ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический

университет»

Кафедра химии

РАСТВОРЫ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для самостоятельной работы и контрольные задания для проверки знаний по теме «Растворы и их свойства» дисциплины «Химия» для студентов направлений 11.03.01, 11.03.04, 12.03.04, 14.03.01, 16.03.01, 22.03.01, 22.03.02, 27.03.01, 27.03.02 специальности 11.05.01 очной формы обучения

0

4

7

100

14

PH

[H]

10⁰

10 ^-4

10 ^-7

10 ^-10

10 ^-14

Реакция кислая → нейтральная → щелочная

Воронеж 2015

Составители: канд. техн. наук В.В. Корнеева, канд. техн. наук А.Н. Корнеева, д-р физ.-мат. наук В.А. Небольсин

УДК 546 + 541.8

Растворы: методические указания для самостоятельной работы и контрольные задания для проверки знаний по теме «Растворы и их свойства» дисциплины «Химия» для студентов направлений 11.03.01, 11.03.04, 12.03.04, 14.03.01, 16.03.01, 22.03.01, 22.03.02, 27.03.01, 27.03.02 специальности 11.05.01 очной формы обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; сост. В.В. Корнеева, А.Н. Корнеева, В.А. Небольсин. 2015. 35 с.

Методические указания содержат теоретические и практические сведения по теме «Растворы и их свойства», образцы решения задач для самостоятельной работы, а также, контрольные задания для проверки усвоения этого материала.

Предназначены для студентов первого и второго курсов.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2003 и содержатся в файле Мет.указ.Растворы.doc.

Библиогр.: 6 назв.

Рецензент канд. хим. наук, доц. В.П. Горшунова

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ФГБОУ ВО «Воронежский государственный

технический университет», 2015

Содержание

Теоретическое введение 2

Дисперсные системы 2

Способы выражения концентрации растворов 6

Давление пара растворов 9

Осмотическое давление 11

Образцы решения задач 13

Диссоциация электролитов. Константа диссоциации 16

Ионное произведение воды. Водородный показатель 17

Произведение растворимости 19

Реакции обмена в растворах электролитов. Ионно-молекулярные уравнения реакции 20

Гидролиз солей 21

Варианты контрольных заданий 24

Библиографический список 35

Теоретическое введение

В окружающем нас мире растворы встречаются повсеместно: воздух представляет собой газообразный раствор кислорода, диоксида углерода и других веществ в азоте; морская вода – водный раствор целого ряда веществ (минеральных солей, газов, органических соединений); чугун – твёрдый раствор углерода в железе и т.д. Множество различных растворов содержится в организме человека и животных.

Если мы проанализируем известные нам химические реакции, то обнаружим, что большинство из них протекает в растворах. Поэтому изучение природы растворов важно со всех точек зрения: научной, экономической, экологической и других. Что же такое растворы? Чем определяются их свойства, каковы области применения растворов? На эти и другие вопросы мы постараемся ответить в этой главе. Так как растворы являются частным случаем дисперсных систем, то с них и начнем рассмотрение.

Дисперсные системы

Дисперсными называют такие системы, в которых одно или несколько веществ в виде мелких частиц распределены в другом веществе. При этом распределяемое вещество принято называть дисперсной фазой (понятие «фаза» здесь не строгое), вещество, в котором происходит распределение, – дисперсионной средой.

Дисперсные системы можно классифицировать по степени их дисперсности и устойчивости (табл. 1), а также по типу агрегатного состояния, так как и дисперсная фаза, и дисперсионная среда могут быть газообразными, жидкими или твердыми (табл. 2).

