Растворы. Выражение концентрации растворов. Свойства растворов

Растворы

Раствором называется твердая или жидкая гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов (составных частей), относительные количества которых могут изменяться в широких пределах. Наиболее важный вид растворов – жидкие растворы. Раствор состоит из растворенных веществ и растворителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распределены в виде молекул или ионов.

7.1. Способы выражения концентрации растворов. Концентрацией раствора называется содержание раство­ренного вещества в определенной массе или известном объеме раствора или растворителя.

Различают массовую, молярную (мольно-объемную), моляльную, титр, мольную долю и другие величины, выражающие содержание растворенного вещества в растворе. Разберем их на конкретных примерах.

Пример 1. Вычислите: а) массовую (процентную) (с, %); б) молярную концентрацию (см); в) молярную концентрацию экви­валента (сн); г) моляльную (см) концентрацию раствора Н3РО4, полученного при растворении 18 г кислоты в 282 см3 воды, если плотность его 1,031 г/см3. Чему равен титр (T) этого раствора?

Решение: а) Массовая концентрация показывает число граммов (единиц массы) вещества, содержащееся в 100 г (единиц массы) раствора. Так как массу 282 см3 воды можно принять равной 282 г, то масса полученного раствора 18 + 282 = 300 г и, следовательно:

б) молярная (мольно-объемная) концентрация показывает число молей растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора. Масса 1 л раствора 1031 г (10001,031). Массу кислоты в литре раствора находим из соотношения

Молярную концентрацию раствора получим делением числа граммов Н3РO4 в 1 л раствора на молярную массу Н3РО4 (97,99 г/моль):

см = 61,86 / 97,99 = 0,63 м

в) молярная концентрация эквивалента (или нормальность) показывает число эквивалентов растворенного вещества, содер­жащихся в 1 л раствора.

Так как эквивалентная масса Н3РO4 = М/3 = 97,99/3 = 32,66 г/моль, то

сН = 61,86 / 32,66 = 1,89 н

г) моляльная концентрация (или моляльность) показывает число молей растворенного вещества, содержащихся в 1000 г растворителя. Массу Н3РО4 в 1000 г растворителя находим из соотношения

Отсюда См = 63,83/97,99 = 0,65 м.

Титром раствора называют число граммов растворенного вещества в 1 см3 (мл) раствора. Так как в 1 л раствора содержится 61,86 г кислоты, то T= 61,86/1000 = 0,06186 г/см3.

Зная молярную концентрацию эквивалента (cн) и молярную массу эквивалента (mэ) растворенного вещества, титр легко найти по формуле:

Т = сн mЭ / 1000

Пример 2. На нейтрализацию 50 см3 раствора кислоты израсходовано 25 см3 0,5 н. раствора щелочи. Чему равна молярная концентрация эквивалентов кислоты?

Решение. Так как вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных соотношениях, то растворы равной молярной концентрации эквивалентов реагируют в равных объемах. При разных молярных концентрациях эквивалентов объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям, т.е.

V1: V2 = cн2 : cн1 или V11 = V2 ∙ cн2

50cн1 = 25 ∙ 0,5 откуда cн1 = 25 ∙ 0,5 / 50 = 0,25н

Пример 3. К 1 л 10%-ного раствора КОН (пл. 1,092 г/см3) прибавили 0,5 л 5%-ного раствора КОН (пл. 1,045 г/см3). Объем смеси довели до 2 л. Вычислите молярную концентрацию полученного раствора.

Решение. Масса одного литра 10%-ного раствора КОН равна 1092 г. В этом растворе содержится 1092 • 10/100 = 109,2 г КОН. Масса 0,5 л 5%-ного раствора 1045 • 0,5 = 522,5 г. В этом растворе содержится 522,5 • 5/100 = 26,125 г КОН.

В общем объеме полученного раствора (2 л) содержание КОН составляет 109,2 + 26,125 = 135,325 г. Отсюда молярная концент­рация раствора cm = 135,325/(2 • 56,1) = 1,2 М, где 56,1 г/моль — молярная масса КОН.

Пример 4. Какой объем 96%-ной кислоты плотностью 1,84 г/см3 потребуется для приготовления 3 л 0,4 н. раствора?

Решение. Эквивалентная масса H2SO4 = М/2 = 98,08/2 = 49,04 г/моль. Для приготовления 3л 0,4н. раствора требуется 49,04 • 0,4 • 3= = 58,848 г H2SO4. Масса 1 см3 96%-ной кислоты 1,84 г. В этом растворе содержится 1,84 • 96/100 = 1,766 г H2SO4.

Следовательно, для приготовления 3 л 0,4 н. раствора надо взять 58,848 : 1,766 = 33,32 см3 этой кислоты.

7.2. Коллигативные свойства растворов. Коллигативными являются свойства растворов, которые зависят от концентрации и практически не зависят от природы растворенных веществ. Они также называются общими (коллективными). Такие свойства могут проявляться в полной мере в идеальных растворах. Идеальным называют раствор, в котором не происходят химические реакции между компонентами, а силы меж­молекулярного взаимодействия между компонентами одинаковы. Со­ответственно, образование этих растворов не сопровождается тепловым эффектом (∆Н=0) и каждый компонент ведет себя в растворе не­зависимо от других компонентов. К идеальным растворам по своим свойствам приближаются лишь очень разбавленные растворы. К общим свойствам растворов относятся понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором и температуры замерзания, повышение температуры кипения и осмотическое давление.

