Коробкова О.И. Пособие по выполнению контрольных работ по физической химии
Подождите немного. Документ загружается.
Для решения используем формулу
o
o
P Р
N
P
или
ΔР n(гл.)
=
Р n(гл.)+n(H O)
о
2
n(гл.) n(H O)
2
, тогда
n
гл
= ; n n , тогда
гл
Н
n + n
гл
2
Н
2
m M
гл
Н
n
гл
2
= = ; m ; m 100
гл
р-ра
n m
Н
Н
2
2
18
= 0,03 = ;
92 100
18х = 0,03 9200-92х
18х = 276 - 2,76х х = 13,3 г
.
Р
о
о
Р
о
о
Р
х
о
M
Р
гл
о
О
Р х
о
х
Р
гл
Ответ: глицерина должно быть растворено 13,3 г
№ 132-135, 137. Указания:
∆Т
з
= К· С; ∆Т
к
= Е· С ∆Т
з
- понижение температуры замерзания,
∆Т
к
– повышение температуры кипения раствора по сравнению с
растворителем. К и Е – соответственно криоскопическая и
эбуллиоскопическая постоянные, С - моляльная концентрация
растворённого вещества (то есть число молей вещества растворённого в 1 кг
растворителя).
№ 134
Раствор, содержащий 0,5 г нелетучего вещества с молекулярной массой 182 в
42 г бензола, кипит при 80,27
о
С. Температура кипения чистого бензола равна
80,1
о
С. Определить энтальпию испарения бензола.
Дано:
m
(в-ва)
= 0,5 г
М
(в-ва)
= 182 г/моль
m (С
6
Н
6
) = 42 г
t
кип. С6Н6
= 80,1
о
С = 353,1 К
t
кип.р-ра
= 80,27
о
С= 353,27 К
∆Н
исп.
- ?
Решение
Определим С
м
– молярную концентрацию раствора
n
в ва
С
М
M
растворителя
0,5
0,00274
182
моль
m
в ва
n
в ва
M
в ва
- количество растворённого вещества;
31
0,00274
0,0654
0,042
моль
М
кг
моль
С
кг
Подставим значения в формулу:
2
353,27 353,1 0,17
8,314 /
( ) 78 / 0,078 /
6 6
2
8,314 353,1
0,17 0,078 0,0654
.
2
8,314 353,1 0,078 0,0654
31104,91 /
.
0,17
RT
пл
t М С
р ля m
исп
Т
R Дж мольК
M C H г моль кг моль
исп
Дж моль
исп
Ответ: Молярная энтальпия испарения равна 31104,91 Дж/моль.
№ 138. Указания:
/
= , где - степень диссоциации; и
– молярные
электропроводности, последняя при бесконечном разведении.
№ 138
Молярная электропроводность 0,00102 М водного раствора уксусной
кислоты при 25
о
С равна 4,81510
-3
Смм
2
моль
-1
; при бесконечном
разведении она составляет 0,039 Смм
2
моль
-1
. Рассчитайте степень
диссоциации уксусной кислоты в первом из этих растворов и её константу
диссоциации.
Дано:
=4,81510
-3
Смм
2
моль
-1
= 0,039 Смм
2
моль
-1
С = 0,00102 М
-? К -?
Решение
3
4,815 10
3
123,46 10 0,123
0,039
2
1
2 2
0,123 0,00102 0,123
5
1,75 10
1 0,123 0,99987
С
К
К
Ответ: = 0,123 К = 1,7510
-5
.
32
№ 139. Указания: Произведение растворимости ПРсоли = S
b
+
b
b
,
где S –
растворимость соли (моль/л), b и - числа катионов и анионов, на которые
диссоциирует молекула электролита.
