- •Общие методические указания
- •Концентрация растворов
- •Растворимость веществ
- •Давление пара разбавленных растворов неэлектролитов. Первый закон рауля
- •Электролитическая диссоциация
- •Закон разбавления Оствальда, связывающий три величины: Кд, с и α, выражается уравнением .
- •Активная концентрация ионов сильных электролитов
- •Молекулярно-ионные уравнения реакций между растворами электролитов
- •Ионное произведение воды. Водородный показатель
- •Гидролиз солей
- •Жесткость воды и методы ее устранения
- •Строение коллоидных частиц
- •Коагуляция золей. Порог коагуляции электролитов
- •Микробиология
- •Приложение
- •Константы диссоциации некоторых слабых электролитов
- •Коэффициенты активности ионов
- •Литература
- •Рабочая программа химия воды и микробиология
- •6. Содержание:
- •6.1. Календарный план
- •Вид занятий – лекции
- •Вид занятий – лабораторный практикум
- •Самостоятельная работа студентов Проработка лекционного материала
- •Подготовка к лабораторным занятиям, контрольной работе и экзамену
- •6.4. Формы контроля экзаменационные вопросы
- •Примерные экзаменационные задачи
- •Список рекомендуемых документов основная литература
- •Дополнительная литература
- •Перечень методических пособий и указаний для студентов
Растворимость веществ
Растворимость веществ определяется концентрацией насыщенного при данной температуре раствора, которая может быть выражена в любых единицах. Часто растворимость дается коэффициентом растворимости К, значения которого представляют собой массу растворенного вещества в насыщенном растворе, приходящуюся на массу растворителя, равную 100 г. Растворимость веществ зависит от природы растворяемого вещества и растворителя, от температуры, а для газов также и от давления. Растворимость газов, содержащихся в 1 м3 воды при давлении 1,0133· 106 Па, выражается в кубических метрах газа и называется коэффициентом абсорбции. Растворимость газа зависит от давления, под которым находится газ, и от температуры. Зависимость растворимости газа от давления выражается законами Генри—Дальтона:
1. Масса газа, растворяющегося в данном объеме жидкости, пропорциональна давлению газа на жидкость.
2. Объем газа, растворяющегося в данном объеме жидкости, не зависит от давления.
Растворение твердых веществ в воде чаще бывает процессом эндотермическим, так как во многих случаях при гидратации выделяется теплоты меньше, чем тратится на разрушение кристаллической решетки. Соотношение этих двух величин определяет общий тепловой эффект растворения. При положительном значении Q растворимость твердых веществ с повышением температуры уменьшается, при отрицательном увеличивается.
Графическое изображение зависимости растворимости от температуры называют кривыми растворимости. Ими пользуются для определения потерь или выхода продукта при очистке веществ методом перекристаллизации.
Пример 1. Определение количества растворенного вещества, выделяющегося при кристаллизации раствора. Растворимость А1С13. при 0°С равна 44,9 г, а при 80°C — 48,6 г. Сколько соли выпадает в осадок, если 540,0 г раствора хлорида алюминия охладить от 80 до 0° С?
Решение. Масса раствора А1С13 равна: а) при 80°С 100 + 48,6 =148,6 г;
б) при 0°С 100 4- 44,9 == 144,9 г. При охлаждении 148,6 г раствора хлорида алюминия в осадок выпадает
148,6—144,9=3,7 г А1С13.
Если охладить 540 г раствора, то в осадок выпадет
Пример 2. Определение массы газа в растворе по его растворимости.
Сколько хлористого водорода растворится в 100 л воды при 40° С и давлении 98 625 Па, если растворимость НС1 при этой температуре (и давлении 1,0133· 105 Па) составляет 386 м3 на 1 м3 воды?
Решение. Определяем объем НС1, содержащегося в100 л воды при 40° С и давлении 1,0133. 106 Па:
Массу НС1 вычисляем по уравнению Менделеева—Клапейрона. Моль НС1 равен 36,46 г. Тогда
Пример 3. Определение процентной концентрации раствора по коэффициенту абсорбции газа. Коэффициент абсорбции аммиака при 0° С и р == 1,0133. 105 Па равен 1300. Вычислите процентную концентрацию раствора NH3.
Решение. Моль NH3 равен 17,03 г. Определяем массу 1300 м3 (1,3. 106 л) аммиака, содержащегося в 1 м3 воды:
Принимая массу 1 м3 воды за 1000 кг, находим, что в 1988,35 кг раствора содержится 988,35 кг NH3, тогда в 100 кг раствора содержится NH3 :
Процентная концентрация раствора 49,7%.
Пример 4. Определение состава газовой смеси по растворимости газов.
