Практичне заняття

 

Тема: ВЛАСТИВОСТІ РОЗЧИНІВ.  ЗАКОНИ РАУЛЯ

 

Мета заняття: засвоїти закон, що виражає залежність фізичних властивостей розчинів (температура кипіння, температура замерзання, осмотичний тиск) від концентрації. Навчитись виконувати відповідні розрахунки.

ПИТАННЯ ДЛЯ ПІДГОТОВКИ

 

1. Залежність зміни тиску насиченої пари розчинника над розчином від концентрації ( І закон Рауля).

2. ІІ закон Рауля:

а) підвищення температури кипіння розчину в порівнянні з чистим розчинником;

б) пониження температури кристалізації розчину в порівнянні з чистим розчинником;

в) фізичний зміст ебуліоскопічної та кріоскопічної сталих.

3. Практичне застосування закону Рауля.

4. Осмос. Закон Вант-Гоффа для осмотичного тиску.

5. Відхилення законів Рауля і Вант-Гоффа для розчинів електролітів. Ізотонічний коефіцієнт.

 

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

Вивчення властивостей розбавлених розчинів неелектролітів показало, що їхні властивості змінюються пропорційно концентрації розчинів.

Властивості розчинів, які залежать лише від числа частинок в розчині і не залежать від природи розчиненої речовини, називаються коллігативними. Це зміна осмотичного тиску, температури кипіння, температури кристалізації розчину в порівнянні з чистим розчинником, які зумовлені зниженням тиску насиченої пари.

1. Відносне зниження тиску насиченої пари розчинника над розчином пропорційне мольній частці розчиненої речовини (І закон Рауля):

,

де  – тиск насиченої пари розчинника над чистим розчинником;

     – тиск насиченої пари розчинника над розчином;

     – зниження тиску пари;

     – мольна частка розчиненої речовини;

      – кількість речовини розчинника, моль;

        – кількість розчиненої речовини, моль.

2. Підвищення температури кипіння () і зниження температури кристалізації () розчину прямо пропорційне моляльній концентрації розчиненої речовини (наслідки з закону Рауля):

,            ,

де  – ебуліоскопічна константа розчинника;

     – кріоскопічна константа розчинника;

      – моляльна концентрація розчину.

Таблиця 5

      Кріоскопічні і ебуліоскопічні константи деяких розчинників

 

3. Осмотичний тиск розчину пропорційний його молярній концентрації і температурі (закон Вант-Гоффа):

,

де  – молярна концентрація;

      – універсальна газова стала;

       – температура, К.

Колегативні властивості розчинів неелектролитів (,, ,) лінійно залежать від концентрації розчиненої речовини. Якщо замість розчинів неелектролітів візьмемо розчини електролітів-кислот, основ або солей такої самої концентрації, то для останніх спостерігаються істотні відхилення від законів Рауля, Вант-Гоффа.

На відміну від розчинів неелектролітів, у розчинах електролітів число частинок не відповідає числу молекул, воно збільшується за рахунок електролітичної дисоціації розчиненої речовини. Тому експериментальні значення величин ,,, для розчинів кислот, основ і солей більші за теоретично обчисленні за відповідними законами Рауля і Вант-Гоффа. Для оцінки міри відхилення Вант-Гофф запропонував ввести так званий ізотонічний коефіцієнт,  який є відношенням і відповідних експериментальних значень величин  ,, , до теоретичного обчислення:

.

Ізотонічний коефіцієнт і пов’язаний із ступенем дисоціації електроліту  співвідношенням: ,

де  – ізотонічний коефіцієнт;

     – число іонів, на які дисоціює молекула електроліту:

для    , для    .

                                                         .

Для розчинів електролітів:

;   

;

.

 

ПРИКЛАДИ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ

 

Приклад 1. Обчислити температуру кристалізації та кипіння 2% водного розчину глюкози .

Розв’язок: за законом Рауля пониження температури кристалізації і підвищення температури кипіння розчину визначаються рівняннями:

                               ;                              (1)

                              ,                           (2)

де – кріоскопічна константа ();

     – ебуліоскопічна константа ();

      i  – маса розчинної речовини і її молярна маса;

      – маса розчинника.

Пониження температури кристалізації 2% розчину глюкози знаходимо за формулою (1);

;

.

Вода кристалізується при 0 ⁰С, отже, температура кристалізації розчину

.

За формулою (2) знаходимо підвищення температури кипіння 2% розчину глюкози:

.

Вода кипить при , отже, температура кипіння цього розчину

.

