Внутренние параметры системы разделяются на интенсивные и экстенсивные.

Ответы 1-12

1. Дайте определение понятию «раствор». Опишите, в чем заключается отличие растворов и хими­ческих соединений? Преобразуя имеющиеся данные, рассчитайте процентную, молярную и моляльную кон­центрации раствора, полученного смешением 1 г NaCl и 100 г Н₂O (плотность раствора примите равной 1, М(NaCl)=58,5г/моль). Спрогнозируйте возможные виды взаимодействия между компонентами в данном растворе.

Раство́р — гомогенная (однородная) смесь переменного состава, образованная двумя или более компонентами, один из которых называется растворителем, а другой растворимым веществом.

Отличие растворов от химических соединений состоит в том что, состав раствора может изменяться в широких пределах. Кроме того, в свойствах раствора можно обнаружить многие свойства его отдельных компонентов, чего не наблюдается в случае химического соединения. Непостоянство состава растворов приближает их к механическим смесям, но от последних они резко отличаются своей однородностью. Таким образом, растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями.

Задача:

Дано:

m(NaCl)=1 г

m(H₂O)=100 г

W(NaCl)-?

С_М(NaCl)-?

с_m(NaCl)-?

Решение:

1. Вычислим массу раствора: m(раствора) = m(H₂O)+m(вещ-ва),

m(раствора) =100+1=101 г

2. Вычислим массовую долю соли: W(NaCl)= m(вещ-ва)/ m(раствора)*100% W(NaCl)=(1/101)*100%=0,0099)*100%=0,99%

3. Вычислим химическое количество соли: n(NaCl)=m(NaCl)/M(NaCl),

М(NaCl)=23+35,5=58,5г/моль

n(NaCl)=1/58,5=0,017 моль

4. Вычислим молярную концентрацию соли в растворе: С_М=n/V_p ;

V_p=m(раствора) /ρ , V_p =101/1=101мл=0,101л;

С_М(NaCl)=0,017моль/0,101л=0,168 моль/л

5. Вычислим моляльность раствора: с_m(NaCl)=n (NaCl)/m(растворителя, кг),

с_m(NaCl)=0,017моль/0,1кг=0,17моль/кг.

Ответ: W(NaCl)=0,99%;С_М(NaCl)=0,168 моль/л; с_m(NaCl)=0,17моль/кг.

В общем случае при растворении происходит изменение свойств и растворителя, и растворенного вещества, что обусловлено взаимодействием частиц между собой по различным типам взаимодействия: Ван-дер-Ваальсового (во всех случаях), ион-дипольного (в растворах электролитов в полярных растворителях), специфических взаимодействий (образование водородных или донорно-акцепторных связей).

Для данного вещества будет возможно Ван-дер-Ваальсовое, ион-ионное и ион-дипольное взаимодействие.

Дайте определение явлению «осмос»? Охарактеризуйте его механизм? Конкретизируйте понятие «изотоничные растворы»? Спрогнозируйте значение процентной кон­центрации раствора глюкозы в стандартных условиях, изотоничного с кровью (осмо­тическое давление крови равно 7,3 атм., плотность раствора примите равной 1).

Осмос - процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону бо́льшей концентрации растворённого вещества (или меньшей концентрации растворителя).

Важным случаем осмоса является осмос через полупроницаемую мембрану. Полупроницаемыми называют мембраны, которые имеют достаточно высокую проницаемость не для всех, а лишь для некоторых веществ, в частности, для растворителя. (Подвижность растворённых веществ в мембране стремится к нулю). Если такая мембрана разделяет раствор и чистый растворитель, то концентрация растворителя в растворе оказывается менее высокой, поскольку там часть его молекул замещена на молекулы растворенного вещества. Вследствие этого, переходы частиц растворителя из отдела, содержащего чистый растворитель, в раствор будут происходить чаще, чем в противоположном направлении. Соответственно, объём раствора будет увеличиваться (а концентрация уменьшаться), тогда как объём растворителя будет соответственно уменьшаться.

