Растворы

Тема: Свойства растворов

Коллигативные свойства растворов неэлектролитов

Криоскопический закон

Понижение температуры замерзания раствора (ΔТ_З) по сравнению с чистым растворителем пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества:

, (3.1)

где К – криоскопическая константа растворителя (К∙кг/моль) (табл. 3); С_m – моляльная концентрация (моль/кг).

Эбулиоскопический закон

Повышение температуры кипения раствора (ΔТ_К) по сравнению с чистым растворителем пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества:

, (3.2)

где Е – эбуллиоскопическая константа растворителя (К∙кг/моль) (табл. 3); С_m – моляльная концентрация (моль/кг).

Закон Вант-Гоффа

Осмотическое давление разбавленного раствора численно равно тому давлению, которое производило бы данное количество растворенного вещества, занимая в виде газа при данной температуре объем, равный объему раствора.

Осмотическое давление прямо пропорционально молярной концентрации раствора и температуре:

, (3.3)

где С – молярная концентрация (моль/л), R – универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/(моль∙К)), Т – абсолютная температура (К), р_осм - осмотическое давление (кПа).

Коллигативные свойства растворов электролитов

Экспериментально обнаружено, что растворы электролитов имеют более низкое давление пара, более низкую температуру замерзания, более высокую температуру кипения и более высокое осмотическое давление, чем растворы неэлектролитов такой же молярной концентрации. Это обусловлено тем, что в растворах электролитов число частиц увеличивается за счет диссоциации молекул растворенного вещества.

Вант-Гофф ввел в формулу для осмотического давления поправочный коэффициент i – изотонический коэффициент, который показывает во сколько раз число частиц в растворе электролита больше числа частиц в растворе неэлектролита.

(3.11)

Изотонический коэффициент связан со степенью диссоциации следующим образом:

, (3.12)

где α – степень (кажущаяся степень) диссоциации, n – число ионов, образующихся в соответствии с уравнением диссоциации 1 моль электролита.

Таким образом, i необходимо учитывать при расчете понижения температуры замерзания и повышения температуры кипения растворов электролитов, понижения давления насыщенного пара над раствором:

(3.13)

Примеры решения задач

Задача 1. Определите температуру кипения и замерзания 5%-ного водного раствора мочевины.

Дано: ω(СО(NH2)2)=5 % tз (Н2О)=0ºС tк (Н2О)=100ºС

Решение: 1. Рассчитать моляльную концентрацию 5%-ного раствора мочевины: 1 способ а. Рассчитать массу мочевины, приняв массу раствора за 100 г: б. Рассчитать количества вещества в 5г мочевины: в. Рассчитать массу растворителя: г. Рассчитать моляльную концентрацию 2 способ 1. Для расчета моляльной концентрации можно воспользоваться формулой перехода: 2. Рассчитать : 3. Рассчитать температуру замерзания раствора мочевины: 4. Рассчитать : 5. Рассчитать температуру кипения раствора мочевины: Ответ:

Задача 2. Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего 5 г глюкозы в 500 г воды при 310 К. Плотность раствора считать равной 1 г/мл. Каким он является по отношению к раствору с р_осм = 740кПа (гипо-, гипер- или изотоническим)?

Дано: m(С6Н12О6)=5 г m(Н2О)=500 г ρр-ра=1 г/мл	Решение: 1. Рассчитать количество вещества глюкозы: 2. Рассчитать массу, а затем объем раствора: 3. Рассчитать молярную концентрацию раствора: 4. Рассчитать осмотическое давление раствора: Примечание: 1 Дж/л = 1 кПа Так как осмотическое давление раствора глюкозы меньше 740 кПа, то он является гипотоническим по отношению к указанному. Ответ:141,7 кПа; гипотонический.
росм – ?

Задача 3. Рассчитайте температуру замерзания, кипения и осмотическое давление (при 25ºС) раствора, содержащего 8,79 г хлорида кальция в 150 г воды. Изотонический коэффициент равен 2,39. Плотность раствора 1,0443 г/мл.

Дано: i=2,39 m(CaCl2)=8,79 г m(Н2О)=150 г= 0,15 кг ρ=1,0443 г/мл	Решение: 1. Рассчитать моляльную концентрацию: 2. Рассчитать ∆Тз и ∆Тк: Рассчитать tз и tк:
tз – ? tк – ? Росм –?
	4. Рассчитать молярную концентрацию: 5. Рассчитать осмотическое давление =3077,6 кПа Ответ: tз= −2,35 ºС; tк=100,66 ºС; Росм=3077,6 кПа.

Вариант 1.

Рассчитать температуру кипения и замерзания 3% раствора глюкозы.

Вариант 2.

Рассчитать температуру кипения и осмотическое давление раствора, содержащего 2 г глицерина в 200 г воды (плотность 1,1 г/мл).

Вариант 3.

Рассчитать температуру кипения и замерзания 3% раствора хлорида натрия. Изотонический коэффициент i равен 1,7.

Вариант 4.

Рассчитать температуру кипения и осмотическое давление раствора, содержащего 2 г соляной кислоты в 200 г воды (плотность 1,1 г/мл). Изотонический коэффициент i равен 1,7.

Вариант 5.

Рассчитать температуру кипения и замерзания 3% раствора нитрата магния.

Изотонический коэффициент i равен 2,7.

Вариант 6.

Рассчитать температуру кипения и осмотическое давление раствора, содержащего 5 г сахарозы в 200 мл раствора (плотность 1,1 г/мл).