Тема 7. ионные реакции обмена
Пример 1. Составление молекулярно-ионных уравнений реакций обмена между электролитами.
Напишите в молекулярной и молекулярно-ионной формах реакции взаимодействия между следующими веществами: а) ВаС12 и К2SO4; б) К2СО3 и НС1; в) СН3СООК и НС1; г) NaOH и НС1 .
Решение:Обменные реакции между электролитами практически необратимы и идут до конца в случае образования малорастворимых, малодиссоциирующих и газообразных соединений. При составлении молекулярно-ионных уравнений подобные соединения записываются в виде молекул, а сильные электролиты в виде тех ионов, на которые они диссоциируют:
а) ВаС12 + К2SO4 = BaSO4¯ + 2 KCl;
Ba2+ + SO42- = BaSO4¯;
б) К2СО3 + 2 НС1 = 2 КС1 + СО2 + H2O;
CO2-3 + 2 H+ = CO2 +H2O .
в) СН3СООК + НС1 = CH3COOH + KCl;
CH3COO- + H+ = CH3COOH
г) NaOH + HCl = NaCl + H2O;
H+ + OH- = H2O
Пример 2. Составление молекулярно-ионных уравнений реакций обмена, если среди исходных веществ есть малорастворимые и слабодиссоциирующие вещества.
Напишите в молекулярно-ионном виде реакции взаимодействия между а) гидроксидом аммония и соляной кислотой; б) гидроксидом цинка и гидроксидом калия; в) гидроксидом цинка и соляной кислотой.
Решение: Если исходными веществами реакции являются малодиссоциирующие или малорастворимые вещества, то кроме реакций связывания тех или иных ионов этих электролитов протекают реакции постепенной диссоциации слабого электролита или перехода ионов малорастворимого электролита в раствор:
а) NH4OH + HCl = NH4Cl + H2O;
NH4OH + H+ = NH+4 + H2O;
б) [Zn(H2O)2(OH)2] + 2 KOH = K2[Zn(OH)4] + 2 H2O;
[Zn(H2O)2(OH)2] + 2OH- = [Zn(OH)4]2- + 2 H2O.
в) [Zn(H2O)2(OH)2] + 2 HCl = ZnCl2 + 4 H2O;
[Zn(H2O)2(OH)2] + 2 H+ = Zn2+ + 4 H2O.
Пример 3. Составление молекулярных уравнений реакций к молекулярно-ионным уравнениям.
Дано краткое молекулярно-ионное уравнение: CH3COO- + H+ = CH3COOH. Составьте к нему три возможных молекулярных уравнения.
Решение: В левой части молекулярно-ионного уравнения указаны свободные ионы СН3СОО- и Н+. Эти ионы образуются при диссоциации каких-либо растворимых сильных электролитов. Ионы СН3СОО– могут образовываться при диссоциации, например СН3СООК, CH3COONa, (CH3COO)2Mg ; донорами ионов Н+ могут быть любые сильные кислоты. Итак, молекулярные уравнения реакций, которым отвечает данное молекулярно-ионное уравнение, могут быть:
1. CH3COOK + HCl = CH3COOH + KCl ;
2. CH3COONa + HNO3 = CH3COOH + NaNO3;
3. (CH3COO)2Mg + H2SO4 = 2 CH3COOH + MgSO4
121. Напишите в молекулярно-ионной форме уравнения реакций, приводящих к образованию малорастворимых осадков, газов или малодиссоциированных соединений: a) Ba(OH)2 + H2SO4 =;
б) FeCl3 + NaOH =; в) Pb (NO3)2 + KI = .
122. Напишите в молекулярно-ионной форме уравнения реакций, приводящих к образованию малорастворимых осадков, газов или малодиссоциированных соединений : a) HCl + Ba(OH)2 =; б) AlBr3 + AgNO3 =; в) Na2S + H2SO4 =.
123. Напишите в молекулярно-ионной форме уравнения реакций, приводящих к образованию малорастворимых осадков, газов или малодиссоциированных соединений: a) CuSO4 + NaOH =; б) NiCl2 + Na2S =; в) NH4 Cl + NaOH = .
