6. Свойства растворов неэлектролитов

Разбавленные растворы неэлектролитов обладают рядом свойств, количественное выражение которых зависит от числа находящихся в растворе частиц растворенного вещества и от количества растворителя.

Зависимость этих свойств от концентрации выражается уравнениями, являющимися математическими выражениями законов Рауля и Вант-Гоффа:

1. Относительное понижение давления паров растворителя над раствором (р) равно мольной доле растворенного неэлектролита (Iзакон Рауля):

 p= p₀-p₁= p₀ , (6.1)

где р₁– парциальное давление насыщенного пара растворителя над раствором; р₀– давление насыщенного пара над чистым растворителем;₁– количество растворителя;₂– количество растворенного вещества.

2. При растворении неэлектролита расширяется температурный интервал существования жидкой фазы растворителя вследствие смещения его температуры кристаллизации (замерзания) в низкотемпературную область, а температуры кипения – в высокотемпературную (закон Рауля):

 Т_ф.п. = К С_m, (6.2)

где Т_ф.п –изменение температуры фазового перехода (кристаллизации или кипения); К – коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств растворителя; для кристаллизации – криоскопическая константа (К_к), для кипения – эбуллиоскопическая константа (К_э). Для наиболее распространенного растворителя – воды эти константы равны: К_к= 1,86 К/моль, К_э= 0,52 К/моль. С_т – моляльная концентрация растворенного вещества.

3. При постоянной температуре осмотическое давление раствора неэлектролита Р,Па, пропорционально его молярной концентрации (закон Вант-Гоффа):

Р=1000С_М RT,

где С_М– молярная концентрация;R– газовая постоянная (8,314 Дж/мольК),

Т – температура, К.

Пример 1. При какой температуре замерзает водный раствор, полученный из 250 г воды и 54 г глюкозы С₆Н₁₂О₆?

Решение. При пересчете на 1000 г воды, содержание глюкозы в растворе равно 216 г. Так как мольная масса глюкозы составляет 180 г/моль, то моляльность раствора равна С_m=216/180=1,20 моль/кг Н₂О.

По формуле (6.2) находим t_крист =КС_m=1,861,20=2,23С.

Так как чистая вода кристаллизуется при 0С, то раствор будет кристаллизоваться при t_крр-ра= t_кр.р-ля-t_крист=0-2,23=-2,23⁰С.

Ответ: t_крист = - 2,23С.

Пример 2.Давление пара воды при 25°С равно 23,76 мм рт. ст. Вычислить давление пара водного раствора, содержащего 18 г. мочевиныCO(NH₂)₂в 360 г воды.

Решение. Согласно условию задачи, р₀=23,76 мм рт. ст. Рассчитаем количество молей растворенного вещества (₂) и растворителя (₁):

,

.

Отсюда, на основании формулы (6.1) получаем:

Ответ: р = 23,41 мм рт. ст.

Задачи к главе 6

1-й уровень

246-250. Для приготовления антифриза наV, л, воды было взято m, г, вещества А.Чему равна температура замерзания приготовленного антифриза?

Задачи	246	247	248	249	250
V, л	2,0	1,0	1,5	2,5	5,0
А	C2H4(OH)2	С3Н5(ОН)3	С3Н5(ОН)3	С3Н7ОН	С2Н5ОН
m, г	990	495	2000	1660	3710

251-255. Вычислите молярную массу вещества, если раствор, содержащий m, г, этого вещества на каждый литр воды, замерзает при температуре t°?

Задачи	251	252	253	254	255
m, г	161,3	183,9	290,3	100	311,8
t,°С	-5	-1	-3	-2	-10

256-260. Вычислить осмотическое давление раствора, содержащегоm, г, вещества А в х, г, воды при температуре 293 К. Плотность раствора считать равной единице:

Задачи	256	257	258	259	260
А	С12Н22О11	С6Н12О6	СО(NH2)2	С3Н5 (OH)3	С2Н4(OH)2
m, г	16	45	30	46	31
х, г	350	200 150	150	400	500

2-й уровень

261-265. Какой объем вещества А плотностью, кг/л, необходимо добавить на каждый литр воды , чтобы получить антифриз, замерзающий при температуре – 20°С?

Задачи	261	262	263	264	265
А	СН3ОН	С2Н4(ОН)2	С3Н5(ОН)3	С3Н7ОН	С2Н5ОН
, кг/л	0,8	1,1	0,8	1,3	0,8

266-270. Вычислите температуру кипенияX%-го водного раствора вещества А:

Задачи	266	267	268	269	270
А	(NH2)2CO	С4Н9ОН	С3Н7ОН	С2Н5ОН		С3Н5(ОН)3
X,%	13,0	12,5	15,0	14,0		10,0

271-275.Сколько грамм вещества А нужно растворить вVл воды, чтобы температура кипения полученного раствора равнялась t?

Задачи	271	272	273	274	275
А	(NН2)2СО	С12Н22О11	С6Н12О6	С6Н5NН2	(СН2)6N4
V, л	1,2	0,8	1,5	1,8	0,7
t°, С	102	100,5	101	101,5	101

3-й уровень

276-280.При температуре 315 К давление насыщенного пара над водой равно 8,2 кПа (61,5 мм рт.ст.). На сколько понизится давление пара при указанной температуре, если вm, г, воды растворить х, г, вещества А?

Задачи	276	277	278	279	280
А	С12Н22О11	С6Н12О6	С6Н5NН2 СО(NH2)2	С3Н5 (OH)3	С2Н4(OH)2
m, г	200	350	120	100	125
х, г	32	90	60	23	15,5 5

281-285. В каком отношении должны находиться массы воды и спирта А, чтобы при их смешивании получить раствор, кристаллизующийся при температуреt?

Задачи	281	282	283	284	285
A	СН3ОН	С2Н5ОН	С4Н9ОН	С5Н11ОН	С3Н7ОН
t,°С	-15	-20	-25	-10	-30