Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Закон Рауля. Расчет характеристик разбавленных растворов по понижению температуры замерзания и по повышению температуры кипения




Р е ш е н и е

Способы задания концентрации растворов

 

Количественно состав растворов может быть выражен различными способами. При задании состава растворов индекс 1 присваивается растворителю, а индексы 2, 3 и т. д. – растворенным веществам.

Массовая доля компонента в растворе wi равна отношению массы данного компонента (gi) к общей массе всех компонентов раствора:

(2.1)

Массовая доля является безразмерной величиной. Для выражения состава раствора в массовых процентах величину wi необходимо умножить на 100. При задании состава металлургических систем принято массовые проценты компонентов в металле указывать в квадратных скобках, а в шлаке – в круглых.

Мольная доля компонента в растворе Ni (xi) равна отношению числа молей данного компонента ni в растворе к суммарному количеству молей всех компонентов раствора:

(2.2)

Мольная доля является безразмерной величиной. Для выражения состава раствора в мольных процентах величину Ni необходимо умножить на 100.

Сумма массовых или мольных долей всех компонентов раствора равна 1, а если состав раствора задан в массовых или мольных процентах, то их сумма для всех компонентов раствора равна 100 %.

Молярная концентрация компонента Сi (или молярность) – это количество молей данного компонента ni, растворенного в 1 л раствора:

(2.3)

где V – объем раствора, л. Размерность молярности – моль/л.

Нормальная концентрация компонента CN (или нормальность) – это количество грамм-эквивалентов данного компонента nЭ,i , растворенного в 1 л раствора:

(2.4)

Размерность нормальности – г-экв/л.

Моляльная концентрация компонента mi (или моляльность) равна числу молей данного компонента ni, приходящемуся в растворе на 1000 г растворителя:

или (2.5)

где g1 – масса растворителя, г; gi и Мi – масса (г) и молярная масса компонента i, г/моль.

Для перехода от одного способа задания концентрации растворов к другому необходимо знать не только количество каждого компонента в растворе, но и молярную массу веществ, а также плотность раствора.

П р и м е р 2.1. Рассчитать молярность, моляльность и мольную долю серной кислоты (H2SO4) в воде, если массовая доля серной кислоты составляет 98 %, плотность раствора ρ = 1,84 г/мл, молярные массы воды М1=18 г/моль, серной кислоты М2=98 г/моль.

Зададим массу всего раствора (Σgi), равную 100 г. Так как по условию массовое содержание серной кислоты составляет 98 %, то в заданном количестве раствора содержится 98 г серной кислоты (g2), а воды (g1) – 2 г.

Находим объем заданного количества раствора:

V = Σgi = 100/ 1,84 = 54,35 мл =0,05435 л.



Количество молей каждого компонента раствора:

n1 = g1 /M1 = 2/18 = 0,1111 моль;

n2 = g2 /M2 = 98/98 = 1 моль.

Общее количество молей веществ в растворе:

Σni = 0,1111 + 1 = 1,1111 моль.

Молярность серной кислоты (С2):

C2 = n2/V = 1/0,05435 = 18,40 моль/л.

Моляльность серной кислоты (m2):

m2 = n2· 1000/g1 = 1· 1000/2 = 500 моль/1000 г.

Мольная доля серной кислоты в растворе:

N2 = n2/ Σni = 1/1,1111 = 0,90 (или 90 %).

 

 

Для разбавленных растворов закон Рауля формулируется следующим образом: давление насыщенного пара растворителя над раствором (P1) пропорционально мольной доле растворителя в растворе (N1):

(2.6)

где Р1О – давление насыщенного пара над чистым растворителем.

Так как для бинарного раствора N1 + N2= 1, то N1 = 1 – N2, и из уравнения (2.6) следует:

(2.7)

то есть: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над бинарным разбавленным раствором равно мольной доле растворенного вещества.

В совершенных растворах каждый компонент подчиняется закону Рауля, который в этом случае записывается следующим образом:

(2.7)

где – давление насыщенного пара над чистым компонентом i.

Общее давление насыщенного пара над раствором равно сумме парциальных давлений насыщенного пара компонентов раствора:

P = ΣPi . (2.8)

Уравнение Рауля, учитывающее диссоциацию растворенного вещества в разбавленных растворах, имеет вид:

, (2.9)

где i – изотонический коэффициент Вант–Гоффа, показывающий, во сколько раз увеличивается число частиц в растворе за счет диссоциации, и связанный со степенью диссоциации α следующим соотношением:

i = 1 + α · (ν – 1), (2.10)

где νчисло частиц, на которые диссоциирует молекула в растворе.

Зависимости повышения температуры кипения (ΔТкип. = Т – Токип.) и понижения температуры замерзания (ΔТзам. = Тозам. – Т) разбавленных растворов от концентрации растворов выражаются следующими уравнениями при рстворении недиссоциирующих веществ:

ΔТкип. = Кэб. · m; (2.11)

ΔТзам. = Ккр.· m; (2.12)

и уравнениями для растворов диссоциирующих веществ:

ΔТкип. = i · Кэб. · m; (2.13)

ΔТзам. = i · Ккр.· m, (2.14)

где Т – температура кипения или замерзания раствора;

Токип., Тозам. – температуры кипения и замерзания чистого растворителя;

mмоляльность раствора;

Кэб. и Ккр. – эбулиоскопическая и криоскопическая константы растворителя, зависящие от его природы и не зависящие от природы растворенных веществ. Значения этих констант приводятся в справочной литературе.

По повышению температуры кипения (эбулиоскопический метод исследования – эбулиоскопия) или по понижению температуры замерзания (криоскопический метод исследования – криоскопия) разбавленных растворов можно рассчитывать концентрации растворов m, изотонический коэффициент i, степень диссоциации растворенного вещества α и, учитывая, что моляльность определяется соотношением (2.5), его молярную массу M2:

или (2.15)

или (2.16)

или (2.17)

или (2.18)

П р и м е р 2.2. Давление насыщенного пара воды над раствором нелетучего вещества в воде ниже на 2 % давления пара над чистой водой. Определить моляльность этого раствора. Молярная масса воды М1 = 18 г/моль.





Дата добавления: 2017-01-14; Просмотров: 6; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:





studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ‚аш ip: 54.80.18.223
Генерация страницы за: 0.086 сек.