634

6.Что понимают под периодом полураспада? Приведите выражение периода полураспада в реакции первого порядка.

7.Как влияет температура на скорость реакции? Приведите правило Вант-Гоффа. Что такое температурный коэффициент скорости реакции?

8.Почему при повышении температуры возрастает скорость реакции? Что такое энергия активации? Как ее определяют?

9.Что такое катализ и катализатор? Приведите примеры гомогенного и гетерогенного катализа.

10.Как различные теории объясняют каталитическое действие? В чем особенности гетерогенного катализа?

11.Опишите основные особенности ферментативного катализа. Приведите примеры ферментативных процессов. Сравните активность ферментов как катализаторов с активностью искусственно полученных каталитических систем.

Тема 3. РАСТВОРЫ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ

Растворы - гомогенные системы, состоящие из двух или более компонентов и продуктов их взаимодействия.

Концентрация раствора – величина, измеряемая количеством растворенного вещества в определенном объеме или массе раствора (иногда растворителя).

Способы выражения концентрации растворов

1. Массовая доля растворенного вещества или процентная концентрация:

где g - масса растворенного вещества;

m- масса раствора.

2.Мольная доля растворенного вещества:

где na и nb - число молей растворителя и растворенного вещества соответственно.

3. Молярная концентрация или молярность

где СМ - молярная концентрация - число молей растворенного вещества, содержащееся в 1л ратвора, моль/л;

g - масса растворенного вещества, г;

М - молярная масса растворенного вещества, г/моль; V - объем раствора, мл.

где СН - нормальная концентрация эквивалентачисло мольэквивалентов растворенного вещества, содержащееся в 1л раствора, моль-экв/л;

Э- эквивалент растворенного вещества, г/моль-экв.

5.Моляльная концентрация или моляльность

где Сm - моляльная концентрация растворенного вещества - число молей растворенного вещества, содержащееся в 1кг растворителя, моль/кг;

W - масса растворителя, г.

22

Законы Рауля

Первый закон Рауля. Понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором прямо пропорционально мольной доле растворенного вещества:

РА - давление насыщенного пара растворителя над раствором;

NB = [n / (na+nb)] - мольная доля растворенного вещества.

Второй закон Рауля. Понижение температуры замерзания раствора прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества:

где tз - понижение температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем,

Ккр - криоскопическая константа растворителя,

Ккр tз при Cm 1 молькг ,

Сm - моляльная концентрация растворенного вещеcтва. Повышение температуры кипения раствора прямо

пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества:

где tк - повышение температуры кипения раствора по сравнению с чистым растворителем, 0С;

Кэб - эбуллиоскопическая константа растворителя,

23

СМ - молярная концентрация растворенного вещества,

кмоль/м3;

R = 8,314 кДж/кмоль∙К - универсальная газовая постоянная;

Т - термодинамическая температура.

Значение осмоса в биологии - приспособление

где Рст - осмотическое давление стандартного раствора. Росм - осмотическое давление исследуемого раствора;

Вычисление осмотического давления криоскопическим методом

Пример 3.1. Определить температуру плавления сплава железа с углеродом, содержащего 0,06 (6%) массовой доли

25

углерода. Температура кристаллизации железа 15300С. Криоскопическая константа железа 13,18.

Предположим, что масса сплава = 100 г (100%). g = 6 г (т.к. массовая доля углерода 6%);

W = 100 - 6 = 94 г - масса растворителя железа;

МС = 12 г/моль.

Ст 6 1000 5,3 моль кг. 12 94

tз 13,18 5,3 70,10 С.

tз tз Fe tз спл ; tз спл tз Fe tз 1530 70,1 1459,90 С.

Пример 3.2. Приготовить антифриз из этиленгликоля и воды, не замерзающий при -180С для радиатора объемом 7500 мл. Плотность этиленгликоля 1,1 г/мл.