Удельная электропроводность раствора, обусловленная растворенным
веществом, составляет:
k
в-ва
= k
нас.р-ра
- k
воды
Эквивалентная электропроводность при бесконечном разведении
вычисляется как сумма
∞
=
∞
(Сd
2+
) +
∞(
(C
2
O
4
2-
)
Предполагая, что электропроводность насыщенного раствора этой
(труднорастворимой) соли близка электропроводности при бесконечном
разведении, можно вычислить концентрацию С насыщенного раствора,
которая равна растворимости S:
С = 1000 k
в-ва
/
∞
и из которой вычисляется произведение растворимости по соотношению
ПРсоли = S
b
+
b
b
.
№ 139
Удельная электропроводность насыщенного раствора оксалата кадмия
(CdC
2
O
4
) при 20
о
С равна 1,415 10
-3
Смм
-1
. Рассчитайте произведение
растворимости этой соли при указанных условиях. Удельную
электропроводность дистиллированной воды принять равной
210
-3
Смм
-1
.Принять также
∞
(Сd
2+
) = 5,4 10
-3
Смм
2
моль
-1
,
∞(
(C
2
O
4
2-
) = 7,4 10
-3
Смм
2
моль
-1
.
Дано:
t = 20
о
С
k(CdC
2
O
4
) = 1,415 10
-3
Смм
-1
k(H
2
O) = 210
-3
Смм
-1
∞
(Сd
2+
) = 5,4 10
-3
Смм
2
моль
-1
∞(
(C
2
O
4
2-
) = 7,4 Смм
2
моль
-1
.
ПР (CdC
2
O
4
)= ?
Решение
1. Рассчитаем удельную электропроводность вещества: k
в-ва
= k
нас.р-ра
-
k
воды
k
в-ва
= 1,415 10
-3
- 210
-3
= - 0,585·10
-3
Смм
-1
2. Рассчитаем эквивалентную электропроводность при бесконечном
разбавлении:
∞
=
∞
(Сd
2+
) +
∞(
(C
2
O
4
2-
)
∞
= 5,4 10
-3
+7,4 10
-3
= 12,810
-3
Смм
2
моль
-1
.
3. Учитывая, что
∞
= , рассчитаем концентрацию насыщенного
раствора
С = 1000 k
в-ва
/
∞
С = 10000,585·10
-3
/ 12,810
-3
= 45,703 моль/м
3
= 0,046 моль/л
4. Рассчитаем произведение растворимости оксалата кадмия:
33
1. ПР
соли
= S
b
+
b
b
,
где S – Растворимость соли (моль/л), численно равна
концентрации насыщенного раствора С:
b и - числа катионов и анионов, на которые диссоциирует молекула
электролита
2 2
2 4 2 4
CdC O Cd C O
= b = 1
ПР = (0,046)
1+1
1 1 = 0,046
2
= 2,11610
-3
Ответ: ПР(CdC
2
O
4)
= 2,11610
-3
6. Электропроводность растворов электролитов
3
Растворы электролитов способны проводить электрический ток; они
характеризуются определенным удельным электрическим сопротивлением
( - это сопротивление проводника длиной 1 м с поперечным сечением 1 м
2
).
Величина, обратная удельному электрическому сопротивлению, есть
удельная электропроводность раствора электролитов, она обозначается через
k (каппа)
1
k
Удельная электропроводность характеризует электропроводность
раствора электролита объёмом 1м
3
, заключённого между двумя
электродами, которые расположены на расстоянии 1м и имеют площадь
1м
2
.
В 1 м
3
раствора разных электролитов при определении удельной
электропроводности содержится различное количество растворённого
вещества, что исключает возможность сопоставления значений удельной
электропроводности растворов разных электролитов. По этой причине
введено понятие о мольной (молярной) электропроводности
(лямбда): это
электропроводность 1 моля раствора электролита, заключенного между
двумя пластинами, расположенными на расстоянии 1м. Значения мольной
электропроводности разных электролитов можно сопоставить.
