Дисперсные системы. Теория и практика. Методические указания

и рассчитывают массовую долю глюкозы:

Для расчета массовой доли глюкозы можно использовать также формулу из табл. 3:

0,961 моль/кг ·180 г/моль

=0,961 моль/кг ·180 г/моль + 1000 = 0,147.

Ответ: ω = 0,147.

Пример 5. Определите состав молекулы белого фосфора, если известно, что раствор, полученный при растворении 0,1155 г фосфора в 19,03 г бензола, замерзает при 5,15 оС. Температура замерзания

растворителя Tзам (C6H6) = 5,4 оС. Решение. Используют формулы

Tзам = K Cm,

Tзам = Tзам. р-ля – Tзам. р-ра,

где Tзам. р-ля= Tзам (C6H6).

Тогда

Tзам = 5,4 – 5,15 = 0,25 оС или 0,25 K.

С учетом криоскопической константы бензола K = 5,12 K·кг/моль (табл. 4) рассчитывают моляльную концентрацию раствора (концентрацию белого фосфора):

Cm = Tзам /K = 0,25/5,12 = 0,049 моль/кг = 4,9 10–5моль/г.

Кроме того, используют другое соотношение, включающее моляльную концентрацию фосфора:

(фосфора)

Cm (фосфора) = m (C6H6) = M (фосфора) · m (C6H6).

31

Отсюда следует, что молярная масса белого фосфора равна

М (фосфора) = Сm (фосфора)· m (C6H6) =

0,1155 г = 4,9 · 10–5 моль/г · 19,03 г = 123,86 г/моль.

Поскольку молярная масса атома фосфора равна 30,97 г/моль, то число атомов в молекуле белого фосфора составит 123,86/30,97 = 4, и молекула белого фосфора имеет состав P4.

Ответ: P4.

Пример 6. Определите объем раствора, в котором растворен 1 моль сахара и который изотоничен 0,1 М раствору хлорида натрия

(i = 1,9).

Решение. Изотоничные растворы имеют одинаковые коллигативные свойства, например осмотическое давление. Раствор NaCl является электролитом, для которого осмотическое давление определяют по формуле

π1 = i · CNaCl · R · T.

Раствор сахара – неэлектролит, для которого осмотическое давление рассчитывают по формуле

π2 = Cсахара · R · T.

Растворы изотоничны, значит,

π2 = π1,

Cсахара = i · CNaCl = 1,9 · 0,1 моль/л = 0,19 моль/л.

Тогда

32

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

Вопросы и задания к разделу 3

1. Приведите формулы, позволяющие рассчитать:

−массовую долю растворенного вещества в растворе;

−массу раствора;

−объем раствора, зная его массу.

Используя данные по плотности соответствующих растворов (см. табл. 2), рассчитайте массу вещества и объем воды, необходимые для приготовления:

а) раствора NaCl c массовой долей и объемом Vр-ра:

33

г) раствора СH3СООН c массовой долей и объемом Vр-ра:

2. Приведите формулу для расчета молярной концентрации раствора. В каких единицах измеряется молярная концентрация?

б) объем раствора H2SO4 с массовой долей , необходимый для приготовления раствора объемом Vр-ра и концентрацией С:

в) объем раствора НCl с массовой долей , необходимый для приготовления раствора объемом Vр-ра и концентрацией С:

34

г) объем раствора СH3СООН с массовой долей , необходимый для приготовления раствора объемом Vр-ра и концентрацией С:

3.Дайте определение следующим понятиям: мольная доля растворённого вещества, моляльность раствора, титр раствора.

4.Рассчитайте массовую долю, молярную концентрацию, молярную концентрацию химического эквивалента, мольную долю, моляльную концентрацию и титр раствора вещества, используя данные табл. 2, значение плотности предложенного раствора и решение примера 10 на с. 23-24:

35

Задачи к разделу 3

1.К 100 мл 95,72 %-ного раствора серной кислоты (плотность 1,835 г/мл) прилили 400 мл воды. Получили раствор, плотность

которого 1,22 г/мл. Рассчитайте массовую долю H2SO4 в полученном растворе и молярную концентрацию раствора.

