LR_T_d_svoistva_rastvorov_neehlektrolitov (1)

г

В амиловый спирт извлечено 2,35 - 0,264 = 2,086 г фенола.

Таким образом, данным количеством растворителя можно значительно полнее извлечь растворенное вещество, если проводить экстракцию не сразу всем количеством растворителя, а большим числом малых порций.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Задача I. 7.1. Коэффициент распределения иода между сероуглеродом и водой равен 590. Водный раствор, содержащий 1 г/л иода, взбалтывается с сероуглеродом. Определить количество иода, оставшееся в водном растворе, если 1 л водного раствора иода взболтать последовательно с пятью отдельными порциями сероуглерода по 0,01 л каждая.

Задача I. 7.2. Взято 2 л водного раствора, содержащего 0,02 г иода. Сколько иода останется в растворе после экстракции его 50 мл сероуглерода? Изменится ли содержание иода в воде, если экстракцию провести 5 раз порциями CS2 по 10 мл? Коэффициент распределения иода между сероуглеродом и водой равен 599.

Задача I. 7.3. Вычислить, сколько фенола можно извлечь из 700 мл 0,4М водного раствора фенола при взбалтывании его дважды со 100 мл амилового спирта, если при 25оС раствор, содержащий 10,53 г/л фенола в амиловом спирте, находится в равновесии с водным раствором фенола, концентрация которого 0,658 г/л ?

Задача I. 7.4. Коэффициент распределения иода между четыреххлористым углеродом и водой при 25оС равен 85,47. Какой объем CCl4 необходимо взять, чтобы однократным экстрагированием извлечь из 0.5л водного раствора 90% иода?

Задача I. 7.5. Водный раствор янтарной кислоты, содержащий 1,21 г в 100см3 воды, находится в равновесии с раствором янтарной кислоты в эфире, содержащем 0,22 г в 100 см3 эфира. Янтарная кислота имеет нормальную массу и в воде, и в эфире. Какое количество янтарной кислоты останется в

51

водном растворе, содержащим 2 г кислоты в 100 см3 воды после однократной экстракции кислоты эфиром, если 100 см3 водного раствора взболтать с 50 см3 эфира?

Задача I. 7.6. Коэффициент распределения лауриновой кислоты в системе изооктан - ацетонитрил выражается уравнением К = с2 / с11,6 = 17,8, где с1 = равновесная концентрация кислоты в ацетонитриле. Какое количество

Задача I. 7.7. Коэффициент распределения иода между глицерином и диэтиловым эфиром равен 0.2. Исходная концентрация иода в глицерине 0.016 моль/л. Определить равновесную концентрацию иода в обеих фазах после распределения.

Задача I. 7.9. Коэффициент распределения бромида ртути Hg2Br2 между водой и бензолом равен 0,9. Исходная концентрация Hg2Br2 в воде равна 0,015 моль/см3 . 120 см3 водного раствора Hg2Br2 смешали с 20 см3 бензола. Определить концентрацию бромида ртути в воде и в бензоле после достижения равновесия.

Задача I. 7.10. Коэффициент распределения масляной кислоты между водой и амиловым спиртом равен 0,09. Исходная концентрация кислоты в водном растворе равна 0,15 моль/ мл. Вычислить равновесную концентрацию кислоты в воде и в спирте, а также изменение энергии Гиббса в процессе экстракции, если температура равна 298 К.

Задача I. 7.11. При распределении уксусной кислоты между бензолом и водой получены следующие равновесные концентрации:

52

Установить уравнение распределения и определить коэффициент распределения.

Задача I. 7.12 . Коэффициент распределения масляной кислоты между водой и амиловым спиртом равен 0,09. Исходная концентрация кислоты в водном растворе равна 0,15 моль/ мл. С каким объемом амилового спирта необходимо смешать 1 литр исходного водного раствора, чтобы ее остаточная концентрация составила 0,05 моль/мл.

