Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая, неорганическая и аналитическая химия. Учебное пособие для студентов очной и заочной формы обучения направления подготовки 35.03.07 - «Технологи
.pdf
прямо пропорциональна его парциальному давлению над раствором:
Сж= к∙Р,
где Сж– растворимость газа в жидкости, к – коэффициент
пропорциональности,
Р – парциальное давление, которое производило бы име-
ющееся в смеси количество данного газа, если бы оно одно занимало при той же температуре весь объем занимаемый системой.
Закон Генри соблюдается относительно точно лишь в
случае разбавленных растворов, при небольших парциальных
давлениях газа и при отсутствии химического взаимодействия
газа с растворителем.
Растворимость газов в растворах электролитов и других
веществ, склонных к гидратации, всегда меньше, чем в чистой
воде. Русский естествоиспытатель, физиолог И.М.Сеченов
(1859) установил взаимосвязь между растворимостью газа в
воде и растворимостью его в растворе электролита:
С
= Сж∙℮к·С,
эл.
где С
– растворимость газа в растворе электролита; Сж
эл.
– растворимость газа в воде; ℮ – основание натурального логарифма; С– концентрация электролита; к – константа Сеченова,
значение которой зависит от природы газа, электролита и температуры.
V.VII.IIСПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ
КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ
1. Массовая доля(ω)представляет собой отношение
массы растворенного вещества, содержащегося в растворе, к
общей массе раствора. Массовая доля может быть выражена в
процентах (% ):
ω = (mв / m
) ∙ 100%,
р-ра
71
где mв – масса растворенного вещества, m
– масса рас-
р-ра
твора, г.
m
= mв + m
р-ра
р-ля
,г (m
– масса растворителя, г)
р-ля
Массовая доля, выраженная в %, (процентная или весо-
вая) – это масса растворенного вещества в 100 г раствора.
Например, если раствор 10%-ный, то 10 г вещества содержится
в 100 г раствора (m
р-ля
= m
– mв = 100г – 10г = 90 г).
р-ра
2. Молярная концентрация (Cм) (молярность) – число мо-
лей растворенного вещества в 1 л раствора (моль/л):
См = n / V или См = m/(MV),
где n – количество вещества (моль), V – объем в литрах,
М – молярная масса, m – масса растворенного вещества.
Например, раствор, содержащий в 1л 4,00г NaOH (М
NaOH
=40 г/моль), называют децимолярным (0,1М).
3. Нормальная концентрация (Сн, N) (нормальность) –
число эквивалентных масс растворенного вещества в
одном литре раствора (моль/л):
Сн = m/(Э V),
где m -масса растворенного вещества, V – объем в литрах,
Э – эквивалентная масса.
Э = М/ (n∙В), где (n∙В) – общая валентность.
Практически, чтобы рассчитать эквивалентную массу
кислоты, нужно разделить её молярную массу на основность:
(Э (HNO3) = М/1, Э (H2SO4) = М/2, Э (H3PO4) = М/3 ).
Для определения эквивалентной массы основания необ-
ходимо разделить его молярную массу на число гидроксогрупп, участвующих в реакции:
( Э (NaOH) = М/1, Э (Ca(OH)2) = М/2, Э (Al(OH)3) = М/3 ).
Эквивалент соли рассчитывается как частное от деления
молекулярной массы соли на произведение валентности металла на число его атомов:
( Э (NaCl) = М/1, Э (Na2SO4) = М/2, Э (FeCl3) = М/3,
Э (Al2(SO4)3) = М/6 ).
72
Например, раствор, содержащий 4,9г H2SO4 в 1л, называется децинормальным (N = 4,9/49 =0,1н ), раствор, содержащий 0,4г NaOH в 1л, – сантинормальным ( N = 0,4/40 = 0,01н ).
4. Моляльная концентрация (Сm)(моляльность) − количе-
ство молей растворенного вещества в 1 кг растворителя
(моль/кг). Сm = n / m
р-ля
Например, моляльность раствора, полученного растворением 0,1моль сахарозы (34,2г) в 1кг воды равна 0,1 моль/кг.
5. Молярная доля (X) (мольная доля) есть отношение ко-
личества вещества (моль) компонента, содержащегося в данной системе, к общему количеству вещества системы (моль).
Её можно выражать в долях единицы и в процентах(%).
Например, молярная доля глюкозы (М = 180 г/моль) в
растворе, полученном при растворении 0,1 моль её (18г) в 10
моль (180г) воды (М = 18 г/моль) равна:
X = 0,1 / (0,1+10) = 0,0099 (0,99%).
6. Титр раствора (Т) показывает массу (г) растворенного
вещества, содержащегося в 1 мл раствора. Например, в 1л
0,01н. КОН содержится 0,561г КОН. Титр этого раствора равен: Т = 0,561 / 1000 = 0,000561 г/мл
Примеры решения задач
Пример 1. В 150 г воды растворили 50 г KCl. Найти %
концентрацию соли.
