Растворимость веществ

Растворимость веществ определяется концентрацией насыщенного при данной температуре раствора, которая может быть выражена в любых единицах. Часто раствори­мость дается коэффициентом растворимости К, значения которого представляют собой массу растворенного веще­ства в насыщенном растворе, приходящуюся на массу растворителя, равную 100 г. Растворимость веществ за­висит от природы растворяемого вещества и растворителя, от температуры, а для газов также и от давления. Растворимость газов, содержащихся в 1 м³ воды при давлении 1,0133· 10⁶ Па, выражается в кубических метрах газа и называется коэффици­ентом абсорбции. Растворимость газа зависит от давления, под которым нахо­дится газ, и от температуры. Зависимость растворимости газа от давления выражается законами Генри—Дальтона:

1. Масса газа, растворяющегося в данном объеме жидкости, пропорцио­нальна давлению газа на жидкость.

2. Объем газа, растворяющегося в данном объеме жидкости, не зависит от давления.

Растворение твердых веществ в воде чаще бывает про­цессом эндотермическим, так как во многих случаях при гидратации выделяется теплоты меньше, чем тратится на разрушение кристаллической решетки. Соотношение этих двух величин определяет общий тепловой эффект раст­ворения. При положительном значении Q растворимость твердых веществ с повышением температуры умень­шается, при отрицательном увеличивается.

Графическое изображение зависимости растворимости от температуры называют кривыми растворимости. Ими пользуются для определения потерь или выхода продукта при очистке веществ методом перекристаллизации.

Пример 1. Определение количества растворенного вещества, выделяю­щегося при кристаллизации раствора. Растворимость А1С1₃. при 0°С равна 44,9 г, а при 80°C — 48,6 г. Сколько соли выпадает в осадок, если 540,0 г раствора хлорида алюминия охладить от 80 до 0° С?

Решение. Масса раствора А1С1₃ равна: а) при 80°С 100 + 48,6 =148,6 г;

б) при 0°С 100 4- 44,9 == 144,9 г. При охлаждении 148,6 г раствора хло­рида алюминия в осадок выпадает

148,6—144,9=3,7 г А1С1₃.

Если охладить 540 г раствора, то в осадок выпадет

Пример 2. Определение массы газа в растворе по его растворимости.

Сколько хлористого водорода растворится в 100 л воды при 40° С и давлении 98 625 Па, если растворимость НС1 при этой температуре (и давлении 1,0133· 10⁵ Па) составляет 386 м³ на 1 м³ воды?

Решение. Определяем объем НС1, содержащегося в100 л воды при 40° С и давлении 1,0133. 10⁶ Па:

Массу НС1 вычисляем по уравнению Менделеева—Клапейрона. Моль НС1 ра­вен 36,46 г. Тогда

Пример 3. Определение процентной концентрации раствора по коэф­фициенту абсорбции газа. Коэффициент абсорбции аммиака при 0° С и р == 1,0133. 10⁵ Па равен 1300. Вычислите процентную концентрацию раствора NH₃.

Решение. Моль NH₃ равен 17,03 г. Определяем массу 1300 м³ (1,3. 10⁶ л) аммиака, содержащегося в 1 м³ воды:

Принимая массу 1 м³ воды за 1000 кг, находим, что в 1988,35 кг раствора содержится 988,35 кг NH₃, тогда в 100 кг раствора содержится NH₃ :

Процентная концентрация раствора 49,7%.

Пример 4. Определение состава газовой смеси по растворимости газов.

Газовая смесь, содержащая 21% O₂ и 79% N₂, пропущена через воду при 0°С и давлении 1.0133- 10⁵ Па. Вычислите состав газовой смеси, растворенной в воде, если растворимость кислорода и азота в воде при этой температуре и дав­лении соответственно равна 0,049 и 0,0236 м³ на 1 м³ воды.

Решение. Согласно закону Генри, растворимость газа в воде пропорцио­нальна его парциальному давлению в смеси. Определим парциальное давление газов в смеси:

Учитывая парциальные давления газов, определяем растворимость газов:

растворимость кислорода

растворимость азота

Общий объем азота и кислорода равен

0,0104+0,0189=0,0293 м³.

Тогда процентное содержание газов равно:

Кислорода 0,0104. 100/0,0293 =35,49%;

Азота 100,00 - 35,49 =64,51 %.

