Вопрос 2. 2 страница

Рекомендуемая литература: [1], § 7.2.6-7.2.8, 8.1; [2], § 8.1; [3], гл. 6, § 3; гл. 7, § 1; [4], гл. 6, § 5, с. 155; гл. 7, § 5-7; лекции.

1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:

1.1. Какие вещества называют электролитами, а какие – неэлектролитами; как соответственно называются их растворы и почему.

1.2. Какие растворы называют идеальными (каковы признаки идеальных раcтворов).

1.3. Почему растворы электролитов по физико-химическим свой-cтвам существенно отличаются от идеальных растворов.

1.4. Почему физико-химические характеристики идеальных растворов могут быть приближенно использованы только для разбавленных растворов неэлектролитов и требуют корректировки для растворов электролитов.

1.5. Какое физико-химическое явление называют диффузией, и почему она проходит самопроизвольно.

1.6. Что представляет собой прямой осмос, в чем его отличие от обычной диффузии; при каких условиях происходит прямой осмос и почему он проходит самопроизвольно.

1.7. Что представляет собой осмотическое давление и как его можно определить экспериментальным путем.

1.8. Что представляет собой обратный осмос и при каких условиях он происходит.

1.9. От каких факторов осмотическое давление зависит, а от каких – не зависит и почему.

1.10. Каково математическое выражение осмотического давления в общем виде, и какой закон оно отражает.

1.11. Каковы распространенность и значение явлений осмоса.

1.12. Какой пар называют насыщенным, от каких факторов зависит его давление (упругость).

1.13. Что представляет собой 1-й закон Рауля, каковы его формулировка и математическое выражение в общем виде для растворов неэлектролитов.

1.14. Чем объясняется понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором неэлектролита по сравнению с давлением над чистым растворителем (уметь объяснить это с позиций равновесия в системе "жидкость – пар").

1.15. Как выразить абсолютное и относительное понижение давления насыщенного пара растворителя.

1.16. Каким образом понижение давления пара над раствором влияет на температуры замерзания и кипения растворов в сравнении с чистым растворителем и почему.

1.17. Что представляет собой 2-й закон Рауля, каковы его формулировка и математические выражения для DТ кипения и DТ замерзания растворов.

1.18. Что представляют собой эбулиоскопическая и криоскопическая постоянные, каков их физический смысл и от какого фактора они зависят, а от какого – не зависят и почему.

1.19. Как будут отличаться значения Р_осм, DP_осм, DТ_кип, DТ_зам, рассчитанные для идеальных растворов, от их значений для реальных растворов электролитов (будут больше или меньше) и почему.

1.20. Какой поправочный коэффициент используется в случаях применения величин по п. 1.19 для растворов электролитов.

2. Письменное задание для контроля усвоения темы:

2.1. Для данных в таблице 3.26 условий по Вашему варианту выполните задания 1 и 2, приведя все необходимые математические выражения и расчеты.

2.2. Укажите физическую сущность всех определяемых величин и их выражения по законам Вант-Гоффа и Рауля с расшифровкой входящих в них величин.

2.3. Укажите, как изменятся величины в заданиях 1 и 2 для растворов электролитов (уменьшатся или возрастут) и почему.

Условные обозначения: Р_осм – осмотическое давление раствора; Р₀ – давление насыщенного пара чистого растворителя; DP_отн – относительное понижение давления насыщенного пара над раствором неэлектролита (по сравнению с чистым растворителем); DP_абс – абсолютное понижение давления насыщенного пара над раствором неэлектролита (по сравнению с чистым растворителем); DТ_зам – понижение температуры замерзания раствора неэлектролита (по сравнению с чистым растворителем); DТ_кип – повышение температуры кипения раствора неэлектролита (по сравнению с чистым растворителем); С_m – моляльная концентрация раствора неэлектролита; К – криоскопическая постоянная; Е – эбуллиоскопическая постоянная.

