Тема 6. «Свойства растворов неэлектролитов»

6.1 Содержание программы Давление насыщенного пара разбавленных растворов. Температура кристаллизации разбавленных растворов. Температура кипения разбавленных растворов. Осмотическое давление разбавленных растворов

Уровень теоретической и практической подготовки Студент должен знать понятия электролитов и неэлектролитов, основные физико-химические свойства разбавленных растворов неэлектролитов, законы Вант - Гоффа и Рауля. Студент должен уметь выполнять расчеты осмотического давления, давления насыщенного пара, температуры кипения и замерзания растворов.

6.2 Методические рекомендации к теме

Неэлектролитами называются вещества, растворы или расплавы которых не проводят электрический ток. К ним относятся вещества с молекулярным строением (большинство органических веществ, газы и т.д.). Разбавленные растворы неэлектролитов обладают рядом коллигативных свойств, которые широко используются для определения молекулярной массы растворенного вещества. Данные свойства выразаются следующими законами: 1) закон Вант-Гоффа: осмотическое давление раствора прямо пропорционально его молярной концентрации: где Р - осмотическое давление раствора, кПа; С - молярная концентрация раствора; R – универсальная газовая постоянная, 8,31 Дж/(моль·К); Т – температура, К; 2) первый закон Рауля: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно молярной доле растворенного вещества: где р₀ - давление насыщенного пара над чистым растворителем, р - давление насыщенного пара растворителя над раствором; N – молярная доля растворенного вещества рассчитывается по формуле:

3) второй закон Рауля: повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания разбавленных растворов неэлектролитов прямо пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества: где Е - эбуллиоскопическая постоянная, К – криоскопическая постоянная, m – моляльная концентрация, моль/кг. Моляльная концентрация (моляльность) показывает, какое количество растворенного вещества содержится в 1 кг растворителя. Ее можно рассчитывать по формуле: где m_в-ва – масса растворенного вещества, г; m_р-ля – масса растворителя, г; М – молярная масса вещества, г/моль. 6.3 Примеры решения задач Задача 1. Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего в 1,5л 50г глюкозы при 25⁰С. Решение: 1) Рассчитываем молярную концентрацию раствора по формуле 16: 2) Осмотическое давление рассчитываем по формуле 34: Задача 2. При некоторой температуре давление пара над раствором, содержащем 62г фенола С₆Н₅ОН в 60 молях эфира, равно 50,7 кПа. Определите давление пара эфира при этой температуре. Решение: 1) Рассчитываем количество фенола: 2) Определяем молярную долю фенола по формуле 36: 3) Из формулы 35 выражаем и рассчитываем давление пара эфира:

Задача 3. При растворении 6г некоторого неэлектролита в 200г воды температура кипения повышается на 0,26°. Вычислите молярную массу растворенного вещества. Решение: 1) Эбуллиоскопическую константу воды берем из приложения 3. Из формулы 38 выразим и рассчитаем моляльность раствора: 2) Молярную массу выражаем из формулы 39:

Задача 4. К 4л воды прилили 1л метанола (ρ=0,8 г/мл). Полученный раствор залили в радиатор автомобиля. Рассчитайте минимальную температуру, при которой автомобиль можно оставлять на открытом воздухе не опасаясь, что вода в радиаторе замерзнет. Решение: 1) По известной плотности рассчитаем массу метанола: Так как плотность воды равна 1 г/мл, масса воды равна 4000г 2) Рассчитаем моляльность полученного раствора по формуле 39: 3) По закону Рауля (38) рассчитываем понижение температуры замерзания: Криоскопическую константу берем из приложения 3. 4) Так как температура замерзания воды равна 0⁰С, температура замерзания раствора t_зам = 0 – 11,625 = -11,625⁰С. Следовательно автомобиль можно на открытом воздухе оставлять до -10⁰С.

6. 4 Практическое занятие №4 «Коллигативные свойства растворов»

Цель: изучить физико-химические свойства растворов неэлектролитов и их практическое применение, отработать навыки расчетов осмотического давления, температур кипения и температур замерзания растворов неэлектролитов. Вопросы для обсуждения: 1. Что называют электролитами и неэлектролитами? Приведите примеры. 2. Чем объяснить поведение разбавленных растворов неэлектролитов подобное идеальным газам? 3. Что называют насыщенным паром? Сформулируйте 1 закон Рауля? Приведите математическое выражение закона. 4. Дайте определение молярной доли растворенного вещества и молярной концентрации раствора. 5. Что называют повышением температуры кипения? Понижением температуры замерзания? Сформулируйте 2 закон Рауля? Приведите математическое выражение закона. 6. Что такое эбуллиоскопическая и криоскопическая постоянные? Как они обозначаются и от чего зависят? 7. Что называют моляльной концентрацией? По какой формуле ее рассчитывают? 8. Что такое осмос? Осмотическое давление? 9. Приведите формулировку закона Вант-Гоффа. 10. Каково значение осмоса в природе? Какие растворы называют изотоническими? Гипертоническими? Гипотоническими? Упражнения и задачи для закрепления материала и отработки навыков: 1. К 200 мл 0,1М раствора глюкозы добавили 50 мл воды. Вычислить осмотическое давление полученного раствора глюкозы при 36⁰С. 2. Раствор, в 300 мл которого содержится 3,72г неэлектролита, обладает при 20⁰С осмотическим давлением 487 кПа. Определите молярную массу вещества. 3. Давление водяного пара при 100⁰С равно 101,33 кПа. Определите давление насыщенного пара над 15%-ным растворов мочевины СО(NH₂)₂ при 100⁰С. 4. Раствор, содержащий 1,6г неэлектролита в 250г бензола, замерзает при 5,245⁰С. Температура замерзания бензола 5,5⁰С. Вычислите молярную массу растворенного неэлектролита. 5. В качестве антифриза используют раствор этиленгликоля (С₂Н₄(ОН)₂), который заливают в радиаторы автомашин в зимнее время. Какую массу этиленгликоля необходимо добавить к 2л воды, чтобы температура замерзания понизилась на 16⁰С? 6. Вычислите температуру кипения 5%-ного водного раствора глицерина C₃Н₅(OH)₃.

