Общая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова (1154110), страница 47
Текст из файла (страница 47)
В качестве примера комплексов, в которых соблюдается правило 18 электронов, можно привести [Сr(CO)6],[Fe(CO)5], [Ni(CO)4], [Fe(CN)6]4–, [Со2(СО)8], [Ni(NH3)5]2+,[Zn(NH3)4]2+, [Сd(CN)4]2–.Образование комплексов широко используется длярастворения трудно растворимых солей, в частности вэнергетике, в фотографии, в химическом анализе, для разделения ионов металлов и для других целей.6.8.ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫРассмотренные выше истинные растворы представляют собой гомогенные системы.
Они содержат молекулыили ионы, размеры которых обычно не превышают 5 нм.При увеличении размеров частиц система становится гетерогенной, состоящей из двух или более фаз с сильно развитой поверхностью раздела. Такие системы получилиназвание дисперсных систем. Все дисперсные системысостоят из сплошной фазы, называемой дисперсионной308ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИсредой, и прерывистой фазы (частиц), называемой диспер2сной фазой.
В зависимости от размера частиц дисперсныесистемы подразделяют на группы:· взвеси (суспензии, эмульсии), у которых частицы имеют размер 1000 нм (10–6 м) и более;· коллоидные системы, размер частиц которых лежитв пределах от 1 до 500 нм (10–9–5×10–7 м).Дисперсные системы также классифицируются по агрегатным состояниям дисперсной фазы и дисперсионнойсреды (табл. 6.6).1 2 3 4 5 6 2 7898712345627389745727851235627389757278458577285627389725798645627389754592894512345467895888468123454678958388678889585868 67888"4678838#38382678388648967838846448!45868$3%$38Коллоидные растворы обладают особыми свойствами,отличными от свойств истинных растворов.
Коллоидныечастицы имеют сложное строение. Поэтому свойства коллоидных систем рассматривают в специальных разделахфизической химии.ПРИМЕРЫРЕШЕНИЯ ЗАДАЧЗадача 6.1. Имеется раствор H3PO4 с массовой долейwрра = 30% и плотностью r = 1,18 г/см3.
Каковы молярнаяконцентрация, молярная концентрация эквивалента, титр,моляльность и молярная доля вещества этого раствора?ГЛАВА 6. РАСТВОРЫ309Р е ш е н и е. Масса 1 л раствора равнаmрра = rрраVрра = 1,18 × 1000 = 1180 г.По определению массовой доли в 100 г раствора содержится 30 г H3PO4, следовательно, в 1180 г (т. е. в 1 л) соответственно (1180 × 30)/100 = 354 г. Молярная масса H3PО4 —M(H3PO4) = 98 г/моль.
Таким образом, в 1 л раствора содержится 354/98 = 3,61 моль H3PО4 и молярная концентрация раствора cH3PO4 равна 3,61 моль/л.Эквивалент молекулы H3PО4 равен 1/3 молекулы:Э(H3PO4) = 1/3H3PО4. Соответственно 1 мольэквивалентсоставляет 1/3 часть моля H3PО4. Следовательно, в одноммоле H3PО4 содержится 3 мольэквивалента, а в 1 л данного раствора 3,61 × 3 = 10,83 мольэкв Н3РО4. Молярнаяконцентрация эквивалента сэ (или нормальная концентрация) равна 10,83 моль/л или 10,83 н.Поскольку выше было найдено, что в 1000 мл раствора содержится 354 г растворенного вещества, то в 1 мл находится 354/1000 = 0,354 г Н3РО4 и титр раствора TH3PO4 11 0,354 г/моль.По условию в 100 г раствора содержится 30 г Н3РО4 и70 г Н2О. Тогда на 1000 г Н2О приходится (1000 × 30)/70 = 428,5 г Н3РО4.
Это составляет 428,5/98 = 4,37 моль.Следовательно, в 1000 г растворителя Н2О содержится4,37 моля растворенного вещества Н3РО4 и моляльностьраствора сm по определению равна 4,37 моль/1000 г Н2О.Из исходных и полученных данных следует, что в 1 лраствора содержится 1180 – 354 = 826 г Н2О. Это составляет 826/18 = 45,89 моль. Откуда молярная доля Н3РО4 врастворе x = 3,61/(3,61 + 45,89) = 0,073.Задача 6.2. Сколько граммов Nа2SО4 потребуется дляприготовления 500 мл раствора с концентрацией:1) 0,4 моль/л;2) 0,4 моль экв/л;3) с массовой долей 16% (r = 1,141 г/см3)?Р е ш е н и е.1.
Молярная масса сульфата натрия M(Nа2SО4) = 142г/моль. По определению в 1 л 0,4 М раствора содержится0,4 моля Nа2SО4. Соответственно в 500 мл такого раствора310ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИсодержится 0,2 моль соли. Следовательно, для приготовления заданного объема 0,4 М раствора нужно взять: 142 ´´ 0,2 = 28,4 г Nа2SО4.2. Эквивалент молекулы сульфата натрия: Э(Na2SO4) == 1/2Nа2SО4. Поэтому молярная масса эквивалента:Мэ(Na2SO4) = 1/2 × 142 = 71 г/моль. По аналогии с предыдущим расчетом, в 500 мл второго раствора содержится0,2 моль эквивалента соли, что составляет: m = 71 × 0,2 == 14,2 г Nа2SО4.
