Семинары по физхимии_2013 / Семинар 9

Семинар № 9

Идеальные растворы. Коллигативные свойства растворов. Экстракция

1 Этанол и метанол при смешении образуют почти идеальные растворы. При 20 ⁰С давление пара этанола равно 5,93 кПа, а метанола 11,83 кПа. Рассчитайте давление пара раствора, состоящего из 100 г этанола и 100 г метанола, а также мольные доли компонентов в паре над этим раствором. Ответ: 9,41 кПа; y(СН₃ОН) = 0,741

2 Давления пара чистых бензола и толуола при 60 ⁰С равны 51,3 и 18,5 кПа соответственно. При каком давлении закипит при 60 ⁰С раствор, состоящий из 1 моль бензола и 2 моль толуола? Каков будет состав пара? Ответ: 29,4 кПа ; y(С₆Н₆) = 0,581

3 Давления чистых хлорбензола и бромбензола при 140 ⁰С равны 1,237 и 0,658 бар соответственно. Рассчитайте состав раствора, который при давлении 1 бар кипит при температуре 140 ⁰С, а также состав образующегося пара. Каково будет давление пара над раствором, полученным конденсацией образовавшегося пара?

Ответ: x(С₆Н₅Cl) = 0,591; y(С₆Н₅Cl) = 0,731; 1,081 бар

4 При 57,2 ⁰С и давлении пара 1,00 атм раствор ацетон (1)– метанол(2), в котором

x₁ = 0,400, находится в равновесии с паром, в котором y₁ = 0,516. Рассчитайте активности и коэффициенты активности обоих компонентов в растворе. Давления пара чистых ацетона и метанола при этой температуре равны 786 и 550 Торр соответственно. Укажите знак отклонений от идеальности. Ответ: а₁ = 0,499; а₂ = 0,668; f₁ = 1,25; f₂ = 1,11

5 Константы Генри для кислорода и азота в воде при 0 ⁰С равны 2,54·10⁴ и 5,45·10⁴ атм соответственно. Рассчитайте понижение температуры замерзания воды, вызванное растворением воздуха (φ (N₂) = 80 % ; φ (О₂) = 20 %) при 1 атм. Криоскопическая константа воды равна 1,86 К·кг/моль. Ответ: ΔТ_зам = – 2,3·10^–3 К

6 Для газирования воды в домашних условиях используют сифон, в котором создается давление углекислого газа 5,0 атм. Оцените молярную концентрацию содовой воды. Константа Генри для углекислого газа в воде при 25 ⁰С равна 1,25·10⁶ Торр.

Ответ: 0,17 моль/дм³

7 В воздухе объемные доли кислорода и азота равны 21 % и 78 % соответственно. Растворимость этих газов в воде различна: при комнатной температуре константы Генри для кислорода и азота равны соответственно 4,34·10⁴ атм и 8,56·10⁴ атм. Если воду, из которой предварительно были удалены все газы, насытить при нормальном давлении воздухом, а затем растворенный воздух каким-либо способом выделить, то объёмная (мольная) доля кислорода в извлекаемой газовой смеси повысится по сравнению с воздухом. Этот цикл можно повторить и еще больше повысить содержание кислорода в извлекаемой из воды газовой смеси. Вычислить: а) объемные (мольные) доли кислорода и азота в растворенном воздухе; б) объемные (мольные) доли кислорода и азота в извлекаемой газовой смеси после пяти циклов, если извлеченная в предыдущем цикле газовая смесь растворяется далее под общим давлением 1 атм; в) через сколько циклов можно получить практически чистый (99%-ный) кислород.

8 Раствор, содержащий 0,81 г некоторого алкана и 190 г бромистого этила, замерзает при 9,47 ⁰С. Температура замерзания бромистого этила 10,00 ⁰С, его криоскопическая постоянная 12,5 К·кг/моль. Определите формулу алкана.

9 Широко применяемый антифриз для охлаждения двигателей автомобилей в зимний период содержит этиленгликоль. В каком объемном соотношении нужно смешать воду и этиленгликоль (плотность этиленгликоля 1,11 г/см³) для получения антифриза, если объем радиатора автомобиля 7,5 л, а температура воздуха в самый холодный день достигает минус 20⁰С.

