И.В. Кудряшов, Г.С. Каретников - Сборник примеров и задач по физической химии (1134495), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Константы Генри для кислорода и азота при растворении их в воде при 273,2 К равны соответственно 1,91 10' и 4,09 1О' Па. Рассчитайте понижение температуры замерзания воды, вызванное растворением воздуха (80 % 5!а и 20 % О,) при 1,0133 1О Па. 40. Прн 288 К водный раствор янтарной кислоты, содержащий 12,1 г/л кислоты, находится в равновесии с эфирным раствором, содержащим 2,2 г/л кислоты. Какова концентрация эфирного раствора янтарной кислоты, который находится в равновесии с водным раствором, содержащим 4,84 г/л кислоты? Янтарная кислота имеет нормальную молекулярную массу и в воде, и в эфире. 41. При распределении уксусной кислоты между тетрахлоридом углерода и водой были получены следующие концентрации (кг/ма)! В СС!а,....
2,92 3,63 7,25 10,7 И,! В НаО . . . . . 48,7 54,2 76„4 93,0 107,0 Уксусная кислота в водном растворе имеет нормальную молекулярную массу. Определите молекулярную массу уксусной кислоты в растворе СС1, и коэффициент распределения. 42. При распределении фенола между водой и бензолом получены следующие данные (моль/л): т,к Р. Па ур варт!авта в н,о в С.не 0,0316 0,077 0,123 0,327 0,750 0,159 0,253 0,390 Массовое содерлтавве велетучего аелтества, % Молевулвр- ваа васса рвстаорвтелв 4 Нет, вг1вт Вычислите коэффициент распределения К и показатель степени и в формуле, описывающей закон распределения. 43.
Фенол имеет нормальную молекулярную массу н в воде, и в амиловом спирте. При 298 К раствор, содержащий 10,53 г г/л фенола в амиловом спирте, находится в равновесии с водным раствором, содержащим 0,658 гlл фенола. Определите массу фенола„полученную из 0,5 л водного раствора концентрации 37,6 г/л двукратным экстрагированнем амиловым спиртом. Для каждого экстрагирования берегся по 0,1 л амнлового сирта.
44. Коэффициент распределения иода между водой и тетрахлоридом углерода при 298 К равен 0,0! 17. В обоих растворителях иод имеет одинаковую молекулярную массу. Какой объем тетрахлорида углерода следует взять, чтобы однократным экстрагированием извлечь нз 0,5 л водного раствора 99,9; 99,0; 90.0 % содержащегося в нем иода? 45; Сколько иода остается в 1 л водного раствора, который был насыщен прн 29)К, после взбалтывания его с 0,1 л сероуглерода? Растворимость нада в воде при 291 К составляет 1 г на 3,6! б л, Коэффициент распределения иода между водой и сероуглеродом 0,001695.
Молекулярная масса иода в обоих растворителях одинакова. 46. Каково должно быть атмосферное давление, если раствор, содержащий 5,35 г 5)НеС! на 2 л воды, кипит при 373,2 К? 47. Сколько граммов нафталина надо растворить в 120 г бензола, чтобы давление пара бензола при 323,2 К было 0,352 10а Па. МНОГОВАРИАНТНЫЕ ЗАДАЧИ 1. При температуре Т давление пара раствора концентрации с неизвестного нелетучего вещества в жидком растворителе равно Р Па; платность этого рствора гу. Зависимость давления насыщенного пара от температуры над жидким и твердым чистым растворителем приведена в таблице (с.
167 — 170): 1) вычислите молекулярную массу растворенного вещества; 2) определите малярную и моляльную концентрации раствора; 3) вычислите осмотическое давление раствора; 4) постройте кривую Р = / (7) для данного раствора м растворителя; 5) определите графически температуру, при которой давление пара над чистым растворителем будет равно Р Па; 6) определите графически повышение температуры кипения при давлении Р раствора данной концентрации с; 7) вычислите эбуллиоскопмческую постоянную всеми возможными способами н сравните эти величины между собой прн нормальной температуре кипения (Т„,.„); 8) определите понижение температуры замерзания раствора; 9) вычислите крноскопическую постоянную. 206 2.
