Растворы неэлектролитов - НГТУ им. Р.Е. Алексеева

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. Р. Е. АЛЕКСЕЕВА»
Кафедра «Нанотехнологии и биотехнологии»
РАСТВОРЫ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ
Методические указания к практическим занятиям по дисциплине
«Физическая химия» для студентов, обучающихся по направлениям
«Биотехнология», «Химическая технология», «Электроника
и наноэлектроника» дневной формы обучения
Нижний Новгород 2014
Составители: Соколова Т.Н., Комова Е.П., Темнова М.В., Калинина
А.А., Прохоров В.М., Карташов В.Р.
УДК 541.1
Растворы неэлектролитов: метод. указания к практическим
занятиям по дисциплине «Физическая химия» для студентов,
обучающихся по направлениям «Биотехнология», «Химическая
технология», «Электроника и наноэлектроника» дневной формы
обучения / НГТУ; сост.: Т.Н. Соколова и др. Н. Новгород, 2014. 34 с.
Методические указания предназначены для проведения
практических занятий по дисциплине «Физическая химия». Могут
быть использованы для самостоятельной и аудиторной работы
студентов.
Редактор Э.Б. Абросимова
Подписано в печать . .
. Формат 60 х 84 1/16. Бумага газетная.
Печать офсетная. Усл. печ. л. 2. Уч.-изд. л.
. Тираж 300 экз. Заказ
.
Нижегородский государственный технический университет
им. Р.Е. Алексеева.
Типография НГТУ. 603950, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.
© Нижегородский государственный технический
университет им. Р.Е. Алексеева, 2014
СОДЕРЖАНИЕ
1. Парциальные мольные величины
2. Идеальные растворы
2.1 Закон Рауля
2.2 Криоскопия и эбулиоскопия
2.3 Закон Генри
2.4 Растворимость
2.5 Закон распределения
3. Неидеальные растворы
3.1 Активность и коэффициент активности
4.Равновесие жидкость—пар в двойных системах
Парциальные мольные величины
1.
Энтальпии
смешения
растворов
вода-триметилфосфат
при
Т=298,15 К приведены в таблице:
Мол. % С 3 Н 9 О 4 Р
1,21
4,82
9,59
15,3
22,22
45,20
∆Н, Дж/моль
— 126,7
—408,8
—631,3
—845,2
— 1110
— 1648
Мол. % С 3 Н 9 0 4 Р
55,02
64,01
72,00
81,72
87,68
94,70
∆Н, Дж/моль
— 1710
— 1650
— 1484
— 1084
—723,6
—312,1
Подтвердите первое уравнение Гиббса-Дюгема для 22 мол. % С 3 Н 9 О 4 Р
раствора.
2.
Энтальпии
смешения
четыреххлористого
углерода
и
1,1,1 -
трихлорэтана при Т=298,15 К следующие:
Мол, % С2Н3Сl3
0,342
5,132
9,348
21,044
32,097
40,374
∆Н, Дж/моль
1,96
27,61
46,83
85,38
104,6
110,0
Мол, % С2Н3Сl3
49,127
60,464
69,630
82,118
98,591
∆Н, Дж/моль
108,3
97,48
81,97
53,01
4,37
Убедитесь в справедливости первого уравнения Гиббса-Дюгема для любых
2-х растворов. Покажите, что парциальная мольная величина зависит от состава.
3. Плотность водного раствора, содержащего 30 масс. % аммиака при
Т=288 К, равна 0,8951 г/см3, парциальный объем воды 18,0 см3/моль. Вычислить
парциальный мольный объем аммиака в этом растворе.
4. Плотность водного раствора, содержащего 10 масс. % хлористого
аммония, равна 1,029 г/см3. Плотность твердого хлористого аммония, и жидкой
воды равна 1,536 и 0,9974 г/см3 соответственно. Вычислить изменение объема при
образовании 100 г этого раствора из чистых веществ.
5. Плотности анилина (C6H5NH2), этилового спирта (С2Н5ОН) и их раствора
равны соответственно 1,025; 0,8081 и 0,9763 г/см3. Считая раствор совершенным,
вычислить его состав.
6. Определить парциальный мольный объем нитрата аммония в водном
растворе, содержащем 16 г NH4NO3 в 100 г раствора, если парциальный мольный
объем воды равен: 17,98 см3/моль, а объем раствора — 93,87 см3.
7. Объем 100 г раствора, содержащего 20 г нитрата аммония, 92,35 см 3.
Вычислить парциальный мольный объем нитрата аммония, если объем
растворителя в растворе — 80,14 см3.
8. Построить зависимость плотности водного раствора метанола от состава,
если парциальные мольные объемы компонентов зависят от состава следующим
образом:
СН4О масс, %
20
40
60
80
90
͞V (H2O), см3/моль
18,0
17,5
16,8
15,4
15,0
͞V (СН4О), см3/моль 37,8
39,0
39,8
40,4
40,5
9. Водный раствор, содержащий 60 масс. % метилового спирта при Т=298 К,
имеет плотность 0,895 г/см3. Парциальный мольный объем воды равен 16,8
см3/моль. Вычислить парциальный мольный объем спирта.
10. Плотность водного раствора этанола, в котором мольная доля спирта
0,6, равна 0,8494 г/см3. Парциальный мольный объем спирта при этой
концентрации равен 57,5 см3/моль. Вычислить парциальный мольный объем
воды.
11.
Определить
парциальные
мольные
объемы
компонентов
водноаммиачного раствора с мольной долей аммиака, равной 0,3, если при
Т=288 К известна зависимость плотности от концентрации:
р, г/см3
0,9782
0,8951
0,849
0,796
0,733
0,665
масс. %. Н2О
95
70
55
40
25
10
12. Вычислить парциальный мольный объем азотнокислого аммония в
водном растворе, содержащем 35 г. NH4NO3 в 100 г раствора. Объем раствора
86,87 см3, парциальный мольный объем воды равен 17,98 см3/моль.
13. Определить изменение объема при образовании сплава Сu—Zn,
содержащего 62 масс. % Сu. Считать, что плотность такого сплава равна 8,1 г/см3;
плотности меди и цинка равны соответственно 8,9 и 7,1 г/см3.
14. Вычислить теплоту растворения 1 моля НCl в 5 молях Н2O, если
парциальные мольные энтальпии НСl и Н2O в таком растворе равны
соответственно 23,68 и —2,43 кДж/моль.
15. Вычислить изменение парциальной мольной энтальпии уксусной
кислоты, если при смешении 79,4 г СН3СООН и 20,6 г Н2O выделяется 805,0 Дж,
∆Н(H2O) = -133,9 Дж/моль.
16. Парциальные молярные теплоты растворения кремния и марганца в
растворе Si—Мn, содержащем 70 ат. % Si, равны соответственно — 3800 и 83500
Дж/г∙атом. Вычислить количество тепла, выделяющегося при образовании 1 кг
раствора этого состава.
17. Вычислить парциальные мольные энтальпии компонентов, энтальпию,
энтропию и энергию Гиббса при образовании 1 кг раствора таллий (2)—ртуть (1)
концентрации Х2 = 0,085 при Т=298 К, если
∆͞G1 = —305,0 Дж/моль,
∆͞G2=—4389 Дж/моль
∆͞S 1= 1,26 Дж/моль∙град
∆͞S2= 12,05 Дж/моль∙град
18. В системе таллий (2)—ртуть (1) вычислить парциальные мольные
энтальпии компонентов, энтропию и энергию Гиббса для 1 кг раствора
концентрации Х2=0,45 при Т=298 К, если
∆͞G1=—2130 Дж/моль, ∆͞S1 = 5,4 Дж/моль∙град
∆͞G2=—163,3 Дж/моль, ∆͞S2=3,48 Дж/моль∙град
19. Вычислить изменение объема при образовании латуни (66 масс. % Сu и
34 масс. % Zn), если плотности веществ равны: меди — 8,93∙103 кг/м3, цинка —
6,92∙103 кг/м3, латуни 8,7∙103 кг/м3.