Таблица 1

Дисперсные системы	Размеры частиц дисперсной фазы	Устойчивость и гомогенность системы
Грубодисперсные (суспензии, взвеси)	10-3 … 10-5 см (10 … 0,1 мкм)	Неустойчивы, гетерогенны
Тонкодисперсные (коллоидные растворы)	10-5 … 10-7 см (0,1 … 0,001 мкм)	Довольно устойчивы, микрогетерогенны
Молекулярно-дисперсные(истинные растворы)	~ 10-8 см	Весьма устойчивы, гомогенны

Таблица 2

Дисперсионная среда	Дисперсная фаза	Примеры
Газ	Газ Жидкость Твердое тело	Газовые смеси аэрозоли Т уманы, облака Пыль, дым
Жидкость	Газ Жидкость Твердое тело	Пена Эмульсии (молоко, кремы, мази) Суспензии, взвеси (глина в воде)
Твердое тело	Газ Жидкость Твердое тело	Твердые пены (пенопласты, пемза, пеностекло) Твердые эмульсии (вода в парафине, жемчуг, цеолит) Сплавы, твердые растворы

Из табл. 1 следует, что для грубодисперсных систем размер частиц дисперсной фазы значительный, что позволяет им сохранять все свойства фазы, поэтому такие системы и рассматриваются как гетерогенные. В истинных растворах степень «дробления» вещества соответствует размерам молекул (ионов), следовательно, исчезает поверхность раздела и система становится гомогенной (однородной). Исходя из этого, раствором можно назвать однородную, гомогенную систему переменного состава, состоящую из двух или более компонентов.

Растворы могут существовать в любом агрегатном состоянии – твердом, жидком или газообразном. Общим признаком для них является однофазность, так что в растворе нельзя различить частицу одного компонента от другого.

Растворы однородны в различных частях объёма. Этим они напоминают химические соединения. Однако, в отличие от химических соединений, состав растворов может быть переменным.

Растворимостью вещества называется его способность образовывать однородную систему с другим веществом, выполняющим функцию растворителя.

Растворение следует рассматривать как совокупность физических и химических явлений, выделяя три основных процесса:

1. Разрушение химических и межмолекулярных связей в растворяющихся газах, жидкостях или твердых телах, требующих затраты энергии: ΔH₁ > 0.

2. Химическое взаимодействие растворителя с растворяющимся веществом с образованием новых соединений – сольватов (гидратов), т.е. продуктов взаимодействия с растворителем, сопровождающееся выделением энергии, следовательно, ΔH₂ < 0.

3. Самопроизвольное перемешивание раствора или равномерное распределение сольватов (гидратов) в растворителе, связанное с диффузией и требующее затраты энергии и ΔH₃ > 0.

Суммарный тепловой эффект процесса растворения ΔH = ΔH₁ + ΔH₂ + ΔH₃ может быть положительным (эндотермическое растворение) и отрицательным (экзотермическое растворение).

Растворение большинства кристаллических тел в воде идет с поглощением энергии ΔH > 0, эндотермический эффект, что связано, как указывалось ранее, с затратой большого количества энергии на разрушение кристаллической решетки твердого тела, которая во многих случаях полностью не компенсируется за счет образования сольватов (гидратов).

При растворении газов и жидкостей энергия затрачивается на разрыв межмолекулярных связей, она невелика и процесс растворения идет с выделением энергии (ΔH < 0, экзотермический процесс), поэтому при повышении температуры растворимость газов уменьшается, а при кипении газ практически полностью удаляется из раствора.

Растворение - процесс обратимый: в зависимости от условий происходит или растворение, или выделение из раствора растворенного вещества. Вследствие обратимости процесса растворения к нему применим принцип Ле Шателье: Если растворение вещества происходит с поглощением теплоты, то повышение температуры должно приводить к увеличению растворимости. Наоборот, если при растворении вещества теплота выделяется, то повышение температуры приведет к уменьшению растворимости.

Под растворимостью вещества понимается его способность образовывать однородную систему с растворителем.

Количественно растворимость вещества определяется его концентрацией в насыщенном растворе.

Предельная растворимость веществ может быть охарактеризована коэффициентом растворимости, который показывает число граммов вещества, растворяющегося в 100 г воды при данной температуре.

Насыщенным раствором называется такой раствор, который находится в равновесии с твердой фазой растворенного вещества и содержит максимально возможное при данных условиях количество этого вещества. В насыщенном растворе в единицу времени одинаковое число молекул переходит в раствор и выделяется из него в твердую фазу.

Раствор, концентрация которого ниже концентрации насыщенного раствора, называется ненасыщенным. В таком растворе можно при тех же условиях растворить дополнительное количество того же самого вещества.