6.5 Тесты для самопроверки Тест 1

1. Раствор, содержащий 11,6г ацетона (М=58) в 250г воды (Е=0,52) имеет температуру кипения 1) 104,2⁰С 2) 100,1⁰С 3) 101,04⁰С 4) 100,42⁰ 2. Каково осмотическое давление раствора, содержащего 90,08г глюкозы С₆Н₁₂О₆ в 4л раствора при 27⁰С 1) 3,12∙10⁵ Па 2) 1,25∙10⁵ Па 3) 28∙10³ Па 4) 1,12∙10⁵ Па 3. По закону Рауля повышение температуры кипения пропорционально 1) молярной концентрации раствора 2) моляльной концентрации раствора 3) мольной доле растворенного вещества 4) процентной концентрации раствора 4. При растворении в растворителе нелетучего вещества температура замерзания раствора 1) понижается 2) повышается 3) не изменяется 5. Моляльная концентрация показывает 1) число граммов вещества в 1 литре раствора 2) число молей эквивалентов вещества в 1л раствора 3) число молей вещества в 1000 граммах растворителя 4) число граммов вещества в 1 мл раствора 6. 40г гидроксида натрия растворили в 90г воды. Молярная доля гидроксида натрия равна 1) 0,17 2) 0,44 3) 0,31 4) 0,20

7. Моляльная концентрация 10%-ного раствора карбоната натрия равна 1) 0,94 2) 1,05 3) 0,094 4) 0,105 8. Водный раствор глицерина (С₃Н₈О₃) кипит при 100,52 °С. Массовая доля глицерина в растворе равна 1) 4,03 % 2) 3,02 % 3) 2,84 % 4)8,42% 9. Односторонняя диффузия определенного сорта частиц в раствор через полупроницаемую пере­городку называется 1) плазмолизом 2) гидролизом 3) осмосом 4) тургором 10. По закону Вант-Гоффа осмотическое давление раствора прямо пропорционально 1) мольной доле растворенного вещества 2) моляльной концентрации раствора 3) массовой доле растворенного вещества 4) молярной концентрации раствора

Тест 2 1. Сколько граммов мочевины (NH₂)₂СО растворили в 200г воды если темпера­тура кипения раствора повысилась на 0,3 градуса 1) 6,92 г 2) 5,74 3) 7,25г 4) 8,72 2. Каково осмотическое давление раствора если при 17°С в 250 мл его содержится 0,2 моль веще­ства 1) 1678 кПа 2) 1928 кПа 3) 2993 кПа 4)3075кПа 3. Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мо­лярной доле растворенного нелетучего вещества – это закон 1) Рауля 2) Вант-Гоффа 3) Генри 4) Гесса 4. Вычислить температуру замерзания раствора, содержащего 20 г сахара С₁₂Н₂₂О₁₁ в 400г воды 1) -0,11⁰С 2) -0,27⁰С 3) 0,11⁰С 4) 0,27⁰С 5. После растворения вещества в растворителе при температуре 20⁰ С давление насыщенного пара растворителя над раствором 1) понижается 2) повышается до критического значения, затем понижается 3) не изменяется 4) повышается 6. Молярная доля растворенного вещества рассчитывается по формуле:

1) 2) 3) 4) 7. Смешали 9,6г метанола и 45г дистиллированной воды. Молярная доля метанола в растворе составляет (в %) 1) 21,3 2) 0,7 3) 12 4) 10,7 8. Число молей растворенного вещества, содержащихся в 1000 г растворителя, называется 1) молярной концентрацией 2) молярной концентрацией эквивалента 3) моляльной концентрацией 4) молярной долей 9. Какова моляльная концентрация 20%-ного раствора хлорида калия: 1) 3,36 2) 2,68 3) 0,336 4) 0,268 10. Какие вещества являются неэлектролитами (указать 2 ответа): 1) поваренная соль 2) сахар 3) этанол 4) калийная селитра