Задача I. 7.13. Иод распределяется между глицерином и хлороформом. Коэффициент распределения составляет 0,349. Исходная концентрация иода

Задача I. 7.14. Уксусная кислота в водном растворе имеет нормальную молекулярную массу. Определить молекулярную массу уксусной кислоты в растворе CCl4 , если при распределении СН3СООН в системе вода - четыреххлористый углерод были получены следующие равновесные концентрации:

Задача I. 7.15. 0,35 г серы в 100 мл бензольного раствора находятся в равновесии при 25оС с 0,65 г серы, растворенной в 250 мл CCl4. Вычислить, сколько серы необходимо растворить в 20 мл CCl4 для того, чтобы этот раствор находился в равновесии с 1.0 г серы, растворенной в 100 мл бензольного раствора?

Задача I. 7.16 . Коэффициент распределения Н3ВО3 между амиловым спиртом и водой при 25оС равен 0,298. Сколько молей Н3ВО3 можно экстрагировать из 50 мл 0.2М водного раствора борной кислоты при однократной экстракции с помощью 150 мл амилового спирта?

Задача I. 7.17. Коэффициент распределения иода между водой и четыреххлористым углеродом при 25оС равен 0,0117. Какой объем воды необходимо взять, чтобы однократным экстрагированием извлечь из 0,5 л раствора иода в CCl4 20% иода?

53

Задача I. 7.18. Коэффициент распределения иода между диэтиловым эфиром и глицерином равен 5. Исходная концентрация иода в глицерине 0.025 моль/л. Определить сколько иода перейдет в эфир из 0,4л раствора глицерина после терхкратной экстракици, если для каждой экстрации берется по 0,02 л диэтилового эфира?

Задача I. 7.19. Экстракцию иодида ртути из 1 литра водного раствора проводили равными порциями бензола по 50 мл. Исходная концентрация иодида ртути в воде 0,01 моль/л. Сколько операций экстрагирования необходимо провести, чтобы снизить содержание иодида ртути до концентрации 0,0001 моль/л. Коэффициент распределения HgI между бензолом и водой равен 38,5.

коэффициент распределения борной кислоты между амиловым спиртом и водой составляет 0,298?

Задача I. 7.21. Коэффициент распределения фенола между амиловым спиртом и водой равен 16. Определить массу фенола, полученного экстрагированием из 800 мл водного раствора фенола с концентрацией его 37,6 г/л после однократной экстрации 200 мл амилового спирта. Какое количество фенола останется в воде? Сколько фенола останется в водном растворе после двукратного экстрагирования порциями по 100 мл спирта?

Задача I. 7.22. Коэффициент распределения иода между водой и сероуглеродом равен 0,00167. Сколько иода останется в растворе сероуглерода после экстракции его 2 л воды, если взято 0,2 л раствора сероуглерода, содержащего 1,5 г иода.? Изменится ли содержание иода в CS2, если экстракцию провести 5 раз порциями воды по 400мл?

Задача I. 7.23. Какой объем CCl4 необходимо взять, чтобы однократным экстрагированием извлечь из 0.3л водного раствора иода до 99% растворенного вещества, если коэффициент распределения иода между четыреххлористым углеродом и водой при 25оС равен 85,47?

54

Задача I. 7.24. Водный раствор янтарной кислоты, содержащий 1,21 г в 100см3 воды, находится в равновесии с раствором янтарной кислоты в эфире, содержащем 0,22 г в 100 см3 эфира. Янтарная кислота имеет нормальную массу и в воде, и в эфире. Какой объем эфира необходимо взять, чтобы после однократной экстракции водный раствор содержал не более 0,001 г кислоты, если до экстракции в растворе было 2 г кислоты на 100 см3 воды ?

55

II. ТЕРМОДИНАМИКА НЕИДЕАЛЬНЫХ РАСТВОРОВ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ.

Все растворы, которые не подчиняются термодинамическим закономерностям идеальных совершенных и идеальных предельно разбавленных растворов, объединяются под общим названием - неидеальные растворы или реальные.