Таблица 3.26

Ва-риант	Исходные данные	Найти по исходным данным
Задание 1	Задание 2
	1 г глюкозы С6Н12О6 в 50 г воды (r=1,03 г/см^3); 20 ^0С; Кводы = 1,86 ^0	Росм	DТзам
	2 г бензойной кислоты С6Н5СООН в 100 г бензола (r=0,91 г/см^3)	DРосм при повышении температуры на 30 K	DPотн
	0,5 г мочевины (NH2)2CO в 100 г воды (r = 1,01 г/см^3); 10 ^0С; Р0 = 101 КПа; Еводы = 0,52 ^0	DPабс	DТкип

Продолжение таблицы 3.26

Ва-риант	Исходные данные	Найти по исходным данным
Задание 1	Задание 2
	1 г камфоры С10Н16О в 60 г этанола (r = 0,78 г/см^3); 35 ^0С	Росм	DPотн
	0,5 г глицерина С3Н5(ОН)3 в 70 г хлороформа (r = 1,50 г/см^3); 20 ^0С; Ехлороф. = 3,63 ^0	DРосм при понижении температуры на 50 K	DТкип
	2 г октановой кислоты С7Н15СООН в 80 г гептана С7Н16 (r = 1,50 г/см^3); 35 ^0С; Р0 = 103 КПа	Росм	DPабс
	0,2 г глюкозы С6Н12О6 в 20 г воды (r=1,02 г/см^3); 25 ^0С; Еводы = 0,52^0	DТкип	DPотн
	1 г бензойной кислоты С6Н5СООН в 50 г бензола (r=0,90 г/см^3); 20 ^0С; Кбензола = 5,12 ^0	Росм	Тзам
	3 г мочевины (NH2)2CO в 100 г воды (r=1,07 г/см^3)	DРосм при повышении температуры на 25 K	DPотн
	2,2 г камфоры С10Н16О в 50 г этанола (r = 0,80 г/см^3); Р0 = 105 КПа; Еэтанола = 1,22 ^0	DPабс	DТкип
	1 г глицерина С3Н5(ОН)3 в 100 г хлороформа (r=1,49 г/см^3); 40 ^0С	Росм	DPотн
	0,3 г мочевины (NH2)2CO в 30 г воды (r=1,03 г/см^3); Еводы = 0,52 ^0	DРосм при понижении температуры на 15 K	DТкип
	1 г глюкозы С6Н12О6 в 75 г воды (r=1,03 г/см^3); 35 ^0С; Р0 = 103 КПа	Росм	DPабс
	0,7 г бензойной кислоты С6Н5СООН в 100 г бензола (r=0,79 г/см^3); 25 ^0С; Ебензола = 2,53 ^0	Росм	DТкип
	1 г мочевины (NH2)2CO в 50 г воды (r=0,80 г/см^3); Кводы = 1,86 ^0	DТзам	DPотн
	0,5 г камфоры С10Н16О в 30 г этанола (r = 0,97 г/см^3)	DРосм при повышении температуры на 60 K	DPотн
	3 г глицерина С3Н5(ОН)3 в 100 г хлороформа (r=1,56 г/см^3); Р0 = 112 КПа; Ехлороф. = 3,63 ^0	DPабс	DТкип
	1 г уксусной кислоты СН3СООН в 50 г этанола (r=0,96 г/см^3); 70 ^0С	Росм	DPотн
	5 г глюкозы С6Н12О6 в 100 г воды (r=1,12 г/см^3); 30 ^0С; Еводы = 0,52 ^0	DРосм при понижении температуры на 20 K	DТкип
	1 г бензойной кислоты С6Н5СООН в 60 г бензола (r=0,92 г/см^3); 35 ^0С; Р0 = 115 КПа	Росм	DPабс
	0,1 г мочевины (NH2)2CO в 10 г воды (r=1,01 г/см^3); 25 ^0С; Еводы = 0,52 ^0	DТкип	Росм
	1 г камфоры С10Н16О в 50 г этанола (r=0,80 г/см^3); Кэтанола = 1,99 ^0	DТзам	DPотн
	1 г глицерина С3Н5(ОН)3 в 100 г хлороформа (r=1,50 г/см^3)	DРосм при повышении температуры на 30 K	DPотн