Газовая смесь, содержащая 21% O2 и 79% N2, пропущена через воду при 0°С и давлении 1.0133- 105 Па. Вычислите состав газовой смеси, растворенной в воде, если растворимость кислорода и азота в воде при этой температуре и давлении соответственно равна 0,049 и 0,0236 м3 на 1 м3 воды.
Решение. Согласно закону Генри, растворимость газа в воде пропорциональна его парциальному давлению в смеси. Определим парциальное давление газов в смеси:
Учитывая парциальные давления газов, определяем растворимость газов:
растворимость кислорода
растворимость азота
Общий объем азота и кислорода равен
0,0104+0,0189=0,0293 м3.
Тогда процентное содержание газов равно:
Кислорода 0,0104. 100/0,0293 =35,49%;
Азота 100,00 - 35,49 =64,51 %.
Задачи
21. Вычислите растворимость Ва(NО3)2 в воде при 20° С, если в 545 г раствора нитрата бария при этой температуре содержится 45 г соли.
22. Коэффициент растворимости CaCl2 в воде при 100° С равен 159 г на 100 г H2O. Сколько хлорида кальция при этой температуре содержится в 1,35 кг раствора?
23. Вычислите процентную концентрацию раствора K2SO4 и его коэффициент растворимости, если при 0°С 50 г раствора содержат 3,44 г сульфата калия.
24. Определите процентную концентрацию раствора и растворимость хлорида кобальта, если 500 г его раствора при 20°С содержат 173 г соли.
25. Растворимость CuSO4 при 20°С равна 20,2 г, а при 100°С — 77 г. Сколько сульфата меди выпадет в осадок, если охладить 825 р раствора от 100 до 20°С?
26. Сколько выпадет в осадок карбоната калия из 770 г насыщенного при 100°С раствора, охлажденного до 0°С, если в 100 г растворителя при 100°С содержится 155 г соли, а при 0°С 111 г К2СО3?
27. При охлаждении насыщенного при 90°С раствора до 25°С выкристаллизовалось 200 г соли. Сколько было взято воды и соли, если растворимость соли при 90 и 25°С соответственно составляет 42,7 и 6,9 г?
28. 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 Н20 при этой температуре и давлении 0,745·105 Па?
29. Сколько воды надо взять, чтобы растворить 250 г хлора при 10°С и давлении 1,5·105 Па? Растворимость хлора при 10°С и давлении 1,0133·106 Па составляет 3,148 м3 на 1 м3 воды.
30. Растворимость сероводорода при 20°С и давлении 1,0133·105 Па равна 2,91 л на 1 л воды. Вычислите процентную концентрацию полученного раствора.
31. Под каким давлением должен находиться CO2, чтобы при растворении его в воде получился 1%-ный раствор, если коэффициент абсорбции СО2 при 20° С равен 0,878?
32. В 0,05 л воды растворено некоторое количество хлористого водорода, занимающее при 18°С и 1,0·105 Па объем, равный 4,9 л. Определите процентное содержание НС1 в растворе.
33. Коэффициент абсорбции водорода водой при 30°С составляет 0,017. Каково процентное содержание водорода в растворе при 30°С и давлении 96 500 Па?
34. Газовая смесь, имеющая состав 40% H2 и 60% СО2, растворялась в воде при 10°С и давлении 1,0133·105 Па. Каков процентный состав газовой смеси, растворенной в воде, если коэффициенты абсорбции водорода и диоксида углерода соответственно равны 0,0199 и 1,194?
35. В воде при 20°С и общем давлении 2,5·105 Па растворялась газовая смесь состава 15% O2, 25% N2 и 60% Cl2. Растворимость этих газов соответственно равна 0,031; 0,016; 2,299 м3 на 1 м3 воды. Определите процентный состав газовой смеси, растворенной в воде.
36. Определите коэффициент растворимости КС1 при 25°С, если при этой температуре для насыщения воды массой 25 г требуется соль массой 8,75 г.
37. Для перекристаллизации нитрат калия был растворен в воде массой 200 г при 80 °С до получения насыщенного раствора, который был затем охлажден до 0°С. Какую массовую долю составят при этом неизбежные потери и выход чистой соли? К (KNO3) при 80 °С равно 170 г, при 0°—17 г.
38. Коэффициент растворимости KNO3 при 35 и 75 °С соответственно равен 55 и 150 г. Соль какой массы потребуется для приготовления насыщенного при этих температурах растворов массой 60 г каждый?
39. В насыщенном при 90°С растворе К2Сr2О7 массовая доля соли составляет 45,2%. Какова растворимость К2Сr2О7 при этой температуре, выраженная величиной коэффициента растворимости?
40. Для получения насыщенного при 75 °С раствора NaNO3 была взята вода объемом 500 мл. Полученный раствор охлажден до 10 °С. Определите выход перекристаллизованной соли, если для нее коэффициент растворимости при указанных температурах соответственно равен 142 и 80 г.