На основании данных о растворимости газов в воде при различных температурах и при общем давленим (газа и паров воды) 1;01 10в Па (см. таблицу на с. 208) рассчитайте среднюю теплоту растворения газа в воде и сравните последнюю с теплотой конденсации растворенного газа. Установите графически зависимость растворимости газа в воде от температуры и давления. Вычислите интервал давления, в котором растворимость подчиняется закону Генри. ГЛАВА Х1Ч ГЕТЕРОГЕННОЕ РАВНОВЕСИЕ В БИНАРНЫХ СИСТЕМАХ, СОДЕРЖАЩИХ ЖИДКУЮ И НАРОВУЮ ФАЗЫ Основные уравнения н символы (К., с. 363 — 394; Г., т.
1, с 185 — 204) Для идеальных растворов концентрация !-го компонента в паре и в жмдкой фазе связана уравнениями «А «А «В «В л ут . и вт Р ' Р ( Х1У.1) где хд и хв — малярные доли компонентов А н В в паре; хд и хв— малярные доли компонентов А и В в жидкой фазе; РА и Р$ — давле- ния насыщенного пара над чистыми компонентами А и В; Р— общее давление над раствором.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 !1 12 13 14 15 16 0,5 8 5 8,5 5 8 7 5 4,5 5 6 3 3. 5 18 27 28 30 32 34 46 52 52,5 58 64 68 78 81 83,5 1598 38 714 31 740 33 841 16 !06 55 000 650 000 2375 91 912 776 35 896 7328 12 420 5807 49 431 84 990 288,2 278 69 114 306,7 207 223 283,2 252,5 1991 303 216 149 283,2 194 1 19,6 1,000 0,750 0,850 1,300 1,590 1,985 1,500 1,210 2,900 6,800 3,560 1,590 1,780 0,750 1,2 ГО 2,160 о» о ) чь Ь о о ь (х)у.в) о о ( о ) о с» ь ( о Йй (й ((й с» с о 3 о со ( о о сч ело/ое == (арс — оо) (идв — оо), (х)у.ч) 3 о о о» о о о о о» с'» ф о ь о о ае/а («ж «) (хес «ос (х)ч.в) л о ь о о о о сч сч о с'4 о л о о о л ° Ь »о ч' сч с'» с» со ч' с'4 сч л сч о о о с с» о ь е» ~ч' оо» л р сч о о Ю о» сч с'4 со сч о сч оо — ь сч о и о ч с» и о Ф О х с» с о» Ф ю И Ж ехеееаво оя — сч со ч оо о о- о е о с о о о е о е о о о, И о ов и а ( со и М Теплота испарения смсси описываегси уравнением Л Нцси=о //есо дхд~+Л Н„в хжв, ГдЕ ЬНе„— тЕПЛОта НСПарсиня 1 МОЛЬ раетаОра; ЬН„„,д — тЕПЛота ИСПарЕНИя 1 МОЛЬ ВЕщЕСтаа А; ЛН„о„в — тЕПЛОта ИСПарсиня 1 моль вещества В.
Для рЕЗЛЬНЫХ ращаоров КОННЕНтраш1я с-ГО КОМПОНЕНта В Парс связана с активностью этого компонента В жидкой фазе: /о ро ход= д ад х,"= — ав Р ' Р (х)ч.з) где ад и ав — активности компонентов В растворе. Соотношение массы пара н массы жидкости при заданных условиях, если система гетерогенная, определ»1гтся по правилу рычага. Если на диаграмме кипении на оси абсцисс отложить массовую долю, то где те — масса пара; ло — масса системы; ио — массовый состав системы, %; шо — массовая доля пара, ',о) ш' — массовая доля жидкости, %.
Если же на Оси збсписс отложить полярную долю в процентах, то Давление насыщенного пара в области существования гетерогенной си- стемы, компоненты которой ограниченно растворимы друг в друге, бу- дет равно )д+1 В (Х1Ч.6) где Рд и Рв — парциальные давлеюш; Р— обидев давление пара. В гетерогенной области Рл = сопз(, РВ»=» согта1. Давление насыщенного пара над гетерогенной системой, компоненты которой взаимно нерастворимы„ будет раино р рдо+ ро (Х1Ч/7) где Р1 н Рй — давления насыщенног о пара над чистыми компонентами А н В. СостаВы пара и конденсата О/1индковы: ад/ав — — хл/хв -— - Рс//Ров (х(у.в) где пд и ив — число молей компонентов А н В.
