Общая химия

Второе следствие из закона Рауля: температура замерзания раствора ниже, чем у чистого растворителя. Понижение температуры замерзания (депрессию) находят по формуле:

tзам. = tзам. р-ля – tзам. р-ра. Понижение температуры замерзания раствора прямо пропорционально моляльной концентра-

ции раствора.

Для неэлектролитов: tзам. = Ккр. b или

ника для растворителя (см. табл. 7). Для любого водного рас-

твора Ккр. = 1,86.

Криоскопия – это методы исследования, связанные с измерением температуры замерзания растворов.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К ТЕМЕ VI. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ

Выберите один правильный ответ

1.ЗНАЧЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ГАЗОВОЙ ПОСТОЯННОЙ

ВСИ:

1)0,082 л·атм/моль·К

2)8,31 Дж/моль·К

3)82,4 л·мм рт.ст./моль·К

2.ЕСЛИ ДАВЛЕНИЕ ДАНО В АТМОСФЕРАХ, ТО ДЛЯ РАСЧЕТА ОСМОТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ R РАВНАЯ

1)0,082 л·атм/моль·К

91

2)8,31 Дж/моль·К

3)82,4 л·мм рт.ст./моль·К

3.ЕСЛИ ДАВЛЕНИЕ ДАНО В ММ РТ.СТ., ТО ДЛЯ РАСЧЕТА ОСМОТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ R РАВНАЯ

1)0,082 л·атм/моль·К

2)8,31 Дж/моль·К

3)82,4 л·мм рт.ст./моль·К

4.ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ R = 8,31 ДЖ/МОЛЬ·К ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ ПОЛУЧАЕТСЯ В:

5.УРАВНЕНИЕ π = CRT – ЭТО УРАВНЕНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ОСМОТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ РАСТВОРА

1)электролита

2)неэлектролита

3)ВМС

4)КДС

6.ИЗОТОНИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ РАСТВОРА ЭЛЕКТ-

9. ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТОЧКА (ИЭТ) ЖЕЛАТИНА РАВНА 4,8. ЗНАЧЕНИЕ РН, ПРИ КОТОРОМ ОСМО-

92

ТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ РАСТВОРА ДАННОГО БЕЛКА БУДЕТ МИНИМАЛЬНЫМ

1) 3,7 2) 4,0 3) 4,7 4) 5,3

10. САМОЕ НИЗКОЕ ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ ПРИ ОДИНАКОВОЙ МАССОВОЙ ДОЛЕ РАСТВОРЕННОГО

11.УРАВНЕНИЕ ВАНТ-ГОФФА ДЛЯ РАСЧЕТА ОСМОТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ В РАСТВОРАХ ВЫВЕДЕНО ПО АНАЛОГИИ С

1)законом Гесса

2)законом Менделеева-Клапейрона.

3)законом Дальтона

4)законом Генри

πплазмы крови

13.ИЗОТОНИЧЕСКИМИ ПО ОТНОШЕНИЮ К ЦЕЛЬНОЙ КРОВИ (πкрови = 7,63 атм) ЯВЛЯЕТСЯ РАСТВОР

1)NaCl С = 0,3 моль/л

2)NaCl ω = 5 %

3)NaCl С = 0,15 моль/л

4)С6Н12О6 ω = 0,9 %

14.С ЭРИТРОЦИТАМИ ПРИ 37ОС В 3 % РАСТВОРЕ NACl ПРОИЗОЙДЕТ

93

15.С ЭРИТРОЦИТАМИ ПРИ 37ОС В ДИСТИЛЛИРОВАННОЙ ВОДЕ ПРОИЗОЙДЕТ

1)сморщивание

2)синерезис

3)гемолиз

4)плазмолиз

16.НАИБОЛЕЕ НИЗКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ОСМОМОЛЯЛЬНОСТИ ИМЕЕТ

