Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Эквивалент соли AL₂(SO₄)₃ равен  :     

 

Масса 1л раствора равна mр-ра=ρр-ра·Vр-ра ; m _р-ра = 1,105 · 1000 = 1105г/л.      

Составим пропорцию:

ω=10% это значит, в 100 г раствора содержится 10 г растворенного вещества AL₂(SO₄)₃ ,

                              в 1105 г/л раствора содержится Х г растворенного вещества  

Х = (1105 . 10)/100 = 110,5г/л. (масса растворенного вещества в литре раствора)

µ(AL₂(SO₄)₃) = 342 г/моль.

С_э = Х/Э = 110,5г/л /57г/мольэкв = 1,92 г-экв/л

        

Пример: Определите осмотическое давление водного раствора глюкозы (массовая доля С₆Н₁₂О₆ 2,5%) при 27⁰ С. Плотность раствора 1000 кг/м³.

Решение:

Осмотическое давление находим по формуле: П = i *С * R *Т, где

 П – осмотическое давление, Па; i - изотонический коэффициент, определяемый по формуле i = 1+(n – 1)* a, в которой n – число ионов, на которые распадается электролит.

Например   АlCl₃ Û Аl³⁺ + 3Cl^-,  n = 4.

a - степень электролитической диссоциации. Глюкоза – неэлектролит, a= 0, i = 1.

С – молярная концентрация, кмоль/м³.

Определим массу раствора по формуле = 1000кг/м³ * 1м³=1000кг. 

Составим пропорцию

В 100 кг раствора        – 2,5 кг глюкозы

В 1000 кг раствора      – х кг глюкозы

х кг = 1000кг * 2,5 кг/100 кг = 25 кг/м³ (25 кг глюкозы в одном кубическом метре)

Молярная масса глюкозы 180 кг/кмоль

П = 0,139 кмоль/м³ * 8,314 * 10³ Дж/кмольК * 300 К= 0,35 МПа.

Пример: Определите давление пара раствора, содержащего 5 г камфары С₁₀Н₁₆О в 200 г ацетона С₃Н₆О, при 20⁰ С, если давление пара чистого ацетона при этой температуре 23940 Па.

Решение:

Расчет производим по формуле закона Рауля: Р_А = Р_А⁰ * N_А, где Р_А⁰ – давление пара чистого растворителя, равное 23940 Па, n_A – количество молей растворителя, моль. Молярная масса ацетона 58 г/моль, значит,                           

n_В – количество молей растворенного вещества, моль. Молярная масса растворенного вещества (камфары) 152 г/моль, значит,                              

Р_А – давление пара раствора, Па.

Р_А= 23940 Па * 0,99 = 23700 Па = 23,7 кПа.

Пример: Определите температуры замерзания и кипения водного раствора NаСl (массовая доля хлорида натрия 2%), если степень диссоциации равна 1.

Решение:

Расчет производим по общей формуле:

DТ = i*Е*m * 1000/G*М, где i – изотонический коэффициент находим по формуле: i = 1+(n – 1)a, в которой n – число ионов, на которое распадается электролит.

NaClÛNa⁺ + Cl^-, поэтому n = 2.

a - степень электролитической диссоциации, a= 1.

i = 1 + (2-1)* 1 =2

Е – постоянная, называемая эбулиоскопической (Ек) для процесса кипения и криоскопической (Ез) для замерзания. Если растворитель – вода, то Ек = 0,25⁰ С, Ез = 1,86⁰С.

 m – масса растворенного вещества, m = 2кг;

М – молярная масса растворенного вещества, для хлорида натрия равна 58,5 г/моль = 58,5 кг/ кмоль.

G – масса растворителя, G = 100 - 2=98 г.

DТ – изменение температуры.

Определим моляльную концентрацию раствора.

2% это в 100кг раствора содержится  

98кг растворителя и 2 кг растворенного вещества, а в       

1000кг растворителя – х кг в-ва.

.

 Моляльная концентрация С= =0,349 кмоль/кг

DТк = 2* 0,52 * 0,349 = 0,36⁰К= 0,36⁰С. Следовательно, температура кипения водного раствора хлорида натрия равна tк = 100⁰С + 0,36⁰С = 100,36⁰ С

DТз = 2 * 1,86 * 0,349 = 1,3⁰С. Следовательно температура замерзания водного раствора хлорида натрия равна

 tз = 0⁰С – 1,3⁰С = -1,3⁰ С.

