Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физическая химия. Сборник заданий с примерами решений. Учебное пособие
.pdf
Таблица 4.5
Номер
варианта
Электролит В m(B), г m(H
О), г
2
, кПа
1 CH3COOH 80 420 6753,0
2 NH4ОН 287 713 27384,0
3 HF 20 980 2550,0
4 H3PO
4
330 670 10000,0
5 HF 100 900 12960,0
6 CH3COOH 192 808 8116,0
7 NH4ОН 3284 6716 31775,0
8 HF 440 560 62350,0
9 H3PO4 180 820 4800,0
10 CH3COOH 407 4593 3405,6
11 NH4ОН 36,9 163,1 14945,5
12 HF 300 4700 8000,0
13 H3PO4 330 1670 4295,0
14 HF 120 880 15800,0
15 NH4ОН 125,8 874,2 10362,4
16 CH3COOH 308 1692 6480,0
17 NH4ОН 525 9475 4472,0
18 HF 320 1680 21000,0
19 H3PO4 666 1334 10420,0
20 HF 100 400 26700,0
21 CH3COOH 117 883 5100,0
22 NH4ОН 470 9530 4777,0
23 HF 240 760 32000,0
24 NH4ОН 330 9670 3300,0
25 CH3COOH 464 9536 2300,0
26 NH4ОН 427 9573 4000,0
51
Задача 4.6
Среди трех приведенных растворов (см. вариант, табл. 4.6), содержащих одинаковые массы растворенного вещества в 1 кг растворителя,
укажите изотонический, гипертонический и гипотонический растворы.
В сторону какого раствора будет прогибаться эластичная мембрана,
разделяющая растворы 1 и 2, растворы 2 и 3, растворы 1 и 3 (молярные
массы органических веществ см. в табл. П11)?
Таблица 4.6
Номер
Раство-
вари-
анта
ритель
1 Вода Этанол Диметиловый эфир Хлорид натрия
2 Вода Сахароза Глюкоза Глицерин
3 Вода Формальдегид Глюкоза Метиламин
4 Этанол Сероуглерод Аллилхлорид Тиомочевина
5 Вода Серная кислота Фосфорная кислота Ацетат калия
6 Этанол Акролеин Гидроксид калия Акрилонитрил
7 Ацетон Бромид лития Гексан Диоксан
8 Бензол Дифенил Камфора Диэтиловый эфир
9 Бензол Ванилин
10 Метанол Анисовая кислота Камфора Гидроксид бария
11 Вода Анилин Глицерин Хлорид алюминия
12 Бензол Этилбензол Ксилол Нафталин
13 Вода Пирокатехин Гидрохинон Хлорид кальция
14 Вода Резорцин Пирокатехин Сульфид калия
15 Вода Пирогаллол Флороглюцин
16 Вода Циклогексанол Оксид хрома (VI)
17 Этанол Пропанол Метилформиат Формальдегид
18 Метанол Формальдегид Пропиламин Пропанол
Раствор 1 Раствор 2 Раствор 3
Растворенные вещества
Четыреххлористый
углерод
Толуол
Хлорид
марганца (II)
Гидрокарбонат
калия
52
Окончание табл. 4.6
Номер
Раство-
вари-
анта
ритель
19 Вода Уксусная кислота Мочевина Метилформиат
20 Этанол Метилцеллозольв Сероуглерод Вода
21 Вода Манноза Глюкоза Мальтоза
22 Вода Лактоза Мальтоза Сульфат калия
23 Вода Фруктоза Глюкоза Глицерин
24 Этанол
25 Вода Пропандиол Метилцеллозольв Хлорид кальция
26 Вода Хлорид железа (III) Хлорид железа (II)
Раствор 1 Раствор 2 Раствор 3
Метилэтиловый
эфир
Растворенные вещества
Пропанол Гидроксид калия
Хлорид
циркония (II)
Примеры решения задания № 4
Пример 4.1
Для 60 %-го водного раствора метилового спирта (плотность раствора при 298 К равна 0,8946 г · мл
1) молярную концентрацию вещества;
2) моляльную концентрацию вещества;
3) молярную долю метилового спирта в процентах;
4) число молей растворителя, приходящееся на 1 моль растворен-
ного вещества.
