кг/моль.

121

Ответ: 1,12 г.

9-15. Вычислите процентную концентрацию водного раствора глюкозы С6Н12О6 зная, что этот раствор кипит при 100,26 °С. Эбулиоскопическая константа воды 0,52 ºС·кг/моль.

Ответ: 8,25 %.

9-16. Сколько граммов фенола С6Н5ОН следует растворить в 125 г бензола, чтобы температура кристаллизации раствора была ниже температуры кристаллизации бензола на 1,7 ºС? Криоскопическая константа бензола 5,1 ºС·кг/моль.

Ответ: 3,91 г.

9-17. Сколько граммов мочевины (NH2)2CO следует растворить в 250 г воды, чтобы температура кипения повысилась на 0,26 ºС? Эбулиоскопическая константа воды 0,52 ºС·кг/моль.

Ответ: 7,5 г.

9-18. При растворении 2,3 г некоторого неэлектролита в 125 г воды температура кристаллизации понижается на 0,372 ºС. Вычислите молярную массу растворенного вещества, зная, что криоскопическая константа воды 1,86 ºС·кг/моль.

Ответ: 92 г/моль.

9-19. Вычислите температуру кипения 15 %-ного водного раствора пропилового спирта С3Н7ОН, зная, что эбуллиоскопическая константа воды 0,52 ºС·кг/моль.

Ответ: 101,52 °С.

9-20. Вычислите процентную концентрацию водного раствора метанола СН3ОН, зная, что температура кристаллизации раствора равна –2,79 °С.

Ответ: 4,58 %.

9-21. При растворении 4,86 г серы в 60 г бензола температура кипения его повысилась на 0,81 °С. Сколько атомов содержит молекула серы в этом растворе? Эбулиоскопическая константа бензола 2,57 ºС·кг/моль.

Ответ: 8.

9-22. Вычислите осмотическое давление при 273 К раствора, в 1 дм3 которого содержится 8,7 г K2SО4. Кажущаяся степень диссоциации соли в воде равна 0,71.

Ответ: 274,6 кПа.

9-23. Температура кристаллизации водного раствора КС1 с мольной долей 0,08 равна –3,7 °С. Вычислите степень диссоциации

122

кристаллизации раствора.

Ответ: –0,188 °С.

9-26. Осмотическое давление раствора с концентрацией КNО3 0,01 моль/дм3 при 27 °С составляет 0,45·105 Па. Вычислите степень диссоциации соли.

Ответ: 0,8.

9-27. Вычислите осмотическое давление водного раствора глицерина С3Н5(ОН)3, в 2 дм3 которого содержится 4 г глицерина при температуре 20 ºС.

Ответ: 5,6·104 Па.

9-28. Вычислите молярную массу нафталина, 5 г которого растворено в 200 г воды, температура замерзания раствора –0,36 ºС. Криоскопическая константа воды 1,86 ºС·кг/моль.

Ответ: 128 г/моль.

9-29. Вычислите молярную массу уксусной кислоты, 6 г которой растворено в 50 г воды, температура замерзания раствора –3,72 ºС. Криоскопическая константа воды 1,86 ºС·кг/моль.

Ответ: 60 г/моль.

9-30. Вычислите молярную массу глицерина, 55,4 г которого растворено в 100 г ацетона, температура кипения раствора 114,14 ºС. Эбулиоскопическая константа ацетона 1,48 ºС·кг/моль.

Ответ: 58 г/моль.

Тестовые задания

Т9-1. Наиболее низкой температурой кристаллизации при стандартных условиях будет обладать 5 %-ный водный раствор

а) глюкозы (М = 180 г/моль); б) сахарозы (М = 342 г/моль);

123

в) фруктозы (М = 180 г/моль); г) этанола (М = 46 г/моль).

Т9-2. В 250 г воды растворен неэлектролит с молярной массой 340 г/моль. Раствор замерзает при –0,28 ºС. Масса вещества в растворе составляет ____граммов.

а) 163,2; б) 12,8; в) 45,8; г) 12800.

Т9-3. После растворения вещества в растворителе при температуре 20ºС давление насыщенного пара растворителем над раствором

а) не изменяется; б) повышается до критического значения, затем понижается; в) повышается; г) понижается.