Продолжение таблицы 3.26

	0,5 г уксусной кислоты СН3СООН в 100 г бензола (r = 0,87 г/см^3); 40 ^0С; Ебензола=2,53 ^0	Росм	DТкип
	1 г глюкозы С6Н12О6 в 40 г воды (r=1,02 г/см^3); 80 ^0С	DPотн	Росм
	2,5 г бензойной кислоты С6Н5СООН в 100 г бензола (r=0,89 г/см^3); 0 ^0С; Ебензола = 2,53 ^0	DРосм при понижении температуры на 20 K	DТкип
	1 г мочевины (NH2)2CO в 100 г воды (r=1,01 г/см^3); 35 ^0С; Р0 = 103 КПа	DPабс	Росм
	0,5 г камфоры С10Н16О в 40 г этанола (r = 0,81 г/см^3); 25 ^0С; Еэтанола = 1,22 ^0	Росм	DТкип
	1 г глицерина С3Н5(ОН)3 в 50 г хлороформа (r=1,51 г/см^3); Кхлороформа = 9,68 ^0	DPотн	DТзам
	1,5 г уксусной кислоты СН3СООН в 100 г хлороформа (r=1,52 г/см^3)	DРосм при повышении температуры на 40 K	DPотн
	5 г глюкозы С6Н12О6 в 200 г воды (r = 1,03 г/см^3); 10 ^0С; Еводы = 0,52 ^0	Росм	DТкип
	0,1 г мочевины (NH2)2CO в 10 г воды (r=1,01 г/см^3); 60 ^0С	Росм	DPотн
	1 г бензойной кислоты С6Н5СООН в 40 г бензола (r=0,89 г/см^3); 25 ^0С; Ебензола = 2,53 ^0	DРосм при понижении температуры на 10 K	DТкип
	1 г камфоры С10Н16О в 100 г этанола (r = 0,78 г/см^3); 35 ^0С; Р0 = 114 КПа	DPабс	Росм
	2 г глицерина С3Н5(ОН)3 в 100 г хлороформа (r=1,33 г/см^3); 25 ^0С; Ехлороф. = 3,63 ^0	DТкип	Росм

Комплексное тестовое задание 5 по теме "Физико-химические свойства растворов"

Правильные ответы по п. А приведены в конце пособия в таблице 4.2.

А. Выберите правильный ответ (1, 2 или 3) из таблицы 3.27 по Вашему варианту, отражающий причину указанного изменения данной характеристики.

Б. Объясните, почему выбранный Вами ответ является правильным. Напишите математическое выражение для расчета соответствующей физико-химической характеристики раствора и расшифруйте все входящие в нее величины. Используйте это выражение для объяснения произошедшего изменения.

Условные обозначения: Р_осм – осмотическое давление раствора; DP_отн – относительное понижение давления насыщенного пара над раствором неэлектролита (по сравнению с чистым растворителем); DP_абс – абсолютное понижение давления насыщенного пара над раствором неэлектролита (по сравнению с чистым растворителем); DТ_зам – понижение температуры замерзания раствора неэлектролита (по сравнению с чистым растворителем); DТ_кип – повышение температуры кипения раствора неэлектролита (по сравнению с чистым растворителем); С_m – моляльная концентрация раствора неэлектролита; К – криоскопическая постоянная; Е – эбуллиоскопическая постоянная.

