LR_T_d_svoistva_rastvorov_neehlektrolitov (1)

Задача I. 1.5 Давление паров ртути над амальгамой, содержащей 1,14г олова в 100г ртути, равно 1005 гПа. Определить давление паров чистой ртути при той же температуре.

Задача I. 1.6 Вычислить давление паров воды над 25% по массе раствором глюкозы С6Н12О6 при 20оС. Давление паров воды при этой температуре равно 23,1 гПа.

Задача I. 1.7 Рассчитать общее давление пара над раствором этанол - бензол при хбензола = 0,4. Парциальное давление паров этанола над раствором 33,5 мм рт.ст., бензола 60,5 мм рт.ст.

Задача I. 1.8. Определить парциальное давление воды над 10 мас.% раствором глицерина С3Н8О3 в воде. При 298 К парциальное давление паров воды над чистой водой равно 3159 Па.

Задача I. 1.9 Давление паров этилового эфира (С2Н5ОС2Н5) при 20о С равно 589 гПа. Вычислить давление паров эфира над раствором, содержащим 15г бензальдегида (мольная масса 106,05) в 100 г эфира.

Задача I. 1.10 При 140оС давление пара С6Н5Сl равно 1252 гПа,а давление пара С6Н5Br - 661 гПа. Жидкости образуют идеальный раствор. Определить состав смеси, кипящей под общим давлением 1013 гПа.

Задача I. 1.11 При переработке титановых шлаков методом хлорирования образующиеся тетрахлориды титана и кремния конденсируют совместно. При 30оС давление пара TiCl4 составляет 18 мм.рт.ст., а SiCl4 составляет 320 мм.рт.ст. Вычислить давление пара расплава, содержащего 90 мас% TiCl4 и 10мас% SiCl4.

Задача I. 1.12 При некоторой температуре давление пара над раствором, содержащим 62 г фенола С6Н5ОН в 60 моль эфира, равно 0,507. 105 Па. Найдите давление пара эфира при этой температуре.

Задача I. 1.13. 63 ,4 г сахара (С12Н22О11) растворяют в 1000 г воды. Давление паров воды при 20оС равно 2,315 кПа. Рассчитать давление пара над раствором при этой температуре.

Задача I.1.14. В 100 г эфира растворено 10 г нелетучего вещества. Давление пара над раствором при 20оС равно 56,78 кПа, давление пара

21

растворителя при тех же условиях равно 59,0 кПа. Вычислить молекулярную массу растворенного вещества.

Задача I. 1.15. Давление паров воды при 40оС равно 7375 Па. Рассчитать давление пара над раствором 9,206 г глицерина в 360 г воды при той же температуре.

Задача I. 1.16. Найти при 65о С давление пара над раствором, содержащим 68 г сахарозы в 190 г воды, если давление насыщенного пара над водой при той же температуре равно 25 кПа (187,5 мм.рт.ст.).

Задача I. 1.17 Давление пара воды при 313 К равно 7375.4 Па. Вычислите при данной температуре давление пара раствора, содержащего 8,9 г NaNO3 в 1000 г воды. Кажущаяся степень диссоциации NaNO3 в указанном растворе равна 65%.

Задача I. 1.18. При 25оС давление насыщенного пара воды составляет 3,166кПа (23,75 мм.рт.ст.). Найти при той же температуре давление насыщенного пара над 5 мас.% -ным водным раствором СО(NH2)2.

Задача I. 1.19. Какова должна быть мас.% концентрация водного раствора сахара (С12Н22О11), если величина понижения давления пара составляет 5% от давления пара чистого растворителя?

Задача I. 1.20. Массовая доля неэлектролита в водном растворе 63 %. Рассчитайте молекулярную массу этого неэлектролита, если при 20оС давление водяного пара над раствором равно 1399,40 Па. Давление паров воды при данной температуре равно 2335,42 Па.

Задача I. 1.21. При 293 К давление насыщенного пара над водой равно 2,34 кПа ( 17,53 мм.рт.ст.). Сколько граммов глицерина (С3Н5(ОН)3) надо растворить в 480 г воды, чтобы понизить давление пара на 133,3 Па

(1мм.рт.ст.).

Задача I. 1.22. Давление пара раствора, содержащего 2,21 грамм CaCl2 и 100 грамм воды при 293К, равно 2319.8 Па, а давление пара воды при той же температуре 2338,5 Па. Вычислите кажущуюся степень диссоциации хлорида кальция.

2. Повышение температура кипения идеального раствора.

