2.4. Примеры решения задач и задачи для самостоятельной работы Примеры решения задач

Пример 1. Дибромпропан (ДБП) и дибромэтан (ДБЭ) образуют идеальный раствор. Давление насыщенного пара над индивидуальными веществами составляет 130 мм рт. столба над ДБП и 170 мм рт. столба – над ДБЭ. Рассчитайте:

а) давление насыщенного пара над раствором, содержащим 94 г ДБЭ и 303 г ДБП,

б) состав насыщенного пара (мольные доли этих веществ в паре).

Решение. а) Рассчитываем мольные доли компонентов (1 – ДБП, 2 – ДБЭ) в растворе:

x₁ = (m₁/M₁) / [(m₁/M₁) + (m₂/M₂)] = (303 / 202) / [(303 / 202) + (94 / 188)] = 0.75; x₂ = 1 – 0.75 = 0.25 и

общее давление насыщенного пара над раствором по уравнению (2.10) : р = (р₁ + р₂) = 130×0.75 + 170×0.25 = 140 мм рт. ст.

б) Рассчитываем состав насыщенного пара (мольные доли y₁ и y₂ в паре), учитывая, что р₁ / р₂ = y₁ / (1 – y₁). Подставив значения р₁ и р₂, находим: y₁ = 0.7, y₂ = 0.3.

Пример 2. Смешали 290 г ацетона (компонент 1, t_кип = 56^о С) и 380 г сероуглерода CS₂ (компонент 2, t_кип = 46^о С). Азеотроп с мольной долей ацетона в нем, равной 0.33, кипит при 39^о С. Сколько и какого (каких) веществ останется в колбе после отгонки азеотропа?

Решение. Поскольку температура кипения азеотропа ниже, чем температуры кипения компонентов, то испаряться и конденсироваться будет азеотроп, а в колбе после его отгонки останется избыток высококипящего компонента – ацетона.

Рассчитываем число молей каждого компонента в растворе: n₁ = 290 / M₁ = 5 молей, n₂ = 380 / M₂ = 5 молей.

Рассчитываем число молей ацетона, отогнанного в составе азеотропа, учитывая, что в азеотроп вошел весь CS₂ и его мольная доля в нем составила (1 – 0.33) = 0.67: n_1(аз) = 0.33 n₂ / 0.67 = 2.5 моля.

Следовательно, в колбе осталось (n₁ – n_1(аз)) = 2.5 моля ацетона или 145 г.

Задачи для самостоятельной работы

1. В городе Сочи сегодня +25^о С, относительная влажность воздуха 80%. Выразите парциальное давление паров воды в паскалях (Па).

2. Сколько молекул серы S₂ содержится в 1 см³ воздуха над куском твердой серы в стандартных условиях?

3. Бензол и толуол образуют идеальный раствор. Давление насыщенного пара над индивидуальными веществами составляет 74 мм рт. столба над бензолом и 22 мм рт. ст. – над толуолом. Сколько г толуола надо добавить к 39 г бензола, чтобы давление насыщенного пара над раствором было 35 мм рт. ст. ? Рассчитайте состав пара (мольные доли каждого компонента).

4. Сколько воды можно отогнать из 100 мл 5% - ного раствора HCl плотностью 1.023 г/см³, если мольная доля HCl в азеотропе с максимумом температуры кипения составляет 0.2 ?

5. Хлорид магния образует с водой эвтектику (t_пл = - 33.6^о С) при его мольной доле 0.047. Раствор 10 г хлорида магния в 50 г воды охладили до - 33.6^о С. Сколько и какого вещества выделится в твердую фазу ?

6. Шестиводный хлорид кальция CaCl₂*6H₂O образует с водой эвтектику (t_пл = - 55^о С) при его мольной доле 0.383. Раствор 111 г безводного CaCl₂ в 162 г воды охладили до - 55^о С. Сколько и какого вещества выделится в твердую фазу ?