124. Напишите в молекулярно-ионной форме уравнения реакций : а) Са( НСО)3 + Н2SO4 =; б) KHSO4 + NaOH =; в) AgNO3 + FeCl3 =.
125. Напишите в молекулярно-ионной форме уравнения реакций: a) Pb(NO3)2 + K2SO4 =; б) KHSO3 + H2SO4 =; в) Na2S + FeSO4 = .
126. Напишите в молекулярной и молекулярно-ионной форме уравнения реакций взаимодействия следующих веществ: а) K2S + HCl =; б) H2SO4 + KOH =; в) Pb(NO3)2 + NaI =.
127. Cоставьте молекулярные и молекулярно-ионные уравнения реакций взаимодействия между: а) нитратом бария и сульфатом натрия; б) карбонатом натрия и серной кислотой; цианидом калия и азотной кислотой.
128. Составьте молекулярные и молекулярно-ионные реакции взаимодействия между: а) сульфатом меди и гидроксидом натрия; б) сульфитом натрия и серной кислотой; в) сульфатом кадмия и сульфитом натрия.
129. Составьте по три молекулярных уравнения реакций к каждому из молекулярно-ионных уравнений: а) Ca2+ + CO2-3 = CaCO3¯; б) СO2-3 + 2 H+ = CO2 + H2O; в) Н+ + ОН– = Н2О .
130. Составьте по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются молекулярно-ионными уравнениями: а) Zn2+ + H2S = ZnS¯ + 2 H+; в) НСО-3 + Н+ = Н2О + СО2; в) Ag + + Cl - = AgCl¯.
131. Составьте по два молекулярных уравнения к каждому из молекулярно-ионных уравнений: а) Cu (OH)2 + 2H + = Cu 2+ + 2 H2O; б) Cr (OH)3 + 3 OH - = [Cr (OH)6] 3–; в) NH +4 + OH - = NH3 + H2O .
132. Представьте в молекулярном и молекулярно-ионном виде реакции взаимодействия между: а) гидроксидом хрома (Ш) и серной кислотой; б) метахромистой кислотой и гидроксидом калия; в) метафосфорной кислотой и гидроксидом стронция.
133. Можно ли приготовить раствор, содержащий одновременно следующие пары веществ: а) гидроксид цинка и гидроксид калия; б) гидроксид бария и соляную кислоту; в) гидроксид железа (Ш) и гидроксид натрия. Представьте возможные реакции в молекулярном и молекулярно-ионном виде.
134. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций, протекающих между веществами а) Sn(OH)2 и НС1; б) BeSO4 и КОН; NH4Cl и Ba(ОН)2..
135. Можно ли приготовить раствор, содержащий одновременно следующие пары веществ: a) NaOH и Са(ОН)2 ; б) Sn(OH)2 и NaOH ; в) Sn(OH)2 и HNO3 . Представьте возможные реакции в молекулярном и молекулярно-ионном виде.
ТЕМА 8. ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ.
Пример 1. Составление молекулярного и молекулярно- ионного уравнений гидролиза соли сильной кислоты и слабого основания.
Напишите молекулярные и молекулярно-ионные уравнения гидролиза солей: а) нитрата аммония; б) хлорида алюминия.
Решение: а) при растворении в воде кристаллическая соль нитрата аммония диссоциирует: NH4NO3 = NH +4 + NO -3. При составлении уравнений гидролиза в первую очередь необходимо определить ионы соли, cвязывающие ионы воды в малодиссоциирующее соединение, т.е. ионы, обусловливающие гидролиз. В данном случае ионы NH4+ связывает ионы ОН - образуя молекулы слабого основания NH4OH, что выражается следующим молекулярно-ионным уравнением гидролиза: NH+4 + HOH = NH4OH + H+ . Уравнение гидролиза в ионной форме: NH4NO3 + HOH = NH4OH + HNO3. Избыток ионов Н+ в растворе дает кислую реакцию среды, т.е. рН< 7.
б) При гидролизе соли AlCl3 ион Аl3+ cоединяется с ионами ОН - ступеньчато , образуя гидроксо - ионы [AlOH]2+ , [Al (OH)2] + и молекулы Al(OH)3. Практически гидролиз соли ограничивается первой ступенью: Al3+ + HOH = [AlOH] 2+ + H + . В данном случае продуктами гидролиза являются основная соль и кислота:
AlCl3 + HOH = [AlOH]Cl2 + HCl
Реакция раствора кислая , pH< 7.
