Необходимый уровень знаний студентов. 6.4.1 Знать понятия: химическое равновесие, константа химического равновесия, принцип Ле - Шателье.

6.4.1 Знать понятия: химическое равновесие, константа химического равновесия, принцип Ле - Шателье.

6.4.2 Уметь на основе принципа Ле-Шателье предсказывать направление смещения химического равновесия при оказании на систему внешнего воздействия.

Задания для самоконтроля

6.5.1 Какое состояние обратимой реакции называют химическим равновесием?

6.5.2 Напишите уравнение константы равновесия для каждого из следующих обратимых процессов:

а) 2N0₂ (г) = 2NO(r) + 0₂(г)

б) ЗН₂(г) + N₂(г) = 2NH₃(г)

в) Н₂(г) + СuО(к) = Н₂О(г) + Си(к)

Как сместится равновесие в каждом из указанных случаев при увеличении давления?

6.5.3 В каком направлении сместится равновесие при повышении температуры в следующих обратимых реакциях:

а) 2S0₂(г) + О₂(г) = 2S0₃(г)

б) Н₂(г) + Вr₂(г) = 2НВr(г)

в) N₂(г) + 0₂(г) = 2NO(г)

6.5.4 Рассчитайте константу равновесия реакции С₂₅Н₂₈0₇ + НС1 = С₂₅Н₂₇О₆С1 +Н₂О

если для ее проведения смешали 12 мл 10^-2 М раствора С₂₅Н₂₈0₇ и 15 мл 10^-2 М раствора НС1. Полученную смесь разбавили водой до 50 мл. Равновесная концентрация С₂₅Н₂₇О₆С1 оказалась равной 2,03∙10 ^-3 моль/л. Ответ: 3,14∙10⁵.

Лабораторная работа №7

Приготовление растворов заданной концентрации

Цель работы: приобретение навыков приготовления растворов заданной концентрации, выраженной различными способами, из сухой соли или более концентрированного раствора.

Оборудование и реактивы: конические колбы на 250 мл, технохимические весы, фильтровальная бумага, мерные цилиндры, набор ареометров, мерные колбы на 100 мл, сухие соли, например NaCI, KCI, Na₂CO₃, BaCI₂, CaCI₂, CuSO₄.

Теоретические пояснения

Концентрация раствора- это относительное содержание растворенного вещества в растворе. Для выражения концентрации растворов существует два способа.

I. долевой способ:

а) массовая доля вещества ω, безразмерная величина или выражается в процентах, вычисляют по формуле

% (7.1)

где m(в-ва), масса вещества, г ;

m(р-ра), масса раствора, г.

б) мольная доля χ, величина безразмерная или выражается в процентах, вычисляют по формуле

% (7.2)

где ν(в-ва), количество вещества, моль;

ν₁+ν₂+…, сумма количеств всех веществ в растворе, моль.

в) объемная доля φ, величина безразмерная или выражается в процентах, вычисляют по формуле

% (7.3)

где V(в-ва), объем вещества, л;

V(смеси), объем смеси, л.

II. концентрационный способ:

а) молярная концентрация C_M, моль/л, вычисляют по формуле

(7.4)

где ν(в-ва), количество вещества, моль;

V(р-ра), объем раствора, л.

б) нормальная концентрация С_Н, моль/л, вычисляют по формуле

(7.5) или (7.6)

где ν(экв), количество вещества эквивалента, моль;

V(р-ра), объем раствора, л;

Z, фактор эквивалентности.

в) моляльная концентрация С_b, моль/кг, вычисляют по формуле

(7.7)

где ν(в-ва), количество вещества, моль;

m(р-ля), масса растворителя, кг.

г) титр Т, г/мл, вычисляют по формуле

(7.8)

где m(в-ва), масса вещества, г;

V(р-ра), объем раствора, мл.

Обычно вызывает затруднение изучение свойств растворов (осмос и осмотическое давление, понижение давления насыщенного пара, понижение температуры кристаллизации и повышение температуры кипения растворов), а также свойств растворенных веществ — растворимости и произведения растворимости.

Осмос- это односторонняя диффузия веществ из растворов через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и чистый растворитель или два раствора различной концентрации.

В системе растворитель-раствор молекулы растворителя могут перемещаться через перегородку в обоих направлениях. Но число молекул растворителя, переходящих в раствор в единицу времени, больше числа молекул, перемещающихся из раствора в растворитель.

Давление, которое надо приложить, чтобы скорости обоих процессов были равными, называют осмотическим.

Растворы, характеризующиеся одинаковым осмотическим давлением, называются изотоническими.