 

Пример: Рассчитать при 30⁰ С общее давление пара над смесью состава 30% бензола и 70% толуола (%, масс) смесь считать идеальной. Давление пара чистого бензола при этой температуре 15760 Па, толуола – 4890 Па.

Решение:

Согласно процентному составу, в 100 гр жидкой смеси 30 г бензола С₆Н₆ и 70 г толуола С₇Н₈.

Определяем количество вещества каждого компонента и его молярную долю.

Молярная масса бензола – 78 г/моль, толуола – 92 г/моль.

 n_б = 30/78 = 0,38 моль, n_т = 70/92 = 0,76 моль.

N_б = 0,38/(0,38+0,76) = 0,33

Nт = 0,76/(0,38 +0,76) = 0,67

По закону Рауля находим парциальные давления бензола и толуола в парах:

Р_б = N_б * Р_б⁰ = 0,33 * 15760 = 5200 Па = 5,2 кПа.

Рт = Nт * Рт⁰ = 0,67 * 4890 = 3276 Па = 3,276 кПа.

Общее давление пара Р_общ = Р_б + Рт = 8,476 кПа.

Пример: При 80⁰С давление пара над бензолом равно 10⁶Па, а над метилбензолом 4·10⁴ Па. Найдите молярную долю метилбензола в паре, над жидкой смесью бензола и метилбензола, при 80⁰С при условии, что молярная доля метилбензола в жидкой смеси равна 0,60.

Решение:  Молярная (мольная) доля бензола в жидкой смеси составляет

N^ж_Б = 1 - N^ж_М = 1 – 0,60 = 0,40

Давление насыщенного пара над раствором Р равно сумме парциальных давлений

Р_Бензол и Р_{Метилбензол}: Р = Р_Б + Р_М.

По закону Рауля Р_Б = Р⁰_Б · N^Ж_Б        и        P_М = P⁰_М · N^Ж_М

Соотношение между составом пара и жидкости  системе может быть выражено через давление насыщенных паров чистых компонентов и общее давление Р_общ.

Парциальное давление, согласно закону Дальтона: Р_Б=Р_общ· N^Г_Б ;   Р_М=Р_общ · N^Г_{М ,}

Приравняем левые части парциального давления бензола и метилбензола и получим закон Рауля – Дальтона: Р⁰_Б  · N^Ж_Б = P_общ · N^Г_Б ; Р⁰_М N^Ж_М = P_общ · N^Г_М,                                         

тогда .  Молярная доля бензола в паре равна N^Г_Б = 1 – N^Г_М , следовательно   отсюда

1 – N^Г_М = 16,67· N^Г_М

молярная доля метилбензола в паре, равновесном с жидкой смесью бензола и метилбензола составляет N^Г_М = 1 / 17,67 = 0,057.

 

Пример: Азеотропная смесь с минимумом температуры кипения имеет состав 59% пиридина и 41% воды. Как перегоняются 40% и 80% растворы пиридина?

Решение:

Так как смесь обладает минимумом температуры кипения, то сначала преимущественно отгоняется азеотропная смесь, т.е. 59% пиридина и 41% воды. Если перегонке подвергается 40% раствор с содержанием воды 60%, то в нем в избытке по сравнению с азеотропом-вода (60%>41%), она и накопится в остатке. Если перегонке подвергается 80-й раствор с избытком пиридина по сравнению с азеотропом (80%>59%), то в остатке будет накапливаться чистый 100% пиридин.

Если бы смесь обладала максимумом температуры кипения, то вначале в первом случае отгоняется вода, во втором –пиридин, а затем в обоих случаях - азеотропная смесь.

Экстракция из растворов

Экстракцию из растворов применяют для разделения близко кипящих жидкостей; жидкостей с малой летучестью паров и высокой температурой кипения; веществ, разлагающихся при нагревании, т.е. в тех случаях, когда разделение перегонкой невозможно.

Извлечение какого-либо вещества из смеси соответствующим растворителем называется экстракцией.