10 Некоторое количество вещества, растворенное в 100 г бензола, понижает его температуру замерзания на 1,28 ⁰С. То же количества вещества, растворенное в 100 г воды, понижает температуру ее замерзания на 1,395 ⁰С. Вещество в бензоле находится в недиссоциированном виде, а в воде – полностью диссоциировано. На сколько ионов диссоциирует вещество в водном растворе? Криоскопические постоянные для бензола и воды равны 5,12 и 1,86 К·кг/моль.

11 При 30 ⁰С давление пара водного раствора сахарозы равно 30,207 Торр. Давление пара чистой воды при этой же температуре равно 31,824 Торр. Плотность раствора равна 0,99564 г/см³. Рассчитайте осмотическое давление этого раствора. Ответ: 26,9 атм

12 68,4 г сахарозы растворено в 1000 г воды. Рассчитайте: а) давление пара; б) осмотическое давление; в) температуру замерзания; г) температуру кипения. Давление пара чистой воды при 20 ⁰С равно 2314,9 Па. Криоскопическая и эбуллиоскопическая константы воды равны 1,86 и 0,51 К·кг/моль, соответственно.

Ответ: р = 2306,6 Па; π = 4,79 атм; t_зам = – 0,372 ⁰С; t_кип = 100,103 ⁰С

13 Раствор 20 г гемоглобина в 1 дм³ воды имеет осмотическое давление 7,52·10^–3 атм при 25 ⁰С. Оцените молярную массу гемоглобина. Какую температуру замерзания имел бы этот раствор? Ответ: 65 кг/моль

14 В 1 дм³ бензола растворено 10 г полистирола. Высота столбика раствора

(плотность 0,88 г/см³) в осмометре при 25 ⁰С равна 11,6 см. Оцените среднюю молярную массу полистирола. Ответ: 24,8 кг/моль

15 Три водных раствора – хлорида натрия, хлорида кальция и глюкозы, имеющие одинаковую молярную концентрацию растворенного вещества 0,01 моль/дм³, разделены полупроницаемыми мембранами. Обоснуйте и укажите направление движения растворителя через мембраны. Как нужно изменить концентрации крайних растворов, чтобы они были изотоничны данному раствору хлорида кальция? Диссоциацию солей считать полной.

16 Рассчитайте моляльную концентрацию антрацена в его насыщенном бензольном растворе при 25 ⁰С. Энтальпия плавления антрацена равна 28,8 кДж/моль, температура плавления 217 ⁰С. Раствор считать идеальным. Ответ: 0,137 моль/кг

17 Температура плавления AgCl равна 456 ⁰С, теплота плавления 12,7 кДж/моль. Определите температуру начала кристаллизации расплава AgCl – KCl, в котором мольная доля AgCl составляет 80 % (твердые растворы и химические соединения в этой системе не образуются). Ответ: 386 ⁰С

18 Рассчитайте по модели идеальных растворов состав и температуру плавления эвтектики в системе Pb – Sn, если температуры плавления металлов равны соответственно 601 и 505 К, а энтальпии плавления 4,77 и 7,03 кДж/моль.

Ответ: Т = 354,8К; х(Pb) = 0,516.

19 Коэффициент распределения иода между CCl₄ и водой равен 85,47 при 298 К. В обоих растворителях иод имеет одинаковую молярную массу. Какой объем CCl₄ следует взять, чтобы однократным экстрагированием извлечь из 0,5 дм³ водного раствора 90 % содержащегося в нем иода. Как изменится эффективность экстракции, если проводить двукратное экстрагирование половинными порциями найденного объема органического растворителя. Ответ: 52,5 см³

20 При 298 К раствор фенола в амиловом спирте с массовой концентрацией фенола 10,53 г/дм³ находится в равновесии с его водным раствором, имеющим массовую концентрацию фенола 0,658 г/дм³. Определить массу фенола, которую можно извлечь двукратным экстрагированием порциями по 0,1 дм³ амилового спирта из 0,5 дм³ водного раствора с массовой концентрацией фенола 37, 6 г/дм³.