1)слезная жидкость π = 10,80 атм

2)плазма крови π = 7,4 атм

3)цельная кровь π = 7,63 атм

4)спинно-мозговая жидкость π = 6,86 атм

17.МЕТОД ЭБУЛИОМЕТРИИ ОСНОВАН НА

1)эффекте повышения температуры кипения растворов по сравнению с чистым растворителем

2)эффекте понижения температуры кипения растворов по сравнению с чистым растворителем

3)эффекте повышения температуры замерзания растворов по сравнению с чистым растворителем

4)эффекте понижения температуры замерзания растворов по сравнению с чистым растворителем

18.НАИБОЛЬШЕЕ СНИЖЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОГО ПАРА ВОДЫ ИМЕЕТ МЕСТО ПРИ РАСТВОРЕНИИ В ВОДЕ (МОЛЬНЫЕ ДОЛИ ОДИНАКОВЫ)

19.РОР-ЛЯ = 10 кПА. ПРИ МОЛЬНОЙ ДОЛЕ НЕЭЛЕКТРОЛИТА В РАСТВОРЕ, РАВНОЙ 0,005, ИЗМЕНЕНИЕ

20.ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ РАСТВОРА, ПРИГОТОВЛЕННОГО РАСТВОРЕНИЕМ 36 Г ФРУКТОЗЫ В 100 Г

94

21.ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ РАСТВОРА, ПРИГОТОВ-

ЛЕННОГО РАСТВОРЕНИЕМ 74,5 Г КСl В 1 Л ВОДЫ, СОСТАВЛЯЕТ В ОС

22.НАИБОЛЬШЕЕ СНИЖЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОГО ПАРА ВОДЫ ИМЕЕТ МЕСТО ПРИ РАСТВО-

РЕНИИ В ВОДЕ (МОЛЬНЫЕ ДОЛИ ОДИНАКОВЫ) 1) мочевины СО(NH2)2 2) AlCl3 3) KCl 4) CaCl2

23.ТЕМПЕРАТУРА ЗАМЕРЗАНИЯ РАСТВОРА ЭТИЛОВОГО СПИРТА, ПРИГОТОВЛЕННОГО РАСТВОРЕНИЕМ

46 Г ЭТАНОЛА В 100 МЛ ВОДЫ, СОСТАВЛЯЕТ В ОС: 1) -5,2 2) -1,86 3) -18,6 4) -26,7

24.ТЕМПЕРАТУРА ЗАМЕРЗАНИЯ РАСТВОРОВ С ОДИНАКОВОЙ МОЛЯЛЬНОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ УМЕНЬШАЕТСЯ В РЯДУ

1)А1С13, СаС12, КСl

2)А1С13, NaCl, CH3COOH

3)C2H5OH, NaCl, CaCl2

4)Fe2(SO4)3, AlCl3, FeCl3

25.С ОДИНАКОВОЙ МОЛЯЛЬНОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ ПРИ БОЛЕЕ НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ ЗАМЕРЗАЕТ РАСТВОР

1)мочевины СО(NH2)2

2)СН3СООН (α = 0,013)

3)СаС12

4)KNO3

26.ДЛЯ РАЗБАВЛЕННЫХ РАСТВОРОВ ЭТАНОЛА И ГЛЮКОЗЫ С ОДИНАКОВЫМИ ЗНАЧЕНИЯМИ МАССОВОЙ ДОЛИ РАСТВОРЕННОГО ВЕЩЕСТВА СПРАВЕДЛИВО УТВЕРЖДЕНИЕ

1)∆tзам.(этанола) ~ ∆tзам.(глюкозы)

2)∆tзам.(этанола) > ∆tзам.(глюкозы)

3)∆tзам.(этанола) < ∆tзам.(глюкозы)

4)tзам.(этанола) ~ tзам.(глюкозы)

95

27.ДЛЯ РАЗБАВЛЕННЫХ РАСТВОРОВ ГЛЮКОЗЫ И МОЧЕВИНЫ С ОДИНАКОВЫМИ ЗНАЧЕНИЯМИ МАССОВОЙ ДОЛИ РАСТВОРЕННОГО ВЕЩЕСТВА СПРАВЕДЛИВО УТВЕРЖДЕНИЕ