 

Приклад 2. Розчин, що містить 8 г неелектроліту в 100 г диетилового ефіру, кипить при , тоді як чистий ефір кипить при . Обчислити молярну масу розчиненої речовини.

Розв’язок: З умови задачі знаходимо:

.

За формулою  знаходимо моляльність розчину

;

,

де i  – маса розчиної речовини і її молярна маса;

     – маса розчинника.

.

Молярна маса розчиненої речовини .

Приклад 3. Розчин, що містить 0,85 г цинк хлориду в 125 г води кристалізується при . Визначити ступінь дисоціації .

Розв’язок: Ступінь дисоціації визначаємо за формулою

,

де  – ізотонічний коефіцієнт;

     – кількість іонів, на які дисоціює

    ;

 ,

де  (за умовою задачі);

     – пониження температури кристалізації без врахування дисоціації електроліту.

;

;

;

;

.

Порівнюючи знайдене значення з експериментально визначеним пониженням температури кристалізації, знаходимо ізотонічний коефіцієнт :

 .

Знаходимо ступінь дисоціації солі.

     або     .

 

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ

 

1. При розчиненні 8 г нафталіну в  бензолу  температура кипіння останнього підвищилась на . Визначити молярну масу розчинної речовини, якщо ебуліоскопічна константа бензолу дорівнює .

2.  У  води розчинили  сечовини . Визначити:

а)при якій температурі закипить розчин, що утворився;

б)при якій температурі замерзне цей розчин?

3. При розчиненні в 400 мл води  неелектроліту утворився розчин з температурою замерзання . Визначити молярну масу розчиненої речовини.

4. Розчин, який містить  неелектроліту в  бензолу, кристалізується при . Температура кристалізації бензолу . Обчислити молярну масу розчиненої речовини.

5. Обчислити процентну концентрацію водного розчину цукру , якщо відомо, що температура кристалізації розчину дорівнює . Кріоскопічна константа води .

6. Обчислити процентну концентрацію водного розчину метанолу , якщо відомо, що температура кристалізації розчину .

7. Скільки грамів аніліну  потрібно розчинити з  етилового ефіру, щоб температура кипіння розчину була вища від температури кипіння етилового ефіру на .

8. Чи при однаковій температурі замерзатимуть розчини, що містять  формаліну  в  води і  глюкози  в  води? Відповідь обґрунтуйте розрахунками.

9. Обчислити кріоскопічну константу оцтової кислоти, якщо відомо, що розчин  антрацену  в  оцтової кислоти кристалізується при . Температура кристалізації оцтової кислоти .

10. Рівні вагові кількості камфори  і нафталіну  розчинені в однакових кількостях бензолу. Який із розчинів кипить при більш високій температурі?

11. Температура кристалізації розчину, який містить  деякого неелектроліту в  води, дорівнює . Обчислити молярну масу розчиненої речовини. Кріоскопічна константа води .

12. Скільки грамів сечовини  потрібно розчинити в  води, щоб температура кристалізації понизилась на ? Кріоскопічна константа води .

13. Обчислити температуру кристалізації 2%-го розчину етилового спирту , якщо кріоскопічна константа води .

14. Обчислити процентну концентрацію водного розчину глюкози , якщо відомо, що цей розчин кипить при . Ебуліоскопічна константа води .

15. Скільки грамів глюкози  треба розчинити в  води:

а)щоб знизити її точку замерзання на ;

б)щоб підвищити температуру кипіння на ?

16. В радіатор автомобіля налили  води і додали  метилового спирту  (). При якій найнижчій температурі можна після цього лишати автомобіль на відкритому повітрі, не боючись, що вода в радіаторі замерзне?

17. Чому рівний осмотичний тиск  розчину глюкози  при .

18. До   водного розчину сахарози  добавили  води. Чому рівний осмотичний тиск одержаного розчину при ?

19. Розчин, що містить   в  води, кристалізується при . Знайти для цього розчину ізотонічний коефіцієнт.

20. Розчин, що містить  натрій карбонату в  води, кристалізується при . Вирахувати ступінь дисоціації солі.

21. Визначити ступінь дисоціації 10%-го розчину , температура кристалізації якого становить .

22. В рівних кількостях води розчинено в одному випадку 0,5 моль цукру, а в другому – 0,2 моль . Температури кристалізації обох розчинів однакові. Визначити ступінь дисоціації .

23. Ступінь дисоціації  в розчині, що містить   в  води, становить 78%. Визначити температуру кипіння розчину.