Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физическая и коллоидная химия. Практикум
.pdf
где а – активность электролита, моль/л;
Ι
f – коэффициент активности;
CB – молярная концентрация, моль/л.
В разбавленных растворах природа электролитов
незначительно влияет на значения коэффициентов ак‑
тивности. Количественной характеристикой межионных
электростатических взаимодействий является ионная сила
раствора (I). Ионной силой раствора называют величину,
измеряемую полусуммой произведений концентраций всех
находящихся в растворе ионов на квадрат их заряда.
Например, для 0,1 М раствора ZnSO4 ионная сила рас‑
твора будет равна:
I = ½ (0,1∙22 + 0,1∙22) = 0,4.
В 1923 г. П. Дебай и Э. Хюккель показали, что для раз‑
бавленных водных растворов с ионной силой I≤0,01 коэф‑
фициент активности ионов можно рассчитать по формуле
lg f = –0,5z
2
,
где z – заряд иона,
I – ионная сила раствора.
Вопросы для самоконтроля
1. Дайте определение понятиям: насыщенный и нена‑
сыщенный пар.
2. Назовите факторы, влияющие на величину давления
пара чистого растворителя и раствора. Первый закон Рауля.
3. Условия закипания и замерзания растворов.
4. Физический смысл криоскопической и эбуллиоско‑
пической констант. Второй закон Рауля.
5. Влияние электролитической диссоциации раство‑
ренного вещества на величину ∆t
растворов.
зам
6. Сущность методов криоскопии и эбуллиоскопии, их
значение.
41
Задачи
1. Раствор, содержащий 1,22 г бензойной кислоты
С6 Н5 СООН в 100 г сероуглерода, кипит при 46,8 оС. Темпе‑
ратура кипения сероуглерода 46,529 оС. Вычислите эбулли‑
оскопическую константу сероуглерода.
2. Раствор, содержащий 11,04 г глицерина и 800 г воды,
кристаллизуется при температуре –0,279 оС. Вычислите мо‑
лярную массу глицерина, если для воды значение криоско‑
пической константы равно 1,86 град·кг/моль.
3. Сколько граммов С
12 Н22 О11
растворено в 1600 г
воды, если раствор закипает при температуре 100,04 оС
(Кэ=0,52 град·кг/моль)?
4. Вычислите массовую долю водного раствора моче‑
вины (NH4)2CO, зная, что этот раствор кристаллизуется при
температуре –0,465 оС (Кк=1,86 град·кг/моль).
5. Вычислите температуру кристаллизации 5 %‑го водно‑
го раствора этиленгликоля С2 Н4 (ОН)2 (Кк=1,86 град·кг/моль).
6. Температура кипения раствора, содержащего 3,05 г
бензойной кислоты С6 Н5 СООН в 125 г хлороформа, равна
61,88 оС. Температура кипения хлороформа 61,12 оС. Вы‑
числите эбуллиоскопическую константу хлороформа.
7. Вычислите молярную массу неэлектролита, если из‑
вестно, что раствор, содержащий 0,75 г этого вещества в 250 г
воды, кристаллизуется при –0,098 оС (Кк=1,86 град·кг/моль).
8. Вычислите температуру кипения 3 %‑го раствора
нафталина С
в бензоле. Температура кипения бензола
10 Н8
80,2 оС (Кэ=2,57 град·кг/моль).
9. Раствор, содержащий 8,55 г неэлектролита в 100 г
воды, кристаллизуется при температуре –0,465 оС. Вы‑
числите молярную массу растворенного вещества, если
для воды значение криоскопической константы равно
1,86 град·кг/моль.
10. Вычислите значение криоскопической константы
уксусной кислоты, если раствор, содержащий 3,56 г антра‑
42
цена С
в 100 г уксусной кислоты, кристаллизуется при
14 Н10
15,718 оС. Температура кристаллизации уксусной кислоты
16,65 оС.
11. Равные массы камфары С
С
растворены в одинаковом объеме бензола. Опреде‑
10 Н8
10 Н16
О и нафталина
лите, какой из растворов кипит при более высокой темпе‑
ратуре.
