Инструкционно -технологическая карта по выполнению практической работы № 7

Тема: Фазовые равновесия. Растворы.

Наименование работы: Расчет задач с использованием закона Вант – Гоффа и Рауля.

Цель работы: научиться рассчитывать осмотическое давления, малярную массу вещества с использованием закона Вант – Гоффа, научиться рассчитывать понижения температуры замерзания, повышения температуры кипения, молярной массы с использованием закона Рауля.

Приобретаемые знания и умения: уметь рассчитывать осмотическое давление, молярную массу вещества с использование закона Вант – Гоффа, уметь рассчитывать понижения температуры замерзания, повышения температуры кипения, молярной массы с использованием закона Рауля.

Оснащение рабочего места: инструкционно – технологические карты, микрокалькуляторы

Контрольные вопросы:

1. Дать понятия осмоса?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

2. Для каких растворов применяется закон Вант – Гоффа?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

3. Дать понятия осмотического давления?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

4. Какие величины, можно определять с помощью закона Вант – Гоффа?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

5. Дать формулировку закона Рауля?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

6. Как называются постоянные величины во II следствии из закона Рауля?

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

7. Как называется метод с помощью которого определяют температуру замерзания раствора?

_______________________________________________________________________________________________________________________________

 

8. Для каких растворов справедлив закон Рауля?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Теоретическая часть

Если осмос направлен в раствор, помещенный в ограниченный объем пространства, то в этом растворе возникает давление П противодействующее осмосу и называемые осмотическим давлением. Значение осмотического давления, возникающего в разбавленном растворе, взаимодействующим через мембрану с чистым растворителем, рассчитывается по уравнению Вант – Гоффа:

                        П = С*R * T*10³, Па                              (1)

где С – концентрация раствора, моль/л,  Т – абсолютная температура, К,  R – газовая постоянная, 8,314 Дж/ (моль*К)

В растворах электролитов, благодаря электролитической диссоциации и увеличению числа частиц, опытная величина осмотического давления всегда больше, чем теоретически и вычисленная по уравнению (1). Степень отклонения величины наблюдаемого осмотического давления (П_оп.) от вычисленной теоретически (П_выч.) выражается изотоническим коэффициентом i:                             I = П_оп. / П_выч.

Поэтому при вычислении осмотического давления растворов электролитов в уравнении (1) вводят поправочный (изотонический) коэффициент i>1, учитывающий увеличение числа частиц в растворе вследствие электролитической диссоциации молекул.

П = I *C*R*T                      (2)

где i – изотонический коэффициент, С – концентрация раствора, моль/л, Т – абсолютная температура, К, П – осмотическое давление, Па, R – газовая постоянная, 8, 314 Дж / (моль К)

В растворах не электролитов i =1. Это позволяет использовать выражение (2) для осмометрического определения молярной массы М растворимого низкомолекулярного не электролита:

М = m*R*T / П*V, кг/моль

где М – молярная масса раствора не электролита, кг/моль; m – масса образца исследуемого вещества, кг; V – объем раствора, л; Т – абсолютная температура, К, П – осмотическое давление, Па; R – газовая постоянная, 8, 314 Дж / (моль К)

Если обозначить через t_зам. – понижение температуры кипения раствора, то их можно определять:

                                       t_зам.= t⁰_зам. –t_зам.;                       (1)

                                       t_кип. =t_кип. –t⁰_кип.;                        (2)

где t⁰_зам. – температура замерзания чистого растворителя, t_зам. – температура замерзания раствора,

        t⁰_кип. – температура кипения чистого растворителя,       T_кип. – температура кипения раствора.

Согласно закону Рауля понижения температуры замерзания раствора или повышения температуры кипения пропорционально молярной концентрации.

                         t_зам.= К * m                             (3)

                         t_кип. = Е * m                            (4)

К – криоскопическая постоянная,град/моль; Е - эбуллиоскопическая постоянная, град/моль.

