УЧЕБА / Arjanova-chzaot

187.Вычислить моляльность H3PO4 в ее 5 М растворе. ρ = 1,25 г/мл.

188.Сколько граммов HCl содержится в 400 мл раствора, массовая доля HCl в котором равна 20%, ρ = 1,05 г/мл?

189.Определить моляльность раствора H3PO4, у которого ω H3PO4= 40%, ρ = 1,25 г/мл.

190.Рассчитать массовую долю LiNO3 в 7,5 М растворе нитрата лития, ρ = 1,28 г/мл.

191.Вычислить мольные доли H2SO4 и воды в растворе, массовая доля H2SO4 в котором равна 96%.

192.Массовая доля HCl в растворе равна 18%, ρ = 1,09 г/мл. Вычислить молярную концентрацию раствора.

193.Водный раствор азотной кислоты содержит 200 г HNO3 и 800 г Н2О. Вычислить его моляльность.

194.Сколько граммов HCl содержится в 250 мл раствора, массовая доля HCl в котором равна 10%, ρ = 1,05 г/мл?

195.Чему равна моляльность раствора H2SO4 в ее 5 М растворе, ρ =

1,29 г/мл?

196.В каком объеме 5 М раствора К2SO4 содержится 10 г этой соли?

197.Массовая доля H3PO4 в растворе равна 40%, ρ = 1,25 г/мл. Найти молярность раствора.

198.10 мл раствора содержит 0,458 г растворенного вещества. Каков титр этого раствора?

199.Определить молярную концентрацию раствора, который содержит в 2 литрах 34,8 г Na2SO4.

200.Чему равна моляльность раствора, содержащего в 0,75 литрах воды 4,41 грамма NaCl? ρн2о = 1,0 г/мл.

201.Титр раствора HNO3 равен 0,002 г/мл. Вычислить молярность этого раствора.

202.Сколько граммов CdSO4 содержится в 20 литрах раствора, массовая доля CdSO4 в котором равна 14%, ρ = 1,15 г/мл.

203.Сколько нужно взять AgNO3 на 500 мл раствора, чтобы его титр стал 0,0025 г/мл?

204.Массовая доля КОН в растворе равна 3,5%, ρ = 1,03 г/мл. Рассчитать титр раствора.

205.Имеется 0,9 М раствор HNO3, ρ = 1,03 г/мл. Определить массовую HNO3 в растворе.

206.Из 400 г 50%-ного (по массе) раствора H2SO4 выпариванием удалили 100 г воды. Чему равна массовая доля H2SO4 в оставшемся растворе?

207.Моляльная концентрация раствора H2SO4 2,7 моль/кг. Определить молярность раствора, ρ = 1,15 г/мл.

208.Рассчитать мольные доли Н2О и H3PO4 в 1,9 М растворе фосфорной кислоты, ρ = 1,1 г/мл.

61

209.Сколько граммов HNO3 содержится в 200 мл раствора с моляльной концентрацией 2,5 моль/кг, ρ = 1,05 г/мл.

210.Титр раствора HCl равен 0,022 г/мл, ρ = 1,1 г/мл. Определить массовую долю HCl в растворе.

211.Сколько граммов FeSO4 содержится в 1 л 12%-ного (по массе)

раствора этой соли? ρ = 1,1 г/мл.

212.Из 10 кг 20%-ного раствора при охлаждении выделилось 400г соли. Чему равна массовая доля охлажденного раствора?

213.На нейтрализацию 2л раствора, содержащего 1,4г KOH требуется 40 мл раствора кислоты. Вычислите молярную концентрацию эквивалента кислоты.

214.Какую массу NaNO3 нужно растворить в 400 г воды, чтобы приготовить 20%-ный раствор?

215.Найти массовую долю Na2SO4 в растворе, содержащем 250 г воды и 30 г соли.

216.Вычислите молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалента раствора, который содержит в 3 литрах 175,5 г NaCl?