12. Вычислите массовую долю раствора С
12 Н22 О11
, если
температура кристаллизации раствора равна –0,465 оС. Кри‑
оскопическая константа воды 1,86 град·кг/моль.
13. Вычислите температуру кристаллизации раство‑
ра мочевины (NH4)2CO, содержащего 8 г мочевины в 100 г
воды (Кк=1,86 град·кг/моль).
14. Вычислите процентную концентрацию водного
раствора глюкозы С6 Н
, если этот раствор кипит при
12 О6
100,26 оС (Кэ=0,52 град·кг/моль).
15. Определите молярную массу серы, если раствор
0,324 г ее в 40 г бензола кипит при температуре на 0,081 оС
выше, чем чистый бензол (Кэ=2,61 град·кг/моль).
16. Определите температуру кипения раствора 1 г на‑
фталина С
в 20 г эфира, если чистый эфир кипит при
10 Н8
35 оС (Кэ=2,16 град·кг/моль).
17. Вычислите температуру кипения раствора, содер‑
жащего 34 г ВаСl2 в 1 кг воды (α=74,5 %).
18. Определите изотонический коэффициент для рас‑
твора К2SO4, содержащего 43,5 г соли на 500 г воды. Раствор
замерзает при –1,83 оС.
19. Температура замерзания раствора, состоящего
из 0,1 моля электролита и 500 г воды, равна –0,67 оС, кажу‑
щаяся степень диссоциации 0,9. Определите, сколько ионов
получается при диссоциации.
20. Определите, при какой температуре закипает рас‑
твор, состоящий из 30 г NаОН и 250 г воды, если кажущаяся
степень диссоциации равна 0,77.
43
21. При растворении 1 моль азотно‑кислого калия в 1 л
воды температура замерзания понизилась на 3,01 оС. Опре‑
делите кажущуюся степень диссоциации соли в растворе.
22. Раствор, содержащий 8 г серно‑кислого алюминия
Аl2 (SO4)3 в 25 г воды, замерзает при –4,56 оС. Вычислите
кажущуюся степень диссоциации электролита.
23. Рассчитайте изотонический коэффициент для
раствора хлорида магния, содержащего 0,1 моль МgCl2 в
1 кг воды, если температура замерзания раствора –0,461 оС.
24. Температура кипения раствора, содержащего 9,09 г
нитрата калия в 100 г воды, равна 100,8 оС. Вычислите сте‑
пень диссоциации КNO3 в этом растворе.
25. Раствор, содержащий 0,53 г карбоната натрия
в 200 г воды, замерзает при –0,13 оС. Вычислите степень
диссоциации Nа2 СО3 в этом растворе.
26. Раствор, содержащий 8,535 г нитрата натрия в 100 г
воды, замерзает при –3,04 оС. Вычислите степень диссоци‑
ации NаNO
3.
27. Раствор, содержащий 0,834 г сульфата натрия
Nа2SO4 в 1 кг воды, замерзает при –0,028 оС. Вычислите сте‑
пень диссоциации соли.
28. Раствор, содержащий 0,53 г сульфита натрия в 200 г
воды, замерзает при –0,13 оС. Вычислите степень диссоциа‑
ции Nа2SO3 в этом растворе.
29. Вычислите понижение температуры замерзания
раствора, содержащего 1 г АgNO3 в 50 г воды (α=59 %).
30. Кажущаяся степень диссоциации раствора, со‑
стоящего из 2,925 г хлорида натрия NаCl и 50 г воды,
равна 0,8. Определите температуру замерзания раствора
(Кк=1,86 град·кг/моль).
31. Вычислите степень кажущейся диссоциации 4 %‑го
раствора хлорида калия, если этот раствор начинает замер‑
зать при температуре –2 оС.
44
32. Определите температуру замерзания 0,25 н рас‑
твора гидроксида натрия, плотность которого равна
1,01 г/мл, а степень диссоциации 0,8.
33. Кажущаяся степень диссоциации раствора азотной
кислоты, содержащего 31,5 г НNO3 в 500 г воды, равна 80 %.
Рассчитайте температуру замерзания этого раствора.