Для каждого растворителя величины (к, Е) постоянны и не зависят от природы растворенного вещества. В таблице 1 приведены криоскопические и эбуллископические постоянные некоторых растворителей.

Вещество	Криоскопическая постоянная	Эбуллиоскопическая постоянная
Вода	1,86	0,52
Бензол	5,10	2,58
Фенол	7,80	-

  В основе криоскопического и эбуллиоскопического методов определения молекулярной массы вещества лежит закон Рауля, причем он справедлив для разбавленных растворов не электролитов. Молекулярная масса М рассчитывается по уравнениям:

                                   М = К*д*1000/ t_зам. * L                 (5)

                                    М = Ед *1000 / t_кип. * L                  (6)

где д- навеска исследуемого вещества, г; L – навеска растворителя, г

Выполнение работы

Пример1. Рассчитать осмотическое давление раствора, в 2 л. Которого содержится 3 моля не электролита. Температура раствора 290⁰ К.

ДАНО: V = 2л n= 3 моля T= 290^0К R = 8,313 * 10^3 Дж/(К моль*град.) П =?

РЕШЕНИЕ: Для вычисления осмотического давления используем формулу (2): П = I *C*R*T Концентрацию растворенного вещества, можно выразить как: C = n/V, где С – концентрация растворенного вещества, моль/л, n – число молей растворенного вещества, V – объем разбавленного раствора, л. Тогда:                       П = (n /V)*R*T                                  (3) Концентрация раствора должна быть выражена в моль / л.; R – Дж/(Кмоль*град.); П – н/м^2 или применяют более крупную внесистемную единицу - бар (1бар = 10^5 н/м^2). Далее все данные подставляем в формулу (3)                              П= 3/2*8,314*290=3616,6*10^3 н/м^2 Ответ: П = 3616,6 * 10^3н/м^2

 

Пример 2. При какой примерно температуре должен замерзать 40% -ый водный раствор этилового спирта?

Решение: Используем формулу (5) М = К*д*1000/ t_зам. * L                     

исходим из формулы (5) t_зам

М = К*д*1000/ t_зам. * L *М= 1,86*40*1000/60*46=26,95

t_зам.= t⁰_зам. –t_зам. = 0 – 26,95= -26,95⁰С =-27⁰С

Раствор начинает замерзать примерно при -27˚C

Пример 3. Определить температуру кипения   раствора состоящего из 20г.воды.

Решение: Использовать формулу(6)              М = Ед*1000/t_кип*L,

          t_кип=Eд*1000/L*M=0,52*20*1000/330*342=0,092

          t_кип-t⁰_кип=100-0,092=99,9⁰

Раствор начинает кипеть примерно при 99,9˚C

Решите самостоятельно

Задание 1. Осмотическое давление раствора, содержащего в 500 см³ 1,55 г. анилина при 21⁰С, равно 0,8104 бар. Определить молекулярный вес анилина.

 

 

Задание 2. Найти молекулярный вес мочевины, зная, что водный раствор, содержащий 0,368 г. мочевины в 200 см³ воды при 20⁰С, имеет осмотическое давление, равное 74630 н/м².

 

Задание 3.   Осмотическое давление раствора не электролита при 17⁰С равно 4,82*10⁵ н/м².  Определить осмотическое давление этого раствора при 57⁰С.

 

 

Задание 4. Вычислить осмотическое давление при 25⁰С водного раствора, содержащего 225 г. сахара в 5 л. раствора.

 

Задание 5: Определить температуру кипения 5% раствора глюкозы?

 

 

Задание 6: При какой приблизительной температуры будет замерзать 45%-ный раствор метилового спирта (CH₃OH) в воде?

 

Задание 7: Сколько граммов глюкозы (C₆H₁₂O₆) нужно добавить к 100г. воды, чтобы раствор закипел при 102,5⁰C?

 

 

Задание 8: Сколько глицерина (C₃H₈O₃)нужно добавить к 1000 г. воды, чтобы раствор не замерз до -5⁰C?

 

 

Вывод по работе:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________