20. Вычислить плотность константана (60 масс. % Сu и 40 масс. % Ni), если
известно, что он образуется с уменьшением объема, равным 0,6%. Плотности
меди и никеля равны соответственно 8,93∙103 и 8,7∙103 кг/м3.
21. Вычислить относительное изменение объема (∆V/Vcn) при образовании
манганина (84 масс. % Сu, 12 масс. % Мn, 4 масс. % Ni) плотностью 8,5∙103 кг/м3,
если плотности чистых веществ равны: меди — 8,93∙103 кг/м3, марганца —
7,42∙103 кг/м3, никеля 8,70∙103 кг/м3
22. Дана зависимость мольной теплоемкости раствора вода-формамид от
состава при Т=298,15 К
Ср, Дж/моль∙К
75,3
CH3NO, моль. %
0,0
Ср, Дж/моль∙К
89,7
CH3NO, моль. %
49,9
Покажите (графически): а)
76,0
76,9
78,2 79,0
82,6
83,2
5,0
10,0
15,5 17,0
30,1
31,3
92,6
96,2
99,0 106, 107,9
57,9
67,1
75,2 2 95,1 100,0
мольные теплоемкости чистых веществ; б)
парциальные мольные величины в зависимости от состава; в) что теплоемкость
раствора—не аддитивное свойство компонентов.
23.
Покажите
справедливость
первого
уравнения
Гиббса—Дюгема,
используя данные мольной теплоемкости растворов четыреххлористый углерод—
анилин при Т = 298 К:
Ср, Дж/моль. К
131
144
145
152
160
166
X(C6H7N), моль. %
0,0
10,28
19,72
30,43
40,09
50,22
Ср, Дж/моль. К
168
175
180
185
189
Х(C6H7N), моль % 60,52
70,36
79,71
90,03
100,00
24. Вычислить теплоту образования раствора таллий (2)—ртуть (1)
концентрации Х2=0,2 при Т = 298К и р= 1,013∙105 Па, если химические
потенциалы компонентов в этих условиях μ1 = —849,4 и μ2=—316,3 Дж/моль, а
парциальные мольные энтропии ∆͞S1 = 1,67 Дж/моль∙К и ∆͞S2 = 10,17 Дж/моль∙К.
25. Определить относительные парциальные теплоемкости компонентов в
растворе бутиловый спирт (1)—бензол (2) концентрации Х2=0,90, используя
зависимость теплоемкости раствора от состава при Т=293,15 К:
Х2, мол. %
0,00
11,92
26,86
33,59
СР, Дж/моль∙К
172,76
172,63
170,06
168,02
Х2, мол. %
59,48
68,76
78,59
91,68
Ср, Дж/моль∙К
157,52
158,95
154,93
147,20
44,85
165,54
100,00
133,48
ИДЕАЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ
Закон Рауля
1. Давление насыщенного пара этилового эфира С4Н10O при Т=293К равно
5892,5 Па. Вычислить давление пара эфира над раствором, содержащим 0,015 кг
бензальдегида (М=106) в 0,1 кг эфира.
2. Давление пара над чистым свинцом при Т=1358 К равно 558 Па.
Вычислить давление пара свинца над раствором, приготовленным из 0,0189 кг
свинца и 0,0011 кг серебра.
3. Давление насыщенного пара бензола при Т=303,2К равно 1,602∙104 Па, а
толуола — 0,486∙104 Па. Вычислить давление пара над раствором, полученным
смешением 0.1 кг бензола с 0.1 кг толуола.
4. Давление насыщенного пара воды при Т=298 К равно 3159,68 Н/м 2.
Вычислить давление пара воды над раствором, содержащим 10 масс. %
глицерина.
5. Давление паров бензола и толуола над чистыми веществами при Т=303К
соответственно равны 120,2 и 36,7 мм.рт.ст. Вычислить общее давление пара над
раствором и парциальные давления паров компонентов, если раствор приготовлен
смешением 100 г бензина и 100 г толуола.
6. Вычислить давление пара воды при Т=298 К над водным раствором
сахара, моляльность которого равна 0,2. Давление насыщенного пара воды при
указанной температуре равно 3,17∙103 Па.
7. Для серебра в растворах Ag—Pb при Т= 1490 К закон Рауля справедлив в
интервале концентраций от 0 до 18 вес. % РЬ. Вычислить давление пара Ag над
раствором, содержащим 17,5 вес. % РЬ, если давление пара чистого Ag при
указанной температуре равно 7,47 Па.
8. Давление насыщенного пара диэтиловoго эфира при Т=293К равно 5,9∙104
Па. Вычислить давление пара над раствором, содержащим 0,0061 кг бензойной
кислоты (С6Н5СООН) в 0,05 кг эфира.
9. Вычислить давление пара 3 масс. % раствора анилина (C6H5NH2) в
диэтиловом эфире при Т = 293К, если давление пара чистого эфира при этой
температуре равно 5.9∙104 Па.
10. Давление насыщенного пара воды при Т=293. К равно 2,3∙103 Па.
Вычислить давление пара над раствором, содержащим 0,01 кг NH4C1 в 0,1 кг
воды при той же температуре.
11. Считая, что СС14 и SnCl4 образуют совершенный раствор, вычислить
состав раствора, кипящего при Т=373К и давлении 1,01325∙105 Па. Давления
паров СС14 и SnCl4 при указанной температуре соответственно равны 19,3∙104 и
6,67∙104 Па.
12. При Т=1700 К давления насыщенных паров железа и никеля
соответственно равны 0,501 и 0,665 Па. Вычислить состав раствора, в котором
парциальные давления паров компонентов равны.
13. Вычислить давление пара воды над раствором вода— глюкоза (C6H12O6),
концентрация глюкозы в котором 20 мас. % при Т=298 К. Давление насыщенного
пара воды при этой температуре равно 3167,73 Па.
14. Вычислить давление пара над раствором, содержащим 0,064 кг
нафталина (С10Н8) в 0,09 кг бензола при Т=293К. Давление пара бензола при
данной температуре равно 9953,82 Па.
15. В 0,15 кг водного раствора содержится 0,0342 кг тростникового сахара
(С12Н22O11). Вычислить давление пара над этим раствором при Т=303 К, если
давление пара чистой воды равно 4242,30 Па.
16. 0,06 кг нафталина (С10Н8) содержится в 0,2 кг раствора его с бензолом.
Вычислить давление пара над раствором при Т=313 К; давление пара бензола при
этой температуре 24144,6 Па.
17. Вычислить давление пара над раствором анилин (С6Н5NH2)—эфир
((C2H5)2O) с концентрацией последнего 95 маcc. % при Т=293К. Давление пара
чистого эфира при указанной температуре 58920 Па.
18. Давление пара Hg над амальгамой, содержащей 0,0011 кг Sn в 0,1 кг Hg
при Т=298 К, равно 10,05∙104 Па. Давление пара над чистой Hg равно 10,25∙104 Па.
Найти молекулярную массу Sn в растворе.
19. 0,1 кг диэтилового эфира содержит 0,01 кг нелетучего вещества.
Давление пара этого раствора при Т=293К равно 0,57∙105 Н/м2. Давление пара
чистого эфира при этой температуре равно 0,59∙105 Н/м2. Какова молекулярная
масса растворенного вещества.
20. Давление пара чистого ацетона при Т=293К равно 23940 Па. Давление
пара над раствором камфора—ацетон, содержащего 0,005 кг камфоры в 0,2 кг
ацетона, при той же температуре равно 23710 Па. Вычислить молекулярную
массу камфоры.
21. Давление пара над чистым марганцем при Т=1939К равно 9120 Па, а над
25 маcc. % по никелю раствором Мn—Ni — 6960 Па. Вычислить атомную массу
никеля в растворе.
22. Давление пара CsCl над 10 маcc. % по ВаС12 раствором CsCl—ВаС12 и
над чистым хлористым цезием при Т = 973 К соответственно равны 54200 и 59000
Па. Вычислить молекулярную массу ВаС12 в растворе.
23. Давление пара над раствором, содержащим 0,013 кг растворенного
вещества (неэлектролита) в 0,1 кг воды, при Т = 301 К равно 3642 Па. Давление
насыщенного пара воды при указанной температуре равно 3780 Па. Вычислить
молекулярную массу растворенного вещества.