22

Эбулиоскопия.

Жидкость закипает, когда давление ее насыщенного пара сравнивается с внешним давлением.

Т.к. по закону Рауля раствор имеет пониженное давление пара по сравнению с чистым растворителем, его необходимо нагреть выше

температуры		кипения	чистого		растворителя, чтобы достичь внешнего
давления.
	Повышение температуры кипения разбавленного раствора :
				Тк	= Тк р-ра	− Ток	;		(40)
где	Тк р-ра	- температура кипения раствора; Ток - температура							кипения
чистого растворителя;
	Повышение температуры кипения пропорционально							концентрации
раствора:
				Тк = КЭ . mB ,					(41)
mB - моляльность раствора;
КЭ	- эбуллиоскопическая			постоянная		растворителя,		или	молярное
повышение температуры кипения, т.к.
при	mB = 1моль , Тк		= КЭ [град/моль] .
					или				(42)
где
Toк - температура кипения чистого растворителя;.
исп. - удельная теплота испарения растворителя;
М - молекулярная масса растворителя;
Ноисп - молярная теплота испарения растворителя;
R - универсальная газовая постоянная равная 8,314 Дж/мольК.
	Таким	образом,	КЭ -	эбуллиоскопическая			постоянная		является
величиной,		характерной для данного растворителя.
Например:		для воды	КЭ Н2О = 0,512 град/моль;

для бензола КЭ С6Н6 = 2,60 град/моль;

Повышение температуры кипения раствора является коллигативным свойством: зависит от концентрации раствора и природы растворителя, и не зависит от природы растворенного вещества.

23

Для диссоциирующих растворенных веществ увеличивается количество частиц в растворе и увеличивается повышение температуры кипения; оно определяется как :

	Тк = i КЭ		. mB	,	(43)
где i – изотонический коэффициент.		i =	1 + ( - 1 ) ;
- степень диссоциации,	- число	частиц,		на которые	диссоциирует
молекула.

Определение молекулярной массы растворенного вещества эбуллиоскопическим методом.

Эбулиоскопия – это физико-химический метод исследования жидких растворов нелетучих веществ, основанный на измерении повышения температуры кипения раствора по сравнению с чистым растворителем Тк.

Эбулиоскопию можно использовать для определения молекулярной массы растворенного вещества. Если известна масса растворителя А (gA ) и масса растворенного вещества B (gB) , можно рассчитать моляльность раствора (3):

где - число молей растворенного вещества В .

Подставив это выражение в уравнение (41) Тк = КЭ . mB , получим:

				(44)
Если	экспериментально	определить повышение температуры кипения
раствора	(40) Тк = Тк	р-ра − Ток	, тогда	можно рассчитать
молекулярную массу растворенного вещества МВ .
			;	(45)

Примеры решения задач

Пример I.3 Хлороформ кипит при температуре 60,2оС. Определить температуру кипения раствора, содержащего 0,2 моль нелетучего растворенного вещества в 1000 г хлороформа. Молярная теплота испарения хлороформа 31,64 кДж / моль.

24

Решение: Повышение температуры кипения раствора находим по формуле (40) и (41): Ткип = Тк р-ра - Ток = КЭ mB ,

где моляльность раствора mB = 0,2

эбуллиоскопическая константа КЭ рассчитывается по выражению:

Ткип. = 1,4 . 0,2 = 0,28 град.

Следовательно, температура кипения раствора:

Ткип р-ра = 333,2 + 0,28 = 333,48 град.

Пример I.4 При растворении 0,6 г некоторого вещества неэлектролита в 25 г воды температура кипения раствора повышается на 0,204оС. При растворении 0,3 г этого же вещества в 20 г бензола температура кипения раствора повышается на 0.688оС. Определить эбуллиоскопическую постоянную бензола , если КЭ Н2О= 0,512 град/моль.

Решение: 1) Определяем молекулярную массу растворенного вещества в водном растворе по уравнению (45):

;

Из этого же уравнения находим эбуллиоскопическую постоянную бензола:

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Задача I. 2.1. При растворении 3,24 г серы в 40 г бензола температура кипения бензола повысилась на 0,81 К. Из скольких атомов состоит молекула серы в растворе?

Задача I. 2.2. Температура	кипения сероуглерода СS2	46,2оС.
Эбулиоскопическая константа	равна 2,3 град/моль. В 50 г СS2	растворено

0,9373 г бензойной кислоты. Полученный раствор кипит при 46,39оС . Вычислить молярную массу бензойной кислоты.

