Методические указания по теме 1.7 Растворы

При изучении этой темы необходимо уделить особое внимание выражению и перерасчету концентраций растворов. Уделить внимание изучению условий кипения и замерзания растворов.

Обратить внимание на процессы перегонки растворов, а так же на закономерности этих процессов их практическое применение. Особое внимание уделить процессу ректификации: физической сущности и теоретическим основам процесса, условиям работы и принципиальному устройству ректификационной колонны, а также методам разделения азеотропных смесей.

Изучая законы Рауля, запомнить, что он применим только для идеальных растворов. При изучении криоскопии и эбулиоскопии усвоить методику определения молекулярной массы вещества с помощью криоскопии (или эбулиоскопии). Законы Коновалова и перегонку жидких смесей надо разбирать с помощью диаграмм: t⁰_кип. – состав. При рассмотрении второго закона Коновалова особое внимание обратить на то, что такое азеотроп и как его разделить.

Изучая растворы газов в жидкостях обратить внимание на абсорбцию газов жидкостями и на практическое применение этого процесса.

Пример 1 Осмотическое давление раствора не электролита при 17⁰С равно ,8210⁵ Па. Определить осмотическое давление этого раствора при 57⁰С.

Решение. Используем закон Вант - Гоффа для не электролитов П = СRT

Сначала найдем концентрацию раствора

; Т₁ = 290 К

кмоль/м³

Находим осмотическое давление раствора при 57⁰С

Т₂ = 330 К

П₂ = 0,28,31410³330 = 5,48710⁵ Па.

Пример 2 Определить осмотическое давление 0,01н. раствора К₂SO₄ при 18⁰С, если степень диссоциации соли в растворе равна 87%.

Решение. Находим величину изотонического коэффициента

i = 1 + (K – 1);

К₂SO₄  2K⁺ + SO₄^-2

K = 3;I = 1 + 0,87(3 – 1) = 2,74.

По закону Вант – Гоффа для электролитов находим величину осмотического давления данного раствора при данной температуре П = iCRT, где Т = 290 К, С – концентрация, которая дана в г-экв/л, а ее надо выразить в кмоль/м³.

М(К₂SO₄) = 174,2 Э(К₂SO₄) = 174,2/2 = 87,1

Найдем число молей К₂SO₄

n= m/M

0,01н. = 0,01 г-экв/л, т.к. 1 г-экв равен 87,1 г, то 0,01 г-экв К₂SO₄ будет равен 0,871 г

n = 0,871/174,2 = 0,005 моль К₂SO₄

Следовательно, С = 0,005 моль/л = 0,005 кмоль/м³

П = 2,74·0,005·8,314·10³·291 = 9,3·10⁴ Па.

Пример 3 Определить давление пара раствора 6,4 г нафталина в 90 г бензола при 20⁰С, если давление пара бензола при данной температуре равно 9953,82 Па.

Решение. Давление пара раствора можно определить из закона Рауля

;

n(C₆H₆) = 0,09/78 = 1,15*10^-3 кмоль

n(C₁₀H₈) = 0,0064/128 = 5*10^-5 кмоль

Рассчитываем давление паров бензола над раствором

Па

Пример 4 Давление пара чистого ацетона при 20⁰С 23940 Па. Давление пара раствора камфоры в ацетоне, содержащего 5 г камфоры на 200 г ацетона при той же температуре, равно 23710 Па. Определить молекулярную массу камфоры, растворенной в ацетоне.

Решение. Раствор разбавленный, поэтому можно воспользоваться упрощенной формулой

Из этой формулы рассчитываем число молей комфоры:

,

М( СО(СН₃)₂ ) = 58; n_a = 200/58 = 3,45

.

Но .

Откуда .

Пример 5 При какой примерно температуре будет замерзать водный раствор этилового спирта концентрации 0,4 (40%) масс. доли С₂Н₅ОН.

Решение. Используем формулу

.

Раствор замерзает примерно при – 27⁰С.

Пример 6. Раствор, содержащий 1,70 г хлорида цинка в 250 г воды, замерзает при – 0,23⁰С. Определить кажущуюся степень диссоциации ZnCl₂ в растворе.

Решение. Вычисляем Т_З данного раствора:

М(ZnCl₂) = 136.

Из формулы

,

находим изотонический коэффициент:

Используя формулу i = 1 + (K – 1) , вычисляем  соли в растворе (К = 3):

;

.

Пример 7 В 1 л водного раствора содержится 0,15 г йода. Какова будет степень извлечения йода из данного раствора 40 см³ ССl₄:

а) при однократном извлечении всем количеством растворителя;

б) при четырехкратном извлечении порциями по 10 см³? Коэффициент распределения йода между Н₂О и ССl₄ 0,0117.

Решение. Используем формулу

а) количество йода, оставшееся после однократного извлечения

n = 1

г.

Это составляет

.

Следовательно, в слой ССl₄ перейдет

100 – 22,6 = 77,4 % йода;

б) количество йода, оставшееся после четырехкратного извлечения (n = 4)

г,

или .

В слой ССl₄ перейдет 100 – 8,45 = 91,55%.