6. Розчини. Способи вираження концентрацій. Фізичні властивості розведених розчинів неелектролітів Короткі теоретичні відомості

Після вивчення цієї теми треба вміти розраховувати значення різних типів концентрації розчиненої речовини, знати їх взаємозв’язок. Найбільш поширеними є такі типи (тобто способи вираження) концентрацій розчинів:

1. Масова частка, (х)  відношення маси розчиненої речовини (Х) до маси розчину:

(Х) = ,

де m(Х) і m(Y) – маси розчиненої речовини та розчинника відповідно, d  густина розчину, г/л.

2. Молярна частка, χ(Х)  відношення кількості (у молях) розчиненої речовини до загальної кількості всіх компонентів розчину:

χ(x) = .

Обидві величини при помноженні на 100 дають ці ж самі характеристики у відсотках.

3. Молярна концентрація, С(Х)  відношення кількості розчиненої речовини до об’єму розчину:

C(Х) =

4. Масова концентрація, ρ(Х)  відношення маси розчиненої речовини до об’єму розчину:

ρ(Х) = ; г/л або г/мл.

5. Моляльність розчину, С_m(X)  відношення кількості розчиненої речовини до маси розчинника в кг:

С_m(X) = ; моль/кг.

У цю формулу m(Y) підставляється у грамах.

6. Густина розчину (пов’язана з концентрацією):

; г/л або г/мл.

З усіх добре відомих законів про загальні властивості розчинів насамперед потрібно знати другий закон Рауля, згідно з яким підвищення температури кипіння та зниження температури замерзання пропорційні моляльності розчину:

,

де Е – ебуліоскопічна, K – кріоскопічна сталі розчинника.

Приклад 1. Розрахуйте: а) молярну частку гідроксиду калію в розчині; б) молярну концентрацію розчину, якщо 500 мл розчину містять 308 г KОН (густина розчину дорівнює 1,50 г/мл).

Розв’язання: а) або 41%;

б) C(KOH) =

Приклад 2. Температура кипіння чистого сірковуглецю дорівнює 46,3 С. Розрахуйте температуру кипіння розчину 1,22 г бензойної кислоти (С₆Н₅СООН) у 100 г сірковуглецю, якщо Е(СS₂) = 2,30 К  кг/моль.

Розв’язання. Згідно з другим законом Рауля

Температура кипіння розчину буде більшою, ніж у чистого розчинника:

t = 46,3 + 0,23 = 46,53 (С).

Задачі

1. Який об’єм води знадобиться для розчинення калію нітрату масою 8 г, якщо у приготовленому розчині масова частка солі повинна складати 1%? Яка молярна концентрація одержаного розчину? Зміною об’єму води при утворенні розчину знехтувати.

2. Чому дорівнює масова частка калію сульфату в розчині, приготовленому з 10 г цієї солі у 80 мл води? Чому дорівнює молярна концентрація розчину, якщо об’єм розчину вважати практично однаковим з об’ємом взятої води?

3. Газоподібний хловодень, одержаний дією надлишку сульфатної кислоти на натрію хлорид масою 117 г, розчинили у 300 мл води. Визначте масову частку хлороводню в одержаному розчині. Приймаючи, що об’єм розчину практично не змінився порівняно з вихідним об’ємом, розрахуйте молярну концентрацію розчину.

4. Визначте температуру кипіння розчину 18 г цукру С₁₂Н₂₂О₁₁ у 200 г води. Ебуліоскопічна стала води дорівнює 0,52 кг·К/моль.

5. Дано водні розчини глюкози С₆Н₁₂О₆ та карбаміду СО(NН₂)₂ з однаковою масовою концентрацією. Як співвідносяться значення знижень температур замерзання цих розчинів?

6. Розрахуйте молекулярну масу неелектроліту, якщо розчин 8 г його у 142 мл бензолу (густина бензолу 0,88 г/см³) закипає при температурі, вищій на 1,285 К температури кипіння чистого бензолу. Ебуліоскопічна стала бензолу дорівнює 2,57 кг·К/моль.

7. При розчиненні 25 г KCl у 1 л води температура знизилася на 1,5С. Питома теплоємність одержаного розчину дорівнює 4,18 Дж/(г  К). Розрахуйте молярну концентрацію розчину та ентальпію розчинення KCl (і = 1,57).

8. Який об’єм розчину сульфатної кислоти з масовою часткою 96 % (d=1,835 г/см³) треба взяти для приготування 5 л розчину з концентрацією 0,5 моль/л?