Т9-4. Уравнение закона Вант-Гоффа π = СМ·R·T, характеризующее зависимость осмотического давления от концентрации и температуры, применимо

а) только к разбавленным растворам сильных электролитов; б) к любым растворам; в) только к разбавленным растворам неэлектролитов;

г) к растворам слабых электролитов.

Т9-5. Наибольшее давление водяного пара будет наблюдаться над раствором, в 1 дм3 которого растворено ______ г глюкозы.

а) 60; б) 10; в) 20; г) 30.

Т9-6. Раствор, содержащий 5 г вещества неэлектролита в 100 г воды, кипит при 100,43 ºС (КЭ = 0,52 ºС·кг/моль). Молярная масса вещества равна ____ г/моль.

а) 0,6; б) 60; в) 11; г) 216.

Т9-7. Вещество – неэлектролит, массой mв г, растворено в mр-ля г растворителя. Эбулиоскопическая константа растворителя Кэ. Молекулярная масса вещества М г/моль. Повышение температуры кипения раствора вычисляется по формуле

124

а) (mр-ля · mв ·1000)/(Кэ · M); б) (Кэ· mв · mр-ля)/(M · 1000); в) (Кэ · M · mр-ля)/(mв · 1000); г) (Кэ · mв · 1000)/(M · mр-ля).

Т9-8. Определить, какой раствор, обладает большим осмотическим давлением (π).

1-й раствор: в 1 дм3 ацетона 15 г стирола С6Н5СН=СН2; 2-й раствор: в 1 дм3 ацетона 15 г тетраэтилсвинца Pb(С2Н5)4:

а) 1-й раствор; б) 2-й раствор;

в) оба раствора имеют одинаковые значения осмотического давления.

Т9-9. Предполагая диссоциацию полной, определите, при какой температуре будет кипеть раствор 10 г BaCl2 в 500 см3 воды (Кэ = 0,52; Ткип = 100 0С):

а) 10·(1000/500)·0,52+100; б) 10·(100/500)·0,52+100;

в) (10/208)·(1000/500)·0,52+100; г) 3·(10/208)·(1000/500)·0,52+100.

Т9-10. Имеются два раствора:

1-й раствор – 18,8 г фенола С6Н5ОН в 500 г этилового спирта;

2-й раствор – 27,8 г нитрофенола НОС6Н4NО2 в 500 г этилового спирта.

Укажите раствор, который будет кипеть при более высокой температуре

а) 1-й раствор; б) 2-й раствор;

в) оба раствора кипят при одинаковой температуре.

Т9-11. Температура замерзания раствора по сравнению с температурой замерзания чистого растворителя

а) не изменяется; б) изменяется неоднозначно;

в) имеет более высокое значение; г) имеет более низкое значение.

Т9-12. Раствор, содержащий 4,6 г глицерина (М = 92 г/моль) в 100 г воды (Ккр(Н2О) = 1,86), замерзает при температуре ___ ºС.

а) –0,465; б) –0,186; в) –0,372;

125

г) –0,93.

Т9-13. Растворы, обладающие одинаковым осмотическим давлением, называются

а) изотоническими; б) изотермическими; в) гипотоническими; г) гипертоническими.

Т9-14. Если раствор, полученный из 500 г циклогексана (C6H12) и 0,1 моль бензола (C6H6), кристаллизуется при температуре на 4 ºС ниже, чем чистый циклогексан, то значение криоскопической константы циклогексана равно _______ ºС·кг/моль.

а) 0,2; б) 20,0; в) 2,0; г) 10,0.

10. Электрохимические процессы.

Гальванические элементы

Электрохимическими процессами называют процессы взаимного превращения химической и электрической форм энергии.

Электрохимические процессы можно разделить на две основные группы:

1)процессы превращения химической энергии в электрическую (в гальванических элементах);

2)процессы превращения электрической энергии в химическую (электролиз).

В электрохимических процессах изменение изобарно – изотермического потенциала определяется по формуле

ΔG = –nFE ;

где n – число электронов, принимающих участие в реакции; F – число Фарадея, F = 96487 ≈ 96500 Кл/моль;

Е – разность потенциалов, при которых протекают катодные и анодные процессы или электродвижущая сила (ЭДС) электрохимической системы.

126

Электрохимические процессы протекают за счет окислительновосстановительных реакций, то есть перехода электронов от восстановителя к окислителю. Реакцию следует проводить таким образом, чтобы процессы окисления и восстановления были пространственно разделены, а электроны перемещались от восстановителя к окислителю по внешней цепи.