№ 140 . Указание - Чтобы получить
∞
(СН
3
СООН) необходимо
скомбинировать значения электропроводностей.
№ 140.
Вычислить эквивалентную электропроводность водного раствора уксусной
кислоты при бесконечном разведении при 298 К, если электропроводности
растворов НСl, CH
3
COONa и NaCl при бесконечном разведении равны
соответственно: 0,0426; 0,0091; 0,0126 Смм
2
моль
-1
.
Дано:
(НСl)= 0,0426 Смм
2
моль
-1
(CH
3
COONa) = 0,0091 Смм
2
моль
-1
( NaCl) = 0,0126 Смм
2
моль
-1
T = 298 K
3
с.211, А.Д.Зимон. Физхимия, М., «Агар», 2003
34
∞
(СН
3
СООН) - ?
Решение
Эквивалентная электропроводность при бесконечном разведении
∞
(СН
3
СООН) =
∞
(СН
3
СОО
-
) +
∞
(Н
+
)
НCl
H
+
+ Cl
-
CH
3
COONa CH
3
COO
-
+ Na
+
NaCl Na
+
+ Cl
-
∞
(СН
3
СООН) =
∞
(HCl) +
∞
(CH
3
COONa) - ∞ (NaCl) = ∞(H
+
) +∞(Cl
-
)
+∞(CH
3
COO-) + ∞ (Na+)- ∞(Na+) - ∞(Cl-)=0,0426 +0,0091-0,0126 =
0,0391 Смм
2
моль
-1
.
Ответ: ∞ (СН
3
СООН) = 0,0391 Смм
2
моль
-1
.
№ 141 Указания: В связи с разной скоростью движения ионов доля
электричества, переносимая ими, будет различной. Подобную долю
называют числом переноса. Число переноса есть отношение абсолютной
скорости движения катиона (или аниона) к суммарной скорости движения
катиона и аниона,т.е.:
;
;
t t
u F u F
где индексы (+) и (-) относятся к катионам и анионам, соответственно; t –
числа переноса ионов, - подвижности ионов,
∞
- электропроводность при
бесконечном разбавлении, F – число Фарадея, u – абсолютные скорости
движения ионов.
№ 141 В бесконечно разбавленном растворе NH
4
Cl при 298 К число
переноса катионов равно 0,491. Вычислить подвижность и абсолютную
скорость аниона Cl
-
.
∞
(NH
4
Cl) = 7,4 10
-3
Смм
2
моль
-1
.
Дано:
Т = 298 К
∞
( NH
4
Cl) = 7,4 10
-3
Смм
2
моль
-1
t ( NH
4
+
) = 0,491
F = 9,648 10
4
Кл/моль
∞
(Cl
-
) = ? u(Cl
-
) = ?
Решение:
Эквивалентная электропроводность при бесконечном разведении
∞
(NH
4
Cl) =
∞
(NH
4
+
) +
∞
(Cl
-
) = 7,4 10
-3
Смм
2
моль
-1
35
+
4
t ( NH ) =
4
4
NH
Cl
NH
-
t ( Cl ) =
4
Cl
Cl
NH
4
0,491
3
7,4 10
NH
3 3 2 1
0,491 7,4 10 3,6334 10
4
См м моль
NH
∞
(Cl
-
) =
∞
(NH
4
Cl) -
∞
(NH
4
+
) =
∞
(NH
4
Cl) = 7,4 10
-3
– 3,6334 10
-3
= 3,7666
.
10
-3
Смм
2
моль
-1
u F
Сl Cl
3,7666 10
-3
= u(Cl
-
) 9,648 10
4
-3 3
3,7666 10
7
u(Cl-) = 0,3904 10
4
9,648 10
См м
Кл
Ответ:
∞
(Cl
-
) =3,7666 10
-3
Смм
2
моль
-1
; u(Cl
-
) =
3
7
0,3904 10
См м
Кл
.