Решение

Чтобы жидкость не замерзала при -180С, расчет концентрации антифриза проведем на температуру -200С.

1. Находим из второго закона Рауля (3.7) моляльную концентрацию этиленгликоля:

26

t з К кр Ст ; Ст t з ; К кр

t з t з Н 2О t з р ра 0 ( 20) 200 С;

Ст 120,86 10,75 моль1000г воды.

2.Масса этиленгликоля в 1000 г воды:

g1 Cm M 10,75 62 666,5г.

3. Объем этиленгликоля:

V1 g1 666,51,1 605,9 мл

4. Объем раствора антифриза:

V1 VH2O 605,9 мл 1000мл 1605,9мл.

5 Пересчет объемов этиленгликоля и воды на объемы, необходимые для заполнения радиатора (V = 7500 мл):

1605,9 мл антифриза содержит 605,9 мл этиленгликоля

7500 мл ___________________V2__________________

Пример 3.3. Смесь глицерина и нитробензола кристаллизуется при -10С. Вычислить массовую долю глицерина.

Решение

tз раствора 10 С;

tз0 C6 H5 NO2 5,7 (приложение, табл.2) ; Ккр C6 H5 NO2 6,9 (приложение, табл.2) .

27

1. Понижение температуры замерзания раствора:

tз tз0 tз 5,7 ( 1) 6,70 С.

2. Моляльная концентрация глицерина:

3. Масса глицерина С3Н5(ОН)3 в растворе:

gCm M 0,97 92 89,24г.

4.Масса раствора:

тg WC6H5 NO2 89,24г 1000г 1089,24г.

5.Массовая доля глицерина:

mg 100% 1089,2489,24гг 100% 8,20%.

Пример 3.4. Раствор, содержащий 0,48 г глицерина в 25 г воды, замерзает при -0,3870С. Вычислить молярную массу глицерина и осмотическое давление при 100С.

Решение

g 0,48г;W 25г; tз 0,3870 С;

Ккр 1,86(приложение, табл.2)

1.Молярная масса глицерина:

МКкр g 1000 ;

tз W

tз tз0 tз 0 ( 0,387) 0,3870 С;

М 1,86 0,48 1000 92 г моль. 0,387 25

28

2. Осмотическое давление, вычисленное криоскопическим методом:

Росм tз R T ; К кр

T 273 t 0C 273 10 283K; Росм 0,3871,86 8,314 283 490кПа.

Пример 3. Водный раствор неэлектролита замерзает при -3,50С. Определить температуру кипения и давление раствора при 2500С. Давление пара чистой воды 3167,2 Па при 250С.

Решение

tз 3,50 С; Р0 3167,2 при 250 С.

1. Понижение температуры замерзания раствора:

tз tз0 tз 0 ( 3,5) 3,50 С.

2. Моляльная концентрация раствора:

3. Повышение температуры кипения раствора:

tк Кэб Ст 0,516 1,88 0,970 С.

4. Температура кипения раствора:

tк tк0 tк 100 0,97 100,970 С.

5. Давление пара над раствором:

29

Литература: [1], глава VII, с. 165 – 184.

Варианты домашних заданий к теме 3

Вариант 1

1.При какой температуре будет замерзать водный раствор этилового спирта С2Н5ОН при концентрации 0,4 (40%) массовой доли С2Н5ОН?

2.Определить концентрацию раствора сахарозы

С12Н22О11 (массовой доли, %), если раствор закипает при

100,50С.

3.Температура замерзания раствора 0,2242 г камфоры в 30,55 г бензола 5,2540С. Определить молярную массу камфоры.

4.Вычислить осмотическое давление 2,5% раствора сахарозы С12Н22О11 при 270С. Плотность раствора принять равной 1.

5.Осмотическое давление раствора 1,55 г анилина в 500 см3 воды при 210С составляет 0,81∙105 Па. Определить молекулярную массу анилина.

30