Пример 2. Составление молекулярного и молекулярно-ионного уравнений гидролиза соли сильного основания и слабой кислоты.
Составьте молекулярные и молекулярно-ионные уравнения гидролиза солей: а) СН3СООК; б) Na2CO3.
Решение: а) гидролиз соли СН3СООК обусловливают ионы СН3СОО- , связывая катионы Н + в слабодиссоциирующее соединение - уксусную кислоту: CH3COO - + HOH = CH3COOH + OH -
В молекулярной форме: CH3COOK + HOH = CH3COOH + KOH
Реакция раствора щелочная рН > 7;
б) гидролиз соли Na2CO3 практически ограничивается первой ступенью: продукты гидролиза - кислая соль и основание:
Na2CO3 + HOH = NaHCO3 + NaOH
CO32- + HOH = HCO3 - + OH -
Реакция раствора щелочная рН> 7.
Пример 3. Составление молекулярного уравнения гидролиза соли слабого основания и слабой кислоты.
Напишите молекулярное уравнение гидролиза соли СН3СООNH4.
Решение: Ионы соли СН3СОО - и NH+4 взаимодействуют с ионами воды, образуя малодиссоциирующие соединения СН3СООН и NH4OH. Cоль гидролизуется полностью:
CH3COONH4 + HOH = CH3COOH + NH4OH
Реакция среды близка к нейтральной.
Пример 4. Составление уравнений реакций взаимодействия при смешении растворов солей, взаимно усиливающих гидролиз.
Составьте уравнение реакции, происходящей при смешении растворов солей Fe(NO3)3 и K2CO3.
Решение: В растворе нитрата железа (Ш) гидролиз обусловливает катион Fe3+ : Fe3+ + HOH = Fe(OH)2+ + H + , а в растворе карбоната калия - анион СО32- : CO32- + HOH = HCO3– + OH– . Гидролиз этих солей обычно ограничивается первой ступенью. При смешении этих солей ионы Н+ и ОН– взаимодействуют, образуя молекулы слабого электролита Н2О, который уходит из сферы реакции. Это приводит к тому, что усиливается гидролиз каждой из солей до образования Fe(OH)3 и СО2:
2 Fe(NO3)3 + 3 K2CO3 + 3 H2O = 2 Fe(OH)3 ¯ + 3 CO2 + 6 KNO3 .
136. Запишите уравнения реакций гидролиза в полной и сокращенной молекулярно-ионной форме и укажите характер среды для следующих солей: a) Na2S; б) CuSO4; в) NaCl; г) KCN.
137. Какую реакцию имеют растворы солей нитрата цинка, сульфата алюминия, карбоната калия, нитрата калия и цианида натрия? Ответ подтвердите ионно-молекулярными и молекулярными уравнениями.
138. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения реакций, протекающих при сливании растворов: а) нитрата алюминия и сульфида натрия; сульфата хрома и карбоната натрия.
139. Какие из пар солей в водных растворах взаимно усиливают гидролиз друг друга: а) AlCl3 и K2S; б) CrCl3 и К2СО3; в) FeCl3 и Na2SO3. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
140. Напишите уравнения реакций гидролиза в молекулярном и ионно-молекулярном виде: а) хлорида хрома; б) цианида натрия; в) нитрата меди; г) ацетата лития.
141. К раствору FeCl3 добавили: a) HCl; б) KOH; в) K2CO3; г) Н2О. В каких случаях гидролиз хлорида железа (Ш) усилится? Составьте соответствующие молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций.
142. К растворам сульфата натрия, хлорида хрома, хлорида магния, сульфата алюминия и нитрата железа (Ш) добавили раствор соды Na2CO3. В каких случаях будет наблюдаться выделение СО2? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
143. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза, происходящие при смешивании следующих пар растворов: а) нитрата хрома (Ш) и сульфида натрия; б) сульфата меди (П) и карбоната калия.
144. Какие из солей: NaBr, Na2S, K2CO3, CoCl2 - подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей.
145. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы солей Na3PO4, K2S, CuSO4, ZnCl2? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.
146. Почему растворы солей KF и K2S имеют щелочную, а растворы ZnSO4 и NH4NO3 кислую реакцию? Ответ подтвердите ионно-молекулярными и молекулярными уравнениями реакций.
147. Как будут действовать на изменение окраски лакмуса растворы солей K2S, KI, CuSO4, Cd (NO3)2? Ответ подтвердите уравнениями гидролиза этих солей.
148. Запишите уравнения реакций гидролиза и укажите характер среды для растворов следующих солей: а) сульфита натрия; б) хлорида меди (П); в) карбоната калия; г) сульфата калия; д) хлорида железа (Ш).
149. Расположите предложенные соли в порядке возрастания рН их водных растворов (концентрации солей равны): а) нитрат меди (П); б) сульфит натрия; в) хлорид натрия; г) сульфид калия. Ответ подтвердите уравнениями соответствующих реакций.
150. Написать в ионно-молекулярной и молекулярной форме уравнения реакций гидролиза следующих солей и указать реакцию среды (больше или меньше 7): KOCl, CaCl2, NaClO4, KHCOO, KNO3, ZnBr2.
ТЕМА 9. СВОЙСТВА РАСТВОРОВ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ.
Пример 1. Вычисление осмотического давления растворов.
Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего в 1,4 л 63 г глюкозы С6Н12О6 при 0°С.
Решение: Осмотическое давление раствора определяют согласно закону Вант - Гоффа:
росм. = n×R×T/V, где n - количество растворенного вещества, моль; V - объем раствора, м3; R - молярная газовая постоянная, равная 8,3144 Дж/(моль×К).
В 1,4 л раствора содержится 63 г глюкозы, молярная масса которой равна 180,16 г/моль. Следовательно, в 1,4 л раствора содержится n = 63/180,16 = 0,35 моль глюкозы.
Осмотическое давление этого раствора глюкозы:
росм. = 0,35×8,3144×273 / 1,4×10–3 = 5,67 ×104 Па.
Пример 2. Вычисление давления пара растворителя над раствором.
Вычислите давление пара над раствором, содержащим 34,23 г сахара С12Н22О11 в 45,05 г воды при 65°С, если давление паров воды при этой температуре равно 2,5×104 Па.
Решение. Давление пара над раствором нелетучего вещества в растворителе всегда ниже давления пара над чистым растворителем при той же температуре. Относительное понижение давления пара растворителя над раствором согласно закону Рауля выражается соотношением:
р0–р/р0 = n/N+n, где р0 - давление пара над чистым растворителем; р - давление пара растворителя над раствором; n - количество растворенного вещества, моль; N - количество растворителя, моль.
Количество растворенного вещества и растворителя: n = 34,23/342,30 = 0,1 моль; N = 45,05/18,02 = 2,5 моль.
Давление пара над раствором:
р = р0 – р0[n/(N+n)] = 2,5×104 – 2,5×104[0,1/(2,5+0,1)] = 2,5×104 – 2,5×104×0,0385 = 2,4×104 Па.
Пример 3. Определение температуры кипения и замерзания раствора неэлектролита.
Определите температуру кипения и замерзания раствора, содержащего 1 г нитробензола С6Н5NO3 в 10 г бензола. Эбуллиоскопическая и криоскопическая константы бензола соответственно равны 2,57 и 5,1°С. Температура кипения чистого бензола 80,2°С, температура замерзания 5,4°С.
Решение. По закону Рауля понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов рассчитываются по формулам:
Dtзам.= Кк×1000g/G×Mr ; Dtкип.= Кэ×1000g/G×Mr ,
где Dtзам и Dtкип – соответственно понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения раствора; Кк и Кэ - соответственно криоскопическая и эбуллиоскопическая константы растворителя; g - масса растворенного вещества, г; G - масса растворителя, г; Mr - молекулярная масса растворенного вещества, моль/г. Mr (С6Н5NO3) = 123,11.
Повышение температуры кипения раствора нитробензола в бензоле:
Dtкип.= 2,57×1000×1/10×123,11 = 2,09°С.
Температура кипения раствора: tкип.= 80,2 +2,09 = 82,29°С.