Ответ: 0,301; 3,74 моль/л

2.Рассчитайте, сколько миллилитров воды необходимо прилить к

100 мл 30 %-ного раствора азотной кислоты (плотность 1,18 г/мл) для получения 20 %-ного раствора.

Ответ: 59 мл.

3.Рассчитайте объем 95,72 %-ного раствора серной кислоты (плотность 1,835 г/мл), необходимый для приготовления 2 л раствора кислоты с молярной концентрацией 0,2 моль/л.

Ответ: 22,3 мл.

4.Рассчитайте, сколько литров 0,5 М раствора серной кислоты можно приготовить из 50 мл 80,25 %-ного раствора кислоты (плотность 1,73 г/мл).

Ответ: l,42 л.

5.Вычислите молярную концентрацию и титр 8,8 %-ного раствора карбоната натрия (плотность 1,09 г/мл). Принять объем раствора Na2CO3, равным 1 л.

Ответ: 0,9 моль/л; 0,0959 г/мл.

6.Рассчитайте молярную концентрацию 19,19 %-ного раствора

азотной кислоты (плотность 1,11 г/мл) и массу HNO3, содержащейся в 2 л этого раствора.

Ответ: 3,38 моль/л; 425,88 г.

7.Вычислите массовую долю карбоната калия и молярную

концентрацию раствора, содержащего 75 г K2CO3 в 300 мл воды (плотность ~ 1,0 г/мл).

Ответ: 0,2; 1,45 моль/л.

8.К 2 л 10,97 %-ного раствора азотной кислоты (плотность 1,06 г/мл) прилили 2 л 2,16 %-ного раствора той же кислоты (плотность 1,01 г/мл). Вычислите массовую долю HNO3 в

36

полученном растворе и молярную концентрацию раствора, допуская, что объем его равен 4 л.

Ответ: 0,067; 1,1 моль/л.

9.Для заливки в новый автомобильный аккумулятор нужен 36 %- ный раствор серной кислоты. Какой объём концентрированной серной кислоты, имеющей плотность 1,84 кг/л, необходимо взять для приготовления 10 кг аккумуляторной жидкости?

Ответ: 1,96 л.

10.Сколько граммов Na2SO4 следует растворить в 400 г воды для получения 8 %-ного раствора?

Ответ: 34,8 г.

11.В воде массой 40 г растворили железный купорос FeSO4 . 7H2O массой 3,5 г. Определите массовую долю безводного сульфата железа (II) в полученном растворе.

Ответ: 0,046.

12.В лаборатории имеется 30 %-ный раствор гидроксида натрия с плотностью 1,33 г/мл. Какой объём этого раствора надо взять для приготовления 250 мл 14 %-ного раствора гидроксида натрия с плотностью 1,15 г/мл?

Ответ: 101 мл.

13.При упаривании раствора сульфата натрия соль выделяется в виде кристаллогидрата Na2SO4 10H2O. Какую массу кристаллогидрата можно получить из 200 мл 15 %-ного раствора сульфата натрия, плотность которого 1,14 г/мл?

Ответ: 77,6 г.

14.Сколько хлорида калия следует добавить к 450 г 8 %-ного раствора той же соли для получения 12 %-ного раствора?

Ответ: 20,5 г.

15.К 300 мл 20 %-ного раствора гидроксида калия с плотностью 1,2 г/мл прибавили 40 г KОН. Определите массовую долю KОН в новом растворе.

Ответ: 0,28.

16 В 250 мл раствора содержится 4,9 г серной кислоты. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента серной кислоты в растворе.

Ответ: 0,4 н.

