Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Учебное пособие по общей, неорганической и аналитической химии (направление подготовки 36.03.02 – «Зоотехния», квалификация «бакалавр»)
.pdf
79. При 494оС константа равновесия реакции 2NО
↔ 2NО2
(г)
равна 2,2. Равновесные концентрации NО и О2
(г)
(г)
+О2
соответственно равны 0,020 и 0,030 моль/л. Вычислите их исходные концентрации. Ответ: 0,025 моль/л; 0,0325 моль/л.
80. Исходная концентрация метана СН
СН
4(г)
↔ С
+ 2 Н
(к)
составила 0,035 моль/л. К моменту
2(г)
в системе
4
равновесия прореагировало 80 % метана. Рассчитайте значение константы равновесия. Ответ: 0,112.
V.VII РАСТВОРЫ
V.VII.I РАСТВОРИМОСТЬ И ЕЁ ЗАВИСИМОСТЬ
ОТ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ
Растворы – это гомогенные системы, состоящие из
двух и более компонентов и продуктов их взаимодействия.
По агрегатному состоянию растворы бывают жидкие,
твердые и газообразные. Наибольшее значение имеют водные
растворы.
Для характеристики жидких растворов используют по-
нятия растворитель и растворенное вещество. При образовании раствора из двух смешивающихся жидкостей растворителем называют ту жидкость, которая присутствует в большем количестве. Если же раствор образуется путем растворения в жидкости вещества, находящегося в твердом или газообразном состоянии, то растворителем называют вещество,
агрегатное состояние которого при образовании раствора не
изменяется.
Понятия «растворитель» и «растворенное вещество» не
применяют по отношению к твердым и газовым смесям, независимо от того, в каких соотношениях находятся в этих системах компоненты.
61
Растворимостью называют способность данного ве-
щества растворяться в воде или ином растворителе. Ко-
личественно растворимость характеризуется концентрацией
насыщенного раствора при определенной температуре и давлении. Растворимость зависит от природы растворенного вещества и растворителя, температуры, внешнего давления.
Растворимость различных веществ в одном и том же
растворителе, например в воде, может изменяться в значительных пределах (рис.8.). Различают: легкорастворимые
вещества, растворимость которых при 200С превышает 10г
на 100г растворителя; труднорастворимые – если эта растворимость в пределах 0,01 – 1,00г на 100г растворителя;
практически нерастворимые – при растворимости менее
0,01г.
Образование любого раствора из компонентов является
сложным обратимым процессом, состоящим из собственно
растворения или перехода вещества в раствор и обратного
выделения вещества из раствора. Процесс растворения твердого вещества в жидкости начинается с отделения его молекул, атомов или ионов от поверхности кристаллов под влиянием их собственных колебаний и молекул растворителя, а
также за счет силового взаимодействия между всеми частицами. Далее отделившиеся от поверхности кристаллов частицы постепенно распределяются во всем объеме раствора за
счет диффузии.
Раствор, для которого устанавливается равновесие между скоростью перехода частиц в раствор и скоростью их обратного осаждения на поверхности кристаллов, называют на-
сыщенным.
62
а б
Рис. 9 Кривые растворимости твердых (а) и газооб-
разных (б) веществ.
При растворении в жидкостях твердых веществ с увеличением температуры растворимость большинства веществ
увеличивается. Если твердое вещество при растворении не
образует с растворителем прочных химических соединений,
процесс растворения будет сопровождаться поглощением теплоты.
Поскольку растворение жидкостей друг в друге обычно
сопровождается поглощением теплоты, в системах жидкость
– жидкость наблюдается рост взаимной растворимости с увеличением температуры (рис.9а).
Растворение в жидкостях газов почти всегда связано с
выделением теплоты, чему отвечает снижение растворимости
с ростом температуры (рис.9б).
Если растворяемое вещество газ, а растворителем является жидкость (или твердое вещество), то образование раствора сопровождается значительным уменьшением объема
системы. В соответствии с этим растворимость газов в жидкостях заметно возрастает по мере увеличения давления. Согласно закону Генри при постоянной температуре раствори-
63
мость газа прямо пропорциональна его парциальному давлению над раствором:
Сж = к∙Р,
где Сж – растворимость газа в жидкости, к – коэффици-
ент пропорциональности,
Р – парциальное давление, которое производило бы
имеющееся 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. II СПОСОБЫ 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
64
где mв – масса растворенного вещества, m
– масса
р-ра
раствора, г.
m
р-ра = mв
+ m
, г (m
р-ля
– масса растворителя, г)
р-ля
Массовая доля, выраженная в %, (процентная или весо-
вая) – это масса растворенного вещества в 100 г раствора. На-
пример, 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
молей растворенного вещества в 1 л раствора (моль/л):
См = n / V или См = m/(M V),
где n – количество вещества (моль), V – объем в лит-
рах, 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 лит-
рах, 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 ).
65
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) − коли-
чество 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) растворенно-
го 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 рас-
творенного 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.
66
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.
67
89. Сколько (моль) FeSO
.
7H2O надо прибавить к 100 мл
4
воды, чтобы получить 10%-ный раствор FeSO4?
Ответ: 0,18 моль.
90. 125 л хлороводорода (н.у.) растворили в 500 мл во-
ды. Определите массовую долю HCl в полученном растворе.
Ответ: 29%.
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
68
Рауля относительное понижение давления пара растворителя
над раствором равно мольной доле растворенного вещества и
выражается соотношением:
pо - р n
――― ═ ――― ,
po 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 рас-
творенного 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 Δtкип. – 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;
69
Δtзам. ─ 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.
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.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]