Физико-химические свойства растворов

Свойства растворов подчиняются законам Вант-Гоффа и Рауля, которые:

Позволяют определять молекулярные массы растворен­ных веществ.

Пример 1. При растворении 15 г хлороформа в 400 г эфира, эбулиоскопическая константа которого 2,12 °С, темпера­тура кипения повысилась на 0,665 °С. Определите молекуляр­ную массу хлороформа.

Решение.

М = (1000·К·m₁)/(m₂·Δ t), где К - криоскопическая или эбулиоскопическая константа, К = 2,12; М - молекулярная масса, m₁ - масса растворенного вещества, m₁ = 15 г; m₂ - масса растворителя, m₂= 400 г; Δ t - понижение температуры замерзания или повышение температуры кипения, Δ t = 0,665 °С.

М = (1000-2,12- 15) /(400 0,665 °С) = 119 г/моль.

2. Позволяет определить природу растворенного вещества.

Пример 2. При растворении 3,24 г серы в 40 г бензола температура кипения последнеготповысилась на 0,81 ⁰ С. Из скольких атомов состоят молекулы серы в растворе? (К = 2,57.)

Решение.

М = (1000·К·m₁)/(m₂·Δ t),

М = (1000 · 3,24 · 2,57) / (40 · 0,81) = 257 г/моль;

М/32 = 257/32 = 8.

(Ответ: молекула серы состоит из 8 атомов - S₈.)

3. Позволяют рассчитать холодильные смеси (расчет соста­ва антифризов, радиаторных жидкостей).

Пример 3. В радиатор автомобиля налили 9 л воды и прибавили 2 л метилового спирта (ρ = 0,8 г/см³). При какой наиниз­шей температуре можно после этого оставлять автомобиль на открытом воздухе, не боясь, что вода в радиаторе замерзнет?

Решение.

Δt = K m₁ 1000 / М · m₂ = 1600 · 1000·1,86/9000-32 ≈-10 °С.

Позволяют вычислить степень диссоциации электролита (а), если известен коэффициент Вант-Гоффа i, который можно найти по понижению температуры замерзания или повышению температуры кипения раствора.

Пример 4. Раствор, содержащий 0,1 моль бинарного электролита в 1000 г воды, замерзает при t = -0,196 °С. Опреде­лить степень диссоциации электролита. ¹

Решение.

α = (i - 1) / (n - 1); i = Δ t ^/_зам./ Δ t _зам

Находим числовое значение понижения температуры замерзания раствора по формуле Δ t _зам. = К • С. Так как для воды К = 1,86 °С, то Δ t _зам. = 1,86 • 0,1 = 0,186 °С.

Определяем коэффициент Вант-Гоффа i:

i = Δ t ^/_зам./ Δ t _зам. = 0,196 °С / 0,186 °С = 1,052.

Вычисляем степень диссоциации электролита, учитывая, что молекула его диссоциирует на два иона:

α = (i - 1) / (n - 1) = (1,051 - 1) / (2 - 1) = 0,052, или 5,2 %.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

133. Раствор, содержащий 0,512 г неэлектролита в 100 г бензола, кристаллизуется при 5,296 °С. Температура кристалли­зации бензола 5,5 °С. Криоскопическая константа - 5,1 °С. Вы­числите молярную массу растворенного вещества. (Ответ: 128 г/моль.)

134. Вычислите молярную концентрацию водного раствора сахара С₁₂Н₂₂О₁₁, зная, что температура кристаллизации раствора - 0,93 °С. Криоскопическая константа воды - 1,86 °С.

135. Вычислите температуру кристаллизации раствора мочевины (NH₂)₂CO, содержащего 5 г мочевины в 150 г воды. Криоскопическая константа воды - 1,86 °С.

136. Раствор, содержащий 3,04 г камфоры С₁₀Н₁₆О в 100 г бензола, кипит при 80,714 °С. Температура кипения бензола - 80,2 °С. Вычислите эбулиоскопическую константу бензола.