–1
) рассчитайте:
Решение
1. Примем объем раствора равным 1 л (1000 мл).
mV
р-ра р-ра
m(CH
= 1000 · 0,8946 = 894,6 г.
OH) = 894,6 · 0,6 = 536,76 г.
3
М(CH
OH) = 32 г · моль–1.
3
53
Рассчитаем количество моль спирта, приходящееся на 1 л раствора,
что и соответствует молярной концентрации раствора:
CH OH CH OH
nm
CH OH
с
3
V М V
33
CH OH 32 1, 0
р-ра 3 р-ра
536,76
= 16,8 моль · л–1.
2. 100 г раствора содержит 60 г метилового спирта и 40 г воды.
Поскольку моляльная концентрация (моляльность) выражается
числом молей растворенного вещества, приходящееся на 1 кг растворителя, то для нашего раствора она равна
CH OH
C
m
3
nm
33
HO CHOH HO 32 40
mMm
232
= 46,9 моль · кг
–1
(Н2О).
1000 60
=
1000 CH OH 1000 CH OH
3. Мольная доля метилового спирта рассчитывается по уравнению
x
CH OH
3
nn
CH OH H O
CH OH
32
3
n
mM
CH OH CH OH
mM mM
CH OH CH OH H O H O
3322
33
,
CH OH
x
3
60 32 40 18
60 32
= 0,458, или 45,8 %.
4. Рассчитаем число молей воды, приходящееся на 1 моль метило-
вого спирта:
HO HO HO
nmM
222
CH OH CH OH CH OH 60 32
nmM
приходится на 1 моль СН
333
ОН.
3
40 18
= 1,2 моль Н2О
Пример 4.2. Определите Т
Криоскопическая и эбуллиоскопическая константы воды соответственно равны 1,86 и 0,52 (К · кг) · моль
Решение. В 100 г раствора содержится 4 г глюкозы С
М (С
воды.
6Н12О6
) = 180 г · моль–1. Повышение температуры кипения и
зам
и Т
4 %-го водного раствора глюкозы.
кип
–1
.
6Н12О6
54
и 96 г
понижение температуры замерзания для раствора неэлектролита нахо-
дим по уравнениям
Т KC
кип э m
;
Т KC
зкm
,
где
масса растворенного вещества,
– моляльная концентрация раствора.
C
m
Выразив моляльность раствора через известные величины
m – масса растворителя), получаем:
1
1000
m
Т K
кип э
Т K
зк
2
Mm
m
2
Mm
21
1000
21
0,52
1, 86
41000
180 96
41000
180 96
= 0,118 °С,
= 0,43 °С.
(m –
2
Температура кипения раствора 100 + 0,118 = 100,118 °С. Температура кристаллизации раствора 0 – 0,43 = – 0,43 °С.
Пример 4.3. Рассчитайте молярную массу глицерина, если кри-
сталлизация раствора совершается при –0,279 °С. Раствор содержит
11,04 г глицерина и 800 г воды.
Решение. По условию задачи понижение температуры кристалли-
зации
= 0 – (–0,279) = 0,279 °С.
Т
з
По понижению температуры замерзания раствора можно определить молярную массу растворенного вещества с помощью следующего
соотношения:
1000
M
2
Km
m Т
1 з
1000 1,86 11,04
к 2
800 0,279
= 92 г · моль–1.
Пример 4.4. Температура кипения водного раствора BaCl
при
2
нормальном атмосферном давлении равна 104,5 °С. Рассчитайте содержание соли в кипящем растворе (г/100 г H
Решение. BaCl
гласно уравнению BaCl
– сильный электролит, диссоциирует в растворе со-
2
2
Ba
2+
2Cl–. Следовательно, при расчетах,
O).
2
связанных с коллигативными свойствами растворов, следует учитывать изотонический коэффициент
i, который рассчитывается согласно
55
уравнению i = 1 + ( – 1), где – степень диссоциации (для сильных
электролитов принимаем ее равной 1);
диссоциирует молекула (в нашем случае
– число частиц, на которые
= 3).
i = 1 + ( – 1) = 3.