217.Вычислите, молярную концентрацию эквивалента, молярную и

моляльную концентрацию 16%-ного раствора хлорила алюминия, плотностью 1.149 г/см3.

218.Какой объем 50%-ного раствора KOH, плотностью 1,538г/см3, требуется для приготовления 2л 6%-ного раствора плотностью 1,048г/см3.

219.Сколько граммов Na2SO4 потребуется для приготовления 5 кг раствора, массовая доля Na2SO4 в котором равна 8%? Вычислите моляльную концентрацию раствора.

220.В каком объеме 5 М раствора К2SO4 содержится 10 г этой соли? Вычислите молярную концентрацию эквивалента, титр раствора.

221.Сколько граммов ZnSO4 можно получить из 150 г раствора с массовой долей ZnSO4 6%? Чему равна моляльная концентрация этого раствора?

222.Из 700 г 60%-ной серной кислоты выпариванием удалили 200 г воды. Чему равна массовая доля оставшегося раствора.

223.Смешали 250 г 60%-ного и 150 г 15%-ного раствора серной кислоты. Какова массовая доля полученного раствора?

224.Чему равна молярная концентрация эквивалента 30%-ного раствора NaOH плотностью 1,328г/см3? К 1 л этого раствора прибавили 3 л воды. Вычислите массовую долю полученного раствора.

225.Массовая доля КОН в растворе равна 50%, ρ = 1,54 г/мл. Сколько граммов КОН содержится в 300 мл этого раствора?

226.Сколько граммов NaOH необходимо взять для приготовления 125 мл 0,15 М раствора? Вычислите молярную концентрацию эквивалента и тир этого раствора.

62

7 Свойства растворов

Пример 1.

Вычислите температуры кристаллизации и кипения 2%-ного раствора глюкозы.

Решение:

По закону Рауля понижение температуры кристаллизации и повышение температуры кипения (∆Т) по сравнению с температурами кристаллизации и кипения растворителя выражаются уравнением

где K- криоскопическая или эбуллиоскопическая константа. Для воды они соответственно равны 1,86 и 0,520; m и M – масса; m1– масса растворителя.

Понижение температуры кристаллизации 2%-ного раствора C6H12O6 находим по формуле (1):

T =1,86 2 1000 = 0,210 . 180 98

Вода кристаллизуется при 00С, следовательно, температура кристаллизации этого раствора 0 – 0,21 = –0,210С.

По формуле (1) находим и повышение температуры кипения 2%-ного раствора:

T =0,52 1802 100098 =0,060 .

Вода кипит при 1000С, следовательно, температура кипения этого раствора 100 + 0,06 = 100,060С.

Пример 2.

Раствор, содержащий 11,4 г бензойной кислоты C6H5COOH в 100 г сероуглерода, кипит при 46,5290С. Вычислите эбуллиоскопическую

T = 46,529 − 46,3 =0,2290 . Молярная масса бензойной кислоты 122 г/моль. По формуле (1) находим эбуллиоскопическую константу:

63

Пример 3.

Раствор, содержащий 11,04 г глицерина в 800г воды, кристаллизуется при –0,2790С. вычислите молярную массу глицерина.

Решение: Температура кристаллизации чистой воды 0оС, следовательно, понижение температуры кристаллизации

Пример 4.

Вычислите массовую долю (%) водного раствора мочевины (NH2)2CO, зная, что температура кристаллизации этого раствора равна –0,465оС.

Решение:

Температура кристаллизации чистой воды 0оС, следовательно T =0 −(−0,465) = +0,465о . Молярная масса мочевины 60г/моль.

находим массу m (г) растворенного вещества, приходящуюся на 1000г воды, по формуле (2):

Общая масса раствора, содержащего 15г мочевины, составляет 1000

+15 = 1015 г. Массовая доля раствора равна:

ω=101515 100% =1,48%.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

227.Раствор, содержащий 0,512 г неэлектролита в 100 г бензола, кристаллизуется при 5,296оС. Температура кристаллизации бензола 5,5оС. Криоскопическая константа 5,1о. Вычислите молярную массу растворенного вещества.

