- •1. Общие положения теории растворов
- •2. Способы выражения концентрации растворов
- •3. Растворимость веществ
- •4. Факторы, влияющие на растворимость веществ в жидкостях
- •5. Электрическая проводимость растворов
- •6. Ионное произведение воды. Водородный показатель
- •7. Гидролиз солей
- •8. Коллигативные (общие) свойства растворов
- •9. Экспериментальная часть.
- •10. Примеры решения типовых задач.
- •11. Вопросы для самоподготовки.
- •Приложения
- •Приложение 1. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию
- •Приложение 2. Некоторые способы выражения концентрации растворов.
- •Приложение 3. Определение концентрации растворов методом титрования.
- •Приложение 4. Расчеты по уравнению химической реакции с участием растворов.
- •Приложение 7. Экспериментальное определение молярной массы растворенного вещества
- •Приложение 8. Качественный анализ водных растворов неорганических веществ
- •Литература
10. Примеры решения типовых задач.
Задача 1.
Вычислить массовую долю сахара в растворе, состоящем из
20г сахара, 200 г воды. Дано:
m(сах) = 20г
m(H 2O) = 200г
ω(сах) −?
Решение:
Массовая доля сахара рассчитывается по формуле:
ω(сах) = |
m(сах) |
100 = |
m(сах) |
100 |
|
m( р − р) |
m(сах) + m(H 2O) |
||||
|
|
|
ω(сах) = 22020 100 = 9%
Задача 2.
Какая масса CuSO4 требуется для приготовления 500 мл раствора, молярная концентрация которого 0,1 моль/л?
Дано:
V= 500мл = 0,5л
С= 0,1моль/ л
M (CuSO4 ) =160г/ моль
m(CuSO4 ) −?
Решение:
Молярная концентрация растворенного вещества рассчитывается по формуле:
С = |
m(CuSO4 ) |
|
|
. |
|
M (CuSO4 )V |
Тогда:
m(CuSO4 ) = M (CuSO4 )VC =160 0,5 0,1 =8г
Задача 3.
К 300 г воды при температуре 200С добавили 210 г нитрата калия. Определить массу выпавшего осадка. До какой температуры надо нагреть раствор, чтоб осадок растворился?
20
Решение:
Используя приложение 5, по кривой 1 находим растворимость нитрата калия при 200С в 100 г воды: P1 = 34г.
Масса нитрата калия, которая может раствориться в 300 г во-
ды, равна: m1 (KNO3 ) = 34 3 =102г.
Масса осадка равна: mосадка = 210 −102 =108г.
При нагревании раствора с осадком до некоторой температуры t 2 осадок растворится. В 300 г воды растворится 210 г нитрата
калия. В 100 г воды растворится: P2 = 2103 = 70г.
По графику находим t2 =430С.
Задача 4.
Растворимость кислорода в речной воде 8 мг/л. Соленость воды составляет 200 мг/л. Как изменится содержание кислорода в воде: 1) при повышении температуры наружного воздуха; 2) при уменьшении атмосферного давления; 3) при увеличении солености воды до 50 мг/л?
Решение:
1.Растворение газов в воде является экзотермическим процессом, поэтому с повышением температуры растворимость кислорода понижается (приложение 6).
2.По закону Генри при постоянной температуре растворимость газов в воде прямо пропорциональна давлению над жидкостью. Следовательно, при уменьшении атмосферного давления растворимость кислорода в речной воде уменьшается.
3.Если в воде растворены какие-либо вещества (особенно электролиты), растворимость газов уменьшается по сравнению с растворимостью в чистой воде. Следовательно, при увеличении солености воды растворимость кислорода в ней уменьшается.
Задача 5.
Какую массу сахарозы (C12H22O11) надо растворить в 500 г
воды, чтобы температура кипения полученного раствора составляла 105,20С? Определить температуру замерзания полученного раствора.
Дано:
21
m(H 2O) = 500г
tкипр−р =105,20 С
M (C12 H 22O11 ) = 342г/ моль
E = 0,52
K =1,86
m(C12 H 22O11 ) −? t кип−?
