Физико-химические свойства разбавленных растворов неэлектролитов

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 12Следующая ⇒

Физико-химические свойства разбавленных растворов, такие как осмотическое давление и давление пара растворов, температура кипения и температура кристаллизации растворов, значительно отличаются от тех же свойств растворов более высокой концентрации. В разбавленных растворах относительная доля молекул растворителя, связанного в виде сольватов, невелика; образование таких растворов сопровождается небольшими тепловыми эффектами, поэтому свойства их можно считать весьма мало зависящими от природы растворенного вещества.

Для разбавленных растворов веществ установлены простые аналитические зависимости между соответствующим свойством и концентрацией частиц.

Свойства растворов неэлектролитов

Осмотическое давление, давление пара, изменение температуры замерзания и кипения подчиняются законам Вант-Гоффа и Рауля.

Осмотическое давление раствора неэлектролита определяют согласно закону Вант-Гоффа:

где n – количество растворенного вещества, моль; V – объем раствора, м³; R – газовая постоянная, равная 8, 31 Дж/(моль·К); Т – температура, К. Заменив n выражением m/M, где m – масса растворенного вещества, г; M – его молярная масса, г/моль, получим

или, исходя из определения молярной концентрации, получим:

Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов по сравнению с температурой замерзания и температурой кипения чистого растворителя определяют по II закону Рауля:

Dt_зам.= К_к× С_m; Dt_кип.=К_э× C_m,

где Dt_зам.и Dt_кип.– соответственно понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения раствора находят по формуле

Dt_зам = Т_{зам. р-ля}– Т_{зам. р-ра}; Dt_кип= Т_{кип. р-ра}– Т _{кип. р-ля};

К_к и К_э – соответственно криоскопическая и эбулиоскопическая константы растворителя; С_m – моляльная концентрация раствора (моль/кг) может быть найдена по формуле

где m₁ – масса растворенного вещества, г; М – его молярная масса, г/моль; m₂ – масса растворителя, г.

Растворы замерзают (из раствора кристаллизуется растворитель) при температуре более низкой, чем чистый растворитель. Если приготовить раствор из 1 000 г растворителя и 1 моля неэлектролита, то числовое значение уменьшения температуры замерзания такого раствора называют молярным понижением температуры кристаллизации данного растворителя (или криоскопической константой) K_K. Криоскопическая константа воды составляет 1, 86 С^o, это значит, что растворы, содержащие 1 моль любого неэлектролита в 1 000 г воды начинают замерзать при температуре – 1, 86 ^oC.

Растворы кипят при температуре более высокой, чем чистые растворители. Если приготовить раствор из 1 000 г растворителя и 1 моль неэлектролита, то числовое значение увеличения температуры кипения такого раствора называют молярным повышением температуры кипения данного растворителя (или его эбулиоскопической константой) K_Э. Эбулиоскопическая константа воды равна 0, 52 К; это значит, что растворы, содержащие 1 моль любого неэлектролита на 1 000 г воды, закипают при 100, 52 ^oC.

Определив опытным путем повышение температуры кипения или понижение температуры кристаллизации растворов, концентрации которых нам известны, можно вычислить молярную массу вещества или молекулярную массу вещества (молекулярная масса выражается тем же числом, что и молярная масса, но имеет размерность а.е.м.).

Данные по криоскопическим и эбулиоскопическим константам приведена в табл. 5 приложения.

Примеры составления условий задач и их решения

Задача 634

Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего в 1, 4 л 63 г глюкозы C₆H₁₂O₆ при 0 °С.

Решение:

Молярная масса глюкозы составляет 160 г/моль, следовательно, в 1, 4 л раствора содержится количество вещества глюкозы

Осмотическое давление этого раствора глюкозы равно

Дж = Па ∙ м³; 1л = 10 ^–3 м³.

Задача 648

Рассчитать молярную массу неэлектролита, если в 5 л раствора содержится 2, 5 г растворенного вещества. Осмотическое давление этого раствора при 20 °С равно 0, 23× 10⁵ Па.

Решение:

Молярную массу неэлектролита находим по формуле

Задача 656

Определите температуру кипения и замерзания раствора, содержащего 1 г нитробензола C₆H₅NH₂ в 10 г бензола.

Решение:

Из табл. 5 приложения находим эбулиоскопическую и криоскопическую константы бензола, соответственно равные 2, 57 и 5, 1 °С; температуру кипения чистого бензола 80, 2 °С и температуру его замерзания 5, 4 °С. Молярная масса нитробензола = 123, 1 г/моль.

По 2-му закону Рауля следует:

Dt_кип= K_э× m₁× 1000/M× m₂=2, 57× 1× 1000/123, 1× 10=2, 09 °С.

Повышение температуры кипения раствора равно 2, 09 °С, следовательно, температура кипения раствора равна 80, 2 + 2, 09 = 82, 29 °С.

Понижение замерзания раствора нитробензола в бензоле:

Dt_зам = K_э× m₁× 1000/M× m₂= 5, 1× 1× 1000/123, 1× 10=4, 14 °С.

Температура замерзания раствора Dt_зам= 5, 4° - 4, 14° = 1, 26 °С.

Задача 668

Водный раствор спирта с массовой долей 15 %замерзает при -10, 26 °С. Вычислить молярную массу спирта.

Решение:

Из табл. 5 прил. находим криоскопическую константу воды 1, 86 °С и температуру замерзания ее 0 °С. Понижение температуры замерзания раствора Dt_{эам р-ра} = t _{зам. воды} - t _зам._р__ра= 0 - (-10, 26) = 10, 26°С. Из условия задачи следует, что на 15 г спирта приходится 85 г воды, и молярную массу спирта определяем, пользуясь соотношением

М = m₁× К_к× 1000/∆ T_зам.× m₂= 1, 86× 1000× 15/10, 26× 85= 32, 0 г/моль.

Задача 688

Раствор, содержащий 2, 3 г глицерина в 100 г ацетона, кипит при 56, 73 °С. Вычислить молярную массу глицерина, если температура кипения чистого ацетона 56, 3 °С.

Решение:

Повышение температуры кипения раствора Dt_кип= 56, 73-56, 3= 0, 43 °С. Молярную массу глицерина находим из соотношения:

М = m₁× К_э× 1000/Dt_кип m₂= 1, 72× 1000× 2, 3/0, 43× 100=92, 0 г/моль

(эбулиоскопическая постоянная ацетона 1, 72 ^oС).

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