Збірник задач

Фазові рівноваги

36. До розподілу йоду між аміловим спиртом та водою можна застосовувати закон розподілу у формі

c

K 2 230

c

1

при 298 К.

Обчисліть, якою буде концентрація йоду у воді (в моль/л), якщо 0,5 л амілового спирту, що містить 10 г йоду в 1 л , збовтати з 2 л води?

37. Коефіцієнт розподілу SО2 між хлороформом та водою

c

K 2 1,049.

c

1

Який об’єм води необхідно додати до 1 л розчину SО2 у хлороформі, щоб добути 25 % SО2 ?

38.Яку кількість (у грамах) молочної кислоти можна добути

з0,1 л 0,8 М розчину кислоти у хлороформі двома порціями води по 0,05 л? Коефіцієнт розподілу молочної кислоти між хлороформом та водою

c

K 2 0,0203.

c

1

39.При 288 К водний розчин янтарної кислоти, що містить 12,10 г/л янтарної кислоти, перебуває у рівновазі з ефірним розчином, що містить 2,20 г/л кислоти. Визначте концентрацію ефірного розчину, що перебуває у рівновазі з водним розчином, який містить 9,68 г/л янтарної кислоти. Молярна маса янтарної кислоти в обох розчинниках однакова.

40.При 298 К розчин, що містить 10,53 г фенолу в 1 л амілового спирту, перебуває у рівновазі з 1 л водного розчину, який містить 0,6580 г фенолу. Яку кількість фенолу (у грамах) буде екстраговано з 0,5 л водного розчину концентрації 37,60 г/л дворазовим добуванням аміловим спиртом? Для кожної екстракції береться по 0,1 л амілового спирту. Молярна маса фенолу в обох розчинниках однакова.

61

Збірник задач з фізичної та колоїдної хімії

41. При вивченні розподілу бензойної кислоти між бензолом та водою були одержані такі рівноважні концентрації С6Н5СООН:

Розрахуйте константи рівняння Шилова — Лєпінь та запишіть рівняння розподілу для даної системи.

42. При вивченні розподілу оцтової кислоти між тетрахлоридом вуглецю та водою були визначені такі рівноважні концентрації її у водному шарі (с1) та у шарі ССl4 (с2):

Визначте число молекул кислоти, що входять до складу її асоціатів у ССl4, якщо вважати, що єдиною причиною відхилення від ідеальності є асоціація молекул оцтової кислоти у CCl4.

43. При вивчені розподілу янтарної кислоти між бензолом та водою були визначені такі рівноважні концентрації водного (с1) та бензольного (с2) шарів:

Визначте коефіцієнт розподілу янтарної кислоти між бензолом та водою, та показник степені m рівняння Шилова — Лєпінь.

44. Знайдіть константи K та m і напишіть рівняння розподілу саліцилової кислоти між бензолом і водою при 298 К, якщо було одержано такі дані (с1 і с2 — рівноважні концентрації саліцилової кислоти у воді та бензолі відповідно):

62

Фазові рівноваги

45. При вивченні розподілу фенолу між хлороформом та водою одержані такі результати при 298 К (с1 і с2 — рівноважні концентрації розчиненої речовини у воді та хлороформі відповідно):

Розрахуйте константи у рівнянні Шилова — Лєпінь та поясніть одержані результати.

46. Рівноважні концентрації фенолу, що розподіляється між бензолом і водою, такі:

Обчисліть константи рівняння Шилова — Лєпінь і поясніть одержані результати.

47. При 298 К коефіцієнт розподілу аніліну між бензолом та водою дорівнює

c

K 2 10,1.

c

1

Знайдено, що 10 мл бензольного шару містить 0,05835 г аніліну. Визначте концентрацію (у моль/л) аніліну у водному шарі.

48. Резорцин має антисептичні властивості та входить до складу ряду лікарських форм, що застосовуються при лікуванні шкірних захворювань. Скільки резорцину (у грамах і відсотках) буде екстраговано із 100 мл водного розчину з масовою часткою резорцину, що дорівнює 2%, додаванням до нього 20 мл н-октанолу? Коефіцієнт розподілу резорцину між н-октанолом і водою

c

K 2 6

c

1

при 20 °С.

63

Збірник задач з фізичної та колоїдної хімії

49. Янтарна кислота розподіляється між діетиловим ефіром і водою згідно з рівнянням

с

2

0,186

с

1

при 298 К.