24. Давление пара эфира (С2Н5)2O при Т = 293К равно 58920 Па, давление
пара над раствором, содержащим 0,0124 кг бензойной кислоты в 0,1 кг эфира,
равно 54790 Па. Вычислить молекулярную массу бензойной кислоты в эфире.
25. Сколько граммов глицерина (С3Н8O3) надо растворить в 0,09 кг воды
при Т = 303К, чтобы понизить давление пара на 266,5 Па? Давление насыщенного
пара воды при указанной температуре равно 4242,3 Па.
26. Какое количество воды следует взять, чтобы, растворив в нем 0,0045 кг
глицерина (С3Н8O3) при Т=300 К, понизить давление пара на 399,7 Па? Давление
насыщенного пара воды при этой температуре равно 3565 Па.
27. В каком количестве бензола нужно растворить 0,0089 кг антрацена
(C14H10), чтобы при Т=293К давление пара над раствором понизилось на 379,7 Па?
Давление пара над чистым бензолом при указанной температуре равно 9954 Па.
28. Определить количество сахара (С12Н22О11); растворенного в 0,27 кг
воды, если давление пара над раствором при Т=343,К равно 30470 Па. Давление
пара чистой воды при указанной температуре равно 31157,4 Па.
29. Вычислить молекулярную массу анилина в эфире, если при Т=303 К
давление пара над раствором, содержащим 0,00628 кг анилина в 0,74 кг эфира
((С2Н5)2O), равно 85800 Па, а давление пара чистого эфира при той же
температуре— 86380 Па.
30. Раствор бензол—толуол содержит 30 маcc. % толуола. Определить
состав паровой фазы и давление пара над раствором, если Р°C6H6, = 16,025∙103 Па,
Р°C7H8 =4,89∙103 Па.
31. При Т=ЗЗЗК Р°(C2H5OH) = 4,7∙104 Па, Р°(CH3OH) = 8,З∙104 Па. Каков
состав пара, если жидкий раствор содержит 50 маcc. % каждого компонента.
32. Давления насыщенных паров бензола и дихлорэтана при Т=323 К
соответственно равны 3,59∙104 и 3,15∙104 Па. Каково должно быть внешнее
давление, чтобы раствор, содержащий равные по массе количества обоих
компонентов, кипел при Т=323К? Какова молярная доля бензола в парах?
33. Давления насыщенных паров веществ А и В соответственно равны
4,66∙104 и 1,01325∙105 Па. Определить состав пара над жидким раствором,
состоящим из 0,5 молей А и 0,7 молей В.
34. Давления насыщенных паров метилового и этилового спиртов при
Т=293К равны соответственно 1,28∙104 и 5886 Па. Вычислить состав пара над
раствором, образованным равными объемами СН3ОН и С2Н5ОН. Плотности
метилового и этилового спиртов соответственно равны 791,5 и 786,4 кг/м3.
35.
Давления
насыщенных паров С6Н5Сl
и
С6Н5Вг при
Т=413К
соответственно равны 12,52∙104 и 6,63∙104 Па. Вычислить составы равновесных
фаз для раствора, кипящего при Т = 413 К под давлением 1,01325∙105 Па.
36. Давление пара чистого вещества А при Т = 298 К равно 13,332∙103 Па.
Вещество В нелетучее. Давление пара над раствором, содержащим 0,001 кг В и
0,1 кг А при Т = 298К равно 12,666∙103 Па. Найти отношение молекулярной масс
вещества В к молекулярной массе вещества А.
37. Давление насыщенного пара толуола при Т=363 К равно 53328,9 Па, а
о-ксилола — 19998,4 Па. Определить состав равновесных фаз, если раствор кипит
при Т=363 К и давлении 50662,5 Па.
38. Давления паров Sn и РЬ .над чистыми металлами в зависимости от
температуры выражаются уравнениями:
lgP°Sn =
— 1,10 lgT + 12,86 мм рт. ст.
lgP°Pb = —
— 0,985 lgT +11,16 мм рт.ст.
Определить общее и парциальные давления компонентов над жидким
раствором, образованным сплавлением 0,1 кг Sn и 0,1 кг РЬ при Т=1273К.
39. Зависимость давления паров железа и хрома от температуры
описывается уравнениями:
lgP°Fe =
— 1,27 lgT+10,39 бар
lgP°Cr = —
— 1,82 1gT + 13,35 бар
Растворы Fe—Сг являются совершенными. Вычислить общее давление пара
при Т=2223 К над раствором,содержащим 20 мас. % Сr.
40. Давления паров СС14 и SnCl4 над чистымц веществами в зависимости от
температуры выражаются уравнениями:
lgP°CCl4 =
— 5,30 lgT +23,6 мм рт. ст.
lgP°SnCl4=
—7,01 lg Т + 28,76 мм рт. ст.
Определить состав раствора, кипящего при Т = 373 К под давлением 101325
Па.
41. Зависимость давлений насыщенных паров железа и никеля от
температуры описывается уравнениями:
lgP°Fe =
lgP° =
Считая
— 2,14∙10-3Т+14,01 бар
— 0,131∙10-3 Т + 7,87 бар
растворы
Fe—Ni
совершенными,
определить
состав
пара,
равновесного при Т=1473 К с раствором Fe—Ni, содержащим 25 масс. % Ni.
42. Зависимость давлений насыщенных паров железа и марганца от
температуры описывается уравнениями:
lgP°Fе =
— 1,27 lg Т + 10,39 бар
lgP°Mn =
— 2,52 lg Т + 14,39 бар
Растворы Fe—Мn являются совершенными. Вычислить общее давление
пара при Т=1823К. над раствором Fe—Мn с концентрацией марганца 8 маcc. %.
43. Зависимость давлений насыщенных паров марганца и хрома от
температуры описывается уравнениями:
lgP°Mn =
— 2,52 lgT+ 14,39 бар
lgP°Cr =
— 1,82 lg T + 13,35 бар
Жидкие растворы Мn—Сr являются совершенными. Вычислить состав пара,
равновесного при Т=2223 К с 15 маcc. % по марганцу раствором.
Криоскопия и эбулиоскопия
1. Вычислить температуру начала кристаллизации олова из раствора,
содержащего 0,833 г магния на 100 г олова. Температура плавления олова равна
505 К, теплота плавления его — 7200 Дж/г∙ат.
2.
Вычислить
криоскопическую
постоянную
железа.
Температура
плавления железа равна 1812 К, теплота плавления его – 15300 Дж/г∙ат.
3. Растворение свинца в золоте понизило температуру кристаллизации
последнего на 63 К. Определить процент растворенного свинца. Криоскопическая
постоянная золота равна 226 град∙л/моль.
4. Температура начала кристаллизации серебра из раствора, содержащего
6,5% бария, равна 1173 К. Вычислить теплоту плавления серебра, если
температура кристаллизации его равна 1234 К.
5.
Рассчитайте
криоскопическую
и
эбулиоскопическую
постоянные
четыреххлористого углерода, используя следующие данные: его теплота
плавления равна 2,5 кДж/моль, температура плавления — 250,3 К, теплота
испарения — 30,0 кДж/моль, температура кипения — 350 К
6. Свойства раствора зависят от общего числа частиц, растворенных в
растворителе. Какова температура начала кристаллизации раствора, содержащего
2 г хлористого натрия на 100 г воды?
7. Какова температура начала кристаллизации воды в стакане (объем
стакана 250 см3), подслащенной двумя кусочками сахара (7,5 г)?
8. Чтобы предотвратить образование льда на дорогах обычно разбрасывают
поваренную соль (NaCl). Стоимость хлористого натрия 0,1 руб. за 1 кг. Стоимость
хлористого кальция 0,12 руб. за 1 кг. Какая соль экономически более эффективна?
При расчете примите, что температура окружающего воздуха равнa -10° С.
9. Фтористый калий хорошо растворим в ледяной уксусной кислоте.