25

Задача I. 2.3. Определить температуру кипения раствора 1 г нафталина С10Н8 в 20 г эфира, если температура кипения эфира равна 35,6оС, молярное повышение температуры составляет 2,16 град/моль.

Задача I. 2.4. Жидкая SO2 кипит при 10оС. Теплота испарения ее при этой температуре 25,52 кДж/моль. Вычислить температуру кипения раствора, содержащего 1 моль SO3 на 20 моль SO2.

Задача I. 2.5. Температура кипения бензола равна 80,1оС. Его теплота испарения 30,77 кДж/моль. Определить температуру кипения раствора, содержащего 0,01 мольную долю нелетучего вещества в бензоле.

Задача I. 2.6. Раствор, содержащий 0,5 г нелетучего растворен ого вещества с мольной массой 182 в 42 г бензола, кипит при 80,27оС. Температура кипения чистого бензола 80,1оС. Определить молярную теплоту испарения чистого бензола.

Задача I. 2.7. Растворение 1,2324 г нафталина в 88,26 г этилового эфира повысило температуру кипения эфира на 0,234оС по сравнению с температурой кипения чистого эфира 34,0оC . Вычислить молярную теплоту испарения чистого эфира.

Задача I. 2.8. Определить температуру кипения 10% раствора хлоруксусной кислоты (CH2Cl2COOH), если она диссоциирует на 13%, распадаясь на два иона. Эбулиоскопическая постоянная воды 0,512 К/моль.

Задача I. 2.9. Раствор, содержащий 0,217 г серы и 19,18 г CS2 , кипит при 319,304 К. Температура кипения чистого CS2 равна 319,2 К. Эбулиоскопическая постоянная CS2 равна 2,37 К/моль. Сколько атомов серы содержится в молекуле серы, растворенной в CS2?.

Задача I. 2.10. Проба некоторой органической кислоты (СnH2n-3COOH) массой 1,263 г растворена в 500 г CCl4. Температура кипения раствора составила 76,804оС. Определите значение n в формуле кислоты, если Ткип (ССl4) = 76,76оС, а моляльная эбуллиоскопическая постоянная равна 4,88 град/моль.

Задача I. 2.11. При растворении 1,4511 г дихлоруксусной кислоты в 56,87 г ССl4 точка кипения повышается на 0,518 град. Температура кипения ССl4 равна 76,75оС, теплота испарения 46,5 кал/г. Какова молярная масса кислоты?

26

Задача I. 2.12. Чистая вода кипит при 373.2К Определить температуру кипения раствора, содержащего 3,3 г хлорида кальция в 0,1 кг воды. Кажущаяся степень диссоциации CaCl2 составляет 68%. Эбуллиоскопическая константа воды 0.512 град/моль.

Задача I. 2.13. Раствор, содержащий 7,5 г KCl в 500 г воды, кипит при 100,19оС. Моляльное повышение температуры кипения воды составляет 0,512град/моль. Определить кажущуюся степень диссоциации KCl в водном растворе.

Задача I. 2.14. В 1,5 кг воды растворено 0,12 кг сахара (С12Н22О11). Вычислите температуру кипения этого раствора, если теплота испарения воды равна

2256,7 кДж/кг.

Задача I. 2.15. В 10,6 г раствора содержится 0,4 г салициловой кислоты, растворенной в этиловом спирте. Этот раствор кипит при температуре на 0,337о выше чистого спирта. Молекулярное повышение температуры кипения этилового спирта 1,19 град/моль. Определите молекулярную массу салициловой кислоты.

Задача I. 2.16. При какой температуре кипит водный 1% - ный раствор хлорида кальция (СаCl2), если считать, что соль полностью диссоциирует в растворе. Моляльное повышение температуры кипения воды составляет 0,512град/моль.

Задача I. 2.17 Удельная теплота испарения воды равна 2255 кДж/кг. Определите при какой температуре будет кипеть водный раствор, содержащий 0.005 моль растворенного нелетучего вещества в 0,200 кг воды?

Задача I. 2.18. Определите кажущуюся степень диссоциации HIO3 в растворе, содержащем 0,506 г HIO3 в 22.48 г этилового спирта. Раствор кипит при 351,624 К, чистый этиловый спирт кипит при 351,46 К. Моляльное повышение температуры кипения спирта 1,19 град/моль.

Задача I. 2.19. Раствор, содержащий 50 г сахара в 400 г воды закипает при 100,187оС. Определите молекулярную массу сахара, если моляльное повышение температуры кипения воды составляет 0,512 град/моль.