Понижение температуры замерзания раствора нитробензола в бензоле:
Dtзам.= 5,1×1000×1/10×123,11 = 4,14°С.
Температура замерзания раствора: 5,4 – 4,14 = 1,26°С.
151. Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего в 3,0 л 270 г глюкозы С6Н12О6 при 0°С. Ответ: 1,134×103 кПа.
152. При какой температуре осмотическое давление раствора, содержащего в 1 л 45 г глюкозы С6Н12О6 , достигнет 607,8 кПа? Ответ: 19,5°С.
153. В 400 мл раствора содержится 2 г растворенного вещества при 27°С. Осмотическое давление раствора 1,216×105 Па. Определите молярную массу растворенного вещества. Ответ: 102,5 г/моль.
154. Чему равно осмотическое давление 0,5 М раствора глюкозы С6Н12О6 при 25°С? Ответ: 1,24 МПа.
155. Вычислить осмотическое давление раствора, содержащего 16 г сахарозы С12Н22О11 в 350 г Н2О при 293 К. Плотность раствора считать равной единице. Ответ: 311 кПа.
156. При 25°С осмотическое давление раствора, содержащего 2,80 г высокомолекулярного вещества в 200 мл раствора, равно 0,70 кПа. Найти молекулярную массу растворенного вещества. Ответ: 4,95×104 г/моль.
157. Раствор, в 100 мл которого находится 2,30 г вещества обладает при 298 К осмотическим давлением, равным 618,5 кПа. определить молекулярную массу вещества. Ответ: 92 г/моль.
158. Сколько моль неэлектролита должен содержать 1 л раствора, чтобы его осмотическое давление при 25°С было равно 2,47 кПа. Ответ: 0,001 моль.
159. В 1 мл раствора содержится 1018 молекул растворенного неэлектролита. Вычислить осмотическое давление раствора при 298 К. Ответ: 4,1 кПа.
160. Найдите осмотическое давление при 0°С для раствора, содержащего в 1 л 18,4 глицерина С3Н8О3. Ответ: 4,54×105 Па.
161. В 1 л раствора при 25°С содержится 6,84 г сахара С12Н22О11 и 1,38 г этилового спирта С2Н5ОН. Каково осмотическое давление раствора? Ответ: 12.39×104 Па.
162. При какой температуре осмотическое давление раствора, содержащего 18,6 г анилина С6Н5NH2 в 3 л раствора, достигнет 2,84×105 Па? Ответ: 512,1 К.
163. При 0°С осмотическое давление раствора сахара С12Н22О11 равно 3,55×105 Па. Какая масса сахара содержится в растворе? Ответ: 53,5 г.
164. Осмотическое давление раствора, объем которого 3 л, при 10°С равно 1,2×105 Па. Какова молярная концентрация этого раствора? Ответ: 0,05 моль/л.
165. Определите осмотическое давление раствора, содержащего 90,08 г глюкозы С6Н12О6 в 4 л раствора при 27°С. Ответ: 3,12×105 Па.
166. Давление пара эфира при 30°С равно 0,86392×105 Па. Сколько моль вещества надо растворить в 40 моль эфира, чтобы понизить давление пара при данной температуре на 0,013303×105 Па? Ответ: 0,627.
167. Давление пара воды при 100°С равно 1,01325×105 Па. Вычислите давление пара над 4 %-ным раствором мочевины СО(NH2)2 при этой температуре. Ответ: 1,00085×105 Па.
168. Понижение давления пара над раствором, содержащим 0,4 моль анилина в 3,04 кг сероуглерода, при некоторой температуре равно 1003,7 Па. Давление пара сероуглерода при той же температуре 1,0133×105 Па. Вычислите молекулярную массу сероуглерода. Ответ: 76,0 г/моль.
169. При некоторой температуре давление пара над раствором, содержащим 62 г фенола С6Н5ОН в 60 моль эфира равно 0,507×105 Па. Найдите давление пара эфира при этой температуре. Ответ: 0,51×105 Па.
170. Давление пара воды при 50°С равно 12 334 Па. Вычислите давление пара раствора, содержащего 50 г этиленгликоля С2Н4(ОН)2 в 900 г воды. Ответ: 1,21×104 Па.
