Закон распределения. Экстракция.

Пример 1. 0,1 моль спирта распределяется между 300 мл воды и 500 мл CCl₄. Найдите концентрации спирта (моль/л) в равновесных растворах. Коэффициент распределения этилового спирта между четырёххлористым углеродом и водой равен 0,0244.

Решение: По закону распределения:

где С₁ – концентрация растворённого вещества в первом растворителе (CCl₄);

С₂ – концентрация растворённого вещества во втором растворителе (Н₂О).

К – коэффициент распределения

Число молей спирта, перешедшего в четырёххлористый углерод обозначим через Х, тогда:

В воду перейдет оставшееся количество спирта, равное (0,1 – Х) моль, следовательно:

Подставив С₁ и С₂ в уравнение получим

Откуда Х = 0,0039 моль

моль/л моль/л

Пример 2. 0,3 г кристаллического йода растворено в 1 л воды. Рассчитайте эффективное число ступеней экстракции этого раствора сероуглеродом, если сероуглерод берётся порциями по 100 мл. Конечная концентрация йода в воде составляет 1×10-6 г/л? Коэффициент распределения йода между водой и сероуглеродом равен 0,0017.

Решение:

Формула расчёта процесса экстракции:

где g₀ – исходное количество вещества, подвергающееся экстрагированию;

V₀ – объём раствора, в котором находится экстрагируемое вещество;

V_э – объём растворителя (экстрагента), израсходованный на одно экстрагирование;

n – общее число ступеней экстракции; К – коэффициент распределения.

lg g_n = lg g₀ + n lg KV₀ , откуда

V_э + KV₀

Задачи для самостоятельного решения

91 - 100.Cмешалиn₁ моля спирта с объёмом V₁ мл четыреххлористого углерода и объёмом V₂ мл воды. Определитеконцентрации растворов этилового спирта в четыреххлористом углероде и воде. Коэффициент распределения этилового спирта между четыреххлористым углеродом и водой равен 0,0244.

параметры	№ задачи
n1, моль	0,2	0,22	0,24	0,26	0,28	0,3	0,32	0,34	0,36	0,38
V1, мл
V2, мл

101 - 110.Необходимо извлечьопределённое количество%(масс.) кислоты из V₁ мл раствора кислоты в эфире. Сколько для этого необходимо взять воды в качестве экстрагента при числе ступеней экстракции равном n, если коэффициент распределения кислоты между водой и эфиром равен К?

параметры	№ задачи
% (масс.) кислоты
V1, мл
n
К

111 - 120.Рассчитайте, какое количество HgBr₂ можно извлечь из объёма V₁ мл концентрацией С_м моль/л водного раствора с помощью объёма V₂ мл бензола n -кратной экстракцией. Коэффициент распределения HgBr₂ между водой и бензолом равен 0,893.

параметры	№ задачи
V1, мл
См, моль/л	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,1
V2, мл
n

Тема 2.

Растворы – физико-химические системы.

Коллигативные свойства растворов.

Растворимость

Пример 1.Определение массы газа в растворе по его растворимости.

Сколько хлороводорода HCI растворится в 100 л воды при 40ºС и давлении 98625 Па, если растворимость HCI при этой температуре и давлении 1,0133×10⁵ Па составляет 386 м³ на 1 м³ воды?

Решение.

Растворимость (или коэффициент растворимости) выражают массой вещества (г), которое можно растворить в 100 г растворителя при данной температуре.

Определяем объём HCI, содержащегося в 100 л воды при 40ºС и давлении 1,0133×10⁵ Па:

1000 л H₂O — 386 м³

100 л H₂O — х м³ х = м³

Массу HCI вычисляем по уравнению Менделеева – Клайперона;

М (HCI) = 36,46 г/моль. Тогда:

m = = 53,4 кг.

Пример 2. Определение состава газовой смеси по растворимости газов.

Газовая смесь, содержащая 21% O₂ и 79% N₂, пропущена через воду при 0ºС и давлении 1,0133×10⁵ Па. Вычислите объёмные доли φ газовой смеси, растворённой в воде, если растворимость кислорода и азота в воде при этой температуре и давлении соответственно равна 0,048 и 0,0236 м³ на 1 м³ воды.

Решение.

Согласно закону Генри растворимость (Р) газа в воде пропорциональна его парциальному давлению в смеси. Определим парциальное давление газов в смеси:

p О₂ = 1,0133 × 10⁵ × 0,21 = 0,2128 × 10⁵ Па;

p = 1,0133 × 10⁵ × 0,79 = 0,8005 × 10⁵ Па.

Учитывая парциальные давления, определяем растворимость газов:

Р = = 0,0104 м³;

Р = = 0,0189 м³.

Общий объём азота и кислорода; 0,0104 + 0,0189 = 0,0293 м³. Тогда объёмная доля газов и смеси составит (%):

φ = 0,0104×100/0,0293 = 35,49; φ = 100,00 – 35,49 = 64,51.

Задачи для самостоятельного решения

121 - 130.В воде при 20ºС и общем давлении 2,5×10⁵ Па растворена газовая смесь, состоящая из О₂, N₂ и Cl₂. Объёмные доли этих газов в смеси соответственно равны ω (О₂), ω (N₂) и ω (Cl₂) %. Растворимость газов в 1 м³ воды (м³): РО₂ = 0,031; РN₂ = 0,016; РCl₂ = 2,299. Определите объёмные доли газов в газовой смеси, растворённой в воде.

параметры	№ задачи
ω (О2) %
ω (N2) %
ω (Cl2) %

131 - 140.В некотором объёме V₁ л воды растворен объём V₂ л вещества А при температуре t ºС и давлении Р Па. Определите массовую долю вещества А в полученном растворе.

параметры	№ задачи
V1, л (вода)	0,05	0,09	0,3	1,2	1,4	1,5	1,9	2,6	5,7	3,5
V2, л (в-во А)	4,9	6,3	10,5	2,7	3,1	9,7	8,5	10,2	11,6	13,4
в-во А	HCl	HCl	HCl	HBr	HBr	NH3	NH3	H2S	H2S	H2S
t, ºС
Р, Па×105	1,0	1,03	1,06	1,09	1,1	1,12	1,14	1,16	1,18	1,2

Физико-химические свойства