Таблица 3.27 – Тестовое задание 15 (Т-15)

Ва-ри-ант	Изменение характеристики раствора	Причина данного изменения характеристики раствора
	↑ Росм	увеличили концентрацию растворенного вещества	охладили раствор	увеличили концентрацию растворителя
	↓ DPотн	увеличили концентрацию растворенного вещества	увеличили концентрацию растворителя	повысили температуру
	↑ DТзам	заменили исходный растворенный неэлектролит на другой (Сm=const)	увеличили концентрацию растворителя	увеличили концентрацию растворенного вещества
	К изменилась	увеличили концентра-цию растворенного вещества	заменили исходный растворитель на другой	заменили исходный растворенный неэлектролит на другой
	DPабс не изменилось	уменьшили температуру раствора	заменили растворенный неэлектролит на электролит	увеличили концентрацию растворенного вещества
	Ткип изменилась	заменили исходный растворитель на другой (Сm=const)	заменили исходный растворенный неэлектролит на другой (Сm=const)	добавили раство-ритель и растворенное вещество в таких количествах, чтобы Сm=const
	↓ Росм	часть растворителя заменили на другой растворитель (СМ=const)	повысили температуру раствора	понизили температуру раствора
	↑ DPотн	увеличили концентра-цию растворенного вещества	уменьшили концентрацию растворенного вещества	заменили исходный растворитель таким же количеством молей другого
	Росм не изменилось	увеличили концентрацию раство-ренного вещества	добавили раство-ритель и растворенное вещество в таких количествах, чтобы СМ=const	увеличили концентрацию раство-рителя
	↓ DТзам	увеличили концентра-цию растворенного вещества	увеличили концентрацию раство-рителя	заменили исходный растворенный неэлектролит на другой (Сm=const)

Продолжение таблицы 3.27 – Тестовое задание 15 (Т-15)

Ва-ри-ант	Что изменилось в растворе	Что явилось причиной данного изменения
	Е изменилась	заменили исходный растворитель на другой (Сm=const)	заменили раство-ренный неэлектролит на электролит	заменили исходный растворенный неэлектролит на другой (Сm=const)
	↑ DТкип	увеличили концентрацию растворенного вещества	уменьшили концентрацию растворенного вещества	увеличили концентрацию раство-рителя
	DPабс изменилось	заменили исходный неэлектролит таким же количеством молей другого	добавили столько растворителя и неэлектролита, чтобы мольная доля последнего увеличилась	заменили исходный растворитель таким же количеством молей другого
	К не изменилась	удалили часть раст-ворителя	заменили исходный неэлектролит на другой (Сm=const)	заменили исходный растворитель на другой (Сm=const)
	DPотн не изменилось	нагрели раствор	заменили исходный растворитель таким же количеством молей другого	растворили дополнительное количество неэлектролита
	↑ Росм	нагрели раствор	заменили исходное растворенное вещество другим (СМ = const)	заменили исходный растворитель другим (СМ=const)
	↓ DТзам	удалили часть растворителя	растворили дополнительное количество неэлектролита	добавили раство-ритель
	Е не изменилась	заменили исходный неэлектролит на другой (Сm=const)	удалили часть растворенного неэлектролита	заменили растворенный неэлектролит на электролит
	Ткип не изменилась	увеличили концентра-цию неэлектролита	заменили исходный растворитель на другой (Сm=const)	заменили исходный неэлектролит на другой (Сm=const)
	↓ Росм	часть исходного неэлектролита заменили на другой неэлектролит (СМ=const)	часть растворителя испарилась	понизили концентрацию растворенного вещества
	↓ К	заменили исходный неэлектролит на другой (Сm=const)	заменили исходный растворитель на другой (Сm=const)	добавили растворитель
	↑ DPотн	растворили дополнительное количество неэлектролита	добавили раство-ритель	охладили раствор

Продолжение таблицы 3.27 – Тестовое задание 15 (Т-15)