228.Вычислите массовую долю (%) водного раствора сахара

C12H22O11, зная, что температура кристаллизации раствора – 0,93ОС. Криоскопическая константа константа воды 1,86о.

64

229.Вычислите температуру кристаллизации раствора мочевины

(NH2)2CO, содержащего 5 г мочевины в 150 г воды. Криоскопическая константа воды 1,86о.

230.Раствор, содержащий 3,04 г камфары C10H16O в 100 г бензола, кипит при 80,714оС. Температура кипения бензола 80,2оС. Вычислите эбуллиоскопическую константу бензола.

231.Вычислите массовую долю (%) водного раствора глицерина

C3H5(OH)3, зная , что этот раствор кипит при 100,39оС. Эбулиоскопическая константа воды 0,52о.

232.Вычислите молярную массу неэлектролита, зная, что раствор,

содержащий 2,25 г этого вещества в 250 г воды, кристаллизуется при – 0,279оС. Криоскопическая константа воды 1,86о.

233.Вычислите температуру кипения 5%-ного раствора нафталина

C10H8 в бензоле. Температура кипения бензола 80,2оС. Эбулиоскопическая константа его 2,57о.

234.Раствор, содержащий 25,65 г некоторого неэлектролита в 300 г воды, кристаллизуется при -0,465оС. Вычислите молярную массу растворенного вещества. Криоскопическая константа воды 1,86о.

235.Вычислите криоскопическую константу уксусной кислоты, зная

,что раствор, содержащий 4,25 г антрацена C14H10 в 100 г уксусной кислоты, кристаллизуется при 15,718оС. Температура кристаллизации уксусной кислоты 16,65оС.

236.При растворении 4,86 г серы в 60 г бензола температура кипения его повысилась на 0,81о. Сколько атомов содержит молекула серы в этом растворе. Эбулиоскопическая константа бензола 2,57о.

237.Температура кристаллизации раствора, содержащего 66,3 г некоторого неэлектролита в 500 г воды, равна -0,558оС. Вычислите молярную массу растворенного вещества. Криоскопическая константа воды 1,86о.

238.Какую массу анилина C6H5NH2 следует растворить в 50 г этилового эфира, чтобы температура кипения раствора была выше температуры кипения этилового эфира на 0,53о. Эбулиоскопическая константа этилового эфира 2,12о.

239.Вычислите температуру кристаллизации 2%-ного раствора этилового спирта C2H5OH. Криоскопическая констана воды 1,86о.

240.Сколько граммов мочевины (NH2)2CO следует растворить в 75 г воды, чтобы температуры кристаллизации понизилась на 0,465о? Криоскопическая константа воды 1,86о.

241.Вычислите массовую долю (%) водного раствора глюкозы

C6H12O6, зная, что этот раствор кипит при 100,26оС. Эбулиоскопическая константа воды 0,52о.

242.Сколько граммов фенола C6H5OH следует растворить в 125 г бензола, чтобы температура кристаллизации раствора была ниже

65

температуры кристаллизации бензола на 1,7о? Криоскопическая константа бензола 5,1о.

243.Сколько граммов мочевины (NH2)2CO следует растворить в 250

гводы, чтобы температура кипения повысилась на 0,26? Эбулиоскопическая константа воды 0,52о.

244.При растворении 2,3 г некоторого неэлектролита в 125 г воды температура кристаллизации понижается на 0,372о. Вычислите молярную массу растворенного вещества. Криоскопическая константа воды 1,86о.

245.Вычислите температуру кипения 15%-ного водного раствора пропилового спирта С3H7OH. Эбулиоскопическая константа воды 0,52о.

246.Вычислите массовую долю (%) водного раствора метанола

CH3OH, температура кристаллизации которого -2,79оС. Криоскопическая константа воды 1,86о.

247.На сколько градусов повысится температура кипения воды,

если в 100 г воды растворить 9 г глюкозы. Эбуллиоскопическая константа воды 0,52о.