34. Кажущаяся степень диссоциации серно‑кислого
цинка в 0,1 н растворе равна 40 %. Определите осмотиче‑
ское давление раствора при 0 оС.
35. Одинаково ли осмотическое давление 1 М раство‑
ров следующих веществ: глюкозы С6 Н
, уксусной кисло‑
12 О6
ты СН3 СООН и азотной кислоты НNО3? Ответ мотивируйте.
36. Вычислите величину осмотического давления сле‑
дующих растворов при 0 оС: а) 0,1 н раствора гидроксида
калия (α=89 %), б) 0,1 н раствора сульфата натрия (α=69 %).
37. Рассчитайте величину осмотического давления
раствора, содержащего в 1 л 3,1 г анилина (С6 Н5NН2). Тем‑
пература раствора 21 оС.
38. Осмотическое давление водного раствора, со‑
держащего в 100 мл 1 г сахарозы С
12 Н22 О11
, равно
0,655 атм при 0 оС. Рассчитайте величину универсальной га‑
зовой постоянной R.
39. Раствор, содержащий в 1 л 3,75 г формалина, обла‑
дает осмотическим давлением 2,8 атм при 0 оС. Определите
молярную массу формалина.
40. Осмотическое давление водного раствора, содержа‑
щего 3 г в 250 мл раствора, равно 0,82 атм при 12 оС. Опре‑
делите молярную массу вещества.
41. Сколько граммов глюкозы С6 Н
должен содер‑
12 О6
жать 1 л раствора, чтобы его осмотическое давление было
таким же, как у раствора, содержащего в 1 л при этой же
температуре 3 г формалина (НСНО)?
42. Вычислите осмотическое давление 5 %‑го раствора
ацетона в воде при 0 оС. Плотность раствора 0,90 г/мл.
45
Лабораторная работа № 2
Изучение влияния растворенного вещества
на свойства раствора
Цель работы: изучить влияние растворенного веще‑
ства на свойства растворов.
Реактивы: растворы неэлектролитов, разные соли,
дистиллированная вода.
Приборы и материалы: весы технические, калори‑
метр, штатив с термометром, лед, снег, палочки стеклянные,
цилиндры объемом 25 и 100 мл, стаканы химические объ‑
емом 150 и 800 мл.
В двух стаканах емкостью 300 мл приготовьте
150 мл смеси из мелко истолченного льда и воды (лед дол‑
жен быть в избытке). Измерьте и запишите температуру
приготовленных смесей. В один из стаканов прибавьте воды
комнатной температуры, в другой – льда, измерьте темпера‑
туру после перемешивания смесей, объясните результаты.
В один из стаканов с опущенным в него термометром
добавьте порошок глюкозы, отметьте и объясните измене‑
ние температуры.
Для сравнения в отдельном стакане определите, как из‑
менится температура воды при добавлении в нее глюкозы.
Определите знак теплового эффекта растворения глюкозы
в воде.
Рассчитайте температуру замерзания раствора, со‑
держащего 100 г глюкозы в 200 мл воды. Значение Кк для
воды – в табл. 2 приложения.
46
Лабораторная работа № 3
Определение молярной массы растворенного вещества,
концентрации и осмотического давления раствора
криоскопическим методом
Цель работы: определить молярную массу раство‑
ренного вещества, концентрацию и осмотическое давление
криоскопическим методом.
Реактивы: растворы неэлектролитов, разные соли,
дистиллированная вода.
Приборы и материалы: весы технические, калори‑
метр, штатив с термометром, лед, снег, палочки стеклянные,
цилиндры объемом 25 и 100 мл, стаканы химические объ‑
емом 150 и 800 мл.
Криоскопические исследования проводят в приборе,
изображенном на рис. 5.
В качестве охлаждающей смеси можно использовать
смесь измельченного льда или снега с поваренной солью.
Рис. 5. Криоскопическая установка:
1 – термометр;2 – исследуемая жидкость; 3 – внешний стакан, заполненный
охлаждающей смесью
47
Определение молярной массы неэлектролита
1. Приготовьте во внутреннем стакане раствор неэлек‑
тролита в 100 мл дистиллированной воды, изредка помеши‑
вайте раствор.