Решение. Масса раствора складывается из массы раство-
ренного вещества (KCl) и растворителя (воды).
m
раствора
= m
KCl
+ m
= 5 + 150 = 200 г
воды
Находим массовую доля KCl в растворе
W =m
/ m р-ра
KCl
W =50 /200 = 0,25 или 25%-ый раствор.
73
81. На реакцию с раствором, содержащим 0,498 г
Na2B4O
.
10H2O, израсходовано 25,2 мл раствора HCl. Вычис-
7
лите молярную концентрацию эквивалента (нормальную концентрацию) раствора соляной кислоты. Ответ: 0,1032 N.
82. К 250 г 10%-ного раствора кислоты добавили 500 г
раствора той же кислоты с неизвестной массовой долей и получили 25%-ный раствор. Определите массовую долю кислоты
в добавленном растворе. Ответ: 32,5%.
83. Какой объём 3 N раствора должен быть прибавлен к
900 мл 0,5 N раствора этого же вещества, чтобы концентрация
стала 1 N? Ответ: 225 мл.
84. Вычислите нормальную концентрацию и титр Н3РО4
в 13%-ном растворе, плотность которого 1,07 г/мл. Раствор
предназначен для реакции, идущей до конца.
Ответ: 4,26 N; 0,139174 г/мл.
85. В какой массе эфира надо растворить 3,04 г анилина
C6H5NH2, чтобы получить раствор, моляльность которого
равна 0,3 моль/кг? Ответ: 109 г.
86. Сколько (мл) 20%-ного раствора соляной кислоты с
плотностью 1,098 г/мл потребуется для приготовления 1 л 2 М
раствора? Ответ: 332,4 мл
87. Сколько (мл) 0,5 N раствора ВaСl2 можно приготовить
из 24,4 г ВаСl
.
2Н2О? Ответ: 400 мл.
2
88. В каком объёме 1 М раствора серной кислоты содержится 4,9 г H2SO4? Ответ: 50 мл.
74
89. Сколько (моль) FeSO
Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Массы или
объем р-ра
100г
100г
100
мл
100
мл
100
мл
100
мл
100
мл
Концентр.
2%
0,2М
0,4н
воды, чтобы получить 10%-ный раствор FeSO4?
Ответ: 0,18 моль.
90. 125 л хлороводорода (н.у.) растворили в 500 мл воды.
Определите массовую долю HCl в полученном растворе.
Ответ: 29%.
.
7H2O надо прибавить к 100 мл
4
Лабораторная работа №2
Приготовление раствора заданной концентрации
Задание: приготовить 100 г (100 мл) раствора сульфата
натрия W% (С
С
) концентрации:
М
Н
ства, поэтому для приготовления раствора необходимо:
1. Рассчитать массу обоих компонентов.
2. Взвесить навеску растворяемого вещества.
Раствор состоит из растворителя и растворенного веще-
75
3. Отмерить, если это необходимо, объем растворителя.
4. Растворить вещество.
5. Определить плотность () приготовленного раствора.
6. Уточнить концентрацию раствора.
7. Вычислить погрешность (Δ).
1. Расчет навески растворяемого вещества зависит от типа
задания.
А) Задана процентная (W%) концентрация рас-
твора.
Поскольку процентная концентрация выражает содержа-
ние массы (г) вещества в 100 г раствора, то расчет очень прост:
масса навески равна процентной концентрации.
Б) Задана молярная (СМ) концентрация раствора.
Молярность раствора определяется числом молей раство-
ренного вещества в 1 л раствора, поэтому вначале вычисляют
молярную массу (М) вещества. Массу навески находят по формуле:
М СМ
рра
мл где
М – мол.масса вещества;
С
– молярность раствора;
М
– объем раствора, мл (100 мл).
рра
В) Задана нормальная концентрация раствора.
Нормальность раствора определяется числом эквивален-
тов растворенного вещества в 1л раствора, поэтому в первую
очередь находят эквивалентную массу (Э) соли по формуле:
Э=М/(n ), где
М - мол.масса соли;
- число атомов металла в молекуле;
B- валентность металла.
76
Массу навески находят по формуле:
Э
/ 1000 мл, где
рра
Э – эквивалентная масса соли;
– нормальность раствора;
– объем раствора, мл (100 мл).
рра
2. Взвешивание навески производят на заранее уравнове-
шенных технических весах с точностью до 0,01 г.
