6. Розчини. Способи вираження концентрації розчинів. Фізико-хімічні властивості розчинів неелектролітів

Дана тема повинна дати студентам знання про розчини, розчинність, способи вираження концентрації розчинів, властивості розчинів неелектролітів (закони Рауля, Вант-Гоффа). Необхідно також вміти обчислювати маси та об’єми розчинів і компонентів для приготування потрібної кількості розчину певної концентрації; перераховувати одну концентрацію в іншу; здійснювати обчислення з використанням законів Вант-Гоффа і Рауля.

Розчин	гомогенна система (гомогенна суміш), що складається з двох і більше компонентів, одним із яких є розчинник, а інші – розчинені речовини.
Розчинність	здатність речовини розчинятися в даному розчиннику при даній температурі.
Концентрація розчину	кількість розчиненої речовини (р.р.)в г або моль у визначеній масі або у визначеному об’ємі розчину або розчинника
Масова частка	кількість г розчиненої речовини в 100 г розчину:  =
Об’ємна частка	кількість мл розчиненої речовини в 100 мл розчину:  =
Молярна частка	кількість моль розчиненої речовини в 100 молях розчину:  =
Молярна концентрація	кількість молів розчиненої речовини в 1 л розчину: СМ=.
Молярна концентрація еквіваленту	кількість моль еквівалентів розчиненої речовини в 1 л розчину: Сf=.
Моляльна концентрація	кількість молів розчиненої речовини в 1 кг розчинника: Сm=.
Осмотичний тиск	тиск, що виникає внаслідок дифузії розчинника в розчин
Закон Вант-Гоффа	осмотичний тиск розчину чисельно дорівнює тому тиску, який створила б розчинена речовина, якби вона перебувала в газоподібному стані і за тієї самої температури займала об’єм, що дорівнює об’єму розчину: Росм= СМRT, де R – універсальна газова стала (8,31 Дж/мольК); Т – абсолютна температура, К.
Перший закон Рауля (два визначення)	тиск насиченої пари над розчином нелеткої речовини дорівнює її тиску над чистим розчинником, помноженому на молярну частку розчинника в розчині: Р= Р0роз-ка, де Р та Р0 – відповідно тиск пари розчину та тиск пари розчинника; відносне зниження тиску насиченої пари розчинника над розчином нелеткої речовини дорівнює молярній частці розчиненої речовини: р.р..
Другий закон Рауля	підвищення температури кипіння і зниження температури замерзання розчинів пропорційні числу частинок розчиненої речовини і не залежать від її природи: ΔТкип = ЕСm, де Е – ебуліоскопічна константа розчинника (для води, бензолу та оцтової кислоти відповідно дорівнює 0,52; 2,57; 3,10). ΔТзам = КСm, де К – кріоскопічна константа розчинника (для води, бензолу та оцтової кислоти відповідно дорівнює 1,86; 5,12; 3,90).

Приклад 7.1. Визначте масу мідного купоросу CuSO₄·5H₂O , яку необхідно розчинити в 232 г 2% розчину купрум (11) сульфату, щоб утворився 6% розчин купрум (11) сульфату.

m₁(розч.) =232г Розв`язання

ω₁(CuSO₄)=2% Позначимо масу мідного купоросу ω₂(CuSO₄)=6% m(CuSO₄·5H₂O) =х г;

m(CuSO₄·5H₂O)=? маса безводного CuSO₄

m(CuSO₄)= ν(CuSO₄) ·М(CuSO₄);

з формули кристалогідрату ν(CuSO₄·5H₂O) = ν(CuSO₄)

ν(CuSO₄·5H₂O) ; m(CuSO₄)==0,64х

В вихідному розчині m₁(CuSO₄)= m₁(розч.) ·ω₁

m₁(CuSO₄)=232г ·0,02=4,64г

Маса утвореного розчину m=m₁+х, маса розчиненої речовини в ньому m(р.р.)=0,64х+4,64.

Масова частка розчиненої речовини в новоутвореному розчині 6%

, звідси х=16.

Відповідь: m(CuSO₄·5H₂O) =16 г.

Приклад 7.2. Визначте об`єм розчину з масовою часткою сульфатної кислоти 60% (ρ=1,5г/мл) і розчину з масовою часткою 30%(ρ=1,2г/мл), які потрібно взяти для приготування розчину сульфатної кислоти масою 240 г з масовою часткою кислоти 50%.

ω₁(розчину)=60% Розв`язання

ρ₁=1,5г/мл Спосіб 1.

ω₂(розчину)=30% Маси вихідних розчинів з масовими частками H₂SO₄

ρ₂=1,2г/мл 60% і 30% позначимо через х і y відповідно через

m₃(розч.)=240г х і y відповідно m₁ = х; m₂ = y.

ω₃(розчину)=50% Маси розчиненої речовини в них будуть дорівнювати

m₁ (H₂SO₄)=0,6х; m₂ (H₂SO₄)=0,3 y;

V₁(розчину)-? треба приготувати розчин масою 240г, тобто V₂(розчину)-? m₃(розч.)= m₁+ m₂;

m₃=х+у; х+у=240

Масова частка розчиненої речовини в ньому 50%

m₃ (H₂SO₄)= m₃ ·ω₃ ; m₃ (H₂SO₄)=240 ·0,5=120г.

m₃ (H₂SO₄)= m₁ (H₂SO₄)+ m₂ (H₂SO₄);

m₃=0,6х+0,3у.

