МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОСНОВНЫМ РАЗДЕЛАМ КУРСА ХИМИИ

Методичка по химии
Электронное строение атома
Химическая связь
Классы неорганических соединений
Элементы химической термодинамики и термохимии
Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева
Химическая кинетика и химическое равновесие
Электролитическая диссоциация
Растворы
Коллоидные растворы
Растворы неэлектролитов
Окислительно-восстановительные реакции
Электрохимические процессы в гетерогенных системах
Коррозия металлов
Электролиз

Растворы неэлектролитов

Растворы неэлектролитов состоят из незаряженных частиц. Они могут быть образованы различными парами органических жидкостей, например бензолом и толуолом.

Установлено, что молекулы нелетучего растворенного компонента раствора препятствуют улетучиванию из раствора молекул растворителя. Согласно закону Рауля понижение давления DP  насыщенного пара растворителя над раствором пропорционально мольной доле растворенного нелетучего вещества ni:

DP = P0 – P = P0 ni, или  , (23)

где Р0 – давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем; P – давление насыщенного пара растворителя над раствором, DP – разность между давлениями насыщенного пара растворителя над раствором P и растворителем Р0; n – количество растворенного вещества в растворе (моль); N – количество вещества растворителя (моль); ni – мольная доля растворенного вещества.

Из закона Рауля возникают два следствия.

1. Температура кипения раствора выше температуры кипения растворителя. Повышение температуры кипения DТкип пропорционально моляльной концентрации раствора сm:

DТкип = Кэсm, (24)

где Кэ – эбулиоскопическая постоянная растворителя.

 (25)

где g – масса растворенного вещества, г; G – масса растворителя, г;
Mr – молярная масса растворенного вещества.

2. Температура замерзания раствора ниже температуры замерзания чистого растворителя. Понижение температуры замерзания DТзам пропорционально моляльной концентрации раствора сm:

DТзам = Кксm, (26)

где Кк – криоскопическая постоянная.

Значения Кэ и Кк зависят от природы растворителя. Используя уравнения
(23 - 25), можно определить молярную массу вещества Mr:

, (27)

где DТ – изменение температуры кипения или замерзания раствора;
К º Кэ или К º Кк

 Самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и растворитель или два раствора с различной концентрацией растворенного вещества, называется осмосом. Осмос обусловлен диффузией молекул растворителя через полупроницаемую перегородку (мембрану), которая пропускает только молекулы растворителя. Количественно осмос характеризуется осмотическим давлением, равным силе, приходящейся на единицу площади поверхности, и заставляющей молекулы растворителя проникать через полупроницаемую перегородку.

Осмотическое давление возрастает с увеличением концентрации растворенного вещества и температуры. Вант-Гофф предположил, что для осмотического давления можно применить уравнение состояния идеального газа:

pV=nRT ; p =СRT, (28)

где p – осмотическое давление (Па); n – количество вещества (моль); V – объем раствора (м3); С – молярная концентрация раствора, R – универсальная газовая постоянная, 8,3144 Дж/(моль×К).

Примеры решения задач.

Пример 1. Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего в 1,4 л 63 г глюкозы С6Н12О6 при 00С.

Д а н о: m = 63 г, V = 1,4 л, Т = 00С. Найти p.

Р е ш е н и е. Осмотическое давление раствора определяют согласно закону Вант-Гоффа: . Зная массу глюкозы, можно найти ее количество вещества n: молярная масса глюкозы равна 180,16 г/моль, , следовательно, в 1,4 л раствора содержится 0,35 моль глюкозы. Осмотическое давление этого раствора :

Пример 2. Определите температуру кипения и замерзания раствора, содержащего 1 г нитробензола С6Н5NO2 в 10 г бензола. Эбулиоскопическая и криоскопическая константы соответственно равны 2,57 и 5,10С. Температура кипения чистого бензола 80,20С, температура замерзания –5,40С.

Д а н о: g = 1 г, G = 10 г, Кэ = 2,570С, Кк = 5,10С, Тк бенз = 80,20С, Тз бенз = –5,40С.

Найти Тк р-ра и Тз р-ра

Р е ш е н и е 1) Из закона Рауля следует, что

,

2) Рассчитаем молярную массу нитробензола:

Mr (C6H5NO2) = 123,11 г/моль.

3) Повышение температуры кипения раствора нитробензола в бензоле:

4) Температура кипения раствора: Тк = 80,2 + 2,09 = 82,290С.

5) Понижение температуры замерзания раствора нитробензола в бензоле:

6) Температура замерзания раствора: Тз = 5,4 – 4,14 = 1,260С.

Пример 3. Раствор камфоры массой 0,552 г в 17 г эфира кипит при температуре на 0,4610С выше, чем чистый эфир. Эбулиоскопическая постоянная эфира 2,160С. Определите молекулярную массу камфоры.

Д а н о: g = 0,552 г, G = 17 г, Кэ = 2,160С. Найти Mr камфоры

Р е ш е н и е.

Молекулярную массу камфоры можно определить, пользуясь соотношением

Таким образом, молекулярная масса камфоры равна 155,14 г/моль.

Пример 4. Вычислите давление пара над раствором, содержащим 34,23 г сахара С12Н22О11, в 45,05 г воды при 650С, если давление паров воды при этой температуре равно 2,5×104 Па.

Д а н о: m(С12Н22О11) = 34,23 г, m (H2O) = 45,05 г, Р0 = 2,5×104 Па. Найти Р.

Р е ш е н и е. 1) Относительное понижение давления пара растворителя над раствором согласно закону Рауля выражается соотношением 

2) Рассчитаем молярные массы сахара и воды:

М (С12Н22О11) = 342,30 г/моль, М (Н2О) = 18,02 г/моль.

3) Найдем количество растворенного вещества и растворителя:

,

4) Давление пара над раствором:

Методичка по химии