Получены следующие данные по понижению температуры кристаллизации
растворов:
m, моль/кг
0,015
0,037
0,077
0,295
0,602
∆Тпл.,К
0,115
0,295
0,470
- 1,381
2,67
Вычислите молекулярную массу фтористого калия для каждой из
указанных концентраций, экстраполируйте ее к нулевой концентрации и сравните
полученную величину с табличным результатом. Теплота плавления уксусной
кислоты равна 11,4 кДж/моль, температура плавления его — 290 К
10.
Вычислите
криоскопическую
постоянную
бензола,
если
10
г
растворенного вещества понижают температуру замерзания на 0,74 К. Какова
молекулярная масса растворенного вещества? Теплота плавления бензола равна
9840 Дж/моль, температура плавления его -5,5° С.
11.
Вычислите
эбулиоскопическую
постоянную
бензола,
если
при
растворении 10 г твердого вещества в 100 г бензола температура кипения
повысилась с 80,1° С до 80,9° С. Какова молекулярная масса растворенного
вещества? Теплота испарения бензола равна 30,8 кДж/моль.
12. Водный раствор, содержащий нелетучее растворенное вещество,
замерзает при 271,15 К. Определить температуру кипения и давление пара
раствора
при
298
К.
Криоскопическая
постоянная
воды
равна
1,86,
эбулиоскопическая постоянная — 0,513, давление насыщенного пара воды равно
3167,21 Н/м2.
13. Чистый четыреххлористый углерод кипит при 349,8 К. Насколько
повысится температура кипения его, если в раствор добавить серу в количестве
2,5 вес. %. Удельная теплота испарения четыреххлористого углерода равна 195,72
кДж/кг.
14. Температура плавления хлористого калия равна 1043 К, удельная
теплота плавления
его
—
359∙103
Дж/кг.
Вычислить
криоскопическую
постоянную хлористого калия.
15. Сколько граммов хлористого натрия надо добавить к 100 г воды, чтобы
понизить температуру кристаллизации на 9,3 К. Криоскопическая постоянная
воды равна 1,86 град∙кг/моль.
16. Найдите температуру начала кристаллизации хлористого серебра из
раствора, содержащего 46,1% хлористого свинца, если температура плавления
хлористого серебра равна 728 К, теплота плавления его — 12,78 кДж/моль.
17. Атмосферное давление таково, что вода кипит при 372,4 К. При какой
температуре будет кипеть раствор, содержащий 3,291 г хлористого кальция в
100 г воды. Удельная теплота испарения воды равна 2,257 Дж/кг.
18.
Температура
начала
кристаллизации
кобальта
из
раствора
с
концентрацией фосфора 0,5% равна 1748 К. Температура кристаллизации
кобальта равна 1763 К, теплота плавления его — 15,7 кДж/моль. Вычислите
атомную массу фосфора в растворе.
19. 17,79 г водного раствора, содержащего 0,1834 г перекиси водорода
начинает кристаллизоваться при -0,571° С. Какова молекулярная масса перекиси в
растворе, если криоскопическая постоянная воды равна 1,86 град∙кг/моль.
20. При растворении 3,614 г хлористой меди в 100 г этилового спирта
температура кипения повысилась на 0,203°. Найти молекулярную массу
хлористой меди, если эбулиоскопическая постоянная этилового спирта равна 1,16.
21. Какой раствор обладает более низкой температурой замерзания: 2%
раствор глицерина в воде или 2% раствор метилового спирта в воде?
Криоскопическая постоянная воды равна 1,86 град∙кг/моль.
22. При растворении 1,5163 г меди в 400 г олова температура начала
кристаллизации понизилась до 229,69° С. Вычислить атомную массу меди.
Температура плавления олова равна 231,61°С, криоскопическая постоянная
олова – -34,61 град∙кг/моль.
23.
Техническая
уксусная
кислота
кристаллизуется
при
16,4°
С.
Температура кристаллизации чистой уксусной кислоты равна 16,7° С, ее
криоскопическая постоянная — 3,9 град∙кг/моль. Вычислить моляльную
концентрацию примесей.
24. При растворении 0,6 г некоторого вещества в 25 г воды температура
кипения повысилась на 0,204 К. При растворении 0,3 г этого же вещества в 20 г
бензола
температура
кипения
повысилась
на
0,668
К.
Вычислите
эбулиоскопическую постоянную бензола, если эбулиоскопическая постоянная
воды равна 0,512 град∙кг/моль.
25. При какой температуре закипит 1 % раствор сахара в воде, если
эбулиоскопическая постоянная воды равна 0,512 град∙кг/моль.
Закон Генри
1. В таблице приведено давление насыщенного пара фосфора над
растворами Fe—Р при Т=2086K:
X, р
0,0023
0,0064
0,0093
0,0100
0,0198
РР∙103, Па
2,45
6,79
10,66
11,31
22,40
Справедлив ли закон Генри для фосфора, растворенного в железе?
2. Ниже приведены давления пара хлористого метила над его раствором с
водой при Т=298 К. Найти константу Генри для хлористого метила.
m(СН3Cl), моль/кг
Р∙10-3, Па
0,029
27,358
0,051
48,422
0,106
100,805
0,131
126,109
3. Растворимость сероводорода в анилине при Т=295 К в зависимости от
давления приведена ниже:
Р, Па
13590
51990
116200
154600
3
С, кг/м
2,74
10,6
24,0
31,6
Показать, что растворимость сероводорода в анилине подчиняется закону
Генри.
4. Растворимость водорода в воде (В) при Т=273К в зависимости от
давления приведена ниже:
Р∙10-5, Па
50,65
75,97
101,3
В, кг/м3
1,068
1,601
2,130
Показать, что растворение водорода в воде подчиняется закону Генри.
5. Давления насыщенного пара бромистого водорода над растворами НВг—
С6Н6 при Т=303К приведены в таблице:
ХHBr∙103
0,612
5,459
16,49
25,35
29,13
47,13
Р, Па
1016,3
8460,6
25772,0
40053,8
46832,4
48180,0
Определить, справедлив ли закон Генри для бромистого водорода,
растворенного в бензоле.
6. Из приведенных ниже данных по растворимости водорода в бензоле при
Т=298К определить константу Генри:
А, л
3,64
7,40
22,05
-5
Р∙10 , Па
50,66
101,325
202,65
А — количество растворенного газа, приведенное к нормальным условиям,
в 1 кг растворителя.
7. Растворимость кислорода в воде при давлении 399∙102 Н/м2 и Т=298 К
равна 16∙10-3 кг/м3. Определить коэффициент Генри.
8. Растворимость сероводорода в анилине при Т=298К равна: при давлении
154628 Н/м2 — 31,6 кг/м3, при давлении 51987 Н/м2 — 10,6 кг/м3. Соблюдается ли
при этих условиях закон Генри?
9. Какова растворимость СО2 в воде при Т = 298К и парциальном давлении
этого газа 10132,5 Па, если константа Генри равна 166,65∙106 Па.
10. Рассчитайте растворимость СО2 в воде при Т=298К и парциальном
давлении этого газа 5,065∙105 Н/м2, если константа Генри равна 7,492∙10-3 г/Н∙м.
11. Прибор для газирования воды работает, выделяя СО2 под давлением
1013250 Па. Вычислите состав газированной воды, которая при этом получается,
если константа Генри равна 166,65∙106Па.
12. Мольные доли азота и кислорода в воздухе при Т=298 К равны 0,782 и
0,209. Каковы концентрации N2 и О2 (в моляльностях) в сосуде с водой,
оставленном открытым при атмосферном давлении и Т=298 К, если константа
Генри для N2 и О2 при указанной температуре соответственно равны 867,9∙107 и
439,96∙107 Па.
13. Сухой воздух содержит 21 масс. % кислорода. Рассчитать массу
кислорода, растворенного в 0,001 м3 воды и насыщенного воздухом при 1,013∙105
Н/м2 и Т=298 К; константа Генри равна 4,02∙10-4 г/Н∙м.
14. Состав газовой фазы в газометре над водой: 70 объем. % О2 и 30 объем.
% СО2. Коэффициенты растворимости О2 и СО2 соответственно равны 0,049 и 1,7.
Вычислить состав жидкой фазы.