171. Определите давление пара растворителя над раствором, содержащим 1,212×1023 молекул неэлектролита в 100 г воды при 100°С. Давление пара воды при 100°С равно 1,0133×105 Па. Ответ: 0,98×105 Па.
172. Давление пара водного раствора неэлектролита при 80°С равно 33 310 Па. Какое количество воды приходится на 1 моль растворенного вещества в этом растворе? Давление пара воды при этой температуре равно 47 375 Па. Ответ: 2,4 моль.
173. Давление водяного пара при 65°С равно 25 003 Па. Определите давление водяного пара над раствором, содержащим 34,2 г сахара С12Н22О11 в 90 г воды при этой температуре. Ответ: 2,45×104 Па.
174. Вычислите молекулярную массу глюкозы, если давление водяного пара над раствором 27 г глюкозы в 108 г воды при 100°С равно 98 775,3 Па. Ответ: 180 г/моль.
175. Давление пара воды при 10°С составляет 1227,8 Па. В каком объеме воды следует растворить 16 г метилового спирта для получения раствора, давление пара которого составляет 1200 Па при той же температуре? Вычислите массовую долю (%). Ответ: 389,0 г; 4 %.
176. Давление пара воды при 100°С равно 1,0133×105 Па. Вычислите давление пара, если массовая доля мочевины в растворе 10 %. Ответ: 0,98×105.
177. Давление пара над раствором 10,5 г неэлектролита в 200 г ацетона равно 21 854,40 Па. Давление пара ацетона (СН3)2СО при этой же температуре равно 23 939,35 Па. Найдите молекулярную массу неэлектролита. Ответ: 32,0 г/моль.
178. Массовая доля неэлектролита в водном растворе 63 %. рассчитайте молекулярную массу этого неэлектролита, если при 20°С давление водяного пара над раствором равно 1399,40 Па. Давление паров воды при данной температуре равно 2335,42 Па. Ответ: 46,0 г/моль.
179. Давление пара раствора, содержащего 155 г анилина С6Н5NH2 в 201 г эфира, при некоторой температуре равно 42 900 Па. Давление пара эфира при этой температуре равно 86 380 Па. Рассчитайте молекулярную массу эфира. Ответ: 122,6 г/моль.
180. Чему равно давление насыщенного пара над 10 % раствором карбамида СО(NH2)2 при 100°С? Давление пара воды при 100°С равно 1,0133×105 Па. Ответ: 98 кПа.
181. Вычислите количество этиленгликоля С2Н4(ОН)2 , которое необходимо прибавить на каждый килограмм воды для приготовления антифриза с точкой замерзания –15°С. Ответ: 502,8 г.
182. Для приготовления антифриза на 30 л взято 9 л глицерина С2Н5(ОН)3. Чему равна температура замерзания приготовленного антифриза? Плотность глицерина 1,216 г/мл. Ответ: – 7,8°С.
183. При какой температуре будет замерзать водный раствор этилового спирта, если массовая доля С2Н5ОН w = 25 %. Ответ: – 13,4°С.
184. Определите температуру кипения водного раствора глюкозы, если массовая доля С6Н12О6 равна 10 %. Ответ: 100,32°С.
185. Определите температуру кипения раствора 1 г нафталина С20Н8 в 20 г эфира, если температура кипения эфира равна 35,60°С и Кэ = 2,16°С. Ответ: 35,44°С.
186. Раствор 1,05 г неэлектролита в 30 г воды замерзает при –0,7°С. Вычислите молекулярную массу неэлектролита. Ответ: 92,5 г/моль.
187. Какова температура замерзания раствора неэлектролита, содержащего 2,02×1023 молекул в 1 л воды? Ответ: –0,62°С.
188. Раствор, состоящий из 9,2 г глицерина С2Н5(ОН)3 и 400 г ацетона, кипит при 56,38°С. Чистый ацетон кипит при 56,0°С. Вычислите эбуллиоскопическую константу ацетона. Ответ: 1,52°С.
189. При какой температуре будет замерзать раствор, содержащий в 4 л воды 500 г этиленгликоля С2Н4(ОН)2? Ответ: –3,73°С.
