ІНСТРУКЦІЙНА КАРТКА ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ ПРАКТИЧНОГО ЗАНЯТТЯ

З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ «ФІЗИЧНА ХІМІЯ»

ТЕМА: РОЗРАХУНОК ОСМОТИЧНОГО ТИСКУ. РОЗРАХУНОК З ВИКОРИСТАННЯМ ЗАКОНІВ РАУЛЯ. РОЗРАХУНОК ПРОЦЕСІВ ПЕРЕГОНКИ, РОЗЧИННОСТІ ГАЗІВ У РІДИНАХ

Розчини газів в рідинах

На розчинність газів в рідинах впливають багато чинників: природа газу, природа розчинника, присутність сторонніх речовин, температура, тиск.

Залежність розчинності газу від тиску при незмінній температурі виражається законом Генрі, згідно якому в одиниці об'єму розчинника за постійної температури розчиняється однаковий об'єм даного газу незалежно від тиску.

Кількість розчиненого газу в рідині (Ср) пропорційна його тиску над розчином р: Ср = k р

де k — коефіцієнт пропорційності, що характеризує розчинність, не залежить від тиску, але змінюється з температурою.

При розчиненні в рідинах суміші газів маса кожного з газів в розчині пропорційна парціальному тиску його в газовій фазі (закон Дальтону).

Розчинність газів в рідинах найчастіше виражають одним з наступних способів:

а) об'ємом газу, що розчиняється в 1об'ємі розчинника при загальному тиску (газу і пари рідини), 101325 Па (коефіцієнт розчинності s); .

б) об'ємом газу, приведеним до н. у. і що поглинається 1 об'ємом розчинника, при парціальному тиску газу 101325 Па (коефіцієнт абсорбції  );

в) кількістю грамів газу, що розчиняється в 100 г розчинника при загальному тиску 101325 Па (позначається q);

г) кількістю газу (г або міліграма) в 1 л розчинника

д) об'ємом газу в см³ (приведеним до н. у.), поглиненим 1л розчинника за вказаної температури і парціального тиску газу 101 325 Па (позначається р).

Під розчинністю газів, званої також коефіцієнтом розчинності, розуміють відношення концентрації газу в рідині Ср до концентрації газу в газовій фазі Сг:

s = Ср / Сг

Залежність між розчинністю і коефіцієнтом абсорбції визначається співвідношенням

s /  = Т / 273.

Звідки s =  (Т/273).

Приклади розв‘язання задач

Приклад 1

Коефіцієнт розчинності діоксиду карбону у воді при 0⁰С рівний 1,713. Яка кількість діоксиду карбону (г) розчиниться в 5л води при 0°С і тиску 2,026.10⁶ Па?

Рішення

Дане завдання може бути вирішене двома способами.

1спосіб. У 1 л води при 101325 Па розчиняється 1,713 л діоксиду карбону.

У відповідності із законом Генрі в одиниці об'єму розчинника розчиняється один і той же об'єм газу, незалежно від тиску. Отже, і при тиску 2,026.10⁶ Па розчиниться такий же об'єм, тобто 1,713 л. Цей об'єм при нормальном тиску (101325 Па) буде рівний V_о Його можна визначити виходячи із закону Бойля — Маріотта:

1,713 / V_о = 1,01325.10⁵ / 2,026.10⁶ Звідки V_о = 34,26 л.

Один моль СО₂, тобто 44,01 г, займає при н. у. 22,4 л. Склавши пропорцію, отримаємо, що маса 34,26 л СО₂ рівна (34,26 * 44,01) / 22,4 = 67,31 л.

Ця кількість газу міститься в 1 л Н₂О, а в 5 л С' _р =67,31 ^. 5 = 336,55 г.

2-й спосіб. З формули s = С_р / С_г визначимо С_р = s С_г.

Визначимо Сг з рівняння стану

р 2,026.10⁶

С_г = ------- = --------------------- = 0,8928 кмоль/ м ³ або моль/л

RT 8,314.10³ . 273

Концентрація газу у воді (моль/л) рівна

С_р = s С_г = 1,713 .0,8928 = 1,529 моль/л.

Число грамів діоксиду карбону, що містяться в 5 л води, рівне

С^|_р = С_р М = 1,529 . 44,01 .5 = 336,5 г.

Приклад 2

При н. у. 1 л кисню збовтується в закритій судині з 10л води. Обчислити кінцевий тиск кисню, що не розчинився, і об'єм кисню, поглинений водою, виміряний при 0°С і 101325Па. Коефіцієнт розчинності кисню у воді при 0° С рівний 0,0489.

Рішення

Позначимо кінцевий тиск 1л нерозчиненого кисню через р_О2.

При цьому тиску 1л води, по умові, розчиняє 0,0489 л кисню.

Отже, 10 л води розчиняють 0,0489.10 = 0,489 л О₂ при р_О2.

При н.у. цей об'єм буде рівний

0,489 р_О2

V^|_О2 = ------------ = 0,4827 р_О2 10^-5

1,013.10⁵

об'єм кисню, що не розчинився, приведений до н. у.,

1 . р_О2

V₁ = ------------ = 0,9872 .р_О2 .10^-5.

1,013.10⁵

Cума V^|_О2 + V₁ рівна об'єму узятого кисню, тобто 1 л

V^|_О2 + V₁ = (0,4827 + 0,9872) р_О2 10 ^-5 = 1.

Звідки

1

р_О2 = ----------------------------- = 68030 Па

(0,4827 + 0,9872)^.10^-5

Знаходимо об'єм кисню, що розчинився:

V^|_О2 = 0,4827 ^. 68030 ^.10^-5 = 0,3283 л.

Приклад 3

У газометрі над водою є суміш газів складу (об. долі, %): Н₂ 0,20; СН₄ 0,70; СО 0,10. Який склад

(об. долі) газової суміші, розчиненої у воді, при н. у.? Коефіцієнти розчинності Н₂, СО і СН₄ відповідно дорівнюють 0,0217, 0,0354 і 0,0556.

Рішення

Парціальний тиск (Па): водню 0,2^.101325; метану 07^.101325; оксиду карбону 0,1^.101325.

У 1 л води міститься водню (0,2^.101325^. 0,0217) л; СН₄ (0,7^.101325^. 0,0556) л, СО (0,1^.101325^. 0,0354) л.

Отже, об'єм суміші газів рівний

101325 (0,2. 0,0217 + 0,7. 0,0556 + 0,1. 0,0354) = 101325 . 0,0468 л.

Обчислимо склад газової суміші в розчині (об. долі):

0,2. 101325. 0,0217

С^/_Н2 = ------------------------ = 0,0927 (9,27%)

101325. 0,0468

0,7. 101325. 0,0556

С^/ _СН4 = ------------------------ = 0,8316 (83,16%)

101325 . 0,0468

0,1. 101325 . 0,0354

С^/_СО = --------------------------- = 0,0757 (7,57%)

101 325. 0,0468