№ 142. Указания: Для решения задачи используются соотношения:
2
;
1
C
K
D
K
D
– константа диссоциации, - степень диссоциации, С – концентрация, -
эквивалентная электропроводность,
∞
- эквивалентная электропроводность
при бесконечном разбавлении.
№ 142. Вычислить молярную электропроводность 0,05 М водного раствора
уксусной кислоты при 25
о
С, если известно, что
∞
= 0,039 Смм
2
моль
-1
; К
дисс.
= 1,8 10
-5
.
Дано:
С(СН
3
СООН) = 0,05М
t = 25
o
C
∞
= 0,039 Смм
2
моль
-1
К
дисс.
= 1,8 10
-5
- ?
Решение
2
(1)
1
(2)
C
K
D
Из формулы (1) определим степень диссоциации:
36
2
0,05
-5
1,8 10
1
-5 -5 2
1,8 10 1,8 10 0,05
2 -5 -5
0,05 1,8 10 1,8 10 0
Полученное уравнение имеет вид: ах
2
+ вх + с = 0 и решается:
2
4
1,2
2
b b ac
х
a
5 2 10 5
1,8 10 1,8 10 4 0,05 1,8 10
1,2
2 0,05
5 5
1,8 10 189,745 10
1,2
5
187,945 10
Отрицательное значение не имеет смысла, так как может быть
0 1
.
Значение подставим в формулу
(2)
и найдём :
= 187,945 10
-5
0,039 Смм
2
моль
-1
= 7,32 10
-5
Смм
2
моль
-1
Ответ: = 7,32 10
-5
Смм
2
моль
-1
№143. Указания: Для решения задачи используются соотношения:
k
в-ва
= k
нас.р-ра
- k
воды
∞
и = k
в-ва
/С
где k - удельная электропроводность; - эквивалентная электропроводность
и С – искомая концентрация.
№143. Удельная электропроводность насыщенного водного раствора
бромида таллия при 20
о
С равна 2,15810
-2
Смм
-1
; удельная
электропроводность воды равна 4,410
-6
Смм
-1
.Молярная
электропроводность этой соли при бесконечном разведении составляет
1,383 10
-2
Смм
2
моль
-1
. Вычислить растворимость бромида таллия.
Дано:
k (Tl
2
Br
3
)= 2,158 10
-2
Смм
-1
k (H
2
O) = 4,4 10
-6
Смм
-1
∞
= 1,383 10
-2
Смм
2
моль
-1
t =20
o
C
C - ?
Решение
1.Находим удельную электропроводность вещества: k
в-ва
= k
нас.р-ра
- k
воды
k
в-ва
= 2,158 10
-2
Смм
-1
- 4,4 10
-6
Смм
-1
= 2,158 10
-2
Смм
-1
- 0,00044
10
-2
= 2,157 10
-2
Смм
-1
2. Находим концентрацию:
∞
и
в ва
С
k
37
2 3
2,157 10
1,55 1,55
2 1 3
1,383 10
в ва
С
м моль
С
моль м
k
Ответ: С = 1,55 моль/м
3
№№ 144 – 150: Указания: При выполнении этого контрольного задания
следует принять во внимание, что удельная электропроводность обратно
пропорциональна удельному сопротивлению. Эквивалентная
электропроводность связана с удельной электропроводностью, как показано
в задаче 143 (см. выше)
∞
и
в ва
С
k
, где k - удельная
электропроводность, - эквивалентная электропроводность и С – искомая
концентрация. Связь константы диссоциации с эквивалентной
электропроводностью показана в задаче 142 (см. выше).
2
;
1
C
K
D
K
D
– константа диссоциации, - степень диссоциации, С
– концентрация, - эквивалентная электропроводность,
∞
- эквивалентная
электропроводность при бесконечном разбавлении.
№№ 144 – 150
Используя данные о свойствах растворов веществ в воде:
1. Построить график зависимости удельной электропроводности от
концентрации
2. Построить график зависимости молярной электропроводности от
разведения V = 1/C.