Отклонения от идеальности обусловлены как физическими, так и химическими причинами (дипольные взаимодействия, поляризация, комплексообразование, образование водородных связей, ассоциация молекул, диссоциация ассоциированных молекул, сольватация и др.). В реальных растворах взаимодействия между однородными и разнородными молекулами различны.

Положительные и отрицательные отклонения от закона Рауля.

Растворы, давление насыщенного пара которых не подчиняется линейным зависимостям, нельзя считать идеальными. В них не выполняются законы Рауля и Генри и могут наблюдаться два типа отклонений от законов идеальных растворов.

из таких веществ их однородные связи ослабляются и уменьшаются теплоты испарения компонентов , усиливается их летучесть. Компоненты этих

56

сохранят свой вид для любого раствора. С этой целью Льюис предложил ввести термодинамическую величину, называемую

активностью аi.

Введение новой функции формальный прием, т.к. понятие активности не вскрывает механизма межмолекулярного взаимодействия в растворах. Однако измерения активности полезны для решения конкретных задач по растворам.

Активностью компонента аi раствора называется термодинамическая величина, подстановка которой вместо концентрации в формулу химического потенциала компонента идеального раствора, делает справедливой эту формулу для реального раствора.

В соответствии с этим определением формула химического потенциала компонента в реальном растворе записывается:

где i,xcт - стандартный химический потенциал.

Втермодинамике реальных растворов активность заняла такое же место, какое в термодинамике идеальных растворов отводится концентрации. Активность поэтому иногда называют эффективной или

действующей концентрацией.

При определении активности важное место занимает выбор стандартного состояния компонента, а также выбор концентрационной шкалы, т.е. способа выражения концентрации раствора.

Втермодинамике принята симметричная и несимметричная система стандартного состояния:

1.Если компоненты взаимно растворимы при любых соотношениях, то выбирают симметричную систему, где за стандартное состояние

принимается состояние чистого вещества для каждого компонента раствора и активность в стандартном состоянии принимается равной

58

2. Если один из компонентов ограниченно растворим в другом, что часто имеет место при растворении в жидкостях (растворителях) твердых и газообразных веществ, то используется несимметричная система стандартного состояния.

а) Для растворителя (А) за стандарт принимается его состояние как чистого вещества и его активность принимается равной единице аА = 1 : и химический потенциал растворителя определяется по формуле:

.(73)

б) Для растворенного вещества (В) за стандартное принимается его состояние в гипотетическом растворе с концентрацией этого вещества, равной единице, со свойствами предельно разбавленного раствора. Концентрацию растворенного вещества выражают через молярность (сВ) или моляльность (mB).

Вcт = В,с* - стандартный химический потенциал в разбавленном растворе; и активность растворенного вещества в стандартном состоянии равна концентрации: аB,c = сB = 1.

Химический потенциал растворенного вещества в реальном растворе выражается формулой:

Активность суммарно учитывает всю неидеальность раствора без раскрытия сложного механизма взаимодействий между растворителем и

компонента, определенная по отношению к данному стандартному состоянию, отличается от его истинной концентрации в растворе.

Коэффициентом активности i пользуются как вспомогательной термодинамической функцией, которая характеризует степень отклонения

Числовое значение коэффициента активности зависит от способа выражения концентрации раствора:

59

используют, сравнивая реальный раствор с идеальным совершенным.

активности определяют отклонение от идеальности по отношению к гипотетическому идеальному предельно разбавленному раствору. Для идеальных предельно разбавленных растворов активность совпадает с моляльностью аi,m = mi или молярностью аi,c = ci.

В идеальных растворах коэффициент активности равен единице i = 1,

собой уравнениями Гиббса-Дюгема.

Например, для бинарного реального раствора, согласно ( 23):

.,

где i - относительный химический потенциал согласно (19) определяется как:

i = i − i,xо = RT ln ai,x .

60