248.При какой температуре будет кристаллизоваться 40%-ный раствор этилового спирта? Криоскопическая константа воды 1,86о.

249.Сколько граммов сахара C12H22O11 надо растворить в 200 г воды, чтобы: а) понизить температуру кристаллизации на 1оС; б) повысить температуру кипения на 1оС? Криоскопическая константа воды 1,86о, эбулиоскопическая константа воды 0,52о.

250.Вычислите температуру кипения раствора, содержащего 100г

сахара C12H22O11 в 750 г воды. Эбулиоскопическая константа воды равна

0,52о.

251.В каком количестве воды следует растворить 23 г глицерина

C3H8O3, чтобы получить раствор с температурой кипения 100,104оС. Эбулиоскопическая константа воды равна 0,52о.

252.Раствор, содержащий 5,4 г некоторого вещества неэлектролита в 200 г воды, кипит при температуре 100,078оС. вычислите молекулярную

массу растворенного вещества. Эбулиоскопическая константа воды равна

0,52о.

253.Температура кипения ацетона 56,1оС, а его эбулиоскопическая константа равна 1,73о. вычислите температуру кипения 8%-ного раствора глицерина C3H8O3 в ацетоне.

254.Вычислите процентное содержание сахара C12H22O11 в водном растворе, температура кристаллизации которого –0,41оС. Криоскопическая константа воды 1,86о.

255.При растворении 0,4 г некоторого вещества в 10 г воды температура кристаллизации раствора понижается на 1,24о. Вычислите

молярную массу растворенного вещества. Криоскопическая константа воды

1,86о.

66

256. В каком количестве воды следует растворить 0,5 кг глицерина C3H8O3 для получения раствора с температурой кристаллизации –3оС.

8 Электрохимия

При электрохимических реакциях происходит превращение химической энергии в электрическую и, наоборот, электрической в химическую.

8.1 Электрохимический ряд напряжений

Химический характер какого-либо металла в значительной степени обусловлен тем, насколько легко он окисляется, т.е. насколько легко его атомы способны переходить в состояние положительных ионов.

Если расположить металлы по уменьшению их способности к окислению (т.е. по уменьшению тенденции их нейтральных атомов переходить в положительные ионы – катионы), то получится электрохимический ряд напряжений:

Тенденция перехода в состояние катионов

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Cr Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb [ H ] Cu Ag Pt Au

8.2 Стандартные электродные потенциалы

Мерой склонности веществ к окислению и восстановлению служит стандартный электродный потенциал.

Если погрузить пластинку некоторого металла в водный раствор его собственной соли (Cu в раствор CuSO4 или Zn в раствор ZnSO4), то в такой системе принципиально возможно протекание двух противоположных электрохимических процессов:

а) катионы могут восстанавливаться и осаждаться в виде атомов из раствора соли на металл (так как для разряда этих ионов расходуются

электроны, то в самом атоме металла возникает недостаток электронов)

Меn+ + ne– = Mе0.

б) атомы металла могут окисляться и ионы Меn+ из кристаллической решетки переходят в раствор под воздействием полярных молекул воды,

электроны остаются в металле и обусловливают их избыток

Mе0 – ne– = Меn+.

Склонность катионов к восстановлению обычно возрастает с повышением концентрации соли в растворе.

67

Склонность металлов к окислению зависит от химической природы металла. Так, для цинка она значительно выше, чем для меди. Если предположить, что концентрация веществ в растворе одинаковы, то цинк поставит в раствор большее число катионов, чем медь, а следовательно, на цинковой пластинке останется больше электронов.

Благодаря электрохимическому притяжению между катионами и электронами, катионы удерживаются вблизи поверхности металла. В результате возникает двойной электрический слой (рис. 6.1) и появляется разность электрических потенциалов.

Подобная система – металл, погруженный в раствор электролита, называется электродом.

Электроды – это система из двух токопроводящих тел: проводников 1–го и 2–го рода.