Устройства, при помощи которых химическая энергия превращается в электрическую, называются гальваническими элементами или химическими источниками электрической энергии.

Эти устройства состоят из двух электродов – металлических пластин, помещённых в соответствующие растворы электролитов, разделенных пористой перегородкой, и соединённых проводником. Электрод, на котором протекает процесс окисления, называется анодом. Электрод, на котором протекает процесс восстановления, называется катодом.

На границе «металл – жидкость» возникает двойной электрический слой, характеризующийся определенным скачком потенциала. Абсолютные значения скачков потенциалов измерить не удается. Они зависят от целого ряда факторов (природы металла, концентрации, температуры др.). Поэтому определяют электродные потенциалы

.

Стандартным электродным потенциалом металла ,

называют его электродный потенциал, возникающий при погружении металла в раствор собственного иона с концентрацией или активностью, равной 1 моль/дм3. Он численно равен измеренной ЭДС гальванического элемента, составленного из данного металла и нормального водородного электрода, потенциал которого при 25°С условно принимается равным нулю

Располагая металлы в ряд по мере возрастания их стандартных электродных потенциалов, получаем так называемый ряд напряжений. В гальваническом элементе металл, стоящий в ряду напряжений левее, является анодом, правее – катодом (см. табл. П.7).

Если концентрация раствора иона металла, в который погружен металл, не равна 1 моль/дм3, то электродный потенциал металла рассчитывается по уравнению Нернста

127

или для Т = 298 К

где φ0 – стандартный электродный потенциал, B;

n – число электронов, принимающих участие в электрохимической реакции;

– концентрация (при точных вычислениях – активность) ионов металла в растворе, моль/дм3.

Окислительно-восстановительная реакция, которая лежит в основе работы гальванического элемента, протекает в направлении, в котором ЭДС элемента Е имеет положительное значение. В этом случае

G < 0.

ЭДС гальванического элемента рассчитывается как

E к а ,

где φк – электродный потенциал катода; φа – электродный потенциал анода.

Примеры решениятиповых задач

Пример 1. Составьте схему гальванического элемента, в котором электродами являются магниевая и цинковая пластинки, опущенные в растворы их ионов с активной концентрацией 1 моль/дм3. Какой металл является анодом, какой катодом? Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей в этом гальваническом элементе, и вычислите его ЭДС.

Решение. Схема данного гальванического элемента

( )Mg|Mg2+||Zn2+|Zn(+).

128

Вертикальная черта обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две черты границу раздела двух жидких фаз пористую перегородку (или соединительную трубку, заполненную раствором электролита). Магний имеет меньший потенциал (–2,37 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс

Mg – 2ē = Mg2+.

Цинк потенциал которого –0,763 В является катодом, т.е. электродом, на котором протекает восстановительный процесс

Zn2+ + 2ē = Zn.

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, которая лежит в основе работы данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного и катодного

процессов

Mg + Zn2+ = Mg2+ + Zn.

Для определения электродвижущей силы Е гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода. Так как концентрация ионов в растворе равна 1 моль/дм3, то ЭДС элемента равна разности стандартных потенциалов катода и анода

Е = φ0(Zn2+/Zn) – φ0(Mg2+/Mg) = –0,763 – (–2,37) = 1,607 B.

Пример 2. Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем у кобальта (см. табл. П.7). Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концентрацией 0,001 моль/дм3, а кобальта – 0,1 моль/дм3?

Решение. Электродный потенциал металла φ зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста.

Для никеля и кобальта стандартные электродные потенциалы соответственно равны –0,25 и –0,277 В. Определим электродные потенциалы этих металлов при данных концентрациях растворов:

129

Таким образом, при изменившихся концентрациях потенциал кобальта стал больше потенциала никеля.

Пример 3. Магниевую пластинку опустили в раствор соли магния. При этом электродный потенциал магния оказался равен –2,41 В. Вычислите концентрацию ионов магния в моль/дм3.

Решение. Подобные задачи также решаются на основании уравнения Нернста (см. пример 2):

Пример 4. Вычислите активность ионов Н+ () в растворе, в котором потенциал водородного электрода при 25 °С равен –82 мВ.

Решение. Поскольку φ° для водородного электрода принят за ноль, то

Из данного уравнения находим

откуда

130