190. В радиатор автомобиля налили 9 л воды и прибавили 2 л метилового спирта (r=0,8 г/мл). При какой наинизшей температуре можно после этого оставлять автомобиль на открытом воздухе, не опасаясь, что вода в радиаторе замерзнет? Ответ: около –8°С.
191. водно – спиртовой раствор, содержащий 15 % спирта (r = 0,97 г/мл), кристаллизуется –10,26°С. Найти молекулярную массу спирта и осмотическое давление при 293 К. Ответ: 32 г/моль; 13,4 МПа.
192. На сколько градусов повысится температура кипения воды, если в 100 г воды растворить 9 г глюкозы С6Н12О6? Ответ: 0,26°С.
193. В каком соотношении должны находится массы воды и этилового спирта, чтобы при их смешении получить раствор, кристаллизующийся при –20°С? Ответ: 2:1.
194. Водный раствор, содержащий 5,18 г растворенного вещества в 155,18 г раствора, кристаллизуется при –1,39°С. Вычислите молекулярную массу растворенного вещества. Криоскопическая константа воды 1,86°С. Ответ: 46 г/моль.
195. Температура кристаллизации уксусной кислоты 16,65°С, а криоскопическая константа ее 3,9°С. Вычислите температуру кристаллизации раствора, содержащего 0,1 моль растворенного вещества в 125 г уксусной кислоты. Ответ: 13,53°С.
ТЕМА 10. СВОЙСТВА РАСТВОРОВ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ.
Пример 1. Вычисление изотонического коэффициента раствора сильного электролита.
Осмотическое давление 0,1 н. ZnSO4 при 0°С равно 1,59×105 Па. Вычислите изотонический коэффициент этого раствора.
Решение.Изотонический коэффициент i показывает, во сколько раз значения осмотического давления p`осм., повышения температуры кипения Dt`кип.(или понижения температуры замерзания Dt`зам.), понижения давления пара растворителя Dр` для раствора электролита, найденные экспериментально, больше соответствующих значений (росм., Dtкип., Dtзам., Dр) для растворов неэлектролитов при той же молярной концентрации или моляльности. Отклонения растворов электролитов от законов Вант-Гоффа и Рауля объясняется тем, что при растворении электролита в воде увеличивается общее число частиц, так как электролиты диссоциируют на ионы.
Значение изотонического коэффициента для растворов электролитов больше 1, а для растворов неэлектролитов равно 1. Осмотическое давление для растворов электролитов с учетом изотонического коэффициента равно
р`осм = (i×n×R×T)/V. Отсюда: i = (1,59×105×10–3)/0,05×8,3144×273 = 1,4
Пример 2. Вычисление изотонического коэффициента по давлению пара растворителя над раствором.
Давление водяного пара над раствором 24,8 г KCl в 100 г воды при 100°С равно 9,14×104 Па. Вычислите изотонический коэффициент, если давление водяного пара при этой температуре равно 1,0133×105 Па.
Решение. Первый закон Рауля для электролитов выражается уравнением (р0–р)/р0 = (i×n)/(N+n). М(KCl) = 74,56 г/моль; n = 24,8/74,56 = 0,33 моль; М (Н2О) = 18,02 г/моль; N = 100/18,02 =5,55 моль.
Изотонический коэффициент равен: i = [(p0 – p)(N+n)]/p0×n = [(1,0133×105 - 0,914×105)(0,33 + 5,55)]/1,0133×105×0,33 = 1,75.
Пример 3. Вычисление кажущейся степени диссоциации сильного электролита по значению изотонического коэффициента.
Изотонический коэффициент 0,2 н. раствора нитрата кальция равен 2,48. Вычислите кажущуюся степень диссоциации этого электролита.
Решение. В случае сильных электролитов кажущуюся степень диссоциации определяют экспериментально, она всегда меньше истинной степени диссоциации, которая близка к единице. Степень диссоциации и изотонический коэффициент электролита связаны между собой соотношением a = (i – 1)/(n – 1), где n - число ионов, образующихся при диссоциации молекулы вещества. При диссоциации Ca(NO3)2 образуются три иона. Кажущаяся степень диссоциации этого электролита равна: a = (2,48 – 1)/(3 – 1) = 0,74 (или 74 %).