Кпроводникам 1–го рода относятся металлы, сплавы, оксиды с металлической проводимостью, а также неметаллические материалы, в частности графит; носители заряда – электроны.

Кпроводникам 2–го рода относятся расплавы и растворы электролитов; носители заряда – ионы.

Рисунок 6.1 Двойной электрический слой

Устройство, состоящее из двух электродов, называется гальваническим элементом. Абсолютное значение разности потенциалов, возникающее на границе металл/электролит принципиально измерить нельзя никакими средствами, так как она возникает между двумя фазами разной природы (твердый металл – жидкий раствор). Однако можно измерить разность двух химически различных электродов, приняв один из них за электрод сравнения.

68

В качестве электрода сравнения обычно используют электрод H+|H2(г)

–водородный электрод, предложенный немецким физико–химиком Нерстом. Чтобы можно было сравнивать разности потенциалов различных

электродов, следует работать в стандартных условиях. В качестве таковых приняты: температура 250С (298,15К), давление 101,325 кПа (1атм.), концентрация ионов 1 моль/л . В электроде сравнения, называемом

стандартным водородным электродом, поддерживается концентрация катионов водорода 1 моль/л и давление газообразного Н2, равное 101,3 кПа (1 атм.).

Разность потенциалов стандартного водородного электрода и какого–либо другого электрода (металл/раствор соли металла), измеренная при стандартных условиях, называется стандартным электродным потенциалом (обозначение Е0).

Стандартный потенциал стандартного водородного электрода условно принят равным нулю.

Стандартные потенциалы Е0 распространенных металлов Меn+/Mе0 представлены в ряду напряжений.

В зависимости от того, положительно или отрицательно

заряженным оказывается металлический электрод относительно стандартного водородного электрода, стандартный потенциал пары Меn+/Mе0 также будет иметь положительное или отрицательное значение.

Расположение металлов по возрастанию стандартного потенциала Е0 ( от больших отрицательных к большим положительным значениям) как раз и отвечает электрохимическому ряду напряжений; такая последовательность называется рядом стандартных электродных потенциалов.

8.3 Гальваничекие элементы

Гальваническим элементом называется устройство, в котором химическая энергия окислительно-востановительной реакции превращается в электрическую.

Рассмотрим работу гальванического элемента на примере г.э. Даниэля-Якоби. Он состоит из цинкового элетрода – цинковая пластина, погруженная в раствор сульфата цинка ( II ), и медного электрода - медная пластинка, погруженная в раствор сульфата меди (II ).

Возникновение разности потенциалов между обоими металлическими электродами объясняется различной склонностью металлов отдавать катионы в раствор электролита. У поверхности каждого из электродов возникает двойной электрический слой (см. рис.6. 2 ), который оказывает противодействие дальнейшему переходу катионов в раствор. Если оба металла соединить металлическим проводником (обладающим электронной проводимостью), то вследствие электропроводимости

69

раствора электролита (ионной проводимости) получается замкнутая электрическая цепь.

Рисунок 6. 2 Гальванический элемент Даниэля-Якоби

В этой цепи поток электронов будет перемещаться от цинка, через внешний участок цепи к меди. При этом в растворе электролита катионы будут двигаться к меди и разряжаться под действием имеющихся на нем электронов. В результате в замкнутой гальванической цепи возникнет электрический ток. Через пористую перегородку будут диффундировать ионы SO42-.

Схематически это можно записать так:

(–)Zn|ZnSO4||CuSO4|Cu (+)

(–)A: Zn0 – 2e → Zn2+ – окисление;

(+) K: Cu2+ + 2e → Cu0 – восстановление; Zn0 + Cu2+ → Zn2+ + Cu0.

Данная окислительно-восстановительная реакция лежит в основе работы гальванического элемента.

Электрод, на котором имеется избыток электронов, называется анодом. В данном случае анодом является цинковый электрод. Медный электрод будет катодом, у него недостаток электронов.

70