1)∆tкип.(моч.) ~ ∆tкип.(глюкозы)

2)∆tкип.(моч.) < ∆tкип.(глюкозы)

3)tкип.(моч.) < tкип.(глюкозы)

4)tкип.(моч.) > tкип.(глюкозы)

Ответы к тесту на стр. 232

Тестовые задания для самоконтроля по теме VI на стр. 301 Ответы к тестовым заданиям для самоконтроля по теме VI на стр. 313

ТЕМА VII. ПРОИЗВЕДЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ (ПР)

7.1. Понятие о произведении растворимости

Прежде всего, отметим, что абсолютно нерастворимых в воде химических соединений нет. Все соединения в той или иной степени в воде растворимы. Так при 20оС растворимость карбоната кальция СаСО3 в 1 л воды составляет 14 мг/л, а растворимость сульфата бария BaSO4 – 0,285 мг/л. Молярные концентрации здесь невелики. Но легко рассчитать, что, например, даже в случае весьма мало растворимого в воде сульфата бария

число ионов Ва2+ и SO24 в 1 л насыщенного раствора огромно

(примерно по 1017 каждого из них), и присутствие этих ионов может существенно изменять свойства раствора (например, его электрическую проводимость).

Поведение в водных растворах малоили нерастворимых соединений обсуждается в теории произведения растворимости

(ПР).

При внесении в воду какого-либо плохо растворимого вещества, растворение прекращается, когда получается насыщенный раствор, т.е. когда между растворяемым веществом (твердая фаза) и находящимися в растворе ионами того же ве-

96

щества устанавливается равновесие. Это равновесие называется гетерогенным равновесием. Например, после внесения в воду плохо растворимого хлорида серебра AgCl, установилось равновесие и получен насыщенный раствор. Запишем уравнение гетерогенного равновесия:

AgCl(к) Ag Cl

насыщ. р- р

Данное равновесие можно охарактеризовать константой равновесия:

При данной температуре концентрация хлорида серебра есть величина постоянная. Если Кравн. и [AgCl(к) ]при данной

температуре имеют постоянные значения, то и их произведение Кравн. [AgCl(к) ]- тоже постоянная величина. Следовательно,

можно записать:

Кравн. [AgCl(к) ] [Ag ][Cl ] const

Новая константа называется произведением растворимости (ПР). Запишем выражение ПР для хлорида серебра:

ПР = [Ag+][Cl-].

Произведением растворимости называется произведение равновесных концентраций ионов в насыщенном растворе над осадком малорастворимого электролита в степени, отвечающей числу этих ионов, возникающих при переходе данного соединения в раствор.

Например, для малорастворимого соединения фторид кальция CaF2 запишем уравнение гетерогенного равновесия:

CaF2(к) Ca 2 2F

насыщ.р - р

Тогда выражение ПР имеет вид:

ПР(CaF2 ) [Ca2 ] [F ]2.

Из справочников по химии можно узнать, что ПР при данной температуре величина постоянная (см. табл. 5).

97

7.2. Насыщенные, ненасыщенные, пересыщенные растворы с точки зрения теории произведения растворимости

Введем понятие произведения концентраций (ПК). Про-

изведение концентраций (ПК) ионов – это произведение неравновесных концентраций ионов (зависит от условий задачи), отвечающих числу ионов, которые образуются при диссоциации соединения в растворе.

Например, уравнение гетерогенного равновесия для фосфата кальция Са3(РО4)2:

Са3(РО4 )2(к) 3Са2 2РО34

Выражение ПР для этого соединения:

ПР [Ca2 ]3 [PO34 ]2.

Выражение ПК:

ПК С3 2 С2 3 .

Са РО4

ССа2 или СРО34- - молярные неравновесные концентра-

ции ионов, которые зависят от условий задачи.