Пусть g₀ – масса растворенного вещества (г), в исходном растворе;

V₀ – объем раствора (мл); V- Объем растворителя (вещества, при помощи которого производится экстрагирование); n - число экстрагирований; g_1, g₂, .. g_n – масса растворенного вещества, оставшееся в первоначальном растворе после 1-го. 2-го….n-го экстрагирования.

.

После первого экстрагирования в исходном растворе остается g₁(г) растворенного вещества (грамм)

После второго экстрагирования

после n –го экстрагирования в исходном растворе останется g_n количество растворенного вещества: (грамм)

Пример: В 1 л. водного раствора содержится 10 г. иода. Какова степень извлечения иода из данного раствора 100 мл. четыреххлористого углерода: а) при однократном извлечении всем объемом растворителя; б) при четырехкратном извлечении порциями по 25 мл? Коэффициент распределения иода между водой и четыреххлористым углеродом 0,0117.

Решение:

Используем формулу:

 g_n = g_o [KV₀/ (KV₀ + V]ⁿ, где g_n – масса вещества (иода), оставшегося в растворе после «n» экстракции, в г.

 g_о – масса вещества (иода) в исходном растворе, г.

V₀ – объем раствора, мл.

V – объем растворителя, которым обрабатывался раствор при экстрагировании, мл.

После однократного извлечения осталось иода:

 g₁ = g_о (KV₀/ KV₀+ V) = 10*(0,017*1000 / 0,0117*1000+100) = 1,047 г.

После четырехкратного извлечения осталось иода:

 g₄= g_о(KV₀/ KV₀ + V)⁴ = 10*(0,0117*1000 /0,0117*1000+25)⁴ =0,1033г.

Эффективность четырехкратной экстракции примерно в 10 раз (1,047/0,1033) больше.

Пример:Коэффициент растворимости диоксида углерода в воде при 0⁰С равен 1,713. Какой объем СО₂ растворится в 10 м³ воды при давлении 3 МПа? (t = const).

Решение:

Коэффициент растворимости – объем газа, растворившегося в I объеме растворителя при нормальном давлении (Р_о = 101325 Па). Следовательно, в 10 м³ воды при нормальном давлении растворится 17,13 м³ СО₂. При давлении 3 МПа в 10 м³ воды растворителя

17,13*3*10⁶/101325 = 506 м³ СО₂.

Пример: Найти концентрацию эфирного раствора янтарной кислоты, находящегося в равновесии с водным раствором, содержащим 0, 24г кислоты в 100 мл, если при 15⁰ С .водный раствор янтарной кислоты, содержащий 0,7 г кислоты в 100мл, находится в равновесии с эфирным раствором, содержащим 0,13 г кислоты в 100 мл.

Решение. Найдем коэффициент распределения янтарной кислоты между водой и эфиром:

Вычислим концентрацию эфирного раствора янтарной кислоты, находящегося в равновесии с водным раствором, содержащим 0,23 г в 100 мл, из соотношения: 

в 100 мл.

Пример: 1 л водного раствора содержит 0,3 г йода. Определить, какое количество йода останется в водном растворе, если: 1) экстракцию производить однократно 50 мл амилового спирта и 2) экстракцию производить пятикратно порциями по 10 мл амилового спирта. Коэффициент распределения йода между водой и амиловым спиртом равен 0,0043.

Решение. 1 л = 1000мл.

 Определим, сколько останется йода после однократной экстракции 50 мл амилового спирта в воде по формуле:

Что составляет 7,8%от первоначального его количества.

Определим, сколько останется иода после пятикратного извлечения порциями по 10 мл амилового спирта в воде по формуле:

это составляет около 0,25% от первоначального количества, т.е. в 31 раз меньше, чем в первом случае.

 

Пример: 1л амилового спирта содержит 10г йода. Определить, какое количество йода будет содержаться в воде, если 0,5 л амилового спирта, содержащего йод, взболтать с 2 л воды. Коэффициент распределения между амиловым спиртом и водой при 25⁰С равен 230.

Решение: По формуле определяем количество граммов йода в 0,5 л амилового спирта после взбалтывания с 2 л воды:

Количество йода в 2 л воды равно: g = 5 – 4,914 = 0,086 г

 

Тема 1.6. Электрохимия

Пример: Какие процессы протекают на электродах при электролизе раствора сульфата кальция? Какие вещества и в каком количестве выделяются на электродах при прохождении через раствор тока 3,6 А в течении 42 минут?

