LR_T_d_svoistva_rastvorov_neehlektrolitov (1)

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Задача I. 3.1. При растворении 5 г вещества в 200 г воды , образующийся раствор кристаллизуется при -1,45оС. Определить молекулярную массу растворенного вещества. При какой температуре будет кипеть этот раствор?

Задача I. 3.2. Определить температуру замерзания раствора , содержащего 0,12 молей хлоруксусной кислоты (CH2ClCOOH) в 1.5 кг воды, если кислота диссоциирует в растворе на 13%, распадаясь на два иона. Криоскопическая постоянная воды равна 1,86 град/моль.

Задача I. 3.3. Водно - спиртовой раствор, содержащий 15 мас.% спирта кристаллизуется при -10,26оС . Найти молекулярную массу спирта. При какой температуре кипит этот раствор?

Задача I. 3.4. Бензол ( С6Н6 ) замерзает при 5,42оС. Раствор, содержащий 12.8 г (С10Н8) нафталина в 1000 г бензола замерзает при 4,908оС. Определить удельную теплоту плавления бензола.

Задача I. 3.5. В радиатор автомобиля налили 9 литров воды и прибавили 2 литра метилового спирта ( плотностью 0,8 г/см3 ). Моляльное понижение температуры замерзания воды равна 1,86 град/моль. При какой температуре можно после этого оставлять автомобиль на открытом воздухе, не опасаясь, что вода в радиаторе замерзнет?

Задача I. 3.6. Раствор, содержащий 1,5 г KCl в 100 г воды, замерзает при −0,684оС. Определить изотонический коэффициент этого раствора и кажущуюся степень диссоциации KCl. Криоскопическая постоянная воды равна 1,86 град/моль.

Задача I. 3.7. В 60 г бензола растворено 2,09 г вещества. Раствор кристаллизуется при 4,25оС, чистый бензол кристаллизуется при 5,5оС. Определить молекулярную массу вещества, растворенного в бензоле.

Задача I. 3.8. Определить степень диссоциации дихлоруксусной кислоты (СHCl2COOH), если она диссоциирует в водном растворе на два иона.

31

Раствор, содержащий 0,05 молей кислоты в 500 г воды замерзает при −0,278оС. Криоскопическая постоянная воды равна 1,86 град/моль.

Задача I. 3.9. Температура плавления фенола (С6Н5ОН) равна 40оС. Раствор, содержащий 0,172 г ацетанилида (С8Н9ОN) в 12,54 г фенола замерзает при 39,25оС. Вычислить теплоту плавления фенола.

Задача I. 3.10. Раствор, содержащий 0,171 г H2SO4 в 1000 г воды, замерзает при −0,0054оС. Определить изотонический коэффициент и кажущуюся степень диссоциации серной кислоты., если криоскопическая постоянная воды равна 1,86град/моль.

Задача I. 3.11. Сколько граммов глицерина необходимо добавить к 1,0 кг воды, чтобы раствор не замерзал до −0,5оС? Криоскопическая постоянная для воды равна 1,86 град/моль.

Задача I. 3.12. При какой температуре будет кристаллизоваться раствор, содержащий 30 грамм хлорида кальция (CaCl2) в 1 кг воды. Кажущаяся степень диссоциации хлорида кальция составляет ~65%.

Задача I. 3.13. Чему равна температура замерзания водного раствора мочевины, в котором содержится 0,0032 мольных долей мочевины (NH2)2СО ? Теплота плавления воды 333,1 Дж/г.

Задача I. 3.14. При какой температуре кристаллизуется водный раствор, содержащий 7,3 г NaCl в 250 г воды? Считать, что соль диссоциирует на

80%.

Задача I. 3.15. Углеводород СnH3n+2 был растворен в 1,2-дибромэтане (Тпл.=10оС). Раствор, содержащий 0,81 г углеводорода в 190 г 1,2-дибромэтана, замерзает при температуре 9,47оС. Определить число n. Криоскопическая константа 1,2-дибромэтана 12,5град/моль.

Задача I. 3.16 При какой температуре начнет замерзать раствор, содержащий 5 г хлористого кальция в 400 граммах воды, считая, что соль полностью диссоциирована. Криоскопическая константа воды равна 1.86 град/моль.

Задача I. 3.17 Для приготовления антифриза на 30 л воды взято 9 л глицерина С3Н5(ОН)3. Чему равна температура замерзания приготовленного антифриза? Плотность глицерина 1261 кг/м3.

