Винокурова_химические_системы_2011

3. Моляльная концентрация, или моляльность (Сm), характери-

зует отношение количества растворенного вещества (моль) к массе растворителя (кг):

Для нахождения моляльности раствора гидроксида натрия находим:

1)количество вещества гидроксида натрияNaOH 1 моль (см. выше);

2)массу растворителя в кг m = 0,36 кг (условие задачи);

3)моляльную концентрацию:

4. Молярная концентрация, или молярность (СМ), выражает отно-

шение количества растворенного вещества (моль) к объему раствора (л):

Св ва (моль)

МV р ра (л)

Для вычисления молярности раствора гидроксида натрия находим: 1) количество вещества гидроксида натрия NaOH 1 моль (см. выше);

5. Молярная концентрация эквивалента, или нормальная кон-

центрация (нормальность) СН, выражает отношение количества вещества эквивалентов растворенного вещества (моль) к объему раствора (л):

где νЭ – количество вещества эквивалентов.

Эквивалентом называют реальную или условную частицу вещества, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода или единице заряда, а в данной окислительновосстановительной реакции – одному электрону.

Фактор эквивалентности fЭ – число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества эквивалентна иону водорода или единице заряда в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции:

где z – число эквивалентности, n – число ионов (атомов) одного вида, В – степень окисления атома или заряд выбранного иона.

Массу одного моля эквивалентов вещества называют молярной массой эквивалента (МЭ). Молярная масса эквивалента либо равна, либо составляет долю от молярной массы вещества (М) и вычисляется следующим образом:

Фактор эквивалентности зависит от стехиометрии реакций.

Зная молярную массу эквивалента и массу вещества, можно найти количество вещества эквивалентов:

Э m . MЭ

Для вычисления нормальной концентрации гидроксида натрия находим:

1) молярную массу эквивалента:

53

2) количество вещества эквивалента щелочи:

3)объем раствора в литрах: V = 0,3607 л (см. выше);

4)нормальную концентрацию:

6. Титр (Т) выражает отношение массы растворенного вещества (граммы) к объему раствора (мл):

Тmв ва (г) .

V (мл)р ра

Для нахождения титра раствора гидроксида натрия находим:

1)массу растворенной щелочи mNaOH 40 г (условие задачи);

2)объем раствора в миллилитрах: V = 360,7 мл (см. выше);

Задача 2. Для нейтрализации 8 мл 0,25н раствора щелочи потребовалось 20 мл раствора серной кислоты. Какую массу (г) серной кислоты содержит 2 л этого раствора?

Таким образом, объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям.

Решая задачу 2, находим:

55

Поскольку единицы измерения молярной концентрации и молярной концентрации эквивалента моль/л, то плотность раствора выражается в г/л.

Титр и молярная концентрация эквивалента связаны соотношением:

Т 1000СН МЭ 19,100093 32, 7 0, 6517 г / мл.

Задача 5. В 250 мл раствора содержится 2,3 г растворенного вещества – неэлектролита; осмотическое давление раствора при 270С равно 249 кПа. Вычислите молекулярную массу вещества.

Зависимость осмотического давления от концентрации и температуры выражается законом Вант-Гоффа: Р = СМRT,

где Р – осмотическое давление раствора, кПа; СМ – молярность раствора, моль/л;

R – универсальная газовая постоянная = 8,314 Дж/(моль · К); Т – абсолютная температура раствора.

Выразив молярную концентрацию через массу вещества, его молярную массу и объем раствора в литрах, получаем:

m(г)

РM V(л) RT.

Из последнего уравнения находим молярную массу, которая равна молекулярной массе:

Молекулярная масса вещества равна 92.

Задача 6. Вычислите давление пара раствора, содержащего 45 г глюкозы С6Н12О6 в 720 г воды при 250C. Давление пара воды при 250C составляет 3,167 кПа.

Согласно 1-му закону Рауля относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества:

57

Молекулярная масса равна 180.

Задача 8. Укажите возможные причины отклонения от законов Рауля и Вант-Гоффа.

Физические свойства разбавленных растворов неэлектролитов - осмотическое давление и давление пара, температура начала кипения и температура начала кристаллизации – количественно зависят от числа находящихся в растворе частиц растворенного вещества и растворителя. По этой причине перечисленные свойства называются коллигативными.

Законы Рауля и Вант-Гоффа основаны на предположении, что число растворенных частиц равно числу молекул, заключающихся во взятом для растворения количестве вещества. Это предположение справедливо для идеальных растворов, в которых исключено взаимодействие молекул растворенного вещества и растворителя между собой. К идеальным растворам близки разбавленные растворы неэлектролитов.

Отклонения от законов наблюдаются:

1)при повышении концентрации растворов, когда увеличивается вероятность различных взаимодействий;

2)при наличии явлений ассоциации молекул растворенного вещества за счет образования молекулярных комплексов, водородных связей. В этом случае в растворе отдельных частиц оказывается меньше, чем молекул во взятом для растворения количестве вещества. Отсюда наблюдаются пониженные значения осмотического давления и других величин;

3)при наличии явления диссоциации – распада молекул на ионы, что имеет место в растворах электролитов. Если в результате диссоциации общее число частиц в растворе возрастает в i раз по сравнению с числом его молекул, то и в i раз повысятся значения осмотического давления и других величин, зависящих от концентрации частиц в растворе. Законы Вант-Гоффа и Рауля в этом случае приобретают следующий вид:

Коэффициент i был введен Вант-Гоффом и называется изотоническим.

58

Задания для самостоятельного выполнения

Вариант 1

1.Рассчитайте молярную массу эквивалента сульфата аммония и азотной кислоты.

2.Как называется способ выражения состава раствора, когда находится отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора? Запишите выражение.