3. Проверить, выполняется ли закон разведения Оствальда
Зависимость электрического сопротивления (Омм) от концентрации
№№ 144 145 146 147 148 149 150
С,
моль/л
HCN
()
HNO
3
HClO HCOOH CH
3
COOH C
6
H
5
OH NH
4
OH
0,1 3100 4,32 927 6,06 19,6 7460 2,55
0,05 4970 5,70 1390 8,91 27,6 10800 10,3
0,03 5840 7,50 1810 10,3 34,8 14500 14,5
0,01 10400 13,4 3120 18,2 61,0 23500 25,8
0,005 14300 20,4 4560 25,9 87,0 32700 100
0,003 183000 26,8 5560 35,8 103,0 41500 140
0,001 319000 52,7 10000 68,5 185,0 74600 251
Величина, обратная удельному электрическому сопротивлению, есть
удельная электропроводность раствора электролитов, она обозначается через
k (каппа) k = 1/ = k
в-ва
/С,
где k - удельная электропроводность, - эквивалентная электропроводность
и С – искомая концентрация.
38
№ 149
С,
моль/л
,удельное
сопротивление,
Омм (C
6
H
5
OH)
k =1/, удельная
электропроводность
Ом
-1
м
-1
(См/м
-1
)
С
k
эквивалентная элек-
тропроводность (молярная);
Смм
2
моль
-1
V=1/C
разведение
л/моль
0,1 7460 1,3410
-4
1,3410
-3
10
0,05 10800 0,9310
-4
1,8610
-3
20
0,03 14500 0,6910
-4
2,310
-3
33,3
0,01 23500 0,4310
-4
4,310
-3
100
0,005 32700 0,3110
-4
6,110
-3
200
0,003 41500 0,2410
-4
8,0310
-3
333,3
0,001 74600 0,1710
-4
13,410
-3
1000
График 1.
График зависимости удельной
электропроводности от С
0
0,5
1
1,5
0 0,05 0,1 0,15
С, моль/л
Удельная
электропроводность,
См/м-1 х10-4
k(1/r)
k(1/) 1,3410
-4
0,9310
-4
0,6910
-4
0,4310
-4
0,3110
-4
0,2410
-4
0,1710
-4
С, моль/л 0,1 0,05 0,03 0,01 0,005 0,003 0,001
C,моль/м
3
100 50 30 10 5 3 1
=k/С 1,3410
-6
1,8610
-6
2,310
-6
4,310
-6
6,110
-6
8,0310
-6
13,410
-6
V = 1/C 110
-2
210
-2
3,310
-2
1010
-2
2010
-2
33,310
-2
10010
-2
График 2.
39
График зависимости мольной
электропроводности от разведения
0
5
10
15
0 50 100 150
V = 1/C, м3/моль х10-2
мольная
электропроводность,
См м2 моль-1, х10-6
l=k/С
3.
.
К
дис
С
- это уравнение выражает закон разбавления Оствальда
- молекулярная электропроводность
- эквивалентная электропроводность при бесконечном разбавлении
= F(
+
+
-
)
+
,
-
- абсолютные подвижности ионов при бесконечном разбавлении
= 96500 (3,8210
-4
+ 198,310
-4
) = 1950,46 Смм
2
/моль
/
=
6,8710
-10
9,5410
-10
11,79 10
-10
22,0510
-10
31,2710
-10
41,1710
-10
68,710
-10
С
10 7,07 5,48 3,16 2,24 1,73 1
График 3.
График зависимости степени диссоциации
(ось Y) от концентрации (ось Х)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 2 4 6 8 10 12
х 10-10
l/l¥
Ответ: Из графика 2 видно, что с уменьшением концентрации (ростом
разбавления V), степень диссоциации и мольная электропроводность
увеличиваются.
40