Розрахуйте, яку кількість кислоти ( у грамах) можна добути з 500 мл водного розчину з концентрацією 0,1 моль/л двократним екстрагуванням порціями ефіру по 100 мл кожна. Який об'єм діетилового ефіру знадобиться, щоб шляхом одноразового екстрагування вилучити 50 % кислоти з 500 мл 0,1 М водного розчину?

50.При 20 °С і концентраціях, що виключають помітну димеризацію тимолу в обох фазах, визначено коефіцієнти розподілу тимолу між хлороформом та водою, тетрахлоридом вуглецю та водою, н-октаном і водою, які дорівнюють 630, 245 і 48 відповідно. Який з органічних розчинників слід вибрати для найбільш повного добування тимолу з водних розчинів? Відповідь мотивуйте.

51.Одним з ефективних способів очистки фенольних стічних вод є екстракція фенолів органічними розчинниками. Розрахуйте,

яку кількість фенолу (у грамах) буде добуто з 5 м3 водного розчину, в якому містилось спочатку 0,80 г фенолу, при одноразовій екстракції 50 л н-бутилацетату. Коефіцієнт розподілу фенолу між н-бутилацетатом і водою дорівнює 48,5 при 20 °С. Якою повинна бути кратність екстракції, n, щоб вміст фенолу у стічних водах не перевищував його гранично допустиму концентрацію (ГДК) у водоймищах (0,05 мг/л)?

52. При вивченні розподілу тимолу між н-октаном і водою при 20 °С за допомогою фотометричного методу було одержано такі рівноважні концентрації тимолу, моль/л:

Чи буде змінюватись стан молекул тимолу при переході із водної до органічної фази?

64

Фазові рівноваги

53. При вивчені розподілу фенолу між бензолом і водою при 25 °С були одержані такі значення рівноважних концентрацій у бензолі (с2) і воді (с1):

с1,

0,0020 0,0056 0,0079 0,011 0,014 0,018 0,031 0,053

моль/л

с2,

моль/л

Обчисліть коефіцієнт розподілу. Доведіть, що стан молекул фенолу у розбавлених розчинах не змінюється при переході із водної фази до органічної.

54.При 25 °С 1 л водного розчину, що містить 0,0516 г йоду, перебуває у рівновазі із розчином йоду в тетрахлориді вуглецю, концентрація якого дорівнює 4,41 г/л. Розрахуйте коефіцієнт

розподілу йоду між СCl4 і H2O при даній температурі, вважаючи, що молярна маса йоду однакова у обох розчинниках. Визначте об'єм тетрахлориду вуглецю, який потрібен, щоб при однократній екстракції вилучити із 2 л водного розчину 99 % йоду? У

скільки разів менший об'єм СCl4 потрібен для вилучення вказаної кількості йоду при трикратній екстракції?

55.Дибазол, який виявляє спазмолітичну і гіпотензивну дію, розподіляється між хлороформом і водою при кімнатній температурі згідно з рівнянням

c

K 2 18,3.

c

1

Визначте, скільки хлороформу треба додати до 1 л водного розчину, щоб екстрагувати 99 % дибазолу.

56.Скільки води необхідно додати до 0,25 л розчину лимонної кислоти у ефірі, щоб добути 90 % кислоти, якщо коефіцієнт розподілу лимонної кислоти між діетиловим ефіром та водою при 25 °С дорівнює 7·10–3? Молярна маса лимонної кислоти в обох розчинниках однакова.

57.Визначте рівноважні концентрації (у моль/л) етанолу у

кожній з двох фаз при розподілі 0,1 моль його між 0,5 л СCl4 і 0,3 л H2O, якщо коефіцієнт розподілу С2Н5ОН у цій системі

c

K 2 0,0244.

c

1

65

Збірник задач з фізичної та колоїдної хімії

58. У виробництві пеніциліну застосовується екстрагування його хлороформом з водного буферного розчину при рН 5 і 0 °С. Скільки пеніциліну буде добуто при однократному екстрагуванні з 1 л водного розчину, який містить 0,3 г антибіотика, якщо для цього візьмуть 0,2 л хлороформу? Скільки порцій хлороформу (об'ємом по 0,2 л) слід додати, аби повнота екстракції становила 96 %? Коефіцієнт розподілу пеніциліну між хлороформом та водою за вказаних умов

c

K 2 24.

c

1

59.Яка кількість (у грамах) антипірину залишиться у 500 мл водного розчину, насиченого при 20 °С, якщо його збовтати із 100 мл діетилового ефіру? Розчинність антипірину у воді при 20 °С дорівнює 340 г/л, а коефіцієнт розподілу його між ефіром та водою становить 0,073. Молярна маса антипірину в обох розчинниках однакова.