3.Вычислите массу воды и растворяемого вещества, которые потребуются для приготовления 1 литра 8%-ного раствора дихромата ка-

лия (ρ = 1,0554 г/мл).

4.Вычислите молярную концентрацию 12%-ного раствора азотной кислоты (ρ = 1,066 г/мл).

5.Вычислите давление пара над раствором, содержащим 22 г глицери-

на C3H5(OH)3 в 120 г воды, если давление пара над чистой водой при данной температуре составляет 101,3 кПа.

Вариант 2

1.Рассчитайте молярную массу эквивалента фосфата кальция и йодоводородной кислоты.

2.Какую концентрацию выражает отношение количества вещества эквивалентов растворенного вещества к объему раствора? Запишите формулу.

3.Вычислите массу растворенного вещества и растворителя в 250 г 12%-ного раствора хлорида цинка.

4.Найти мольную долю растворенного вещества в 36%-ном (по массе) растворе глюкозы С6Н12О6.

5.При какой температуре осмотическое давление раствора, содержа-

щего 18,6 г анилина C6Н5NH2 в 3 литрах раствора, достигнет 284 кПа?

Вариант 3

1.Рассчитайте молярную массу эквивалента гидроксида железа (III) и оксида фосфора.

2.Какую концентрацию можно рассчитать, если известны масса растворенного вещества, его молярная масса и масса растворителя? Запишите выражение.

3.В 550 мл раствора сульфата алюминия содержится 120 г соли. Вычислите молярную концентрацию раствора.

4.Вычислите нормальную концентрацию 12%-ного (по массе) раствора сульфата аммония (ρ = 1,069 г/мл).

59

5.Вычислите молярную массу мочевины, если давление водяных паров ее раствора, содержащего 30 г вещества на 500 г воды, при 500С составляет 12111,6 Па, а растворителя – 12333,6 Па.

Вариант 4

1.Рассчитайте молярную массу эквивалента оксида железа (III) и гидроксида кальция.

2.Как называется способ выражения состава раствора, когда находится отношение количества растворенного вещества к общему количеству растворенного вещества и растворителя? Запишите выражение.

3.В 550 мл раствора нитрата стронция содержится 180 г соли. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора.

4.Вычислите массовую долю гидроксида натрия в 0,7М растворе

(ρ = 1,03 г/мл).

5.Раствор, содержащий 25 г этилового спирта С2Н5OH в 800 г уксусной кислоты СН3COOH, кипит при 120,2 0С. Рассчитайте эбуллиоскопическую константу уксусной кислоты, если ее температура кипения равна 118,10С.

Вариант 5

1.Рассчитайте молярную массу эквивалента нитрата кальция и серной кислоты.

2.С какой концентрацией связывает математическая зависимость понижение температуры замерзания (кристаллизации) раствора? Запишите выражение.

3.Вычислите молярную концентрацию раствора гидрокарбоната

Mg(HCO3)2, в 600 мл которого содержится 105 г растворенного вещества.

4.Вычислите массовую долю карбоната натрия в 3,07н растворе

(ρ = 1,15 г/мл).

5.10%-ный водный раствор спирта в сероуглероде кипит при 81,64 0С.

Эбуллиоскопическая константа сероуглерода равна 2,34, а его температура кипения – 76 0С. Вычислите молярную массу спирта.

Вариант 6

1.Рассчитайте молярную массу эквивалента фосфата натрия и оксида железа (III).

2.Какую концентрацию можно рассчитать, если известна масса растворенного вещества и масса растворителя? Запишите выражение.

3.Сколько граммов карбоната калия потребуется для приготовления 600 мл 0,5н раствора?

60

4.Вычислите молярную концентрацию 12%-ного (по массе) раствора сульфата алюминия (ρ = 1,129 г/мл).

5.Вычислите молярную массу камфоры, если раствор, приготовленный растворением 15,2 г камфоры в 550 г бензола, имеет температу-

ру замерзания на 10С меньше температуры замерзания растворителя. Криоскопическая константа бензола равна 5,5.

Вариант 7

1.Рассчитайте молярную массу эквивалента оксида лития и ортофосфорной кислоты.

2.Какую концентрацию выражает количество вещества, отнесенное к 1 л раствора? Запишите формулу.

3.Вычислите нормальную концентрацию раствора сульфата алюминия, в 0,55 литра которого содержит 120 г соли.

4.Вычислите моляльную концентрацию 68,4%-ного (по массе) раствора сахарозы С12Н22О11.

5.Вычислите осмотическое давление 10%-ного раствора сахарозы С12Н22О11 при 20 0С (ρ = 1,038 г/мл).

Вариант 8

1.Рассчитайте молярную массу эквивалента сероводородной кислоты и карбоната калия.

2.Какую концентрацию можно рассчитать, пользуясь выражением:

mв ва (г)

Vр ра (мл) .

3.Сколько граммов нитрата стронция потребуется для приготовления 0,5 л 0,3М раствора?

4.Сколько литров 2н раствора можно приготовить из 180 мл 30 %-го раствора фосфорной кислоты (ρ = 1,19 г/мл)?

5.Вычислите молярную массу глицерина, если давление водяных паров его раствора, содержащего 45,8 г растворенного вещества на 500

гводы, при 50 0С составляет 7246,2 Па, а растворителя при той же температуре – 7375,9 Па.

Вариант 9

1.Рассчитайте молярную массу эквивалента хлорида алюминия и оксида азота (V).

2.Какую концентрацию можно рассчитать, если известны масса растворенного вещества, его молярная масса и масса растворителя? Запишите выражение.

3.В 72 г воды растворили 6,84 г сахарозы С12Н22О11. Вычислите мольные доли сахарозы и воды.