15. В газометре над водой находится смесь газов: Н2 – 0,20; СН4 – 0,70; СО –
0,10 (объемные доли). Каков состав жидкой смеси при н.у.? Коэффициенты
растворимости Н2, СН4 и СО соответственно равны 0,0217, 0,0556 и 0,0354.
16. Коэффициент растворимости кислорода в воде при Т = 273К равен
0,0489. Сколько растворится кислорода в 1 л воды при указанной температуре и
давлении 2,532∙106Па?
17. Вода насыщается газовой смесью, содержащей 0,35 (объем, доли) N2O и
0,65 (объем доли) NО при Т=290К и постоянном давлении. Определить состав
жидкого раствора, если растворимость N2O и NO при указанной температуре
равна соответственно 0,69 и 0,050.
18. Состав атмосферного воздуха (объем. %): 20,29 – О2; 78,1 – N2; 0,9 – Аr;
0,04 – СО2. Вычислить состав водного раствора, насыщенного атмосферным
воздухом при Т = 273К. Коэффициенты растворимости в воде О2, N2, Аr, СО2 при
Т=273К соответственно равны 0,0489; 0,0235; 0,058; 1,713.
19. Состав сухого природного газа (объем. %): 92,2 – СН4; 0,8 – С2Н6; 7,0 –
N2. Определить состав газовой смеси, растворенной в воде при Т=273К, если при
данной
температуре
коэффициенты
растворимости
компонентов
смеси
соответственно равны 0,556; 0,0987; 0,0235.
20. Доменный газ имеет состав (объем. %) СО – 28; Н2 – 2,7; СН4 – 0,3;
H2S – 0,3; СО2 – 10,5; N2 – 58,2. Определить состав газовой смеси, растворенной в
воде при Т = 273К, если при данной, температуре коэффициенты растворимости
компонентов смеси соответственно равны 0,0354; 0,0217;0,0556; 4,67; 1,713;
0,0235.
21. Если давление СО2 равно 101325 Па, то при Т=291 К 1 л воды
растворяет 1 л СО2. Вычислить молярность раствора, над которым давление СО2
при указанной температуре равно 19998,35 Па.
22. Через 2,5∙10-3 м3 воды продувают сухой воздух при Т=283К и давлении
1,01∙106 Н/м2. Вычислить концентрации азота и кислорода в воде по достижении
равновесия. Коэффициенты Генри при указанной температуре для N2 и О2
соответственно равны 6,77,14∙107 и 331,44∙107 Н/м2.
Растворимость
1. О-динитробензол (I) и м-динитробензол (II) образуют идеальный раствор
и дают диаграмму плавкости с простой эвтектикой. Координаты эвтектической
точки: мольная доля (II) равна 0,65, температура — 337 К. Теплота плавления (I)
— 130,2 Дж/г, (II) — 100,7 Дж/г. Вычислить температуру плавления чистых
компонентов.
2. Метан плавится при 90,5 К, теплота плавления, его равна 970,7 кДж/моль.
Вычислить растворимость метана в жидком азоте при 78 К. Примите, что
вещества образуют идеальный раствор; зависимостью теплоты плавления от
температуры пренебречь.
3. Орто-дихлорбензол (I) и мета-дихлорбензол (II) плавятся при 290,5 К и —
297,5 К соответственно. Теплоты плавления их: (I)—8745 Дж/моль, (II)—8535
Дж/моль. Принимая, что эти вещества образуют идеальный раствор, вычислить
температуру и состав эвтектики.
4. Растворимость окиси углерода в медноаммиачных растворах при
нагревании от 273 К до 343 К уменьшилась в 69,53 раза. Вычислить
относительное понижение растворимости при нагревании от 273 К до 303 К.
5. Растворимость двуокиси серы в соляровом масле при 283 К составляет
40,6 г/л, а при 293 К — 23,4 г/л. Определить мольную теплоту растворения.
6. Растворимость двуокиси углерода в воде при 293 К равна 0,878 см3/моль,
а при 303 К — 0,665 см3/моль. Вычислить теплоту растворения двуокиси углерода
в воде. Какое количество двуокиси углерода растворится при 283 К в 1 литре
воды?
7. Растворимость молочной кислоты в 100 г воды составляет 2,35 г при 273
К и 6,76 г при 297,8 К. Вычислить теплоту растворения кислоты в воде.
8. Вычислить растворимость метана в жидком азоте при 50 К. Температура
плавления метана равна 90,5 К, теплота плавления его — 970,7 Дж/моль.
9. Растворимость окиси углерода в медноаммиачных растворах при
нагревании от 273 К до 343 К уменьшилась в 69,53 раза. Вычислите теплоту
растворения окиси углерода в этих растворах.
10. Вычислить растворимость кислорода в соляровом масле при 273 К, если
его растворимость при 283 К составляет 40,6 г/л. Теплота растворения кислорода
в соляровом масле равна 38,1 кДж/моль.
11.
Температуры
плавления,
орто-динитробензола
(I)
и
мета-
динитробензола (II) соответственно равны 389,5 К и 362,9 К. Координаты
эвтектической точки: температура — 337 К, мольная доля (II) — 0,65. Вычислите
теплоты плавления чистых веществ.
12. Оцените идеальную растворимость свинца в висмуте при 553 К.
Температура плавления свинца равна 600 К, теплота плавления его — 5,2
кДж/моль.
13. Какова растворимость нафталина в 1000 г бензола при температуре
298 К, если теплота плавления нафталина равна 19,0 кДж/моль, температура
плавления его—353,2 К.
14. Теплота плавления антрацена равна 28,27 кДж/моль, температура
плавления — 490 К. Какова его идеальная растворимость в бензоле при 298 К.
15. При изучении зависимости растворимости диметилглиоксима никеля в
воде от температуры получены следующие результаты:
Т, К
298
303
308
313
318
5
-1
растворимость∙10 , моль∙л
0,105
0,139
0,184
0,204
0,307
Вычислите графически теплоту растворения диметилглиоксима никеля в
воде.
16. Зависимость теплоты плавления хлористого свинца в расплаве
хлористый свинец (РbСl2)—хлористое серебро в интервале температур 769÷T К
описывается уравнением: ∆Нпл = 22600—25,7(769—Т), где 769 К — температура
плавления свинца, Т<769К. Рассчитать и построить линию ликвидуса в интервале
769—610 К с шагом 20 К.
17. Температура начала кристаллизации висмута из раствора, содержащего
20 вес. % таллия, равна 487 К. Определить атомную массу таллия в растворе.
Температура кристаллизации висмута равна 544 К, теплота плавления его 11,02
кДж/моль.
18.
Температура
начала
кристаллизации
кобальта
из
раствора
с
концентрацией фосфора 0,5% равна 1748 К. Температура кристаллизации
кобальта равна 1763 К, теплота плавления его — 15,7 кДж/моль. Вычислить
атомную массу фосфора в растворе.
19. Вычислить температуру начала кристаллизации висмута из раствора
висмут—теллур, приготовленного из 2-х растворов с концентрациями теллура 10
и 20 весовых % в массовом отношении 2:1, температура кристаллизации висмута
равна 544 К, теплота плавления—11,02 кДж/г∙ат.
20. Вычислить весовой % теллура в растворе висмут- теллур, температура
начала кристаллизации которого равна 473 К. Температура кристаллизации
висмута равна 544 К, удельная теплота плавления — 52,7 Дж/г.
21. Температура начала кристаллизации серебра из: раствора, содержащего
6,5% бария, равна 1173 К. Вычислить теплоту плавления серебра, если
температура кристаллизации чистого серебра равна 1234 К.
22. Зависимость теплоты плавления хлористого свинца и хлористого
серебра от температуры описывается уравнениями:
∆НплРЬС12=22600 — 25,7 (769—Т),
∆НплAgCl = 13700 — 12,1 (728—Т),
где 769 — температура плавления РвСl2, 728 — температура плавления
AgCl. Рассчитать и построить диаграмму плавкости системы хлористый свинец—
хлористое серебро с шагом 50 К в интервале температур 769—600 К и 728—600
К.
23. Вычислить температуру начала кристаллизации хлористого серебра из
раствора, содержащего 20 мольн. % хлористого свинца. Температура плавления
хлористого серебра равна 728 К, теплота плавления — 12,78 кДж/моль.