Осмотическое давление определяют согласно закону Вант-Гоффа

, (7.9)

где ν, количество вещества, моль;

R, газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль·К);

Т, абсолютная температура, К;

V, объем раствора, м³

Относительное понижение давления пара растворителя над раствором согласно закону Рауля выражается соотношением

, (7.10)

где P₀, давление пара над чистым растворителем;

P, давление пара растворителя над раствором;

n, количество растворенного вещества, моль;

N, количество растворителя, моль.

Повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания растворов по сравнению с чистым растворителем, согласно закону Рауля, пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества неэлектролита

_∆Т= КС_b (7.11)

где С_b, моляльная концентрация, моль/кг;

К, коэффициент пропорциональности.

В случае повышения температуры кипения раствора К называется эбулиоскопической константой, в случае понижения температуры замерзания- криоскопической константой. Эти константы, численно различные для одного и того же растворителя, характеризуют повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания одномоляльного раствора, т.е. при растворении 1 моль нелетучего неэлектролита в 1000 г растворителя.

Растворимость S показывает, сколько граммов вещества может раствориться в 100 г воды при данной температуре. Растворимость твердых веществ с ростом температуры, как правило, возрастает, а для газообразных веществ – уменьшается.

Для перехода от массы раствора к его объему и наоборот нужно знать величину плотности. Плотность выражается в г/см³ (г/мл), кг/м³, г/л, и др. Для приближенного и быстрого определения плотности служит ареометр или денсиметр (см. рис. 7.1).

Ареометр представляет собой поплавок с дробью и узкой трубкой. На трубке имеется шкала, проградуированная в единицах плотности. Ареометр погружается в различные жидкости или растворы различной концентрации на разную глубину. При этом вытесняются различные объемы жидкостей, но массы их всегда одинаковы, они равны массе ареометра.

В состоянии равновесия выталкивающая сила, действующая на ареометр, уравновешивается силой тяжести: F_выт.= mg или р_ж·V·g = mg, отсюда V = m/р_ж,. Итак, объем вытесненной жидкости (или глубина погружения) обратно пропорционален плотности жидкости р_ж. На этом и основано измерение плотности ареометром.

Жидкость наливают в чистый цилиндр. Из набора выбирают ареометр, который погружается на такую глубину, чтобы уровень жидкости в цилиндре находился в пределах шкалы ареометра. Ареометр не должен касаться дна и стенок цилиндра. Показания следует снимать по нижнему краю мениска в случае прозрачной жидкости, и по верхнему - в случае непрозрачной. Зная плотность раствора, по специальным таблицам (см. табл. 7.1) можно определить массовую долю раствора, и наоборот, зная концентрацию раствора, определить его плотность.

Рис.7.1 Определение плотности жидкости при помощи ареометра

Таблица 7.1- Массовая доля (ω%) и плотность (р) растворов солей при 20°C

ω%	р, г/см3
СаСI2	NaCI	CuSO4	KCI	Na2СO3	ВаСI2
	1,0070	1,0053	1,009	1,0046	1,009	-
	1,0148	1,0125	1,019	1,0110	1,019	1,016
	1,0316	1,0226	1,040	1,0239	1,040	1,034
	1,0486	1,0413	1,062	1,0369	1,061	1,053
	1,0659	1,0559	1,084	1,0500	1,082	1,072
	1,0835	1,0707	1,107	1,0633	1,103	1,092
	1,1015	1,0857	1,131	1,0768	1,085	1,113
	1,1198	1,1009	1,155	1,0905	1,101	1,134

Если в таблице отсутствует необходимое значение величины, то применяют метод интерполяции (нахождение промежуточного значения величины по известным крайним значениям). В данном случае применяется линейная интерполяция: считается, что в узких интервалах зависимость между плотностью и концентрацией линейна. Это является, в некоторой степени, приближением. В действительности возможны и отклонения от линейности.

Допустим, нужно определить плотность 2,3% раствора хлорида натрия. Такой концентрации в таблице нет. Ближайшие значения массовой доли - 2% и 4%, им соответствуют плотности растворов 1,0125 г/см³ и 1,0226 г/см³. Следовательно, при изменении концентрации на 2%, плотность раствора изменится на 1,0226-1,0125=0,0101 г/см³. Составив пропорцию, найдем, как изменится плотность при изменении концентрации на 0,3%:

2% — 0,0101 г/см³

0,3% — х г/см³

Из пропорции х=0,0015 г/см³. Прибавив эту величину к значению плотности 2%-ного раствора, получим плотность 2,3%-ного раствора: 1,0125+0,0015=1,0140 г/см³.