Ва-ри-ант	Что изменилось в растворе	Что явилось причиной данного изменения
	↑ DТзам	заменили исходный неэлектролит на другой (Сm=const)	разбавили раствор исходным растворителем	добавили исходный неэлектролит
	Росм не изменилось	увеличили концентра-цию растворенного вещества	растворитель заменили другим растворителем (СМ=const)	уменьшили температуру раствора
	↓ DТкип	увеличили концентрацию растворителя	увеличили концентрацию растворенного вещества	заменили исходный растворенный неэлектролит на другой (Сm=const)
	↑ DPабс	увеличили концентрацию растворителя	охладили раствор	растворили дополнительное количество другого неэлектролита
	↑ Росм	увеличили концентрацию растворителя	уменьшили концентрацию растворителя	добавили растворитель и растворенное вещество в таких количествах, чтобы СМ = const
	↓ DТзам	увеличили концентра-цию растворенного вещества	заменили исходный растворенный неэлектролит на электролит (Сm=const)	уменьшили концентрацию растворителя
	↑ DPотн	заменили исходный растворитель таким же количеством молей другого	увеличили концентрацию растворителя	повысили температуру раствора
	↓ Росм	охладили раствор	увеличили концентрацию растворенного вещества	растворили дополнительное количество другого неэлектролита
	↑ DТкип	заменили исходный растворенный неэлектролит на электролит (Сm=const)	увеличили концентрацию растворителя	растворили дополнительное количество другого неэлектролита
	↓ DPабс	уменьшили концен-трацию растворенного вещества	заменили растворитель таким же количеством молей другого	повысили температуру
	Тзам не изменилась	заменили исходный растворитель на другой (Сm=const)	заменили исходный растворенный неэлектролит на другой (Сm=const)	заменили растворенный неэлектролит на электролит (Сm=const)

Продолжение таблицы 3.27 – Тестовое задание 15 (Т-15)

	↓ Е	заменили исходный растворенный неэлектролит на другой (Сm=const)	заменили исходный растворитель на другой (Сm=const)	уменьшили концентрацию растворенного вещества
	↑ Росм	добавили растворитель и растворенное вещество в таких количествах, чтобы СМ = const	повысили температуру раствора	заменили растворенный неэлектролит на электролит (СМ=const)

Задание 9. Гетерогенные химические системы и поверхностные явления в них (по разделам стандартов: химические системы; дисперсные системы, химическое и фазовое равновесие)

Рекомендуемая литература: [1], гл. 10, § 10.1-10.5; 10.8; 10.9; [2], гл. 6, § 6.3,; гл. 8, § 8.7; [4], гл. 9, § 1-6; лекции.

1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:

1.1. Что представляют собой: а) гетерогенная химическая система; б) фаза.

1.2. Почему на границе раздела фаз возникает избыточная поверхностная энергия, каково ее математическое выражение, и что представляют собой величины, входящие в это выражение.

1.3. Что представляет собой поверхностное натяжение, почему и в каких случаях оно возникает.

1.4. Что такое гетерогенные дисперсные системы, из каких частей они состоят.

1.5. Как подразделяются и как называются гетерогенные дисперсные системы в зависимости от агрегатного состояния фаз и размера частиц дисперсной фазы.

1.6. Каковы особенности коллоидных дисперсных систем и строение образующих их частиц (мицелл).

1.7. Что представляют собой сорбция и ее разновидности (адсорбция, абсорбция, хемосорбция), почему процессы сорбции проходят самопроизвольно, и какие факторы влияют на процесс адсорбции.

1.8. Что представляют собой поверхностно-активные вещества по своему строению и механизму действия в гетерогенных системах, каковы их значение и направления использования.

1.9. Что представляют собой и какое имеют значение хроматографические методы разделения и анализа веществ.

1.10. Что представляют собой смачивание и адгезия, в каких случаях и почему они происходят; от каких факторов зависит степень смачивания и чем она характеризуется.

1.11. Почему гетерогенные дисперсные системы неустойчивы, и каковы пути их стабилизации.

1.12. Что представляют собой процессы агрегации, седиментации, коагуляции частиц в гетерогенных дисперсных системах, и какие существуют пути их предотвращения.

Уметь привести примеры гетерогенных систем, встречающихся в окружающей среде и производственных процессах, в том числе в будущей специальности.

2. Письменное задание для контроля усвоения темы:

2.1. Укажите, какая дополнительная энергия и почему возникает на границах раздела фаз, ее математическое выражение и сущность составляющих ее величин.

2.2. Охарактеризуйте сущность процессов смачивания и адсорбции, когда они возможны и почему проходят самопроизвольно.

