Растворимость жидкостей и твердых тел в жидкостях

Растворимость твердых тел в жидкостях чаще всего с повышением температуры увеличивается. Это объясняется затратой значительного количества энергии на разрушение кристаллической решетки твердого тела.

Растворимость жидкостей в жидкостях также увеличивается с ростом температуры и выше некоторой температуры, которая называется критической температурой растворения, становится неограниченной.

Однако, если энергия гидратации (сольватации) велика и образование раствора сопровождается выделением энергии, растворимость с ростом температуры понижается. Это наблюдается, например, при растворении в воде щелочей, некоторых солей лития, магния, алюминия согласно схеме

Кристалл + Растворитель «Насыщенный раствор ± Q.

Растворение жидкостей и твердых тел в жидкостях обычно не сопровождается значительным изменением объема, поэтому растворимость веществ, находящихся в жидком и твердом состоянии, практически не зависит от давления.

Растворимость твердых тел выражают коэффициентом растворимости – массой вещества в граммах, которую нужно растворить в 100 г растворителя при данной температуре для получения насыщенного раствора.

Пример 4. Определение растворимости вещества. Вычислить растворимость BaCl₂ при 0 °С, если в 13,1 г раствора содержится 3,1 г безводной соли.

Решение. Определим массу растворителя в растворе:

Рассчитаем коэффициент растворимости BaCl₂ при 0 °С:

Пример 5. Определение массы растворенного вещества, кристаллизующегося из насыщенного раствора при его охлаждении. Какая масса соли выпадет в осадок из 540 г водного раствора AlCl₃ при понижении температуры от 80 до 0 °С? Растворимость AlCl₃ при 0 °С равна 44,9 г, а при 80 °С – 48,6 г.

Решение. Определим массу раствора (m), содержащую 100 г растворителя, при указанных температурах:

при t = 0 °C m ₁ = (100 + 44,9) г = 144,9 г,

при t = 80 °C m ₂ = (100 + 48,6) г = 148,6 г.

Определим массу соли, которая выпадает в осадок при охлаждении 148, 6 г раствора:

D m = m ₂ - m ₁ = (148,6 - 144,9) г = 3,7 г.

Составим пропорцию и определим массу AlCl₃, которая кристаллизуется при охлаждении 540 г раствора:

 

Задачи

 

6.32. Какой объем воды необходимо взять, чтобы полностью растворить 250 г хлора при 10 °С и давлении 1,5×10⁵ Па? Коэффициент абсорбции хлора составляет при 10 °С и давлении 1,0133×10⁵ Па 3,148 м³ на 1 м³ воды.

Ответ: 17,5 л.

6.33. Растворимость сероводорода при 20 °С и давлении 1,0133×10⁵ Па равна 2,91 л на 1 л воды. Вычислить массовую долю H₂S в растворе.

Ответ: 0,41 %.

6.34. Коэффициент абсорбции CO₂ при 20 °С равен 0,878. Под каким давлением должен находиться диоксид углерода, чтобы при растворении его в воде получить раствор с массовой долей CO₂ 1 %?

Ответ: 6,3×10⁵ Па.

6.35. В 0,05 л воды растворено 4,9 л хлороводорода при 18 °С и 1,0×10⁵ Па. Определить массовую долю (%) HCl в полученном растворе.

Ответ: 13 %.

6.36. Коэффициент абсорбции водорода в воде при 30 °С составляет 0,017. Какова массовая доля (%) водорода в растворе при 30 °С и давлении 96500 Па?

Ответ: 0,13 %.

6.37. Газовую смесь, состоящую из 40 % об. водорода и 60 % об. диоксида углерода, растворили в воде при 10 °С и давлении 1,0133×10⁵ Па. Определить коэффициент абсорбции газовой смеси и объемные доли H₂ и CO₂ в смеси, растворенной в воде. Коэффициенты абсорбции H₂ и CO₂ соответственно равны 0,0199 и 1,194.

Ответ: 0,724; H₂ – 1 %, CO₂ – 99 %.

6.38. Температура поверхностного слоя водоема изменяется в дневное время суток от 10 до 20 °С. Какой объем кислорода выделится из поверхностного слоя толщиной 10 см, если площадь водоема 500 м²? Коэффициенты абсорбции кислорода при 10 и 20 °С соответственно равны 0,038 и 0,031. Содержание кислорода в воздухе принять равным 22 % об.

Ответ: 0,077 м³.

6.39. Растворимость диоксида углерода в воде при 0 °С и давлении 1,0133×10⁵ Па равна 1,713 м³ на 1 м³ воды. Какова масса CO₂, содержащегося в 25 л H₂O, при этой температуре и давлении 0,745×10⁵ Па?

Ответ: 61,84 г.

6.40. Вычислить растворимость Ba(NO₃)₂ в воде при 20 °С, если в 545 г раствора этого вещества в воде при указанной температуре содержится 45 г нитрата бария.

Ответ: 9 г в 100 г воды.

6.41. Коэффициент растворимости CaCl₂ в воде при 100 °С равен 159 г на 100 г H₂O. Какая масса хлорида кальция при этой температуре содержится в 2 кг раствора?

Ответ: 1228 г.

6.42. Вычислить массовую долю K₂SO₄ и его коэффициент растворимости, если при 0 °С 50 г раствора содержат 3,44 г сульфата калия.

Ответ: 6,9 %; 7,4 г в 100 г воды.

6.43. Определить массовую долю CoCl₂ и растворимость хлорида кобальта, если 500 г раствора при 20 °С содержат 173 г соли.

Ответ: 34,6 %; 52,9 г в 100 г воды.

6.44. Растворимость CuSO₄ при 20 и 100 °С равна соответственно 20,2 и 77 г. Какая масса сульфата меди выпадет в осадок, если охладить 825 г раствора от 100 до 20 °С?

Ответ: 264,7 г.

6.45. Определить массу карбоната калия, выпавшего в осадок из 770 г насыщенного при 100 °С раствора, если его охладить до 0 °С. Коэффициент растворимости K₂CO₃ при 100 °С составляет 155 г, а при 0 °С – 111 г.

Ответ: 132,9 г.

6.46. При охлаждении насыщенного при 90 °С раствора до 25 °С выкристаллизовалось 200 г соли. Определить массу воды и соли в исходном растворе, если коэффициенты растворимости равны 42,7 и 6,9 г при температурах 90 и 25 °С соответственно.

Ответ: 556,8 г; 237,8 г.