32

Задача I. 3.18 При какой приблизительно температуре будет кристаллизоваться 40% (мас.) раствор этилового спирта в воде? Молярное понижение температуры замерзания воды 1,86 град/моль.

Задача I. 3.19 Какой массовый % этилового спирта должен находиться в водном растворе, чтобы этот раствор, кристаллизовался при -20оС? Молярное понижение температуры замерзания воды 1,86 град/моль.

Задача I. 3.20 При какой температуре будет замерзать раствор, содержащий в 4 л воды 500 г этиленгликоля С2Н4(ОН)2 ? Молярное понижение температуры замерзания воды 1,86 град/моль.

4. Осмотическое давление идеальных разбавленных растворов.

Осмос – это самопроизвольное проникновение растворителя в раствор, отделенный от него полупроницаемой перегородкой, через которую может поступать растворитель, но не проходит растворенное вещество.

Осмотическое давление равно избыточному внешнему давлению, которое нужно приложить к системе, чтобы осмос прекратился.

Осмотическое давление разбавленного раствора можно определить по уравнению Вант - Гоффа для недиссоциирующих веществ:

где - осмотическое давление; сВ - молярная концентрация раствора моль/м3 ; Т – температура раствора, К;

R - универсальная газовая постоянная.

Если растворенное вещество диссоциирует, то необходимо учитывать увеличение количества растворенных частиц и ввести изотонический коэффициент ВантГоффа (i).

где i = 1 + ( - 1 ) ;

- степень диссоциации, - число частиц, на которые диссоциирует молекула.

Пример решения задач

33

Пример I.7. Раствор, содержащий нелетучее растворенное вещество с молекулярной массой равной 60 и плотностью 1,01 г/см3 имеет давление насыщенного пара при 20оС равное 22,95 гПа. Давление пара воды при этой температуре равно 23,38 гПа. Определить осмотическое давление раствора при 40оС.

растворенного вещества):

(РоН2О - Рр-ра) / РоН2О = хВ ;

хВ = ( 23,28 - 22,95 ) / 23,38 = 0,0182.

2) Пересчитаем концентрацию, выраженную в молярных долях, на молярную концентрацию сВ ( число молей растворенного вещества в 1 л раствора). Если учесть, что 1000. - масса 1 литра раствора, а (хАМА + хВ МВ ) - масса 1 моля раствора, тогда число молей растворенного вещества

в1 литре р-ра определяем по формуле:

3)Осмотическое давление равно:

= сВ R T = 0,98 . 103 .8,314 . 313 = 25,73. 105 Па.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Задача I. 4.1. Чему равно осмотическое давление 0,5М раствора глюкозы С6Н12О6 при 25оС ?

Задача I. 4.2. Вычислить осмотическое давление раствора, содержащего 16 г сахарозы С12Н22О11 в 350 г воды при 293 К. Плотность раствора считать равным единице.

Задача I. 4.3. Сколько граммов глюкозы должно находиться в 0,5 л раствора, чтобы его осмотическое давление (при той же температуре) было таким же, как у раствора в 1 литре которого содержится 9,2 г глицерина С3Н5(ОН)3 ?

34

Задача I. 4.4. При 25оС осмотическое давление некоторого водного раствора равно 1,24 Мпа. Вычислить осмотическое давление раствора при

0оС.

Задача I. 4.5. При 25оС осмотическое давление водного раствора, содержащего 2,80 г высокомолекулярного соединения в 200 мл раствора, равно 0,70 кПа. Найти молекулярную массу растворенного вещества.

Задача I. 4.6. При 20оС смешивают 1 литр раствора неэлектролита, осмотическое давление которого равно 243,4 кПа, с 3 литрами раствора неэлектролита, осмотическое давление которого 486,8 кПа. Найти осмотическое давление смешанного раствора.

Задача I. 4.7. Раствор, в 100 мл которого находится 2,3 г растворенного вещества, обладает при 298 К осмотическим давлением равным 618,5 кПа. Определить молекулярную массу этого вещества.

Задача I. 4.8. Сколько молей неэлектролита должен содержать 1 литр раствора, чтобы его осмотическое давление при 25оС было равно

2,47кПа?

Задача I. 4.9.. В 1 мл раствора содержится 1018 молекул растворенного неэлектролита. Вычислить осмотическое давление раствора при298 К.