Из уравнения (Х1о/.8) видно, что соотношение чисел молей компонентов А и В в паре и в кои. денсате независимо от их соотношении в исходной смеси. Массовые соотношения компонентов и конденса-.е аод/а»в = Мл Рло/(/Иг» РВ). (ХГо.з) Если при перегонке с водяным паром одним чз компонентов яляется вода, то Н,о — — ШВ 1вр„'„,Д/ив Рй), (хи. )о) (х 111.1О я»н,о =18Р8 оЦЛ46 Рв)4 яс,н,онх х4в-'. и 'с.н.с!.:4 хщ — '. и» яс,н,онх х10 4, п» Рс,н,с1,х х!о-'. и» с,н,он с,н,он 2,155 2,260 2,417 2,672 О,! 0,2 0,3 0,4 0,5 1,139 1,773 1,953 2,025 2,085 2,860 2,740 2,686 2,662 2,585 0,6 0,7 0,8 0,9 2,249 1,843 1,147 хс,н,он Р 10-», Пв 210 211 где пгн,о — расход водяного лара на перегонку лгв кг вещества В.
Если в уравнении (Х1Ч. 10) гпв = 1 кг, то где гин,о — расходный коэффициент водяного пара на перегонку 1 кг вещества В. ЗАЦАЧИ С РЕШЕНИЯМИ 1. При 313 К давления паров дихлорэтана и бензола равны 2,066 х Х 10 и 2 433 10' Па соответственно, Какие можно сделать выводы на основании следующих экспериментальных парциальных давлений дихлорэтзна и бензола при нескольких значениях концентраций: 0,130 0,257 0,560 0,695 0,972 0,875 Рс н с1,'10 ° , Пв 1,791 1,507 0,933 0,664 0,429 0,247 Р ° 10 », Па . 0,293 0,648 1,347 1,663 1,933 2,140 с,н,' Определите состав смеси, которая будет кипеть при давлении 2,267 х х 104 Па, и давление, при котором закипит смесь е молярной долей бензола 40 вгв. Р е ш е н и е. Построим диаграмму зависимости давления от состава системы при температуре 313 К (рис.
21). Нз оси абсцисс отложим молярную долю дихлорэтана в вв. На осях ординат отложим давления паров чистого дихлорэтана Рс„н, с1, и чистого бензола Рс,н,. Затем соединим примой точки Рс,н, и Рс,н,ш, и проведем прямые линии, соединяющие начала координат с точками Рс,н,с1, и Ре,н,. Зги ли- нии показывают зависимость свив общего давления и парциаль- ных давлений насыщенного ~ 2а Рс,и,с! нара над бинарной системой от состава при условии под», чинения раствора закону Рау(Ю ля.
Нанесем на этот график точки, соответствующие акела периментальным значениям парциальных давлений компонентов, и суммы парциальЮо ных давлений. Из графика видно, что в пределах оши- а бок опыта раствор можно Санс ба да аа ав ад а считать подчиняющимся за- 'а ьонвь!в кону Рауля, или совершен4иолориал 4!оЯЯ, 7', ным раствором. По графику находим, что при давлении Рис. 21. Зависимость иврииальиых и обще- Р 2 267 10» П п го дввлеиии ивов от состава системы СвН» СвН»С1» ири 313 К дет раствор с молярной долей дихлорэтана 62 ею а раствор с молярной долей бензола 40 вгв закипит при давлении 2,200 104 Па. 2. При 323 К получены следующие царциальные давления над системой дихлорэтан — этиловый спирт: Давление насыщенного лара нзд чистым этиловым спиртом при этой температуре 2,960 104 Па, а над чистым дихлорэтаном 3,113 10' Па.
Вычислите общее давление над системой при всех заданных концентрациях. Постройте диаграмму зависимости парциальных н общего давления насыщенного пара от состава системы. Сделайте вывод относительно характера растворов, коэффициентов активности компонентов раствора, изменения объема при смещении и тепловом эффекте смешения. Р е ш е н и е. На основании парциальных давлений вычисляем общее давление над системой: 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 . 3,999 4,513 4,639 4,677 4,670 4,619 4,509 44260 3,819 Зная нарциальное и общее давление насыщенного пара при всех заданных концентрациях, строим график Р = )' (хс,н,он) (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