–1
Эбулиоскопическая постоянная воды равна 0,52 (К · кг) · моль
Т
O) = 100 °С, следовательно, ∆Т
кип(H2
кип
Рассчитываем моляльность раствора BaCl
= 104,5 – 100 = 4,5 °С.
:
2
.
Т
кип
C
m
iK
э
Находим массу BaCl
в 1 кг воды и пересчитываем содержание со-
2
ли на 100 г воды, зная, что
(BaCl )
CM
m
(BaCl )
m
2
10 10
Таким образом, содержание BaCl
твора 104,5 °С составляет 58,30 г/100 г Н
4,5
30,52
М(BaCl
2,88 208, 24
2
= 2,88 моль · кг–1.
) = 208,24 г · моль–1:
2
при температуре кипения рас-
2
= 58,30 г/ 100 г Н2О.
О.
2
Пример 4.5. Осмотическое давление в смеси 12 г уксусной кисло-
ты и 988 г воды при 298 К равно 503,6 кПа. Рассчитайте степень электролитической диссоциации кислоты в растворе и сравните с теоретическим значением.
Решение
По закону Вант-Гоффа осмотическое давление : icRT
Плотность раствора примем равной плотности воды
m
V
р-ра
р-ра
CH COOH H O
mm
32
12 988
1, 0
.
= 1,0 г/мл.
= 1000 мл.
Молярная концентрация уксусной кислоты в растворе :
CH COOH 1000
(CH COOH)
c
3
= 0,2 моль · л
m
3
VM
р-ра 3
–1
= 200 моль · м–3.
CH COOH 1000 60
12 1000
=
М(CH
(
СООН) = 60 г · моль–1).
3
56
Значение изотонического коэффициента рассчитываем по закону
Вант-Гоффа:
i
cRT
503,6 10
200 8,314 298
3
= 1,01.
Изотонический коэффициент для слабых электролитов связан со
степенью диссоциации выражением
i = 1 + ( – 1), откуда
11i
.
Для уксусной кислоты, диссоциирующей по уравнению
СООН ⇄ СН3СОО─ + Н+,
СН
3
1, 0 1 1
= 2, тогда
= 0,01.
21
По закону разбавления Оствальда степень диссоциации рассчитывается следующим образом:
CH COOH
K
3
а
с
CH COOH 0,2
3
2,0 10
В данном случае теоретическая и опытная величина
5
= 0,01.
совпали.
Пример 4.6. Три раствора содержат одинаковую массу растворен-
ного вещества в 1 кг растворителя. Сравнивая их попарно, укажите,
какие растворы среди них являются изотоническими, гипертоническим
и гипотоническим, если в воде растворены глицерин, фенол и гидроксид калия. В какую сторону будет прогибаться мембрана, разделяющая
каждую пару растворов?
Решение
Так как глицерин и фенол – неэлектролиты, то изотонический коэффициент
Гидроксид калия – сильный электролит, диссоциирующий полностью по уравнению KОН
i для них равен 1.
K
+
+ ОН─, тогда i = 1 + 1(2 – 1) = 2.
57
Так как по закону Вант-Гоффа = iRTс(В), в нашем случае оно бу-
дет различным только вследствие разницы произведения (
in(В)). Рассчитаем (in(В)) растворенных веществ:
(
BB
– для глицерина:
– для фенола:
– для гидроксида калия:
Сравниваем значения
следовательно, эти растворы являются изотоническими, и мембрана
между ними не будет прогибаться.
Сравниваем значения (
калия:
следовательно, раствор KОН является гипертоническим по отношению
к раствору глицерина. Раствор глицерина будет в этой паре гипотоническим, и мембрана между ними будет прогибаться в сторону гипертонического раствора КОН.
Сравниваем значения
калия:
CHO 1
in iM
383
CHO 1
in iM
66
KOH 2
in iM
in(В) для растворов глицерина и фенола:
BB
mm
:1:1
92,09 94,12
in(В)) для растворов глицерина и гидроксида
BB
mm
:2 1:3,28
92,09 56,1
in(В) для растворов фенола и гидроксида
mm
CHO 92,09
383
BB
mm
CHO 94,12
66
BB
mm
KOH 56,1
,
,
;
iс(В)) или
;
.
