4.9 Расчеты по уравнениям реакций. Закон эквивалентов

Пример 15. На нейтрализацию 200 мл раствора щелочи израсходовано 300 мл 0,3 н раствора кислоты. Определите нормальную концентрацию раствора щелочи. Дополните условие задачи так, чтобы можно было определить: а) молярность; б) процентную концентрацию. Произведите расчет.

Решение: Зная, что объемы нормальных объемов веществ, вступивших в реакцию, обратно пропорциональны нормальным концентрациям веществ в растворах, запишем V₁:V₂=C_н2:С_н1 или V₁:С_н1=V₂:С_н2,

откуда 200·у = 300·0,3. (3)

Это соотношение легко вывести. Известно, что всегда количества моль-эквивалентов двух веществ, вступающих в реакцию, равны. Определим количество моль-эквивалентов кислоты, вступившей в реакцию.

1000 мл раствора содержат 0,3 моль-экв. кислоты

300 мл раствора содержат х моль-экв. кислоты

кислоты.

Находим количество моль-эквивалентов щелочи.

1000 мл раствора содержат у моль-экв. щелочи

200 мл раствора содержат z моль-экв. щелочи

щелочи.

Эти количества моль-эквивалентов кислоты и щелочи равны или

что аналогично соотношению (3).

Отсюда можно определить нормальную концентрацию раствора щелочи

Чтобы определить молярную концентрацию, следует ввести в условие задачи основность щелочи (z), т.е. количество гидроксильных групп, входящих в ее молекулу. Если их количество равно 1, то молярная концентрация будет соответствовать нормальной; если 2, молярность будет в 2 раза ниже нормальности раствора: С_нА= z·С_мА

Чтобы определить процентную концентрацию, следует ввести значение плотности раствора и указать, какая щелочь взята.

Предположим, взят раствор едкого калия и плотность раствора равна 1,1. Производим расчет.

Масса 1 л раствора равна 1100 г (1,1·1000), масса грамм - молекулы КОН 56 г. Составим пропорцию:

в 1100 г раствора содержится (56·0,45) г КОН;

в 100 г раствора содержится х₁ г КОН;

или 22,9 %.

Пример 16. Определить нормальность раствора КОН, если на нейтрализацию 35 мл 0,3 н Н₃РО₄ израсходовано 20 мл раствора КОН.

Решение: "Золотое правило":

5 Диффузия и осмос

В разбавленных растворах неэлектролитов молекулы растворенного вещества практически не взаимодействуют друг с другом из-за большого расстояния между ними. Поведение этих молекул в растворе аналогично поведению молекул идеального газа. Если, например, налить в стакан концентрированный раствор сахара, а сверху слой чистой воды, то через некоторое время концентрация молекул сахара станет одинаковой во всем объеме раствора. Такое взаимное проникновение молекул называется диффузией.

Иная картина наблюдается, если вода и раствор сахара разделены пористой полупроницаемой перегородкой (мембраной - целлофан, животный пузырь и т.д.), через которую свободно проходят молекулы воды, но не могут проникать молекулы сахара. Если в сосуд из полупроницаемой мембраны, переходящей сверху в узкую трубку (рисунок 2), налить раствор сахара и погрузить в чистую воду, то выравнивание концентраций будет происходить только за счет молекул воды, которые в большем количестве диффундируют в раствор, чем обратно.

1-сосуд с полупроницаемыми стенками;

2-сосуд с водой;

3-трубка

Рисунок 2- Схема прибора для измерения осмотического давления раствора

(осмометр)

В результате уровень жидкости в трубке повышается, концентрация раствора уменьшается. Такая односторонняя диффузия через полупроницаемую мембрану называется осмосом. В сосуде с раствором создается давление, под действием которого жидкость поднимается в трубке до тех пор, пока не наступит равновесие (осмос прекращается). Давление столба жидкости в трубке, которое необходимо и достаточно для прекращения осмоса, называется осмотическим давлением. На основании измерения осмотического давления при различных концентрациях и температурах было установлено, что осмотическое давление раствора пропорционально концентрации растворенного вещества и абсолютной температуре раствора.

Сходство в поведении разбавленных растворов неэлектролитов с идеальными газами голландский химик Вант-Гофф выразил в виде закона:

осмотическое давление разбавленного раствора равно тому газовому давлению, которое производило бы растворенное вещество, если бы оно при той же температуре находилось в газообразном состоянии и занимало объем, равный объему раствора. Для количественной оценки характеристики осмотического давления Вант-Гофф воспользовался уравнением газового состояния pV=nRT:

π_осмV=nRT,

где π-_осм осмотическое давление, кПа;

V – объем раствора, л;

n- число молей растворенного вещества;

R - универсальная газовая постоянная;

Т - абсолютная температура.

Несколько преобразуя уравнение, найдем

где С_м - концентрация раствора, моль/л .

Тогда π_осм=С_мRT, кПа.

Заменив молярную концентрацию выражением m/(MV),

где m - масса растворенного вещества в 1 л раствора, М - его молекулярная масса, а V - объем раствора, получим

Отсюда, зная осмотическое давление (измерив его), легко можно вычислить молекулярную массу растворенного вещества.

Пример 17. Вычислить осмотическое давление раствора, содержащего

63 г глюкозы С₆H₁₂O₆  в 1,4 л раствора при 0 ºС.

Решение:

M (С₆H₁₂O₆ )=180 г;

R=8,314 кДж/(моль К)*;

T=t+273=0+273=273К.

*) Величина газовой постоянной выбирается в зависимости от того, в каких единицах (Па, атм или мм рт. ст.) необходимо выразить осмотическое давление:

Р_осм. кПа; R= 8,314 Дж/(моль∙К);

Р_осм. мм Нg ст.; R= 62,36 (л∙ мм рт. ст.) /(град.∙моль);

Р_осм. атм. R = 0,082 (л∙атм)/(моль·град.).

Пример 18. Вычислить молекулярную массу неэлектролита, если в 5л раствора содержится 2,5 г растворенного вещества. Осмотическое давление раствора равно 0,23∙10⁵ Па при 20 °С.

Решение: Заменив число молей n выражением m/М, где m-масса растворенного вещества, а М - его молярная масса, получим

Отсюда