Полученный результат сравнить с опытной величиной, равной 620 К.
24. Вычислить температуру начала кристаллизации хлористого серебра из
раствора,
содержащего
5%
хлористого
свинца.
Температура
плавления
хлористого серебра равна 728 К, теплота плавления — 12,78 кДж/моль.
Полученный результат сравнить с опытной величиной, равной 712 К.
25. Вычислить температуру начала кристаллизации хлористого серебра из
раствора, содержащего 20 вес. % хлористого свинца. Температура начала
кристаллизации хлористого серебра равна 712 К, теплота плавления — 12,78
кДж/моль. Полученный результат сравните с опытной величиной, равной 657 К.
Закон распределения
1. Коэффициент распределения этилового спирта между четыреххлористым
углеродом и водой равен 0,0244. Каковы концентрации спирта (в моль/л) в
равновесных фазах, если 0,1 моль спирта распределяется между 300 мл воды и
500 мл ССl4?
2. В равновесии находятся два раствора: 21 г бензола с 0,24 г фенантрена и
24,28 г бензола с 0,32 г бензойной кислоты. Найти коэффициент распределения
бензола.
3. Вычислить сколько фенола можно извлечь из 500 мл 0,4М водного
раствора фенола при двукратной экстракции его амиловым спиртом порциями по
100 мл, если при Т=298 К раствор, содержащий 10,53 г/л фенола в амиловом
спирте, находится в равновесии с водным раствором, в котором концентрация
фенола равна 0,658 г/л.
4. Коэффициент распределения иода между водой и сероуглеродом равен
0,0017. Как понизится концентрация 0,1 масс. % водного раствора иода, если 1 л
такого раствора экстрагировать: 1) однократно 50 мл сероуглерода; 2) пятью
порциями по 10 мл сероуглерода каждая.
5. При Т=298К водный раствор иода, имеющий концентрацию С (J2)=0,0516
г/л, находится
в равновесии с раствором четыреххлористого
углерода,
концентрация которого С(J2)=4,412 г/л. Растворимость иода в воде при указанной
температуре равна 0,34 г/л. Вычислить растворимость иода в ССl4.
6. Распределение иода между четыреххлористом углеродом и водой при
Т=298К определяется следующими данными:
В ССl4 С, г/л
0,004412
0,006966
0,01088
0,0256
В H2O С, г/л
0,0000516
0,0000818
0,0001276
0,0002913
Сколько мл СС14 необходимо взять, чтобы однократным экстрагированием
извлечь из 100 мл водного раствора:
а) 90 масс;%; б) 99,9 масс. %.
7. Равновесные концентрации янтарной кислоты в водном и эфирном
растворах при Т =288К соответственно равны: 0,7 и 0,13 г/100 мл. Определить
концентрацию эфирного раствора, находящегося в равновесии с 0,2 N по
янтарной кислоте водным раствором.
8. Коэффициент распределения иода между водой и СС14 при Т=298К равен
0,0117. Вычислить равновесную концентрацию иода в водном слое, если 1 л воды
встряхивать до равновесия с 200 см3 раствора иода в СС14 с С(J2)=10 г/л.
9. В 1 л водного раствора содержится 0,15 г иода.. Сколько иода можно
извлечь из данного раствора экстрагированием: а) однократно 40 см3
четыреххлористого углерода; б) четырьмя порциями по l0 см3? Коэффициент
распределения иода между водой и СС14 при Т=298К равен 0,0117.
10. Вычислить среднее значение коэффициента распределения хинона
между водой и диэтиловым эфиром при Т=293 К, если равновесные концентрации
хинона равны:
В воде, моль/л
В эфире, моль/л
0,002915
0,00893
0,008415
0,02714
11. Равновесные концентрации янтарной кислоты, распределенной между
водой и эфиром при определенной температуре, приведены ниже:
В воде, г/л
43,4
43,8
47,4
В эфире, г/л
7,1
7,4
7,9
Показать, что для янтарной кислоты в указанных растворителях справедлив
закон распределения.
12. Коэффициент распределения иода между амиловым спиртом и водой
при Т=298К равен 230. Вычислить: а) концентрацию иода в амиловом спирте при
равновесной концентрации иода в водном слое равной 0,2 г/л; б) растворимость
иода в амиловом спирте, если растворимость иода в воде при Т=298К равна 0,340
г/л.
13. При Т=298К равновесные концентрации (моль/л) иода в водном слое
5,16∙10-5,
а
в
слое
четыреххлористого
углерода
4,412∙10-3.
Вычислить
коэффициент распределения йода между водой и четыреххлористым углеродом и
определить равновесную концентрацию иода в воде при указанной температуре,
если после встряхивания раствора с четыреххлористым углеродом концентрация
иода в слое ССl4 стала 0,1088 моль/л.
14. При Т=298К водный раствор янтарной кислоты, содержащий 12,1 г/л
кислоты, находится в равновесии с эфирным раствором, содержащим 2,2 г/л
янтарной
кислоты.
Вычислить
концентрацию
эфирного
раствора
(г/л),
находящегося в равновесии с водным раствором, содержащим 9,68 г/л янтарной
кислоты.
15. Коэффициент распределения этилового спирта между водой и
четыреххлористым углеродом при Т =298 К равен 41,8.: Вычислить концентрацию
спирта в четыреххлористом углероде при этой температуре, если равновесная
концентрация спирта в воде; а) 0,406 моль/л; б) 1,477 моль/л.
16. Встряхивают до равновесия 1 л воды с 400 см3 амилового спирта,
содержащими 2,5 г иода. Вычислить количество иода, извлеченного водой.
Коэффициент распределения иода между амиловым спиртом и водой равен 230.
17. Вычислить концентрацию иода в воде (моль/л), если 250 см3 амилового
спирта, содержащих 10 г/л иода, встряхивать от равновесия с 1 л воды.
Коэффициент распределения иода между амиловым спиртом и водой равен 230.
18. Коэффициент распределения иода между водой и сероуглеродом 0,0017.
Водный раствор, содержащий 0,2 г/л иода, экстрагировали 60 см3 сероуглерода.
Определить степень извлечения иода (%) при однократном извлечении всей
порцией сероуглерода и при трехкратном порциями по 20 см3 экстрагента.
19. Коэффициент распределения нормальной масляной кислоты С3Н7СООН
между хлороформом и водой при 298 К равен 0,52. Какое количество масляной
кислоты можно извлечь из 100 см3 0,5 М раствора масляной кислоты в
хлороформе при однократной экстракции 100 см3 воды и при четырехкратной
экстракции порциями по 25 см3 воды?
20. Коэффициент распределения молочной кислоты СН3СН(ОН)—СООН
между хлороформом и водой при Т=298К равен 0,0203. Какое количество
молочной кислоты можно извлечь из 100 см3 0,8 М раствора молочной кислоты в
хлороформе 100 см3 воды.
21. При Т=298К раствор иода в воде с концентрацией С =0,1524 г/л
находится в равновесии с раствором иода в хлороформе с концентрацией
С = 19,63 г/л. Растворимость иода в воде равна 0,340 г/л. Какова растворимость
иода в хлороформе?
22. Какое количество иода останется в 100 мл насыщенного иодом водного
раствора при Т=298К после экстрагирования его 100 мл сероуглерода?
Растворимость иода в воде при Т=298К равна 0,340 г/л. Коффициент
распределения иода между сероуглеродом и водой равен 590.
23. Коэффициент распределения иода между водой и четыреххлористым
углеродом равен 0,012. Сколько иода можно извлечь из 0,5 л водного раствора,
содержащего 0,1 г иода 50 мл четыреххлористого углерода?
24. Коэффициент распределения HgBr2 между водой и бензолом при 298 К
равен 0,89. Сколько HgBr2 можно извлечь из 100 мл 0,01 М водного раствора
300 мл бензола: а) однократным извлечением; б) тремя последовательными
порциями по 100 мл каждая?
