Законы Рауля и Вант – Гоффа.

Практическая работа №2

Тема: «Решение задач на расчет концентраций растворов и рН среды»

Цель работы: 1. Закрепить практические умения и навыки на использование концентраций растворов в химических расчетах, основных законов Рауля и Вант - Гоффа.

1. Научиться с помощью ионного произведения воды и водородного показателя определять кислотность среды.

Продолжительность:2 часа

Формируемые знания, умения, общие компетенции: У3, У4,У5,У6,З1, З2, З3,З4,ОК1-4

 

План работы:

 

1. Расчет концентраций растворов.
2. Решение задач на использование законов Рауля и Вант – Гоффа.
3. Определение кислотности растворов различных веществ.

 

Методические рекомендации

Концентрация растворов.

Важной характеристикой растворов служит их концентрация, которая выражает относительное количество компонентов в растворе. Различают массовые и объемные концентрации, размерные и безразмерные.

К безразмерным концентрациям (долям) относятся следующие концентрации:

• Массовая доля растворенного вещества W (B) выражается в долях единицы или в процентах:

где m (B) и m (A) – масса растворенного вещества B и масса растворителя A.

• Мольная доля растворенного вещества χ(B) выражается соотношением

Сумма мольных долей k компонентов раствора χ _i равна единице

 

К размерным концентрациям относятся следующие концентрации:

• Моляльность растворенного вещества C_m (B) определяется количеством вещества n (B) в 1 кг (1000 г) растворителя, размерность моль/кг.

• Молярная концентрация вещества B в растворе C (B) – содержание количества растворенного вещества B в единице объема раствора, моль/м³, или чаще моль/литр:

где μ(B) – молярная масса B, V – объем раствора.

• Молярная концентрация эквивалентов вещества B C _Э(B) (нормальность – устаревш.) определяется числом эквивалентов растворенного вещества в единице объема раствора, моль∙литр^–1:

где n _Э(B) – количество вещества эквивалентов, μ_Э – молярная масса эквивалента.

• Титр раствора вещества B(T _B) определяется массой растворенного вещества в г, содержащегося в 1 мл раствора:

[T_B] = г∙мл^–1 или

[T_B] = г ∙мл^–1

Массовые концентрации (массовая доля, процентная, моляльная) не зависят от температуры; объемные концентрации относятся к определенной температуре.

Законы Рауля и Вант – Гоффа.

Второй закон Рауля – понижение температуры кипения и повышение температуры замерзания раствора прямо пропорционально моляльной концентрации раствора:

Тогда из Δ T = K _кр · m получим молярную массу растворенного вещества:

По Вант-Гоффу осмотическое давление раствора численно равно тому газовому давлению, которое имело бы растворенное вещество, будучи переведенным в газообразное состояние в том же объеме и при той же температуре. Поскольку объем (разбавление) обратно пропорционален концентрации, то закон Вант-Гоффа можно записать в виде

Так как объем одного моля газообразного вещества при нормальных условиях равен 22,4 литра, то осмотическое давление раствора, содержащего 1 моль вещества, равно 22,4 атм.

Измерение осмотического давления раствора используется для определения молекулярных масс даже разбавленных растворов, что позволяет оценивать молекулярные массы растворимых высокомолекулярных соединений, в частности, биополимеров. Заменив C (B) в формуле Вант-Гоффа соотношением (m (B) ∙ 1000 / μ(B) ∙ V), получим уравнение, позволяющее вычислять молекулярные массы растворенных веществ:

m (B) – масса растворенного вещества, V – объем раствора

Пример 1. В 175 г воды растворено 25 г CuSO₄∙5H₂O. Вычислить процентную концентра-цию его в полученном растворе.

Решение. Масса раствора составляет 200 г. В пентагидрате сульфата меди (II) безводного CuSO₄ содержится

что составляет 16 / 200 · 100 % = 8 %

Пример 2. Определите молярную долю, моляльность, молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалентов и титр 27,7% раствора H₂SO₄, d = 1,2 г/мл.

Решение.

1. Молярная доля χ

1. Моляльность C_m

1. Молярная концентрация C

4. Молярная концентрация эквивалентов C _Э

5. Титр T

Пример 3. На нейтрализацию 25 мл раствора H₂SO₄ израсходовано 10 мл 0,1 C _Э раствора NaOH. Какова молярная концентрация эквивалентов H₂SO₄?

Решение. Используя закон эквивалентов C _Э(H₂SO₄) ∙ V (H₂SO₄) = C _Э(NaOH) ∙ V (NaOH), получаем

Пример 4. Определить объем 70 % раствора H₃PO₄ плотностью 1,5 г/мл, необходимый для приготовления 1,5 л раствора C _Э = 0,1 моль·л^–1.

Решение. Используя соотношение

и учитывая, что нужно приготовить раствор с Сэ = 0,1 находим объем V₁ исходного раствора H₃PO₄

Пример 5. Для заполнения автомобильного аккумулятора необходимо приготовить 2 л 35% серной кислоты плотностью 1,26 г/мл из 98% раствора с d = 1,836 г/мл.

Решение. Задача решается аналогично задаче 4.

Пример 6. Какова температура кипения раствора 30 г глюкозы (C₆H₁₂O₆) в 100 мл воды (d = 1,000 г·мл^–1)?

Решение. Δ t = K _эб · C_m = K _эб· m_{(глюкозы)} /М_{(глюкозы)} m (H2O)= 0.52· 30 / 180· 0.1 = 0.87 ^оС

t _кип раствора C₆H₁₂O₆ 100,87°C.

Пример 7. Температура замерзания раствора 0,400 г неизвестного углеводорода в 25,0 г уксусной кислоты понизилась на 0,45°C по сравнению с чистой CH₃COOH (K = 3,6 град·моль^–1·кг). Какова молярная масса исследуемого углеводорода? Какова его формула, если по данным анализа содержание C = 93,76%; H = 6,25%?

Решение.

 

Σ M (C) = 0,9376 ∙ M (B) = 120; n (C) = 120: 12 = 10

 

Σ M (H) = 0,0624 ∙ M (B) = 8,0; n (H) = 8,0: 1,0 = 8

C₁₀H₈ (нафталин).

Пример 8. Образец поливинилхлорида массой 4,00 г с M = 1,5∙10⁵г∙моль^–1 растворили в 0,1 лдиоксана, C₄H₈O₂ при 298К. Каково осмотическое давление, возникающее в растворе по сравнению с чистымдиоксаном?

Решение. π = CRT = 4 · 8.31 · 298 / 1.5 · 10⁵ · 0.1 = 6.6 Па.