60.Розрахуйте коефіцієнт розподілу хлориду ртуті (ІІ) у системі С6Н6 — Н2О — HgCl2, використовуючи такі рівноважні концентрації НgCl2 у воді (с1) і бензолі (c2) при 298 К:

Чи змінюється стан розчиненої речовини при переході з водного розчину у бензол?

61.При спектрофотометричному визначенні кофеїну у багатокомпонентних таблетках перед вимірюванням оптичної густини таблетки розтирають і порошок розчиняють у водному розчині аміаку. 15 мл одержаного розчину обробляють спочатку 30 мл хлороформу, а потім трьома порціями (по 20 мл) того ж розчиннику. Розрахуйте, яка кількість кофеїну (у відсотках) залишиться у водному розчині. Коефіцієнт розподілу кофеїну між хлороформом та водою при 20 °С дорівнює 19.

62.1 л насиченого водного розчину йоду при 18 °С збовтували з 200 мл СS2 до встановлення рівноваги між фазами. Яку кіль-

66

Фазові рівноваги

кість (у грамах) йоду було екстраговано з водного розчину, якщо розчинність йоду у воді при 18 °С складає 0,28 г/л, а коефіцієнт розподілу йоду між сірковуглецем та водою — 590?

63. Коефіцієнт розподілу молочної кислоти СН3СНОНСООН між хлороформом і водою

c

K 2 0,0203

c

1

при 25 °С.

Яку кількість (у грамах) молочної кислоти можна екстрагувати з 100 мл 0,8 М розчину молочної кислоти у хлороформі додаванням 100 мл води?

67

Колігативні властивості розбавлених розчинів

Масова відсоткова концентрація — масова частка розчиненої

речовини, виражена у відсотках. Для бінарного розчину

де m1 — маса розчинника; m2 — маса розчиненої речовини. Молярна концентрація сі — число молів розчиненої речовини,

яке міститься в одиниці об’єму розчину.

Одиниці вимірювання: моль/м3; моль/л. Використовують скорочену форму запису М { моль/л, наприклад, 1 М КСl — одномолярний (1 моль/л) розчин хлориду калію.

Моляльність mi — кількість молів розчиненої речовини, що припалає на один кілограм розчинника.

Одиниці вимірювання: моль/кг.

Залежність парціального тиску насиченої пари і-того компонента рі від його молярної частки в ідеальному розчині виражає закон

Рауля:

ii i

де p0 — тиск насиченої пари чистого і-того компонента.

i

Для ідеального бінарного розчину, який утворений леткими речовинами, можна записати

Для ідеального бінарного розчину рівняння (5.1) має такий вигляд:

тиск насиченої пари розчинника над розчином даної концентрації;

p

1 — відносне зниження тиску насиченої пари розчинника;

0

p

1

n1 i n2 — число молів розчинника і розчиненої речовини.

У розведеному розчині нелеткої речовини у леткому розчиннику р1 буде дорівнювати загальному тиску насиченої пари над розчином.

69

Збірник задач з фізичної та колоїдної хімії

Для випадку дисоціації молекул розчиненої речовини рівняння (5.2) набуває вигляду

де і — коефіцієнт Вант-Гоффа (або ізотонічний коефіцієнт). Ізотонічний коефіцієнт і ступінь дисоціації зв’язані відношен-

ням

де Ξ — число іонів, на які розпадається одна молекула розчиненої речовини.

Залежність зниження температури кристалізації Ткр, підвищення температури кипіння Ткип, осмотичного тиску Σ розведених розчинів неелектролітів від концентрації виражають такими рівняннями:

розчинника; K і Е — кріоскопічна і ебуліоскопічна сталі; m і с — моляльна і молярна концентрації.

Рівняння (5.5) — (5.7) для розчинів електролітів набувають вигляду

де m2 i m1 — маси розчиненої речовини і розчинника.

70