25. К 500 мл раствора иода в эфире, содержащим 1,7272 г иода, прибавили
200 мл раствора иода в глицерине, содержащих 2,0726 г иода. Определить
молярность иода в равновесных растворах, если известно, что коэффициент
распределения иода между глицерином и эфиром равен 0,2.
НЕИДЕАЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ
Активность и коэффициент активности
1. Парциальное давление ацетона над раствором ацетон-эфир концентрации
Х((СН3)2СО)=0,4 и при Т=303К равно 1,973∙104Па. Давление насыщенного пара
чистого ацетона при этой температуре равно 3,772∙104Па. Константа Генри
ацетона в эфире равна 7,838∙104Па. Рассчитать коэффициенты активности ацетона
в этом растворе относительно двух стандартных состояний: а) чистого ацетона, б)
бесконечно разбавленного раствора ацетона в эфире.
2. Зависят ли численные значения активностей и коэффициентов
активностей от способа выражения концентраций?
3. Зависит ли активность компонента раствора от температуры? Напишите и
проанализируйте соответствующее уравнение.
4. Зависит ли активность компонента в растворе от общего давления?
Поясните соответствующим уравнением.
5. Ниже приведена зависимость парциального давления хлористого метила
от концентрации его в водном растворе. Вычислить коэффициенты активности
СН3С1, приняв в качестве стандартного состояния бесконечно разбавленный
раствор СН3С1 в Н2О.
Х(СН3Сl) ∙104
5,38
Р(CH3Cl)∙10-4 Па 2,735
8,97
14,42
16,90
19,06
21,55
4,841
7,641
8,936
10,079
11,416
6. Парциальное давление ацетона над водным 60 масс. % по ацетону
раствором при Т = 298К равно 2,0261∙104 Па, плотность раствора — 0,82 г/см3.
Давление
насыщенного
пара
ацетона
равно
3,052∙104
Па.
Вычислить
коэффициенты активности ацетона в этом растворе, используя различные
способы выражения концентраций. В качестве стандартного состояния принять
состояние чистого вещества.
7. Парциальные давления компонентов над раствором этиловый спирт—
вода в зависимости от состава при Т=293 К приведены ниже:
C C2H5OH масс. %
0
20
40
60
80
100
Р C2H5OH, Па∙10-4
0
0,168
0,276
0,341
0,416
0,581
Р H2O, Па∙10-4
0,233
0,212
0,196
0,188
0,151
0
Вычислить активности и коэффициенты активности компонентов в 40
масс. % по С2Н5ОН растворе, приняв за стандартные состояния чистые вещества.
8.
Парциальное
давление
паров
брома
над
раствором
его
с
четыреххлористым углеродом концентрации Х Br2 = 0,025 равно 0,1369∙104 Па.
Давление насыщенного пара над чистым бромом при той же температуре равно
2,839∙104 Па константа Генри брома в растворе Вr2—ССl4 равна 5,369∙104 Па.
Вычислить активность и коэффициенты активности брома в этом растворе,
приняв за стандартные состояния чистый бром и бесконечно разбавленный
раствор брома в четыреххлористом углероде.
9. По данным парциальных давлений паров серы над растворами Fe—S при
Т=1903 К определить активность серы в этих растворах относительно состояния
гипотетической чистой жидкости.
Xs∙103
Р, Па
10
12,05
8,0
10,40
6,0
8,15
4,0
5,68
3,0
4,30
2,0
2,90
1,0
1,45
10. Температура начала кристаллизации хлористого свинца в зависимости
от состава жидких растворов РbСl2 — КС1 приведена в таблице:
XPbCl
Т, К
1,00
0,900
0,853
0,808
0,784
769
733
713
693
683
Вычислить активности и коэффициенты активности хлористого свинца.
Теплоту плавления РbСl2 считать постоянной и равной 24,29 кДж/моль.
11. При растворении 1,046 г кадмия в 25,23 г ртути парциальное давление
ртути над амальгамой при Т=305,2К составляет 0,92 от давления насыщенного
пара чистой ртути. Вычислить активность и коэффициент активности ртути в
амальгаме.
12. Ниже приведены данные по коэффициентам активности железа в
растворах FeS—Fe в зависимости от концентрации:
XFe
γFe
0,00
0,167
0,333
0,500
0,666
0,800
—
2,40
1,89
1,58
1,29
1,10
Вычислить коэффициенты активности FeS в этих растворах.
13. Вычислить активность ртути в амальгамах таллия при Т =293К по
данным активности таллия в этих растворах:
ХТе
aTe
0,01
0,0115
0,05
0,090
0,10
0,0284
0,2
0,996
0,3
1,980
0,4
3,030
0,5
3,990
14. Парциальное давление воды над водным раствором серной кислоты
концентрации 80 маcc. % H2SO4 при Т =298 К равно 16,529 Па. Вычислить
активность и коэффициент активности воды в этом растворе, если давление пара
чистой воды при этой температуре равно 3,166∙103 Па.
15. Температура начала кристаллизации хлористого магния в зависимости
от состава жидких растворов MgCl2—КСl приведена в таблице:
Х MgCl2
Т, К
1,000
0,885
0,826
0,736
0,674
984
948
923
873
823
Вычислить активность и коэффициенты активности хлористого магния в
этих растворах, принимая теплоту плавления MgCl2 постоянной и равной 43,12
кДж/моль.
16. Ниже приведены данные о равновесных концентрациях кремния,
распределенного при Т=1693 К между железом и серебром:
0,326
0,269
0,138
0,00847
0,00235
0,00027
Вычислить активности и коэффициенты активности кремния в железе, если
коэффициент активности Si в серебре, определенный относительно чистого
жидкого кремния в приведенных растворах равен 0,155.
17. Зависимость парциального давления пара магния от состава раствора
Mg—Сu при Т=1000К приведена в таблице:
P∙10-2 Па
ХMg
15,00
1,000
13,77
0,960
9,89
0,807
4,22
0,675
0,75
0,441
0,26
0,274
Вычислить активность и коэффициент активности магния в этих растворах.
18. Зависимость давления насыщенного пара чистого цинка от температуры
выражается уравнением
lg
=
+ 5,243
Вычислить активности и коэффициенты активности цинка при Т=973К по
данным таблицы:
XZn
Р∙10-3, Па
0,748
6,28
0,495
4,76
0,484
4,67
0,231
2,54
19. Равновесные концентрации кремния, распределенного между железом и
серебром при Т=1693К приведены ниже:
0,245
0,310
0,320
0,410
0,00138
0,0069
0,0076
0,0399
Вычислить активность и коэффициент активности кремния в железе, если
коэффициент активности Si в серебре относительно чистого кремния в
приведенном интервале концентраций равен 0,155.
20. Даны равновесные концентрации кремния в железе и серебре при
Т=1693К:
0,144
0,169
0,194
0,248
0,312
2,3
5,0
8,8
19,4
64,2
Вычислите активности и коэффициенты активности кремния в железе, если
коэффициент активности кремния в серебре по отношению к чистому кремнию
равен 0,155.
21. Вычислить коэффициенты активности компонентов в растворе H2SO4—
Н2O концентрации m(H2SO4)= 1,0, если парциальные мольные свойства
компонентов в этом растворе при Т=298К равны:
∆͞H(H2SO4)= +23828 Дж/моль, ͞S (H2SO4)= 118,97 Дж/моль∙К
∆͞H (H2O)= -25,1 Дж/моль S
͞ (H2O) = 0,2385 Дж/моль∙К
22. Раствор, содержащий 5 молей глицерина в 1000 г воды, начинает
кристаллизоваться при -10,58°С. Вычислить активность глицерина в растворе.
Криоскопическая постоянная воды — 1,86.
23. По приведенным ниже данным понижения температуры замерзания
водных растворов глицерина вычислить коэффициент активности глицерина в
указанных растворах:
m, моль/кг
∆Т, °С
24—27.
0,1
0,1863
0,2
0,3734
0,5
0,9430
Ниже
приведены
1,0
1,918
2,0
3,932
экспериментальные
данные
5,0
10,58
понижения
температуры замерзания растворов фтористого калия в уксусной кислоте.