37

17.Какова молярная и нормальная концентрация 12 %-ного раствора серной кислоты, плотность которого ρ = 1,08 г/мл?

Ответ: 1,32 моль/л; 2,64 н.

18.Определите, какая масса ортофосфорной кислоты содержится в растворе объемом 0,5 л, если молярная концентрация химического эквивалента кислоты равна 0,3 моль экв/л (0,3 н.).

Ответ: 4,9 г.

19.Определите молярную концентрацию 20 %-ного раствора NaOH, плотность которого 1,22 г/мл.

Ответ: 6,1 моль/л.

20.Вычислите молярную и нормальную концентрацию 30 %-ного раствора азотной кислоты. Плотность раствора равна 1,18 г/мл.

Ответ: 5,62 моль/л; 5,62 н.

21.Какой объем 9,3 %-ного раствора H2SO4 с плотностью 1,05 г/мл потребуется для приготовления 40 мл раствора серной кислоты с концентрацией 0,35 М?

Ответ: 14,05 мл.

Задачи к разделу 4

1.Вычислите массовую долю сахара C12H12O11 в водном растворе, температура кристаллизации которого равна –0,6 °C. Криоскопическая константы воды K = 1,86 K∙ кг/моль.

Ответ: 0,099.

2.В каком объеме воды необходимо растворить 100 г сахара

C12H12O11 для получения раствора с температурой кипения 100,5 °C? Эбулиоскопическая константа воды

Е = 0,52 K∙ кг/моль.

Ответ: V = 304 мл.

3.В каком количестве воды необходимо растворить 100 г

глицерина C3H8O3 для получения раствора с температурой кристаллизации –0,3 °C? Криоскопическая константа воды K равна 1,86 K∙ кг/моль.

Ответ: 374,4 моль.

38

4.Температура кипения раствора глюкозы повысилась на 0,45 °C. На сколько градусов понизится температура кристаллизации

5.Рассчитайте температуру кипения 15 %-ного водного раствора

сахара (C12H22O11). Эбулиоскопическая константа воды

Е = 0,52 K∙ кг/моль.

Ответ: 100,27 °C.

6.Соединение массой 0,3 г, имеющее молярную массу 329,3 г/моль, растворено в 10 г воды. Определите температуру кипения и температуру замерзания этого раствора. Эбулиоскопическая константа воды Е = 0,52 K·кг/моль, криоскопическая константа воды K= 1,86 K·кг/моль.

Ответ: Tкип = 100,047 °C;

Tзам = –0,169 °C.

7.Раствор глутаминовой кислоты в воде содержит 1,5 г кислоты

на 100 г воды. Температура замерзания этого раствора равна –0,189 °C. Криоскопическая константа воды равна 1,86 K·кг/моль. Определите молярную массу глутаминовой кислоты.

Ответ: 147,6 г/моль.

8.Определите, на сколько градусов понизится температура замерзания раствора при растворении в 1 л воды 20 г белка цитохрома с, имеющего молекулярную массу 12400 г/моль. Криоскопическая константа воды равна 1,86 K·кг/моль.

Ответ: 0,003 °C.

39

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Лабораторная работа 1

Приготовление раствора с заданной массовой долей (процентной концентрацией вещества) растворением безводного вещества или кристаллогидрата в воде

Цель работы: ознакомление с понятиями «растворы», «растворенное вещество», «растворитель», «растворимость», способами выражения концентрации растворенного вещества; приобретение навыков приготовления водных растворов с заданной концентрацией безводной соли или кристаллогидрата.

Приборы и реактивы: электронные прецизионные весы, набор ареометров; химические стаканы емкостью 100, 250, 500 мл; мерный цилиндр, палочка стеклянная, фарфоровая ложечка или шпатель; вода дистиллированная, безводная соль или кристаллогидрат.

Вариант задания на приготовление раствора массой mр-ра с массовой долей вещества (%) студенту предлагает преподаватель:

40