6. Свойства растворов неэлектролитов

Разбавленные растворы неэлектролитов обладают рядом свойств, количественное выражение которых зависит от числа находящихся в растворе частиц растворенного вещества и от количества растворителя.

Зависимость этих свойств от концентрации выражается уравнениями, являющимися математическими выражениями законов Рауля и Вант-Гоффа:

1. Относительное понижение давления паров растворителя над раствором ( р) равно мольной доле растворенного неэлектролита (I закон Рауля):

 p= p₀-p₁= p₀ , (6.1)

где р₁ – парциальное давление насыщенного пара растворителя над раствором; р₀ – давление насыщенного пара над чистым растворителем; ₁ – количество растворителя; ₂ – количество растворенного вещества.

2. При растворении неэлектролита расширяется температурный интервал существования жидкой фазы растворителя вследствие смещения его температуры кристаллизации (замерзания) в низкотемпературную область, а температуры кипения – в высокотемпературную ( закон Рауля):

 Т_ф.п. = К С_m, (6.2)

где  Т_ф.п –изменение температуры фазового перехода (кристаллизации или кипения); К – коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств растворителя; для кристаллизации – криоскопическая константа (К_к), для кипения – эбуллиоскопическая константа (К_э). Для наиболее распространенного растворителя – воды эти константы равны: К_к = 1,86 К/моль, К_э = 0,52 К/моль. С_т – моляльная концентрация растворенного вещества.

3. При постоянной температуре осмотическое давление раствора неэлектролита Р,Па, пропорционально его молярной концентрации (закон Вант-Гоффа):

Р=1000С_М RT,

где С_М – молярная концентрация; R – газовая постоянная (8,314 Дж/мольК),

Т – температура, К.

Пример 1. При какой температуре замерзает водный раствор, полученный из 250 г воды и 54 г глюкозы С₆Н₁₂О₆?

Решение. При пересчете на 1000 г воды, содержание глюкозы в растворе равно 216 г. Так как мольная масса глюкозы составляет 180 г/моль, то моляльность раствора равна С_m=216/180=1,20 моль/кг Н₂О.

По формуле (6.2) находим  t_крист =К С_m =1,861,20=2,23С.

Так как чистая вода кристаллизуется при 0С, то раствор будет кристаллизоваться при t_{кр р-ра}= t _кр.р-ля-  t _крист=0-2,23=-2,23⁰С.

Ответ: t_крист = - 2,23С.

Пример 2. Давление пара воды при 25°С равно 23,76 мм рт. ст. Вычислить давление пара водного раствора, содержащего 18 г. мочевины CO(NH₂)₂ в 360 г воды.

Решение. Согласно условию задачи, р₀ =23,76 мм рт. ст. Рассчитаем количество молей растворенного вещества (₂) и растворителя (₁):

,

.

Отсюда, на основании формулы (6.1) получаем:

Ответ: р = 23,41 мм рт. ст.

Задачи к главе 6

1-й уровень

246-250. Для приготовления антифриза на V, л, воды было взято m, г, вещества А.Чему равна температура замерзания приготовленного антифриза?

Задачи	246	247	248	249	250
V, л	2,0	1,0	1,5	2,5	5,0
А	C 2H 4(OH)2	С3Н5(ОН)3	С3Н5(ОН)3	С3Н7ОН	С2Н5ОН
m, г	990	495	2000	1660	3710

251-255. Вычислите молярную массу вещества, если раствор, содержащий m, г, этого вещества на каждый литр воды, замерзает при температуре t°?

Задачи	251	252	253	254	255
m, г	161,3	183,9	290,3	100	311,8
t,°С	-5	-1	-3	-2	-10

256-260. Вычислить осмотическое давление раствора, содержащего m, г, вещества А в х, г, воды при температуре 293 К. Плотность раствора считать равной единице:

Задачи	256	257	258	259	260
А	С12Н22О11	С6Н12О6	СО(NH2)2	С3Н5 (OH)3	С2Н4(OH)2
m, г	16	45	30	46	31
х, г	350	200 150	150	400	500

2-й уровень

261-265. Какой объем вещества А плотностью , кг/л, необходимо добавить на каждый литр воды , чтобы получить антифриз, замерзающий при температуре – 20°С?

Задачи	261	262	263	264	265
А	СН3ОН	С2Н4(ОН)2	С3Н5(ОН)3	С3Н7ОН	С2Н5ОН
, кг/л	0,8	1,1	0,8	1,3	0,8

266-270. Вычислите температуру кипения X %-го водного раствора вещества А:

Задачи	266	267	268	269	270
А	(NH2)2CO	С4Н9ОН	С3Н7ОН	С2Н5ОН		С3Н5(ОН)3
X,%	13,0	12,5	15,0	14,0		10,0

271-275.Сколько грамм вещества А нужно растворить в V л воды, чтобы температура кипения полученного раствора равнялась t?

Задачи	271	272	273	274	275
А	(NН2)2СО	С12Н22О11	С6Н12О6	С6Н5NН2	(СН2)6N4
V, л	1,2	0,8	1,5	1,8	0,7
t°, С	102	100,5	101	101,5	101

3-й уровень

276-280. При температуре 315 К давление насыщенного пара над водой равно 8,2 кПа (61,5 мм рт.ст.). На сколько понизится давление пара при указанной температуре, если в m, г, воды растворить х, г, вещества А?

Задачи	276	277	278	279	280
А	С12Н22О11	С6Н12О6	С6Н5NН2 СО(NH2)2	С3Н5 (OH)3	С2Н4(OH)2
m, г	200	350	120	100	125
х, г	32	90	60	23	15,5 5

281-285. В каком отношении должны находиться массы воды и спирта А, чтобы при их смешивании получить раствор, кристаллизующийся при температуре t?

Задачи	281	282	283	284	285
A	СН3ОН	С2Н5ОН	С4Н9ОН	С5Н11ОН	С3Н7ОН
t,°С	-15	-20	-25	-10	-30