137. Вычислите молярную концентрацию водного раствора глицерина С₃Н₅(ОН)₃, зная, что этот раствор кипит при 100,39 °С. Эбулиоскопическая константа воды - 0,52 °С.

138. Вычислите молярную массу неэлектролита, зная, что раствор, содержащий 2,25 г этого вещества в 250 г воды, кри­сталлизуется при -0,279 °С. Криоскопическая константа воды - 1,86 °С.

139. Вычислите температуру кипения раствора наф­талина С₁₀Н₈ массовой концентрации вещества 5 % в бензоле. Температура кипения бензола - 80,2°С. Эбулиоскопическая константа его - 2,57 °С.

140. Раствор, содержащий 25,65 г некоторого неэлектролита в 300 г воды, кристаллизуется при -0,465 °С. Вычислите молярную массу растворенного вещества. Криоскопическая константа воды - 1,86 °С.

141. Вычислите криоскопическую константу уксусной кислоты, зная, что раствор, содержащий 4,25 г антрацена С₁₄Н₁₀ в 100 г уксусной кислоты, кристаллизуется при 15,718 °С. Температура кристаллизации уксусной кислоты - 16,65 °С.

142. 128. При растворении 4,86 г серы в 60 г бензола температура кипения его повысилась на 0,81 °С. Сколько атомов содержит молекула серы в этом растворе? Эбулиоскопическая константа бензола - 2,57 °С.

143. Температура кристаллизации раствора, содержащего 66,3 г некоторого неэлектролита в 500 г воды, равна -0,558 °С. Вычислите молярную массу растворенного вещества. Криоскопическая константа воды - 1,86 °С.

144. Какую массу анилина C₆H₅NH₂ следует растворить в 50 г этилового эфира, чтобы температура кипения раствора была выше температуры кипения этилового эфира на 0,53 °С? Эбулиоскопическая константа этилового эфира - 2,12 °С.

145. Вычислите температуру кристаллизации раство­ра этилового спирта С₂Н₅ОН массовой долей вещества 2 %. Криоскопическая константа воды - 1,86 °С.

146. Сколько граммов мочевины (NH₂)₂CO следует растворить в 75 г воды, чтобы температура кристаллизации понизилась на 0,465 °С? Криоскопическая константа воды - 1,86 °С.

147. На сколько градусов повысится температура кипения воды, если в 100 г воды растворить 9 г глюкозы C₆H₁₂О₆?

148. При какой приблизительно температуре будеть кипеть раствор сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ массовой концентрации 50 %?

149. При какой приблизительно температуре будет кристаллизовываться раствор этилового спирта массовой концентрации вещества 40 %?

150. В каком отношении должны находиться массы воды и этилового спирта, чтобы при их смешении получить раствор, кристаллизующийся при -20 °С?

151. При растворении 5 г вещества в 200 г воды получается не проводящий тока раствор, кристаллизующийся при -1,45 °С. Определите относительную молекулярную массу растворенного вещества.

152. При растворении 13 г неэлектролита в 400 г диэти- лового эфира (C₂H₅)₂О температура кипения повысилась на 0,453 °С, определите относительную молекулярную массу раст­воренного вещества.

153. В 60 г бензола растворено 2,09 г некоторого вещества, массовые доли элементов которого, %: С - 50,69; Н₂ - 4,23 и О₂ - 45,08. Раствор кристаллизуется при 4,25 °С, установите молеку­лярную формулу вещества. Чистый бензол кристаллизуется при 5,5 °С.

154. Найдите при 65 °С давление пара над раствором, содержащим 13,68 г сахарозы C₁₂H₂₂О₁₁ в 90 г воды, если давление насыщенного пара над водой при той же температуре равно 25 кПа.

155. Чему равно давление насыщенного пара над 10 %-м раствором карбамида CO(NH₂)₂ при 100 °С?