9. Розрахуйте масову частку НNО₃ в розчині та моляльність розчину з молярною концентрацією НNО₃ 8 моль/л і густиною d = 1,246 г/см³.

10. З 5 мл розчину калію гідроксиду з масовою часткою KОН 50 % і густиною 1,538 г/см³ необхідно приготувати розчин з масовою часткою KОН 18 %. Який об’єм води для цього знадобиться? Чому дорівнює молярна концентрація одержаного та вихідного розчинів?

11. Розчин, що містить фосфор і бензол, маси яких відповідно дорівнюють 0,1155 і 19,03 г, замерзає при 5,15 С. Чистий бензол замерзає при 5,4 С. Кріоскопічна стала бензолу дорівнює

5,1 кг·К/моль. Визначте, із скількох атомів складається молекула

фосфору.

12. Антифризами називають розчини зі зниженою температурою замерзання, які використовують в системі охолодження автомобілів. Поширене використання знаходять розчини етиленгліколю С₂Н₄(ОН)₂. При якій температурі буде замерзати антифриз, якщо в ньому об’ємні частки етиленгліколю і води відповідно дорівнюють 0,4 і 0,6. Густина етиленгліколю d = 1,116 г/см³.

13. При якій приблизно температурі замерзає антифриз, одержаний змішанням етиленгліколю та води, взятих у рівних об’ємах? Густина етиленгліколю d = 1,116 г/см³.

14. В яких об’ємних співвідношеннях необхідно взяти воду та етиленгліколь, щоб приготовлений з них антифриз замерзав приблизно при 20С? Густина етиленгліколю d = 1,116 г/см³

15. Яка маса безводного купруму сульфату знадобиться для приготування розчину густиною 1,084 г/см³ і об’ємом 1 л, для якого (CuSO₄) = 8 %? Чому дорівнюють масова та молярна концентрації одержаного розчину?

16. Визначте масову і молярну концентрації розчину магнію хлориду, якщо відомо, що в розчині об’ємом 250 мл міститься 4,75 г MgCl₂.

17. В якому об’ємі розчину Pb(NO₃)₂, молярна концентрація якого 0,1 моль/л, міститься 4,96 г цієї солі? Чому дорівнює масова концентрація цього розчину?

18. У воді об’ємом 1 л розчинили амоніак об’ємом 500 л (н. у.). Визначте масові частки амоніаку та амонію гідроксиду в одержаному розчині. Чому дорівнює молярна концентрація амонію гідроксиду в розчині?

19. Розрахуйте масу етиленгліколю С₂Н₄(ОН)₂, яку необхідно взяти на кожний міліграм води для приготування антифризу з температурою замерзання t = 15 С. Чому дорівнює масова частка етиленгліколю в одержаному розчині?

20. Температура кипіння розчину 12,8 г сірки в 250 г бензолу на 0,514 С вища за температуру кипіння чистого розчинника. Вивести молекулярну формулу сірки у розчиненому стані. Скільки атомів сірки складають одну молекулу цієї речовини? Ебуліоскопічна стала бензолу дорівнює 2,57 кг·К/моль.

21. Розчин, що складається з 4,6 г гліцерину С₃Н₅(ОН)₃ і 200 г ацетону (СН₃)₂СО, кипить при 56,73 С. Чистий ацетон кипить при 56,3 С. Розрахуйте ебуліоскопічну сталу ацетону.

22. Дано розчини сульфатної кислоти з концентраціями: а) 2,5% (d= 1,015 г/см³); б) 0,5 М (моль/л); в) 0,5-моляльний (d= 1,015 г/см³). Розташуйте розчини у напрямку збільшення їх масових концентрацій (г/л).

23. Визначте масову частку (%) і молярну концентрацію розчину сульфатної кислоти, одержаного змішанням 10 л 50 % розчину (d= 1,398 г/см³) і 5 л 20 % розчину (d= 1,141 г/см³).

24. Розташуйте у напрямку зростання величини зниження температури замерзання таких розчинів: а) 100 г гліцерину (С₃Н₈О₃) в 1000 г води; б) 100 г етилового спирту (С₂Н₆О) в 2000 г води; в) 100 г метилового спирту (СН₄О) в 3000 г води.

25. Які об’єми водню (d (Н₂) = 0,09 г/л) і карбону (IV) оксиду

(d (СО₂) = 1,98 г/л) треба взяти для одержання суміші газів густиною

1 г/л (тиск у системі не змінюється). Чому дорівнюють молярні та

масові частки цих газів у суміші?