27

пл.

М

28

где:

Toпл

Задача I. 2.20. При какой температуре закипит 5 мас.% раствор Na2SO4, если кажущаяся степень диссоциации сульфата натрия 0,8. Моляльное повышение температуры кипения воды составляет 0,512 град/моль.

3. Понижение температуры замерзания идеального раствора.

Криоскопия.

Температура замерзания чистого растворителя определяется условием равенства давления его пара над жидкой и твердой фазами. При замерзании разбавленного раствора сначала кристаллизуется чистый растворитель. Т.к. по закону Рауля раствор имеет пониженное давление пара по сравнению с чистым жидким растворителем, его давление пара сравнивается с давлением пара над твердой фазой при более низкой температуре.

Понижение температуры замерзания разбавленного раствора :

ТЗ = ТоЗ − ТЗ р-ра		(46)
где ТоЗ - температура замерзания	чистого	растворителя; ТЗ р-ра -
температура замерзания раствора.
Понижение температуры замерзания пропорционально концентрации
раствора:
ТЗ = Ккр . mB		(47)
mB - моляльность раствора;
Ккр - криоскопическая постоянная растворителя,		или молярное понижение
температуры затвердевания раствора, т.к.	при mB = 1моль ,
Тк= Ккр [град/моль].
или		(48)

- температура плавления чистого растворителя; - удельная теплота плавления растворителя; - молекулярная масса растворителя;

Нопл- молярная теплота плавления растворителя;

R - универсальная газовая постоянная равная 8,314 Дж/мольК.

Таким образом, Ккр - криоскопическая постоянная является величиной, характерной для данного растворителя.

Например: для воды Ккр Н2О = 1,86 град/моль; для бензола Ккр С6Н6 = 5,16 град/моль.

Понижение температуры замерзания раствора является коллигативным свойством: зависит от концентрации раствора и природы растворителя, и не зависит от природы растворенного вещества.

Для диссоциирующих растворенных веществ увеличивается количество частиц в растворе, а следовательно понижение температуры замерзания раствора будет больше:

	ТЗ = i Ккр . mB		,	(49)
где i – изотонический коэффициент.		i = 1 + ( - 1 ) ;
- степень диссоциации,	- число	частиц,	на которые	диссоциирует
молекула.

Определение молекулярной массы растворенного вещества криоскопическим методом.

Криоскопия – это физико-химический метод исследования жидких растворов нелетучих веществ, основанный на измерении понижения

температуры	начала	замерзания	раствора,		по сравнению	с чистым
растворителем	ТЗ.
Криоскопию часто используют для определения молекулярной массы
растворенного вещества. Если известна				масса	растворителя А	(gA ) и
масса растворенного		вещества B (gB)		, то с	учетом того, что моляльность

раствора рассчитывается как (3):

где - число молей растворенного вещества В .

Подставив это выражение в уравнение ТЗ = Ккр. mB , получим:

29

		;	(50)
Если	экспериментально	определить	понижение температуры
замерзания раствора (46) ТЗ		= ТоЗ − ТЗ р-ра,	тогда можно рассчитать
молекулярную массу растворенного вещества МВ .
		;	(51)

Примеры решения задач

Пример I.5 Вычислите криоскопическую константу воды, если водный раствор этилового спирта с концентрацией 11,3 мас% замерзает при -5оС.

Решение: Формула, описывающая понижение температуры кристаллизации от концентрации раствора (47): ТЗ = Ккр. mB ;

С учетом пересчета массовой концентрации на моляльность используем уравнение (50) :

Примем, что масса этилового спирта равна 11,3 г , а воды 88,7 г. Молекулярная масса этилового спирта равна 46,07. Отсюда получаем:

Пример I.6 Техническая уксусная кислота замерзает при 16,4оС. Температура замерзания чистой уксусной кислоты 16,7оС, ее криоскопическая константа равна 3,9 град/моль. Определить концентрацию примесей в технической уксусной кислоте.

Решение: 1) Определяем понижение температуры замерзания уксусной кислоты в присутствие примесей (46):

ТЗ = ТоЗ - ТЗр-ра = 16,7 – 16,4 = 0,3 град

2) Из формулы (47) ТЗ = Ккр . mB , определяем содержание примесей в

1000 г уксусной кислоты:
mB = ТЗ / Ккр	= 0,3 / 3,9	0,8 моль/1000 г растворителя.
30