Задачи

21. Вычислите растворимость Ва(NО₃)₂ в воде при 20° С, если в 545 г раствора нитрата бария при этой температуре содержится 45 г соли.

22. Коэффициент растворимости CaCl₂ в воде при 100° С равен 159 г на 100 г H₂O. Сколько хлорида кальция при этой температуре содержится в 1,35 кг раствора?

23. Вычислите процентную концентрацию раствора K₂SO₄ и его коэффициент растворимости, если при 0°С 50 г раствора содержат 3,44 г сульфата калия.

24. Определите процентную концентрацию раствора и раствори­мость хлорида кобальта, если 500 г его раствора при 20°С содержат 173 г соли.

25. Растворимость CuSO₄ при 20°С равна 20,2 г, а при 100°С — 77 г. Сколько сульфата меди выпадет в осадок, если охладить 825 р раствора от 100 до 20°С?

26. Сколько выпадет в осадок карбоната калия из 770 г насы­щенного при 100°С раствора, охлажденного до 0°С, если в 100 г растворителя при 100°С содержится 155 г соли, а при 0°С 111 г К₂СО₃?

27. При охлаждении насыщенного при 90°С раствора до 25°С выкристаллизовалось 200 г соли. Сколько было взято воды и соли, если растворимость соли при 90 и 25°С соответственно составляет 42,7 и 6,9 г?

28. Растворимость диоксида углерода в воде при 0°С и давлении 1,0133·10⁵ Па равна 1,713 м³ на 1 м³ воды. Какова масса CO₂, со­держащегося в 25 л Н₂0 при этой температуре и давлении 0,745·10⁵ Па?

29. Сколько воды надо взять, чтобы растворить 250 г хлора при 10°С и давлении 1,5·10⁵ Па? Растворимость хлора при 10°С и давлении 1,0133·10⁶ Па составляет 3,148 м³ на 1 м³ воды.

30. Растворимость сероводорода при 20°С и давлении 1,0133·10⁵ Па равна 2,91 л на 1 л воды. Вычислите процентную концентра­цию полученного раствора.

31. Под каким давлением должен находиться CO₂, чтобы при растворении его в воде получился 1%-ный раствор, если коэффициент абсорбции СО₂ при 20° С равен 0,878?

32. В 0,05 л воды растворено некоторое количество хлористого водорода, занимающее при 18°С и 1,0·10⁵ Па объем, равный 4,9 л. Определите процентное содержание НС1 в растворе.

33. Коэффициент абсорбции водорода водой при 30°С составля­ет 0,017. Каково процентное содержание водорода в растворе при 30°С и давлении 96 500 Па?

34. Газовая смесь, имеющая состав 40% H₂ и 60% СО₂, раство­рялась в воде при 10°С и давлении 1,0133·10⁵ Па. Каков процентный состав газовой смеси, растворенной в воде, если коэффициенты аб­сорбции водорода и диоксида углерода соответственно равны 0,0199 и 1,194?

35. В воде при 20°С и общем давлении 2,5·10⁵ Па растворялась газовая смесь состава 15% O₂, 25% N₂ и 60% Cl₂. Растворимость этих газов соответственно равна 0,031; 0,016; 2,299 м³ на 1 м³ воды. Определите процентный состав газовой смеси, растворенной в воде.

36. Определите коэффициент растворимости КС1 при 25°С, если при этой температуре для насыщения воды массой 25 г требуется соль массой 8,75 г.

37. Для перекристаллизации нитрат калия был раст­ворен в воде массой 200 г при 80 °С до получения насы­щенного раствора, который был затем охлажден до 0°С. Какую массовую долю составят при этом неизбежные потери и выход чистой соли? К (KNO₃) при 80 °С равно 170 г, при 0°—17 г.

38. Коэффициент растворимости KNO₃ при 35 и 75 °С соответственно равен 55 и 150 г. Соль какой массы потре­буется для приготовления насыщенного при этих темпе­ратурах растворов массой 60 г каждый?

39. В насыщенном при 90°С растворе К₂Сr₂О₇ мас­совая доля соли составляет 45,2%. Какова растворимость К₂Сr₂О₇ при этой температуре, выраженная величиной коэффициента растворимости?

40. Для получения насыщенного при 75 °С раствора NaNO₃ была взята вода объемом 500 мл. Полученный раствор охлажден до 10 °С. Определите выход перекристал­лизованной соли, если для нее коэффициент растворимости при указанных температурах соответственно равен 142 и 80 г.