2.3. Что представляют собой по химическому строению и по механизму действия поверхностно-активные вещества (ПАВ). В чем состоит различие действия ПАВ и поверхностно-неактивных веществ при их адсорбции.

2.4. Для гетерогенной системы, приведенной в таблице 3.28 по Вашему варианту, дайте ответы на следующие вопросы:

2.4.1. К какому типу относится эта гетерогенная система – со сплошной границей раздела фаз или к дисперсной и почему.

2.4.2. Укажите агрегатное состояние фаз в этой системе.

2.4.3. Для дисперсной системы: приведите состав и название ее частей, тип этой системы. Укажите, устойчива она или нет и почему.

2.4.4. Укажите, какие поверхностные явления имеют место в данной системе и отразите их схемой с указанием всех фаз и поверхностных явлений: полное смачивание, несмачивание, частичное смачивание, адсорбция, одновременно адсорбция и смачивание. Свой ответ обоснуйте.

2.4.5. Какую роль в данной системе выполняют ПАВ (если имеются) и почему. Отразите их действие схематично.

2.4.6. В случае, если дана система, в которой имеет место несмачивание, предложите, что надо сделать, чтобы обеспечить смачивание, и отразите это схемой.

2.4.7. В случае, если дана неустойчивая дисперсная система, укажите, как повысить ее устойчивость и отразите это схемой.

При ответе на вопросы учтите:

1. Данные в табл.3.28 вещества по полярности подразделяются:

– на неполярные и малополярные: воздух, угольная пыль, полиэтилен, керосин, бензин, мазут, смазочные масла, дизельное топливо, углекислый газ, сера, растительное масло, жиры, парафин, бензол, частицы грязи;

– на вещества средней полярности: глина, сероводород, асфальт, алюмосиликаты, кварцевый песок (SiO₂), тальк, цементированные и бетонированные поверхности, мел;

– на высокополярные: вода, оконное стекло, мыло (ПАВ), жирные и другие органические кислоты (ПАВ), масляная краска, древесина, фенолы (ПАВ), мучная пыль.

2. Нефть в основном состоит из смеси углеводородов (неполярных соединений) с примесями производных углеводородов (выполняют роль нефтяных ПАВ), пластовой воды и растворенных газов.

3. Поверхностно-автивные вещества (ПАВ) схематически изображаются:

неполярная часть→ ~~ О ←полярная часть

Таблица 3.28

Вари-ант	Состав гетерогенной системы	Вари- ант	Состав гетерогенной системы
	Вода на оконном стекле в контакте с воздухом		Вода на парафинированной бумаге в контакте с воздухом
	Вода в сырой нефти, содержащей нефтяные ПАВ		Растительное масло в смеси с водным раствором уксусной кислоты
	Угольная пыль в воде, содержащей мыло		Нефть, содержащая природные ПАВ, попавшая в сточные воды
	Вода на полиэтиленовой пленке в контакте с воздухом		Кварцевый песок в воде
	Частицы глины в воде		Вода на металлической поверхности в контакте с воздухом
	Керосин в сточных водах, содержащих органические кислоты		Нефтяная смола, содержащая природные ПАВ, на цементированной поверхности в контакте с воздухом
	Газообразный H2S в нефти, содержащей нефтяные ПАВ		Жир в молоке, имеющем в своем составе природные ПАВ
	Вода на асфальте в контакте с воздухом		Водный раствор ПАВ на парафинированной поверхности в контакте с воздухом
	Водород в металле		Бензол, попавший в сточные воды пищевого предприятия, содержащие ПАВ
	Масляная краска на деревянной поверхности в контакте с воздухом		Частицы грязи в мыльной воде
	Углекислый газ в жидком тесте, содержащем природные ПАВ		Пары воды в воздухе, содержащем пыльцу растений с природными ПАВ
	Металлическая пыль в воде		Порошок мела (CaCO3) в воде
	Частицы природной серы в нефти, содержащей нефтяные ПАВ		Дизельное топливо, попавшее в бытовые сточные воды, содержащие моющие средства (ПАВ)

Дата добавления: 2014-12-26