С точки зрения теории ПР все растворы делятся на насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные.

Раствор, в котором произведение концентраций ионов равно ПР, называется насыщенным (ПК = ПР). В данном случае наблюдается равновесие: осадок ↔ насыщенный раствор.

Раствор, в котором произведение концентраций ионов меньше величины ПР, называется ненасыщенным (ПК < ПР). В этом случае осадка не будет.

Раствор, в котором произведение концентраций ионов больше величины ПР, называется пересыщенным (ПК > ПР). В растворе будет образовываться осадок этого соединения, т.к. пересыщенный раствор неустойчив, быстро переходит в насыщенный, что и приводит к образованию осадка. Образованию осадков способствует понижение температуры, т.к. снижается величина ПР и раствор оказывается пересыщенным.

Условием образования осадка является превышение произведения концентрации ионов ПК малорастворимого силь-

98

ного электролита над величиной ПР. Зная концентрации ионов в растворе, можно прогнозировать направление гетерогенного процесса. Если ПК> ПР (раствор пересыщенный), то произойдет образование твердой фазы, т.е. осадка. Выпадение осадка продолжается до тех пор, пока раствор не станет насыщенным.

Впроцессе образования осадка можно выделить три стадии:

1)возникновение зародышей(центров) кристаллизации;

2)рост кристаллов из зародышей;

3)агрегация кристаллов с образованием поликристаллического осадка. Эти стадии протекают с разной скоростью. Стадией лимитирующей скорость гетерогенного процесса является самая медленная реакция - образования центров кристаллизации. Поэтому при достижении условия: ПК> ПР не всегда сразу же образуется осадок. Эта стадия может требовать для своего завершения нескольких часов, а то и суток. В некоторых случаях кристаллизация малорастворимого электролита, ограничивается только возникновением его микрокристаллов, которые стабилизируются, и при этом образуется лиофобный коллоидный ультрамикрогетерогенный раствор (см. раздел 9.2).

7.3.Практическое применение ПР. Растворимость веществ

Если известно произведение растворимости, его можно использовать для вычисления растворимости вещества при заданной температуре. Чем меньше величина ПР, тем труднее растворим электролит.

Введем понятие растворимости. Обозначим ее через S (моль/л).

Растворимость – S – это молярная концентрация в насыщенном растворе, она показывает, сколько моль данного вещества растворяется в 1 л воды.

Растворимость также принято выражать в г/л: S (г/л) = S (моль/л) · М,

где М – молярная масса вещества в г/моль. Произведение растворимости плохо растворимого со-

единения можно вычислить по данным его растворимости в моль/л.

99

7.4. Условия растворения осадков

Осадок растворяется, если гетерогенное равновесие смещается вправо, при этом насыщенный раствор переходит в ненасыщенный путем связывания одного из ионов труднорастворимого электролита в более прочные частицы:

слабый электролит;

менее растворимое вещество, ПР которого меньше;

газ;

комплексный ион.

Кроме того, на растворение осадков влияет температура. С ростом температуры возрастает и величина ПР. Раствор оказывается ненасыщенным (при высокой температуре), т.е. выполняется неравенство ПР > ПК.

Пример 1. Объяснить с точки зрения теории ПР, почему гидроксид меди (I) растворяется при добавлении аммиака?

Ионы Ag ,Cu2 ,Cu образуют аммиачные комплек-

сы общей формулы [Men (NH3 )2n ]n , где n – заряд иона.

Схема поведения осадка:

Ионы Cu и молекулы NH3 образуют комплексный

ион: [Cu(NH3 )2 ] .

Запишем уравнение реакции:

Cu(OH)(к) 2NH3 H2O [Cu(NH3 )2 ]OH 2H2O

Ионы насыщенного раствора связываются в прочные комплексные соединения, гетерогенное равновесие смещается вправо. Осадок CuOH растворяется в аммиаке.

Пример 2. Будет ли гидроксид алюминия растворяться в минеральных кислотах и щелочах?

100