Решение:

При электролизе раствора СаSO₄ в растворе присутствуют ионы:

Са²⁺; SO₄^2-; Н⁺; ОН^-.

На катоде происходит восстановление в порядке, обратном ряду напряжений, следовательно, восстанавливается водород по уравнению:

2Н⁺ + 2е ® Н₂

При электролизе без кислородных кислот и их солей (например, НJ, NaJ) на аноде окисляется кислотный остаток (например, 2J – 2е^- = J₂), при электролизе высших кислородосодержащих кислот – гидроксид-ион.

4ОН^- - 4е^- ® 2Н₂О + О₂

Расчет массы выделившегося вещества ведем по формуле:

 m =Э/96500Jt, где

 m-масса вещества, г;

Э -химический эквивалент вещества, г;

Э = А/n, где А – атомная масса, n- валентность элемента; J – сила тока, А;        

 t- время электролиза, с.

Н₂ = 2/2/96500*3,6*42*60 = 0,09 г.

О₂ = 32/4*3,6*42*60/96500 = 0,75 г.

 

Пример: Удельная электропроводность водного раствора CaCl₂ (массовая доля хлорида кальция 10%) при 25⁰С равна х = 11,4*10^-2 ом^-1см^-1. Плотность раствора 1080 кг/м³. Определить кажущуюся степень электролитической диссоциации СаCl₂ в растворе.

Решение:

Рассчитываем эквивалентную молярную концентрацию 10-% раствора СаСl₂. Масса раствора объемом 1 л. 1080 г. В нем 1080*10/100=108 г СаСl₂. Эквивалент СаСl₂

40+71/2 = 55,5г.,

так как степень окисления кальция равна 2.

Эквивалентная молярная концентрация:

 С_eq = 108/55 = 1,96 г-экв/л

Эквивалентную электропроводность находим по формуле:

l _v = х*1000/С_eq = 11,4*10^-2*1000/1,96 = 58,16 ом^-1 см² г-экв^-1.

Значение эквивалентной электропроводности при бесконечном разбавлении l_¥ находим как сумму подвижностей ионов по таблице приложения.

l_¥ = l_{1/2 cd2} + l_a^- = 59,5 + 76,4 = 135,9 ом^-1см² г-экв^-1.

Степень диссоциации определяем по формуле:

a = l _v|l_¥ = 58,16/135,9 = 0,43.

Пример №3

Вычислить при 18⁰С величину диффузионного потенциала на границе двух растворов НСl, из которых один 0,05н.,а второй 0,001н. Эквивалентная электропроводность первого раствора НСl равна

360 ом^-1см², а второго 377 ом^-1см². Подвижность ионов Н⁺ и Cl^- при бесконечном разбавлении соответственно равны 315 ом^-1см² и 66,3 ом^-1см². Определить знак более концентрированного раствора HCl. Учитывая найденную величину диффузионного потенциала, вычислить э.д.с. элемента:

Рt, H₂ |0,05н. HCl || 0,001н HCl | H_2, Pt.

Решение. Величину диффузионного потенциала вычисляем по уравнению , где С₁ и С₂ концентрация ионов металла в растворе.

С₁ = С_н a₁, С₂ = С_н a_{2 .} Приняв l_k = 315, l_а =66,3 ; l_∞ = 315 + 66,3 = 381,3

C₁ = 0,05*360/381,3= 0,0472, а С₂ =0,001*377/381,3 = 0,00099;

Э.д.с. концентрационного элемента, не принимая во внимание диффузионного потенциала, вычисляется по уравнению:

Вследствие того, что диффузионный потенциал направлен против э.д.с. концентрационного гальванического элемента, действительная э.д.с. равна:

Е = Е_конц – Е_диф = 0,0973 – 0,0634 = 0,0339В.

Так как кислота будет диффундировать из более концентрированного раствора в более разбавленный и первыми проникать в него будут ионы Н⁺, , подвижность которых значительно больше подвижности ионов Cl^-, то концентрированный раствор заряжен отрицательно по отношению к разбавленному раствору.