Пример 4. Вычисление степени диссоциации электролита по понижению температуры замерзания его раствора.
Температура замерзания водного раствора, содержащего 0,25 моль азотной кислоты в 2,5 л воды, равна –0,35°С. рассчитайте кажущуюся степень диссоциации кислоты в этом растворе (Кк для воды 1,85°С).
Решение.Молекулярная масса HNO3 равна 63,01 г/моль. Из второго закона Рауля для электролитов находим значение изотонического коэффициента для раствора HNO3:
i = (Dtзам.×G×Mr)/ (Kк×1000×g) = (0, 35×2500×63, 01)/ (1, 85×1000×63, 01×0, 25) = 1, 89. Кажущаяся степень диссоциации HNO3 в этом растворе равна:
a = (1,89 – 1) / (2 – 1) = 0,89 (или 89 %).
196. Изотонический коэффициент 0,2 н. NaOH равен 1,8. Вычислите осмотическое давление при 10°С. Ответ: 8,47×105 Па.
197. Давление пара раствора, содержащего 0,05 моль Na2SO4 в 450 г воды, равно 1,008×105 Па при 100°С. Определите кажущуюся степень ионизации сульфата натрия в этом растворе. Ответ: 0,75
198. Температура кипения раствора, содержащего 9,09 г KNO3 в 100 г воды, равна 100,8°С. Вычислите кажущуюся степень ионизации нитрата калия в этом растворе. Ответ: 0,71.
199. Раствор, содержащий 0,53 г Na2CO3 в 200 г воды, кристаллизуется при 0,13°С. Вычислите кажущуюся степень ионизации карбоната натрия в этом растворе. Ответ: 0,895.
200. Каково будет при 100°С давление пара раствора, содержащего 2,5 г гидроксида натрия в 90 г воды, если кажущаяся степень ионизации NaOH в этом растворе равна 80 %? Ответ: 0,99098×105 Па.
201. Температура кипения 3,2 % - ного раствора BaCl2 100,208°С. Вычислите изотонический коэффициент и кажущуюся степень ионизации соли этом растворе. Эбуллиоскопическая константа воды 0,52°С. Ответ: 2,54; 0,77.
202. Вычислите изотонический коэффициент и кажущуюся степень ионизации CaCl2 в растворе содержащем 0,398 моль соли в 2 л воды. Температура кристаллизации раствора –0,74°С. Криоскопическая константа воды 1,86°С. Ответ: 2; 0,5.
203. Раствор, содержащий 1,70 г ZnCl2 в 250 г воды кристаллизуется при –0,23°С. Вычислите изотонический коэффициент и кажущуюся степень ионизации этой соли. Криоскопическая константа воды 1,86°С. Ответ: 2,47; 0,735.
204. Кажущаяся степень ионизации MgCl2 в 0,1 н. растворе равна 0,75. Вычислите изотонический коэффициент этого раствора. Ответ: 2,5.
205. Вычислите кажущуюся степень ионизации MgCl2 в водном растворе (w = 0,5 %) с плотностью 1 г/мл, если при 18°С осмотическое давление этого раствора равно 3,2×105 Па. Ответ: 76 %.
206. Определите осмотическое давление 0,01 н. MgSO4 при 18°С, если кажущаяся степень ионизации этого электролита равна 66 %. Ответ: 2,01×104 Па.
207. Осмотическое давление 0,125 М KBr равно 5,63×105 при 25°С. Вычислите кажущуюся степень ионизации этой соли в растворе. Ответ: 82 %.
208. Вычислите кажущуюся степень ионизации КCl в растворе, содержащем 4,47 г соли в 100 г воды, если этот раствор замерзает при –2°С. Ответ: 80 %.
209. Определите давление пара водного раствора гидроксида калия (w = 0,5 %) при 50°С. Давление пара воды при этой температуре равно 12 334 Па. Кажущаяся степень диссоциации гидроксида калия в этом растворе равна 87 %. Ответ: 1,23×104 Па.
210. Найдите относительное понижение давления водяного пара над раствором, содержащим 0,1 моль Na2SO4 в 900 г воды при 70°С. Кажущаяся степень диссоциации в этом растворе равна 80 %. Ответ: 5,2×10–3.