Вычислить коэффициенты
активности
фтористого
калия
при
указанных
концентрациях. Теплота плавления уксусной кислоты равна 11,4 кДж/моль,
температура плавления — 290 К
m, моль/кг
∆ Т, °С
m, моль/кг
∆ Т, °С
m, моль/кг
∆ Т, °С
m, моль/кг
∆ Т, °С
24
25
26
27
28—32.
Ниже
0.015
0.115
0.1
0.60
0.15
0.82
0.12
0.68
приведены
0.037
0.295
0.2
1.05
0.25
1.25
0.22
1.13
0.077
0.470
0.3
1.45
0.35
1.63
0.32
1.54
экспериментальные
0.295
1.381
0.4
1.83
0.45
2.07
0.42
1.93
данные
0.602
2.67
0.5
2.27
0.55
2.46
0.52
2.34
понижения
температуры замерзания водных растворов тростникового сахара. Вычислить
коэффициенты активности сахара при указанных концентрациях:
24
25
26
27
28
m, моль/кг
∆ Т, °С
m, моль/кг
∆ Т, °С
m, моль/кг
∆ Т, °С
m, моль/кг
∆ Т, °С
m, моль/кг
∆ Т, °С
0.800
1.60
0.5
0.97
0.3
0.58
0.4
0.79
0.6
1.21
1.574
3.42
1
2.09
0.8
1.60
0.9
1.89
1.1
2.38
2.114
4.91
1.5
3.27
1.3
2.32
1.3
2.82
1.6
3.57
2.922
7.31
2.0
4.60
1.8
4.08
1.7
3.81
2.1
4.82
3.572
9.32
2.5
5.97
2.3
5.41
2.1
4.82
2.6
6.22
4.384
11.98
РАВНОВЕСИЕ ЖИДКОСТЬ-ПАР В ДВОЙНЫХ СИСТЕМАХ
1. Для анализа равновесия жидкость-пар в двойной системе А-Д,
компоненты А и Д которой неограниченно смешиваются в жидкой и паровой
фазах этой системы, дано: при температуре Т1 давления насыщенных паров
чистых А и Д соответственно равны Р◦А и Р◦Д; при давлении 760 мм. рт. ст.
температуры кипения чистых А и Д соответственно равны Т◦ кип,А=383,76К и
Т◦кип,Д=353,25К. Считая жидкий раствор А-Д и насыщенный пар над ним
идеальными, необходимо:
1) Построить график зависимости давления насыщенного пара(Ра,Рд,Робщ) от
состава раствора (в мольных %) при температуре Т1 (рис.1);
2) Используя рис.1 построить график зависимости температуры кипения
раствора Ткип от состава раствора и состава пара (в мольных %) при давлении 760
мм. рт. ст. (рис. 2);
3) Рассчитать состав фигуративных точек на ветвях жидкости и пара при
температуре T1 и давлении 760 мм рт. ст.;
4) Определить температуру кипения раствора, содержащего X мольных %
компонента Д, и состав равновесного с ним пара;
5) Определить состав раствора, закипающего при температуре Т2, и состав
равновесного с ним пара;
6) Найти количество молей равновесных жидкой и паровой фаз,
образующихся при нагревании до температуры Т2 У молей исходного жидкого
раствора, содержащего Z мольных % компонента Д.
№
Т1, К
1
2
3
4
5
366,15
377,15
359,15
375,15
361,15
Р◦А,
мм.рт.ст
448
627
357
591
381
Р◦Д,
мм.рт.ст
1112
1503
908
1425
963
Х,
мольн. %
30,0
35,0
50,0
45,0
20,0
Т2, К
У, моль
360,65
360,15
374,15
359,15
368,65
12,0
10,0
31,3
10,0
12,0
Х,
мольн. %
75
80
30
80
45
6
7
8
9
10
11
12
13
373,15
362,15
371,15
363,15
369,15
364,25
367,15
365,15
556
394
523
407
492
420
462
434
1346
992
1279
1021
1210
1051
1144
1081
55,0
72,5
25,0
27,5
75,0
18,0
65,0
40,0
361,15
365,65
367,65
370,65
372,65
366,65
362,65
371,65
5,0
20,5
10,0
10,25
15,0
17,5
7,0
20,0
75
60
50
50
35
55
70
40
2. Используя экспериментальные данные по равновесию жидкость-пар в
двойной системе А-В, компоненты А и В которой неограниченно смешиваются в
жидкой и паровой фазах этой системы, вычислить активность и коэффициенты
№ системы
активности компонентов А и В в двойном жидком растворе А-В
Состав раствора
Т, К
А; вес.%
В; вес.%
2
3
1
Давление
Давление
насыщ. пара
насыщ. пара
над чистым
компонента
веществом
над раствором
Р◦А,
Р◦В,
Р◦А, Р◦В,
мм.рт.ст. мм.рт.ст. мм.рт.ст. мм.рт.ст.
4
5
6
7
8
1
С2Н5ОН
20
Н2O
80
293,15
43,6
17,5
12,6
15,9
2
С2Н5ОН
40
Н2O
60
293,15
43,6
17,5
20,7
14,7
3
С2Н5ОН
60
Н2O
40
293,15
43,6
17,5
25,6
14,1
4
С2Н5ОН
80
Н2O
20
293,15
43,6
17,5
31,2
11,3
5
СHCl3
94.87 СН3COCН3
5,13
313,55
371,8
425,0
333,0
19,0
6
СHCl3
89.15 СН3COCН3
10,85
313,55
371,8
425,0
298,0
45,0
7
СHCl3
82.75 СН3COCН3
17,25
313,55
371,8
425,0
242,0
80,0
8
СHCl3
75.50 СН3COCН3
24,5
313,55
371,8
425,0
194,0
127,0
9
СHCl3
67.27 СН3COCН3
32,73
313,55
371,8
425,0
147,0
185,0
10
СHCl3
57.8
СН3COCН3
42,2
313,55
371,8
425,0
105,0
244,0
11
СHCl3
46.83 СН3COCН3
53,17
313,55
371,8
425,0
69,0
287,0
12
СН3COOН 82.02
С6Н5CН3
17,98
343,09
136,5
201,0
120,5
54,8
13
СН3COOН 68.45
С6Н5CН3
31,55
343,09
136,5
201,0
110,0
84,8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
14
СН3COOН 58.96
С6Н5CН3
41,04
343,09
136,5
201,0
103,0
101,9
15
СН3COOН 49.24
С6Н5CН3
50,76
343,09
136,5
201,0
95,7
117,8
16
СН3COOН 40.80
С6Н5CН3
59,20
343,09
136,5
201,0
88,2
130,7
17
СН3COOН 2.88
С6Н5CН3
93,12
343,09
136,5
201,0
17,2
193,5
18
СН3COOН 6.35
С6Н5CН3
93,65
343,09
136,5
201,0
30,5
186,1
19
СН3COOН 11.86
С6Н5CН3
88,14
343,09
136,5
201,0
46,5
176,5
20
СН3COOН 17.10
С6Н5CН3
82,90
343,09
136,5
201,0
57,8
167,3
21
СН3COOН 24.13
С6Н5CН3
75,87
343,09
136,5
201,0
69,3
155,7
22
СН3COOН 31.07
С6Н5CН3
68,93
343,09
136,5
201,0
78,2
145,2
23
СН3COOН 36.17
С6Н5CН3
63,83
343,09
136,5
201,0
83,7
137,6
24
Н2O
85.07
С3Н7OН
14,93
298,15
23,76
21,76
23,20
10,80
25
Н2O
93.63
С3Н7OН
6,37
298,15
23,76
21,76
23,50
5,05
26
Н2O
72.96
С3Н7OН
27,04
298,15
23,76
21,76
22,70
13,20
27
Н2O
3.22
С3Н7OН
96,78
298,15
23,76
21,76
8,13
19,40
28
Н2O
6.97
С3Н7OН
93,03
298,15
23,76
21,76
13,40
17,80
29
Н2O
16.66
С3Н7OН
83,34
298,15
23,76
21,76
19,90
15,50
30
Н2O
31.14
С3Н7OН
68,86
298,15
23,76
21,76
21,70
14,20
31
Н2O
54.53
С3Н7OН
45,47
298,15
23,76
21,76
21,80
13,60