Можемо скласти систему рівнянь

х+у=240

0,6х+0,3у=120

розв`язавши яку дістанемо

х=160г;у=80г.

Об`єми розчинів знаходимо як V (розчину)=

V₁ ==106,67 мл

V₂ ==66,67 мл

Відповідь: V₁ =106,67 мл; V₂ =66,67 мл.

Спосіб 2.

Задачу такого типу можна розв`язати, використавши правило змішування.

Записуємо одну під одною масові частки вихідних розчинів, а правіше між ними – масову частку розчину, який потрібно приготувати:

60

50

30

Від більшої масової частки віднімемо задану і запишемо результат справа внизу; від заданої частки віднімемо меншу і запишемо результат справа вгорі:

60 20

50

30 10

Отримані числа 20 і 10 показують, у якому масовому співвідношенні треба взяти вихідні розчини 60% і 30%. Якщо візьмемо 20 г 60% розчину, то отримаємо (20 + 10 ) г 50%, тобто

20г  30г

х  240гх==160г.

m₂=240г-160г=80г.

Об`єми розчинів знайдемо, як у способі 1.

Приклад 7.3. Визначте масову частку хлоридної кислоти у розчині, що утворюється при розчиненні гідроген хлориду об`ємом 179,2 л (н.у.) у воді об`ємом 708 мл.

V₀ (HCl)=179,2л Розв`язання

V (H₂O)=708 мл Масова частка розчиненої НСl

ω(НСl)-? .

Знайдемо масу розчиненого гідроген хлориду

m(НСl)= ν(НСl) ·М(НСl)

m(НСl)==292г

маса розчину m(розч.)= m (H₂O)+ m(НСl),

m (H₂O)= V (H₂O) · ρ; ρ(H₂O)=1г/мл

m(розч.)=708г+292г=1000г

ω==29,2%

Відповідь: ω=29,2%

Приклад 7.4. Визначте масу води, в якій потрібно розчинити натрій оксид масою 93 г, щоб отримати розчин лугу з масовою часткою розчиненої речовини 20%.

m(Na₂O)=93г Розв`язання

ω=20% Від попередніх ця задача відрізняється тим,

що під час розчинення речовина взаємодіє

m(Н₂O)-? з розчинником. Записуємо рівняння реакції взаємодії натрій оксиду з водою

Na₂O+ Н₂O2Na OН

ν(Na₂O): ν(Na OН)=1:2

Знайдемо ν(Na₂O);

ν(Na₂O)==1,5моль

ν(Na OН)=2 ·1,5моль=3моль.

m(Na OН)=3моль ·40г/моль=120г.

Можемо знайти масу розчину

ω= ; m(розч.)=

m (розч.)= =600г. m (Н₂O)= m (розч.)-m(Na₂O);

m (Н₂O)=600г-93г=507г.

Відповідь: m (Н₂O)= 507г.

Приклад 7.5. Змішали 200 г 40% і 300 г 20% розчинів натрій гідроксиду. Визначте масову частку NaOH в утвореному розчині.

Розв`язання

Маса розчиненої речовини в розчині

m₃(NaOH) = m₁(NaOH) + m₂(NaOH);

m₁ (NaOH) = m₁ · ω₁;

m₁ (NaOH) = 200 г ·0,4 = 80 г

m₂(NaOH) = m₂ · ω₂;

m₂ (NaOH) = 300 г · 0,2 = 60 г; m₃ (NaOH) = 80 г + 60 г = 140 г;

маса утвореного розчину m₃ = 200 г + 300 г = 500 г.

ω₃=; ω₃==28%

Відповідь: ω(NaOH) =28%

Приклад 7.6. Обчислити моляльну концентрацію розчину, який утворений 568 г натрій сульфату в 2 л води.

Знаходимо масу води, знаючи, що л; г/мл;

кг.

г/моль;

С_m=.

Відповідь: моляльна концентрація дорівнює 2 моль/кг.

Приклад 7.7. Розрахувати температуру, при якій замерзає розчин, що містить 810 г глюкози у 2 л води.

Розв’язування:

Скориставшись законом Рауля

ΔТ_зам = КС_m,

і значеннями кріоскопічної константи води 1,86 та М(С₆Н₁₂О₆) = 180 г/моль, знаходимо масу розчинника та  речовини:

г = 2 кг;

 = моль;

С_m = моль/кг.

ΔТ_зам = 1,86  2,25 = 4,185 ;

Т_зам = 0 – 4,185 = 4,185.

Відповідь: розчин замерзає при температурі –4,185°С.

Приклад 7.8.При розчиненні 10 г речовини в 400 г води одержали розчин, який замерзає при Т_зам°С. Вирахувати молярну масу рочиненої речовини.

;

;

г/моль.

Відповідь: молярна маса речовини 32 г/моль.