Молекулы нелетучего растворенного компонента раствора препятствуют улетучиванию из раствора молекул растворителя. Французский ученый Р. Рауль открыл закон, согласно которому понижение давления насыщенного пара растворителя А над раствором ∆рА пропорционально молярной доле растворенного нелетучего вещества хВ:

р0А –рА = рА = р0АхВ,

где р0А, рАдавления насыщенного пара растворителя соответственно над чистым растворителем и над раствором;

рА – разность между давлениями насыщенного пара растворителя над раствором, рА и растворителем р0А

Из закона Рауля возникают два следствия. Согласно одному из них температура кипения раствора выше температуры кипения растворителя.

Повышение температуры кипения ∆ТКИП пропорционально моляльности раствора сm.

∆ТКИП = КЭ сm (1)

где КЭ— эбулиоскопическая постоянная растворителя.

Согласно второму следствию из закона Рауля температура замерзания (кристаллизации) раствора ниже температура замерзания (кристаллизации) чистого растворителя. Это обусловлено более низким давлением пара растворителя над раствором, чем над растворителем. Понижение температуры замерзания (кристаллизации) ДГзам пропорционально моляльности раствора, ∆ТЗАМ пропорцианально моляльности раствора

∆ТЗАМ = КК сm (2)

где КК — криоскопическая постоянная.

Значения КЭ и КК зависят от природы растворителя

Используя уравнения (1) и (2), можно определить молярную массу вещества. Для этого экспериментально определяют повышение температуры кипения или замерзания раствора. Если известна масел растворенного вещества и растворителя тА, то молярную массу растворенного вещества МВ определяют по уравнению

 

где К ≡КЭ и К≡ КК

Осмотическое давление. Самопроизвольный переход раствори­теля через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и рас­творитель или два раствора с различной концентрацией растворенно­го вещества, называется осмосом. Осмос обусловлен диффузией молекул растворителя через полупроницаемую перегородку, которая пропускает только молекулы растворителя. Молекулы растворителя диффундируют из растворителя в раствор или из менее концентриро­ванного раствора в более концентрированный, поэтому концентриро­ванный раствор разбавляется, при этом увеличивается и высота его столба. Количественно осмос характеризуется осмотическим давлением, равным силе, приходящейся на единицу площади поверхности, и заставляющей молекулы растворителя проникать че­рез полупроницаемую перегородку. Осмотическое давление возрастает с увеличением концен­трации растворенного вещества и температуры. Вант-Гофф предпо­ложил, что для осмотического давления можно применить уравне­ние состояния идеального газа

рV=nRT или р=(n/V)RT, откуда р= cRT,

где р – осмотическое давление;

с — молярная концентрация раствора.

Осмос играет очень важную роль в биологических процессах, обеспечивая поступление воды в клетки и другие структуры. Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими. Если осмотическое давление выше внутриклеточного, то оно называется гипертоническим, если ниже внутриклеточного – гипотоническим.

Пример 1. Вычислите температуры кристаллизации и кипения 2%-ного водного раствора глюкозы.

Решение. По закону Рауля понижение температуры кристал­лизации и повышение температуры кипения раствора (T) по сравнению с температурами кристаллизации и кипения раст­ворителя выражаются уравнением:

где: К – криоскопическая или эбулиоскопическая константы. Для воды они соответственно равны 1,86 и 0,52;

т и М – соответственно масса растворенного вещества и его молярная масса;

тi масса растворителя.

Понижение температуры кристаллизации 2%-ного раствора С6Н12О6 находим по формуле (2): ∆Tзам = Кк ∙ Сm

Вода кристаллизуется при 0°С, следовательно, температура кристаллизации раствора

0 – 0,21= -0,21 С.

По формуле (1) находим и повышение температуры кипения 2%-ного раствора:

Вода кипит при 1000 С, следовательно, температура кипения этого раствора 100 + 0,06 = 100,06°C.

Пример 2. Раствор, содержащий 1,22 г бензойной кислоты С6Н5СООН в 100 г сероуглерода, кипит при 46,529°С. Температура кипения сероуглерода 46,3 0С. Вычислите эбулиоскопическую константу сероуглерода.

Решение. Повышение температуры кипения Т = 46,529-46,3 = 0,229°. Молярная масса бензойной кислоты 122 г/моль. По формуле (1) находим эбулиоскопическую константу:

 

∆TMm1 0,299 · 122 · 100

Kэ = = = 2,29˚

m1000 1,22 · 1000

 

Пример 3. Раствор, содержащий 11,04 г глицерина в 800 г воды, кристаллизуется при -0,279°С. Вычислите молярную массу глицерина.

Решение. Температура кристаллизации чистой воды 00С, следовательно, понижение температуры кристаллизации T = 0 – (-0,279) = 0,279°. Масса глицерина т (г), приходящаяся на 1000 г воды, равна:

 

Пример 4. Вычислите массовую долю (%) водного раствора мочевины (NH2)2CO, зная, что температура кристаллизации этого раствора равна 0,465°С.

Решение: Температура кристаллизации чистой воды 00С, следовательно, T = 0 – (-0,465) = + 0,465°. Молярная масса мочевины 60 г/моль. Находим массу т (г) растворенного вещества, приходящуюся на 1000 г воды, по формуле (2):

Общая масса раствора, содержащего 15 г мочевины, составляет 1000 + 15 = 1015 г. Процентное содержание мочевины в данном растворе находим из соотношения

 

А Вам помог наш сайт? Мы будем рады если Вы оставите несколько хороших слов о нас.
Оставить отзыв
Категории
Рекомендации
Подсказка
Нажмите Ctrl + F, чтобы найти фразу в тексте
Помощь проекту
Интересное
А знаете ли вы, что нажав сочетание клавиш Ctrl+F - можно воспользоваться поиском по сайту?
X
Copyrights © 2015: FARMF.RU - тесты, лекции, обзоры
Яндекс.Метрика
Рейтинг@Mail.ru