Задача I. 4.10. Рассчитайте осмотическое давление 0.05 М раствора Na2SO4 при 300 К, если кажущаяся степень диссоциации сульфата натрия равна 80%.

Задача I. 4.11. Белок альбумин имеет молекулярный вес 69000. Рассчитать осмотическое давление раствора, содержащего 2 г альбумина в 100 мл его водного раствора при 25оС.

Задача I. 4.12. Давление пара над водным раствором мальтозы при 25оС равно 3,13 кПа, для чистой воды при той же температуре - 3,167 кПа. Рассчитать осмотическое давление раствора, если плотность раствора составляет 1,01 г/мл.

Задача I. 4.13. В 1 литре водного раствора содержится 7,3∙10-3 кг NaCl. Вычислите изотонический коэффициент и кажущуюся степень диссоциации хлорида натрия, если при 291 К осмотическое давление этого раствора

2,1077∙106Па.

35

Задача I. 4.14. При 20оС осмотическое давление раствора, в 1000 мл которого содержится 6,33 г красящего вещества крови - гематина, равно 243,4 кПа. Определить молекулярную массу гематина.

Задача I. 4.15. Рассчитайте осмотическое давление раствора неэлектролита, содержащего 1,52 . 1023 молекул его в 0,5 л раствора при Оо и при 30оС.

Задача I. 4.16. Определите осмотическое давление раствора, содержащего 90,08 г глюкозы (С6Н12О6 ) в 4 литрах раствора при 27оС.

Задача I. 4.17. При какой температуре осмотическое давление раствора, содержащего 18,6 г анилина С6Н5NH2 в 3 литрах раствора, достигнет

2,84 . 105 Па ?

Задача I. 4.18 . Молекулярная масса неэлектролита равна 123,11. Какая масса неэлектролита должна содержаться в 1 литре раствора, чтобы раствор при 20оС имел осмотическое давление, равное 4,56. 105 Па ?

Задача I. 4.19. Определите, будут ли при одной и той же температуре изотоническими (с одинаковым осмотическим давлением ) водные растворы сахара (С12Н22О11) и глицерина С3Н5(ОН)3, если массовые доли этих веществ в растворах 3.%. Плотности растворов принять равными 1.

Задача I. 4.20. Раствор, содержащий 3,2 г СН3ОН в 1 л воды при 18оС, изотоничен (имеет такое же осмотическое давление) с раствором анилина С6Н5NH2 . Какая масса анилина содержится в 1 л раствора?

Задача I. 4.21. 68,4 г сахара (С12Н22О11) растворяют в 1000 г воды. Рассчитать осмотическое давление раствора при 20оС.5.

Задача I. 4.22. Рассчитайте концентрацию раствора NaCl изотоничного (имеет такое же осмотическое давление) раствору крови, осмотическое давление которого равно 7,7 атм. Кажущаяся степень диссоциации хлорида натрия равна 0,8.

Давление пара растворенного вещества над раствором.

Растворимость газов. Закон Генри.

36

Парциальное давление пара растворенного вещества над идеальным разбавленным раствором пропорционально концентрации растворенного вещества и называется законом Генри:

где хВ - мольная доля растворенного вещества Г- постоянная Генри, определяется экстраполяцией опытных данных

= Г

Для идеальных совершенных растворов Г = РоВ и закон Генри и Рауля математически совпадают по форме.

Большое значение уравнение Генри имеет для растворимости газов. Если растворенное вещество В - газ, то это уравнение примет вид:

На практике количество растворенного газа часто выражают в объемных единицах, например, через коэффициент растворимости раст . Если объем газа измерять при температуре опыта , то уравнение Генри примет вид:

где раст – коэффициент растворимости - это объем газа, который при данной температуре растворяется в одном объеме растворителя при парциальном давлении газа равном единице 1 Мпа .

Пример решения задач

37

Пример I.8 Сухой воздух содержит 21% (об.) О2 . Рассчитать массу и объем кислорода, растворенного в 0,001 м3 воды и насыщенного воздухом при 1,0133.105 Па и 25оС . Константа Генри для кислорода kг = 4,02. 10-4 г/(м. Н).