2. Приготовьте охлаждающую смесь.
3. Во второй внутренний стакан налейте 100 мл дис‑
тиллированной воды и поместите его во внешний. Осто‑
рожно обложите стакан с дистиллированной водой охлаж‑
дающей смесью выше уровня воды в нем. Опустите в воду
термометр и, непрерывно помешивая, наблюдайте за изме‑
нением температуры. В момент появления кристаллов льда
во внутреннем стакане отметьте показания термометра
(t1 – температура замерзания воды).
4. Поставьте стакан с раствором неэлектролита вместо
стакана с водой. Непрерывно помешивая раствор, следите
за изменением температуры раствора и в момент появления
первых кристаллов в растворе запишите показания термо‑
метра (t2 – температура замерзания раствора).
Вычисления
кг К
Криоскопическая постоянная для воды Кк = 1,86
моль
Учитывая, что плотность воды ρ = 1 г/мл, рассчитайте массу
воды в стакане, V = 100 мл, m = 100·1 = 100 г.
Понижение температуры замерзания раствора ∆t
зам
=
= t1 – t2, где t1 – температура замерзания воды. Согласно вто‑
рому закону Рауля ∆t
= КкСm, где Сm – моляльная концен‑
зам
трация раствора.
m
в
Km
кв
tm
зам
48
в
(H O
2
(H O)
2
;
.
Сm =
Mm )
Mв =
.
Рассчитайте осмотическое давление раствора, используя
закон Вант‑Гоффа π = СвRT, допуская, что при сильном раз‑
бавлении моляльная концентрация (Сm) равна молярной (Cв).
Лабораторная работа № 4
Определение кажущейся степени электролитической
диссоциации сильного электролита
Цель работы: определить кажущуюся степень элек‑
тролитической диссоциации сильного электролита криоско‑
пическим методом.
Реактивы: растворы неэлектролитов, разные соли,
дистиллированная вода.
Приборы и материалы: весы технические, калори‑
метр, штатив с термометром, лед, снег, палочки стеклянные,
цилиндры объемом 25 и 100 мл, стаканы химические объ‑
емом 150 и 800 мл.
Эксперимент проводится таким же образом, что и пре‑
дыдущий, в калориметре (криоскопическая установка).
Взвесьте на технических весах 0,2 молярной массы ис‑
следуемой соли и аккуратно пересыпьте ее во внутренний
стакан криоскопической установки. Отмерьте цилиндром
и добавьте в стакан с солью 100 мл дистиллированной воды.
Размешайте соль стеклянной палочкой до полного раство‑
рения. Заполните табл. 2.
Таблица 2
Приготовление исследуемого раствора
Формула соли
Молярная масса
соли, (М
), г/моль
соли
Масса соли,
(m
), г
соли
Масса воды,
(m
), г
воды
Поместите стакан с раствором соли в криоскопиче‑
скую установку, обложите его охлаждающей смесью выше
уровня раствора в стакане. Опустите термометр в раствор
49
соли и наблюдайте за температурой. В момент появления
D
êãC
O
⋅
1
n
i
кристаллов льда в растворе отметьте температуру замерза‑
ния раствора соли (t
). Заполните табл. 3. Рассчитайте мо‑
соли
ляльную концентрацию раствора исследуемой соли:
m
соли
коэффициент, i
Изотонический
соли
(H O)
2
Криоскопическая
константа Кк,
.
о
С∙кг
моль
Таблица 3
Степень
диссоциации, α
замерзания
Температура
Сm =
Мm
Изменение температуры замерзания раствора
C
o
воды, t,
Температура
С
о
,
cоли
t
замерзания
раствора соли,
Понижение
температуры
С
о
,
зам
t
замерзания,
Определение кажущейся степени диссоциации соли
Вычислите значение изотонического коэффициента,
используя зависимость: i =
tt
зам.практ
зам.теор
=
t
зам
КС
кm(соли)
.
Значение кажущейся степени диссоциации исследуе‑
мого электролита (α) вычислите по формуле
50
1−−
.
α=
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]