BB
mm
:2 1:3,36
94,12 56,1
следовательно, раствор KОН является гипертоническим по отношению
к раствору фенола. Раствор фенола будет в этой паре гипотоническим,
и мембрана между ними будет прогибаться в сторону гипертонического раствора KОН.
58
,
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
5. РАСЧЕТЫ ПАРЦИАЛЬНЫХ МОЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ
Задание № 5
Задача 5.1
1. Рассчитайте изменение энергии Гиббса, энтропии и энтальпии
при образовании 1 кг раствора данной концентрации из чистых компонентов ртути и таллия (см. вариант, табл. 5.1.1). Рассчитайте измене-
ния парциальных молярных энтальпий (
парциальные молярные величины ртути (1) и таллия (2) соответствен-
но;
х
– молярная доля таллия).
2
G и 1S
1
,
G и 2S
2
Таблица 5.1.1
–
Номер
варианта
х
2
1 0,010 –12,99
2 0,030 –83,3
3 0,050 –154,8
4 0,067 –230,6
5 0,085 –305,4
6 0,117 –460,8
7 0,150 –610,9
8 0,175 –730,3
9 0,200 –849,4
10 0,225 –990
11 0,250 –1130
12 0,270 –1235
13 0,290 –1343
14 0,325 –1520
15 0,360 –1711
16 0,405 –1975
G
,
1
Дж · моль
–1
Дж · моль
G ,
2
–1
S
,
1
Дж(моль · К)
–1
Дж(моль · К)
S
2
14042 0,04 29,25
11500 0,032 25,5
9000 0,25 22,01
8930 0,44 19,7
6862 0,63 17,36
5640 0,94 15,3
4389 1,26 12,5
3762 1,46 11,3
3163 1,67 10,17
2667 2,00 8,94
2171 2,34 7,70
1884 2,65 6,85
1619 2,97 6,07
1215 3,21 5,54
820,1 3,43 5,02
355,6 4,14 3,85
,
–1
59
2. Рассчитайте изменение энергии Гиббса, энтропии и энтальпии
(
)
(
)
–
–
–
–
–
–
–
–
–
при образовании 1 кг сплава Au–Ag при 500 °С данного состава из чистых компонентов Au и Ag (см. вариант, табл. 5.1.2). Рассчитайте из-
менения парциальных молярных энтальпий (
1
1
G и 2S
2
–
G
и
S
,
парциальные молярные величины золота (1) и серебра (2) соответственно;
х
– молярная доля серебра.
2
Таблица 5.1.2
Номер
варианта
х
2
17 0,088 –0,79
18 0,208 –1,86
19 0,234 –2,31
20 0,287 –2,69
21 0,379 –4,76
22 0,440 –5,86
23 0,532 –7,82
24 0,647 –12,08
25 0,733 –16,24
G
,
1
Дж · моль
–1
Дж · моль
G ,
2
–1
Дж
S
,
1
моль · К
–1
S
Дж
моль · К
24,63 0,46 16,50
18,27 1,56 10,37
16,69 1,73 9,79
15,60 2,10 8,73
11,46 3,15 6,66
9,88 3,89 5,60
7,82 4,63 4,83
4,52 6,10 3,83
3,07 9,03 2,55
Задача 5.2
По зависимости интегральных теплот смешения ΔН
трации в жидкой фазе
пара
п
x
и общем давлении при Т (см. вариант, табл. 5.2):
i
1) определите графическими способами парциальные теплоты
смешения
i-го компонента при концентрации С
ж
x
при 298 К и 1,0133·105 Па и данных о составе
i
ж
и x
mi
i
2) определите интегральную теплоту смешения компонентов для
1 г смеси;
3) определите кажущуюся молярную теплоту смешения
понента концентрации
4) определите парциальное давление
ж
x
;
i
i-го компонента для заданных
смесей;
5) рассчитайте активность
6) определите коэффициент активности
i-го компонента для заданных смесей;
i-го компонента для задан-
ных смесей;
7) определите относительный химический потенциал
нента для заданных смесей;
8) определите энтропию смешения при заданных концентрациях,
приняв, что теплота смешения не зависит от температуры.
смеш
;
от концен-
i-го ком-
i-го компо-
,
2
–1
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]