Решение: Согласно закону Генри растворимость газа сВ в воде пропорциональна его парциальному давлению. Определим парциальное давление кислорода в смеси: РО2 = 1,0133.105 . 0,21 = 0,2128 . 105 Па;

И по закону Генри (56) растворимость кислорода в 1 м3 воды равна:

со2 = kг РО2 = 4,02. 10-4. 0,2128 . 105 = 8,55 г / м3;

Тогда в 0,001 м3 (1л) воды растворится g= 0,00855 грамм кислорода; Объем О2 вычисляем по уравнению Менделеева-Клапейрона:

VО2= gRT/MO2PO2 = 0,00855.8,31.298/32.0,2128.105 = 3,1.10-5 м3 = 0,03 л

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Задача I. 5.1. .Сколько кубометров воды надо взять, чтобы при 20оС в ней растворился 1 кг хлора, парциальное давление которого равно 253 гПа? Коэффициент растворимости хлора равен 2,3.

Задача I. 5.2. Рассчитать растворимость СО2 в воде при 25оС и давлении 5,065.105 Па , если kг = 7,492. 10-3 г / м Н; содержание СО2 в воздухе

0,03об.%.

Задача I. 5.4. Рассчитать массу растворенного в 100 см3 воды азота при атмосферном давлении и 50оС, считая содержание N2 в воздухе равным 80 об.%. Постоянная Генри 1,074 . 10-4 г / м Н.

Задача I. 5.5. При 20оС и 800 гПа 100 г воды поглощают 53 см3 NO. Вычислить коэффициент растворимости.

38

Задача I. 5.8. Рассчитать концентрацию сероводорода в воде при 20оС и давлении 3,039 .105 Па, если коэффициент растворимости Н2S равен 2,6.

Задача I. 5.9. При 20оС один объем воды растворяет 0.034 объема кислорода и 0,017 объема азота при 1,013 105 Па. Рассчитать процентное содержание О2 и N2 при растворении воздуха 21%(об.) О2 и 79%(об.)N2 в воде.

Задача I. 5.11. Сколько воды надо взять, чтобы в ней при 20оС растворилось 0,5кг NH3, парциальное давление которого равно 983 гПа? Коэффициент растворимости аммиака при этой температуре равен 710.

Задача I. 5.12. Сколько кислорода содержится в воде при 60оС и атмосферном давлении, если его содержание в воздухе составляет 21%(об.), а коэффициент растворимости при этой температуре равен

0,0195.

Задача I. 5.13. Вычислить парциальное давление паров аммиака при 20оС над водным раствором, содержащим 0,02 моль/л NH3 . Коэффициент растворимости этого газа равен 710.

Задача I. 5.14. В 1 литре воды при 20оС растворено 734,1 г хлористого водорода. Рассчитайте парциальное давление НСl над водным раствором, если его коэффициент растворимости равен 442.

Задача I. 5.15. Вычислить парциальное давление паров водорода над водным раствором при 50оС , если концентрация Н2 в воде составляет 0,003 моль/л, а коэффициент растворимости равен 0,0161.

Задача I. 5.16. Коэффициент растворимости СО2 при 20оС равен 0,878. Под каким давлением должен находится диоксид углерода, чтобы при растворении его в воде получили раствор с массовой долей СО2 1% ?

39

Задача I. 5.17. Смесь газов Н2 и N2 имеет общее давление над водой 1160 гПа, причем объем водорода составляет 35%. Рассчитать мас.% этих

Задача I. 5.19. В литре воды при 18оС и давлении 0,506 . 105 Па растворяется примерно 250 грамм аммиака. Определите постоянную Генри.

Задача I. 5.20. В воде при 20оС и общем давлении 2,5. 105 Па растворена газовая смесь, состоящая из О2, N2 и Cl2 . Объемные доли этих газов в смеси соответственно равны 15, 25 и 60 %. Растворимость газов в 1м3 воды составляет (в м3): 0,031; 0,016 и 2,299 соответственно. Определите объемные доли газов в газовой смеси, растворенной в воде.

6. Идеальная растворимость твердых веществ

Растворимость измеряется концентрацией растворенного вещества в насыщенном растворе, который находится в равновесии с этим веществом в твердой фазе. Твердые вещества растворяются в жидкости лишь до некоторого предела, зависящего главным образом от температуры.

Hсм=0

Поэтому растворимость твердого вещества в жидкости с образованием идеального раствора выражается уравнением вида:

(60)

Hплав.В - теплота плавления растворенного вещества В,

40