3-4. Для растворения соли навеску высыпают в одну из 2-
х стеклянных колб:
а) коническую - в случае приготовления раствора про-
центной концентрации. Необходимое количество воды отмеряют при помощи мерного цилиндра. Массу воды определяют
по формуле:
воды
рра
вва
вва
,
т.к. плотность воды =1 г/мл,
то
воды
воды
воды
б) мерную – в случае приготовления раствора молярной
или нормальной концентраций. Приготовление раствора в мерной колбе не требует отмеривания воды. Дистиллированную
воду приливают на 2/3 от общего объема колбы и растворяют
соль. После полного растворения уровень жидкости в колбе доводят до метки.
5. Для определения плотности раствор из колбы выли-
вают в цилиндр и опускают ареометр. По глубине погружения
определяют
6. Пользуясь калибровочным графиком находят
7. Зная
эксп
эксп
.
и
вычисляют молярностьСМ и нор-
эксп
эксп
(%).
мальность приготовленного раствора по формулам:
С
эксп
Мэксп
эксп
эксп
эксп
эксп
Э
;
Находят абсолютную и относительную погрешности (Δ),
допущенные при приготовлении раствора и делают вывод.
Δ
Δ
отн
абс
Δ
С
С
абс
эксп
С
теор
теор
;
77
V.VII.III КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА
РАСТВОРОВ
Растворы играют большую роль в жизни и практической
деятельности человека и животных. Так, процессы усвоения
пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор. Растворами являются все важнейшие
физиологические жидкости: кровь, лимфа, желудочный сок и
т.д.
У растворов имеется ряд свойств, названных коллига-
тивными, которые не зависят от природы растворенного вещества, а только от числа растворенных частиц в определенном количестве данного растворителя. Такими свойствами являются осмотическое давление, понижение давления насыщенного пара над раствором, повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания раствора.
Давление пара растворов
При данной температуре давление насыщенного пара над
каждой жидкостью – величина постоянная. При растворении в
жидкости какого-либо вещества давление насыщенного пара
этой жидкости понижается.
Таким образом, давление пара над раствором нелетучего
вещества в растворителе всегда ниже давления пара над чистым растворителем при той же температуре. Согласно закону
Рауля относительное понижение давления пара растворителя
над раствором равно мольной доле растворенного вещества и
выражается соотношением:
78
pо - р n
――― ═ ――― ,
p
o
N + n
где po – давление пара над чистым растворителем;
р – давление пара растворителя над раствором;
n – количество растворенного вещества, моль
N – количество растворителя, моль.
Замерзание и кипение растворов
Индивидуальные вещества характеризуются строго определенными температурами переходов из одного агрегатного
состояния в другое. Так, вода при нормальном атмосферном
давлении (101,3 кПа) кристаллизуется при 00С и кипит при
1000С. Иначе обстоит дело с растворами. Присутствие раство-
ренного вещества повышает температуру кипения и понижает
температуру замерзания растворителя.
Рауль установил, что для разбавленных растворов неэлектролитов повышение температуры кипения и понижение
температуры замерзания пропорциональны концентрации раствора:
Δtкип. ═ Е∙Сm, Δtзам. ═ К∙С
m
где Δt кип. – повышение температуры кипения раствора,
т.е. разность между температурами кипения раствора и чистого
растворителя; Сm – моляльная концентрация раствора
(моль/кг), Е – эбуллиоскопическая константа растворителя.
Она численно равна повышению температуры кипения раствора, содержащего 1 моль растворенного вещества в 1 кг растворителя;
Δt зам. ─ понижение температуры замерзания раствора в
сравнении с температурой замерзания чистого растворителя,
К – криоскопическая константа растворителя. Она численно равна понижению температуры замерзания раствора, содержащего 1 моль растворенного вещества в 1 кг растворителя.
79
Е и К зависят только от природы растворителя, но не за-
висят от природы растворенного вещества.
Осмос
В гомогенном растворе частицы растворенного вещества
и растворителя равномерно распределяются по всему объему
раствора. Если поместить в цилиндр концентрированный раствор сахара, а поверх него осторожно налить чистую воду, то
вначале сахар и вода будут распределены в объеме раствора не
равномерно. Через некоторое время вследствие теплового движения – диффузии сахар и вода равномерно распределятся по
всему объему жидкости.
Вместо цилиндра используем U ─ образную трубку,
снабженную внизу мембраной (полупроницаемой перегородкой), через которую могут проникать только молекулы воды
(растворителя), но не молекулы (ионы) растворенного вещества. Заполним правое колено водой (чистым растворителем),
а левое – раствором сахарозы в воде так, чтобы уровни жидкости в обоих коленах были одинаковыми. Выравнивание концентраций осуществляется в одностороннем порядке, только
за счет перехода части молекул воды из правой части прибора
в левую, где концентрация сахарозы выше. В итоге уровень
жидкости в правом колене начнет снижаться, а в левом возрастать, пока не установится некоторая разность столбов, отвечающая давлению, при котором односторонняя диффузия прекратится.
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]