Таким образом, для приготовления 500 мл0,4 н. раствора необходимо 14,2 г Nа2SО4.3. По определению в растворе с массовой долей 16%растворенная соль Nа2SО4 составляет 16% от общей массы раствора. Зная плотность такого раствора из условия,определим массу 500 мл 16% раствора: mрра = 1,141 × 500 == 570,5 г.Возьмем от этой массы 16%:mNa2SO4 2570,5 1 16%2 91,28 г.100%Таким образом, для приготовления 500 мл 16% раствора необходимо 91,28 г Nа2SО4.Задача 6.3. Чему равно давление насыщенного парабензола над раствором нафталина С10Н8 в бензоле при 40°С,если в 400 г раствора содержится 128 г нафталина, а давление насыщенного пара чистого бензола при указаннойтемпературе равно 24 144,6 Па?Р е ш е н и е. Для решения задачи следует применитьзакон Рауля (6.1) в видеpA 2 pA1 xA ,где рА — искомое давление насыщенного пара растворителя А над раствором; pA1 — давление насыщенного пара чистого растворителя; хА — молярная доля растворителя А.Найдем молярную долю хА бензола в данном растворе.Молярная масса нафталина: M(С10Н8) = 128 г/моль.
Следовательно, число молей нафталина в 400 г раствора:n(С10Н8) = 128/128 = 1.Молярная масса бензола: M(С6Н6) = 78 г/моль. Следовательно, число молей бензола в 400 г раствора: n(С6Н6) =ГЛАВА 6. РАСТВОРЫ311= (400 – 128)/78 = 3,49. По определению молярная долябензола:хА = n(С6Н6)/[n(С10Н8) + n(С6Н6)] == 3,49/(1 + 3,49) = 0,78.Искомое давление бензола над раствором:рА = 24 144,6 × 0,78 = 18 832,8 Па.Задача 6.4. Рассчитайте температуру кипения Ткип итемпературу замерзания Тзам водного раствора глицеринаС3Н8О3 с массовой долей 1C3H8 O3 2 15%.Р е ш е н и е. Согласно следствию из закона Рауля повышение температуры кипения DТкип и понижение температуры замерзания DТзам раствора по сравнению с чистымрастворителем пропорциональны моляльности сm растворенного вещества: DТкип = Kэсm (6.2) и DТзам = Kксm (6.3).Для Н2О из таблицы 6.1: эбулиоскопическая константаKэ = 0,516 и криоскопическая константа Kк = 1,86.Молярная масса глицерина равна: М(С 3Н8О3) = 92г/моль.
Рассчитаем моляльность данного раствора. Поусловию в 85 г воды содержится 15 г глицерина, следовательно, в 1000 г Н2О содержится: m = 15 × 1000/85 = 177 гглицерина. Следовательно, число молей С3Н8О3 в 1 кг водыравно: n = 177/92 = 1,92, что соответствует моляльностираствора сm = 1,92 моль/кг Н2О.Находим повышение температуры кипения:DТкип = 0,516 × 1,92 = 0,99 К;понижение температуры замерзания:DТзам = 1,86 × 1,92 = 3,57 К.Искомые величины:Тзам = 269,43 К или –3,57°С;Ткип = 373,99 К или » 101°С.Задача 6.5.
Чему равно осмотическое давление раствора сахарозы при 0°С, если при 20°С осмотическое давление этого же раствора равно 1,066×105 Па?Р е ш е н и е. Согласно закону ВантГоффа, осмотическоедавление p = сRT (6.5), где с — молярная концентрация,312ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИмоль/л; R — универсальная газовая постоянная 8,31 Дж/(моль×К); Т — температура, К.Вычислим концентрацию данного раствора сахарозыпо уравнению ВантГоффа:с = p1/(RT1) = 106,6/(8,3 × 293) = 0,044 (моль/л).Найдем по уравнению (6.5) p при температуре 0°С:p2 = сRT2 = 0,044 × 8,3 × 273 = 99,33 кПа = 99 330 Па.Задача 6.6. Запишите выражения для констант диссоциации слабого основания Zn(ОН)2 по отдельным ступеням.По какой из ступеней диссоциация происходит сильнее?Р е ш е н и е.
Молекулы многоосновных кислот и оснований диссоциируют ступенчато. Каждая равновеснаястадия характеризуется своей константой равновесия —константой диссоциации:· 1я ступеньZn(ОН)2 ZnОН+ + ОН–;1111111112[OH1 ][ZnOH 2 ]KД1 3;[Zn(OH)2 ]· 2я ступеньZnОН+ Zn2+ + ОН–;KД2 3[OH 1 ][Zn22 ][ZnOH 2 ].В результате 1й ступени отрицательная частица ОН–отщепляется от нейтральной молекулы Zn(ОН)2, в результате 2й ступени частица ОН– отщепляется уже от положительного иона ZnОН+, что, очевидно, требует гораздобольшей затраты энергии. Поэтому количество ионов, образующихся по 2й стадии, будет значительно меньше, чемпо 1й, т.
е. диссоциация по 2й стадии протекает в меньшей степени. Этот качественный вывод подтверждаетсячисленными значениями соответствующих констант диссоциации (Приложение 3):KД1 2 4,4 3 1015 ;KД2 2 1,5 3 1019 ;KД1 1 KД2 .313ГЛАВА 6. РАСТВОРЫЗадача 6.7. Оцените степень диссоциации a в 0,005 Ми 0,05 М растворах сернистой кислоты Н2SО3 с молярными концентрациями: c = 0,005 моль/л и c = 0,05 моль/л.Рассчитайте рН этих растворов.Р е ш е н и е. Напомним, что a — это отношение концентрации молекул, продиссоциировавших на ионы, кобщей концентрации слабого электролита.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
