Читайте также:
|
|
1. Рассчитайте, какую массу фенола С6Н5ОН следует растворить в 370 г диэтилового эфира (С2Н5)2О при постоянной температуре, чтобы понизить давление насыщенных паров растворителя от 90 кПа до 75 кПа.
Решение. Для решения этой задачи воспользуемся выражением первого закона Рауля ΔР/Р0 = χ, где Р0 – давление насыщенных паров диэтилового эфира над чистым растворителем, равное 90 кПа; ΔР – разность давлений паров над растворителем и раствором, ΔР = 90 – 75 = 15 кПа; χ – молярная доля фенола в эфире, определяемая по уравнению χ = n/(n + n0).
Определим вначале молярную долю фенола: χ(С6Н5ОН) = 15/90 = 0,167. Подставим найденное значение в уравнение для χ, преобразовав его относительно количества вещества фенола, и решим его:
0,167·n + 0,167·n0 = n; n – 0,167·n = 0,167·n0 или 0,833·n= 0,167·n0
и окончательно n = 0,2·n0.
В полученном выражении количества вещества фенола и эфира заменим их значениями через m и М и преобразуем уравнение относительно неизвестной массы растворенного в эфире фенола:
m(C6H5OH)/M(C6H5OH) = 0,2·m(C2H5)2O/M(C2H5)2O, откуда
m(C6H5OH) = M(C6H5OH)·0,2·m(C2H5)2O/M(C2H5)2O.
Подставим в найденное выражение физическую массу эфира и молярные массы фенола и эфира, предварительно рассчитав их, получим:
М(С6Н5ОН) = 6·12 + 6·1 + 16 = 94 г/моль; М(С2Н5)2О = 4·12 + 10·1 + 16 = 74 г/моль; m(C6H5OH) = (94·0,2·370)/74 = 94 г.
Ответ: m(C6H5OH) = 94 г.
2. Определите температуру кипения 15%-го водного раствора пропилового спирта С3Н7ОН.
Решение. Для решения используем математическое выражение второго закона Рауля (ΔТкип = kЭ·Сm. В этом уравнении ΔТкип = Ткип(р-ра) – Ткип(Н2О); Сm– моляльная концентрация раствора,
Сm = m(C3H7OH)/[M(C3H7OH)·m(H2O)·10-3] моль/кг.
Для расчета моляльной концентрации используем данные условия задачи (в 100 г 15% раствора спирта содержатся 15 г спирта и 85 г воды) и молярную массу пропилового спирта (М(С3Н7ОН) = 12·3 + 8·1 + 16 = 60 г/моль): Сm = 15/(60·85·10-3) = 2,94 моль/кг.
Теперь рассчитаем температуру кипения раствора, используя справочные данные для эбулиоскопической постоянной воды Ткип(Н2О) = 373 К; kЭ (Н2О) = 0,520:
Ткип(р-ра) = ΔТкип + Ткип(Н2О) = (0,52·2,94) + 373 = 374,53 К.
Ответ: раствор кипит при температуре 374,53 К.
3. Массовые доли углерода, водорода и серы, входящих в состав неизвестного вещества, соответственно равны(%): 39,34; 8,20; 52,46. Раствор, содержащий 0,2 г этого вещества в 26 г бензола, кристаллизуется при температуре на 0,3180 ниже, чем чистый растворитель. Определите формулу неизвестного вещества.
Решение. На основе данных криоскопии, используя 2-й закон Рауля, рассчитаем молярную массу неизвестного вещества по уравнению:
ΔТкр = kК·Сm= kK(C6H6)·m(в-ва)/[M(в-ва)·m(C6H6)·10-3],
преобразовав его предварительно относительно М(в-ва) и воспользовавшись справочным значением kK(C6H6) = 5,120:
M(в-ва) = kK(C6H6)·m(в-ва)/[ΔТкр·m(C6H6)·10-3],
откуда M(в-ва) = (5,12·0,2)/(0,318·26·10-3) = 124 г/моль.
На основании данных о составе вещества определим его простейшую формулу:
nС = ωС/МС = 39,34/12 = 3,28; nН = ωН/МН = 8,20/1 = 8,20; nS = ωS/МS = 52,46/32 = 1,64. Отсюда nС ÷ nН ÷ nS = 3,28 ÷ 8,20 ÷ 1,64 = 2 ÷ 5 ÷ 1 и простейшая формула неизвестного вещества будет иметь вид С2Н5S.
Рассчитаем молярную массу простейшей формулы и сравним с найденным ранее значением М(в-ва): М(С2Н5S) = 12·2 + 5·1 + 32 = 61 г/моль и она в 2 раза меньше М(в-ва). Значит, в простейшей формуле все индексы необходимо удвоить, тогда получим истинную формулу вещества: С4Н10S2.
Ответ: формула неизвестного вещества С4Н10S2.
4. Определите, будут ли изотоничны водные растворы глюкозы и этилового спирта, если их массовые доли составляют 20% для глюкозы и 5% для спирта.
Решение. Изотоническими называются растворы с одинаковым значением осмотического давления, которое рассчитывается по закону Вант-Гоффа: π = СµRT, где π – осмотическое давление; Сµ –молярная концентрация раствора; Т – температура, R – универсальная газовая постоянная Ридберга (R = 8,31 Па·м3/моль·К).
Для расчета π(С6Н12О6) и π(С2Н5ОН) необходимо вначале определить их молярные концентрации по уравнениюСμ = m/(M·V), преобразованному с учетом пересчета концентрации растворов с массовой доли на Сμ: m = ω·V·ρ и тогда
Сμ = (ω·V·ρ)/(M·V) = (ω·ρ)/М.
Произведем расчеты по этому уравнению, зная, что М(С6Н12О6) = 180 г/моль, М(С2Н5ОН) = 46 г/моль, а плотности растворов при соответствующих массовых долях, согласно справочным данным, равны ρ(С6Н12О6) = 1,081 г/мл; ρ(С2Н5ОН) = 0,990 г/мл:
Сμ (р-ра С6Н12О6) = (0,20·1,081·103)/180 = 1,20 моль/л;
Сμ (р-ра С2Н5ОН) = (0,05·0,990·103)/46 = 1,08 моль/л.
Дальнейшие расчеты можно не проводить, т.к в выражении для осмотического давления сомножитель RT у обоих растворов одинаковый. В связи с тем, что
Сμ(р-ра С6Н12О6) > Сμ(р-ра С2Н5ОН),
то и осмотическое давление раствора глюкозы больше осмотического давления раствора спирта, т.е. π(р-ра С6Н12О6) > π(р-ра С2Н5ОН) и растворы не изотоничны.
Ответ: растворы не изотоничны, π(р-ра С6Н12О6) > π(р-ра С2Н5ОН).
5. Определите, при какой температуре осмотическое давление раствора, содержащего 18,6 г анилина С6Н5NН2 в 3 л раствора, достигнет 2,84·105 Па.
Решение. Для расчета используем уравнение закона Вант-Гоффа, преобразовав его относительно температуры раствора: Т = π/R·Cμ = (π·M·V)/(R·m).
Решим это уравнение, подставив в него значение М(С6Н5NН2) = 93 г/моль:
Т = (2,84·105·93·3)/(8,31·103·18,6) = 512,6 К.
Ответ: при температуре 512,6 К.
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 286 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Пример 2. Определение растворимости и энергетики процесса растворения | | | Пример 4. Свойства растворов слабых и сильных электролитов |