Коллигативные свойства растворов
Свойства растворов, которые не зависят от природы растворенных частиц, а зависят только от их концентрации, называются коллигативными.
Закон Рауля - основной закон, определяющий коллигативные свойства. Он устанавливает, что относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества:
= N или 
= 
,
где Р 
– давление насыщенного пара над чистым растворителем;
Р – давление насыщенного пара над раствором;
N - мольная доля растворенного вещества;
ν 
, ν 
– количество моль растворенного вещества и растворителя.
Закон Рауля имеет ряд важных следствий:
I. Понижение температуры замерзания раствора по сравнению с температурой замерзания чистого растворителя прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества.
Т 
= К 
С 
= К 
,
где Т 
= Т 
(растворителя) – Т 
(раствора), С 
- моляльная концентрация, моль/кг, m (X) – масса растворенного вещества Х, г, 
- масса растворителя, г, К 
- криоскопическая постоянная растворителя, которая показывает на сколько градусов ниже замерзает раствор, содержащий 1моль растворенного вещества на 1000 г растворителя по сравнению с температурой замерзания чистого растворителя.
Анализ уравнения показывает, что:
а) водные растворы с одинаковой моляльностью разных нелетучих неэлектролитов замерзают при одинаковой температуре;
|
|
|
б) понижение температуры замерзания растворов с одинаковой моляльностью одного и того же нелетучего неэлектролита в разных растворителях зависит только от химической природы этого растворителя.
II. Повышение температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения растворителя прямо пропорционально моляльной концентрации раствора.
Т 
= Е 
С = Е 
,
где Т = Т 
(раствора) – Т 
(растворителя), Е 
- эбулиоскопическая постоянная растворителя, которая показывает на сколько градусов выше кипел бы раствор, содержащий 1 моль растворенного вещества в 1000 г растворителя по сравнению с температурой кипения чистого растворителя.
Закон Вант-Гоффа. Осмотическое давление в разбавленных растворах неэлектролитов прямо пропорционально молярной концентрации раствора и абсолютной температуре.
Р 
= С(Х)RT,
где С(Х) – молярная концентрация вещества Х, моль/л, R – универсальная газовая постоянная (8,314 кПа∙л/моль∙К), Т – температура, К.
Законы Рауля и Вант-Гоффа можно использовать для количественного описания свойств электролитов, если в их выражение ввести поправочный коэффициент i (изотонический коэффициент).
Т 
= i К 
С ; Т = i Е С ; Р = i С(Х)RT.
Изотонический коэффициент( i) показывает, во сколько раз число частиц в растворе электролита больше общего числа растворенных молекул. Зная изотонический коэффициент i, можно для данного раствора электролита установить относительную долю молекул, распавшихся на ионы, т.е. степень диссоциации электролитa (α):i = 1 + 
(n-1), = 
,
|
|
|
где n – число ионов, образующих молекулу электролита.
Пример 1. Вычислить осмотическое давление при 27 
С раствора, в 500 мл которого содержится 20 г сахара.
Решение: Сахароза С 
Н 
О 
– неэлектролит, поэтому осмотическое давление раствора сахарозы рассчитываем по уравнению:
Р = С(С Н О )RT,
C(C 
H 
O 
) = 
= 
= 0,117 моль/л
R = 8,314 
, T = 27+273 = 300 K
P 
= 0,117 
∙8,314 ∙300 = 291,8 кПа
Ответ: P = 291,8 кПа
Пример 2. Давление пара воды 23,8 мм.рт.ст. при 25 
С. Какое будет давление пара над раствором, содержащим 17,1 г сахара в 90 г воды при той же температуре?
Решение: Находим количество моль сахара и воды.
М(Н 
О) = 18 г/моль: n(H O) = 
= 
= 5 моль
М(С Н 
О 
)=342 г/моль: n(C 
H O ) = 
= 
= 0,05 моль
Используя закон Рауля, находим давление насыщенного пара над чистым растворителем:
P = P 
(1 - 
) = 23,8 (1- 
) = 23,56 ( мм. рт. ст.)
Ответ: Р = 23,56 мм. рт.ст.
|
|
|
Пример 3. Определить молярную массу глицерина, если 4,4 % раствор его в воде кипит на 0,26 
C выше, чем чистая вода.
Решение: Глицерин является неэлектролитом, поэтому молярную массу находим из формулы Т = Е С = Е 
. Откуда,
М(глицерина) = 
= 
= 92 г/моль.
Ответ: М (глицерина) = 92г/моль
Пример 4. Раствор, содержащий 25,5 г BaCl в 750 мл воды, замерзает при - 0,756 
С. Вычислить кажущуюся степень диссоциации соли.
Решение: BaCl2 
Ba 
+ 2Cl 
- cильный электролит.
Вычисляем понижение температуры замерзания без учета ионизации соли.
Т = К С = К 
,
M (BaCl ) = 137+35,5∙2 = 208 г/моль
m (H O) = V(H O) 
(H O) = 750 мл ∙1 г/мл = 750 г
К 
(Н О) = 1,86 К∙кг/моль.
Т = 
= 0,3 К , i = 
= 
.
Из формулы i =1+ 
(n-1) выражаем 
, = 
.
Ответ: =0,76 или 76%
Задания для самостоятельного решения:
1. Сколько граммов воды нужно взять для растворения 1 кг сахара, чтобы получить его 5 % раствор?
2. Определить молярную концентрацию эквивалента 8 % раствора серной кислоты (плотность раствора равна 1,06 г/мл).
3. Плотность 30 % раствора хлорида натрия равна 1,18 г/мл. Выразить состав раствора в мольных долях и в молях на 1 л раствора.
|
|
|
4. Плотность 2,3 % раствора аммиака равна 0,99 г/мл. Рассчитать молярную и моляльную концентрации раствора.
5. Сколько хлороводорода растворено в 50 мл 10 % раствора соляной кислоты (плотность раствора равна 1,05 г/мл)? Найти молярную концентрацию эквивалента соляной кислоты.
6. Сколько мл 70 % раствора нитрата калия (плотность раствора равна 1,6 г/мл) нужно взять, чтобы приготовить 500 мл раствора нитрата калия с молярной концентрацией 0,2 моль/л?
7. Вычислить массовую долю гидроксида калия в растворе с молярной концентрацией эквивалента 4,2 моль/л и плотностью 1,176 г/мл.
8. В каком объеме 0,2 Н раствора содержится 16 г сульфата меди (II)?
9. Смешали 100 мл 20 % раствора (плотность равна 1,1г/мл) и 200 мл 10 % раствора соляной кислоты (плотность равна 1,06 г/мл). Вычислить массовую долю и молярную концентрацию полученного раствора соляной кислоты.
10. Какова массовая доля азотной кислоты в растворе с молярной концентрацией 14,8 моль/л и плотностью 1,4 г/мл?
11. К 40 г фосфата натрия прилили 500 г 5 % раствора этого вещества. Вычислить массовую долю фосфата натрия в полученном растворе.
12. Рассчитать молярную концентрацию эквивалента 30 % раствора фосфорной кислоты (плотность раствора равна 1,18 г/мл).
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 271; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!