Решение:
Находим повышение температуры кипения раствора:
∆tкип = tкипр−р −tкипр−ль =105,2 −100 = 5,20 C
Закон Рауля для растворов неэлектролитов имеет вид:
∆tкип = ECm
Тогда: |
|
∆tкип |
|
|
|
|
|
||||
Cm = |
= |
5,2 |
=10моль/ кг. |
||||||||
|
E |
|
0,52 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Моляльную концентрацию растворенного вещества рассчи- |
|||||||||||
тывают по формуле: |
|
|
|
|
m(C12 H 22O11 ) |
|
|||||
Cm = |
|
|
|
|
1000 . |
||||||
M (C12 H 22O11 )m(H 2O) |
|||||||||||
|
|
||||||||||
Тогда: |
|
|
|
|
|
|
M (C12 H 22O11 )m(H 2O)Cm |
||||
m(C12 H 22O11 ) |
= |
|
|||||||||
|
|
1000 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
m(C H |
22 |
O ) = 342 500 10 |
=170г . |
||||||||
12 |
|
|
|
11 |
|
1000 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По закону Рауля понижение температуры замерзания раствора равно:
∆tзам = tзамр−ль −tзамр−р = KCm =1,86 10 =18,60 .
Находим температуру замерзания раствора:
tзамр−р = tзамр−ль −∆tзам = 0 −18 = −18,60 С .
22
Задача 6.
Растворы KCl и Ca(NO3)2 имеют одинаковую концентрацию 1 моль/кг. Какой из этих растворов будет иметь более низкую температуру замерзания?
Решение:
По закону Рауля понижение температуры замерзания растворов электролитов рассчитывается по формуле:
∆t зам= iKCm
Для раствора KCl (i = 2) :
∆tзам (KCl) = 2 1 K = 2K
Для раствора Ca(NO3)2 (i = 3) :
∆tзам (Ca(NO3 )2 = 3 1 K = 3K . ∆tзам (KCl) ˂∆tзамCa(NO3 )2 ,
следовательно, раствор Ca(NO3)2 имеет более низкую температуру замерзания.
Задача 7.
Морскую воду среднеокеанского состава имитирует раствор хлорида натрия, массовая доля которого 3,5%. Вычислить осмотическое давление морской воды при стандартных условиях. Плотность раствора хлорида натрия принять равной 1 г/мл.
Дано:
ω(NaCl) = 3,5%
T= 250 C = 298K (температура при стандартных условиях)
ρ( р − р) =1г/ мл
M (NaCl) =58,5г/ моль
pосм −?
Решение:
Вычислим молярную концентрацию раствора хлорида натрия, массовая доля которого 3,5%.
Пусть m( р − р) =100г. Массовая доля хлорида натрия рас-
считывается по формуле:
ω(NaCl) = mm((NaClр − р))100.
23
Тогда: |
ω(NaCl)m( р − р) |
|
3,5 100 |
|
m(NaCl) = |
= |
= 3,5г. |
||
|
100 |
|
100 |
|
Объем раствора равен: |
|
|
|
|
V = |
m( р − р) |
=100мл = 0,1л |
|
||||
|
ρ( р − р) |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||
Молярная концентрация раствора: |
|
|
||||||
C = |
m(NaCl) |
= |
|
3,5 |
|
= 0,6моль/ л. |
|
|
M (NaCl)V |
58,5 0,1 |
|
||||||
|
|
|
|
|||||
Осмотическое |
давление |
раствора |
сильного электролита |
|||||
( i(NaCl) = 2 ) рассчитывается по формуле: |
|
|||||||
pосм = iRTC = 2 8,31 298 0,6 = 2972кПа ≈ 25атм. |
||||||||
Задача 8. |
|
|
|
|
|
|
|
pH = 6 . |
Пленка влаги в промышленной атмосфере имеет |
||||||||
Определить концентрацию |
ионов [H + ]и [OH − ] . |
Написать |
уравнения реакций, объясняющих кислый характер пленки влаги, учитывая, что в промышленной атмосфере содержатся газы CO2,
H2S, SO2.
Решение:
По формуле (6) находим [H + ]:
[H + ] =10−pH =10−6 моль/ л.
Из ионного произведения воды находим [OH − ] :
[OH − ] = |
10−14 |
= |
10−14 |
=10−8 моль/ л. |
|
[H + ] |
|
10−6 |
|
Кислый характер пленки влаги объясняется тем, что газы CO2, H2S, SO2 образуют с водой слабые кислоты, например:
CO2 + H2O ↔ H2CO3.
Слабая кислота подвергается частичной диссоциации:
H2CO3 ↔ H+ + HCO3-.
24