Изотонические растворы (или изоосмотические растворы) - это растворы, обладающие при данной температуре, одинаковым осмотическим давлением.

Задача:

Дано:

Р-р глюкозы

π₁(р-ра глюкозы)=π₂(крови)=7,3 атм

ρ(р-ра глюкозы)=1г/мл

W(С₆Н₁₂О₆)-?

Решение:

1) переведем единицы измерения давления в кПа:

1 атм/101,3 кПа=7,3 атм/Х; Х=7,3*101,3=739,49кПа;

2) растворы изотоничны, следовательно, их осмотические давления равны

π₁(р-ра глюкозы)=π₂(крови)=739,49 кПа.

π₁=сRT, т.к. условия стандартные Т=298 К, R=8,314Дж/(моль*К).

Выразим концентрацию раствора глюкозы с=π₁/(RT)=739,49/(8,314*298)=0,3 моль/л.

2) Вычислим процентную концентрацию 0,3 молярного раствора глюкозы.

а) пусть объем раствора равен 1л (1000мл), т.к. плотность раствора равна 1г/мл, масса раствора будет равна m_Р=V_Р*ρ =1000мл*1г/мл =1000 г

б) найдем химическое количество глюкозы в растворе n(С₆Н₁₂О₆)=c_M*V_P; n(С₆Н₁₂О₆)=0,3моль/л*1л=0,3моль.

в) найдем массу глюкозы m(С₆Н₁₂О₆) = n(С₆Н₁₂О₆) * М(С₆Н₁₂О₆); М(С₆Н₁₂О₆)=180г/моль, тогда m(С₆Н₁₂О₆) =0,3*180=54 г

5) вычислим массовую долю глюкозы в растворе

W(С₆Н₁₂О₆)=m(С₆Н₁₂О₆)*100%/m(р-ра);

W(С₆Н₁₂О₆)=54 *100/1000=5,4%

Ответ: 5,4%

Дайте определение понятию «термодинамическая система». Перечислите известные вам типы термодинамических систем. Приведите примеры экстенсивных и интенсивных свойств термодинамической системы. Смоделируйте термодинамическую систему и охарактеризуйте её экстенсивные и интенсивные свойства.

Термодинамическая система — это физическая система, состоящая из большого количества частиц, способная обмениваться с окружающей средой энергией и веществом.

Для термодинамических систем справедливы законы термодинамики.

Типы термодинамических систем:

По наличию или отсутствию массо- и теплообмена:

1) закрытая система – нет обмена веществом с внешней средой, только происходит обмен энергией;

2) открытая система – происходит обмен и теплотой и веществом с внешней средой;

3) адиабатическая система – нет обмена теплотой с внешней средой;

4) изолированная система – невозможен обмен ни веществом, ни энергией.

По агрегатному состоянию веществ в системе:

1) гетерогенная система – внутри системы существует поверхность раздела фаз, где происходят резкие скачкообразные изменения свойств (например, вода – лед);

2) гомогенная система – нет поверхности раздела фаз внутри системы, свойства системы изменяются непрерывно (например, воздух).

Внутренние параметры системы разделяются на интенсивные и экстенсивные.

Термодинамические параметры, не зависящие от массы термодинамической системы, называются интенсивными параметрами (давление, температура, концентрация, химический потенциал и др.). Интенсивные величины имеют тенденцию к выравниванию по всему объему системы.

Параметры, пропорциональные массе данной системы, значение которых равно сумме значений таких же параметров отдельных частей системы, называются экстенсивными параметрами (объем, внутренняя энергия, энтропия, энтальпия, энергия Гиббса).

Любая совокупность изучаемых объектов может быть названа термодинамической системой. Примерами систем могут служить, например, термос, заполненный горячим раствором какого-нибудь вещества. Интенсивными параметрами такой системы будут: температура, концентрация, давление, которые в каждой точке системы будут одинаковы. Экстенсивными параметрами системы будут: её объем, внутренняя энергия, определенные значения энтропии и энтальпии системы.