10.3 Растворы неэлектролитов

Разбавленные растворы веществ-неэлектролитов обладают рядом физико-химических свойств, для которых количественное выражение этих свойств зависит только от числа находящихся в растворе частиц растворённого вещества и растворителя (коллигативные свойства). Некоторые из этих свойств используются для определения молекулярной массы растворённого вещества.

Так, в соответствии со вторым законом Рауля: повышение температуры кипения ( ) или понижение температуры кристаллизации ( ) разбавленных растворов неэлектролитов пропорционально числу частиц растворённого вещества и не зависит от его природы:

(10.3.1)

(10.3.2)

где – понижение температуры замерзания или повышение температуры кипения раствора, град; и – криоскопическая и эбуллиоскопическая константы соответственно; – моляльная концентрация растворённого вещества, моль/1000 г растворителя.

Примечание. Криоскопическая и эбуллиоскопическая константы представляют собой понижение температуры замерзания или повышение температуры кипения для растворов неэлектролитов при их концентрациях равных 1 моль/дм³.

Если (г) неэлектролита, имеющего мольную массу , растворены в _р-ля (г) растворителя, то:

(10.3.3)

(10.3.4)

Формулы (10.3.3) и (10.3.4) позволяют определить температуры замерзания и кипения растворов неэлектролитов по их концентрации, а также находить мольную массу растворённого вещества по понижению температуры кипения или замерзания растворов.

Пример 1. Вычислите температуру замерзания раствора, содержащего 54 г глюкозы в 250 г воды. Криоскопическая константа воды равна 1,86^º .

Решение. Используем (10.3.3):

Таким образом, раствор будет замерзать при температуре –2,23 ⁰С.

Пример 2. При растворении 0,94 г фенола в 50 г спирта точка кипения повысилась на 0,232 градуса. Определите мольную массу фенола, если эбуллиоскопическая константа спирта равна 1,16⁰.

Решение. Применим (10.3.4):

Пример 3. Вычислить массовую долю (%) водного раствора мочевины , зная, что температура кристаллизации этого раствора равна 0,465 ⁰С. Криоскопическая константа воды 1,86⁰.

Решение. Температура кристаллизации чистой воды 0 °С, следовательно, Находим массу (г) растворенного вещества в 1000 г воды из (10.3.3):

Общая масса раствора , содержащего 15 г мочевины, составляет 1000 + 15 = 1015 г. Массовое содержание мочевины (%) в данном растворе находим из соотношения:

Контрольные задания

221. Вычислите массовую долю (%) водного раствора метанола , температура кристаллизации которого –2,79 °С. Криоскопическая константа воды 1,86°. Ответ: 4,58 %.

222. При какой приблизительно температуре будет кипеть водный раствор сахарозы , если эбуллиоскопическая константа воды равна 0,52°? Ответ: 101,5 °С.

223. Раствор, содержащий 3,04 г камфары в 100 г бензола, кипит при +80,714 °С. Температура кипения бензола +80,2 °С. Вычислите эбуллиоскопическую константу бензола. Ответ: 2,57°.

224. Температура кристаллизации раствора, содержащего 66,3 г некоторого электролита в 500 см³ воды, равна –0,558 °С. Вычислите мольную массу растворенного вещества, если криоскопическая константа воды равна 1,86°. Ответ: 442 г/моль.

225. Вычислите криоскопическую константу уксусной кислоты, зная, что раствор, содержащий 4,25 г антрацена в 100 г этой кислоты, кристаллизуется при температуре + 15,718 °С. Температура кристаллизации уксусной кислоты +16,65 °С. Ответ: 3,9°.

226. Раствор, содержащий 2,7 г фенола в 75 г бензола, замерзает при +3,5°, тогда как чистый бензол замерзает при 5,5°. Вычислите криоскопическую константу бензола. Ответ: 5,2°.

227. В каком количестве воды (эбуллиоскопическая константа воды равна 0,52°) следует растворить 23 г глицерина , чтобы получить раствор с температурой кипения 100,104°? Ответ: 1250 г.

228. При какой приблизительно температуре будет кристаллизоваться (ω = 40%) раствор этилового спирта , если криоскопическая константа воды равна 1,86°? Ответ: –27 °С.

229. Сколько граммов сахарозы надо растворить в 100 г воды, чтобы: а) понизить ее температуру замерзания на 1º; б) повысить температуру кипения на 1°? Ответ: 18,4 г; 65,8 г.

230. Вычислите мольную массу неэлектролита, зная, что раствор, содержащий 2,25 г этого вещества в 250 г воды, кристаллизуется при температуре –0,279 °С ( воды равна 1,86°). Ответ: 60 г/моль.

231. Раствор, содержащий 0,6 г растворенного вещества в 40 г эфира, кипит при 36,13 ⁰С. Температура кипения эфира 35,6 ⁰С, а эбуллиоскопическая константа его 2,12. Вычислите молекулярную массу растворенного вещества . Ответ: 60 г/моль.

232. Давление пара воды при 100 ⁰С равно 1,01325∙10⁵ Па. Вычислите давление пара над (ω = 4%) раствором мочевины при этой температуре. Ответ: 1,00085∙10⁵ Па.

233. Равные объемы растворов формалина и глюкозы при данной температуре обладают одинаковым осмотическим давлением. В каком весовом отношении взяты эти вещества?

234. Как вычисляется осмотическое давление? Какой из растворов, взятых в одинаковом объеме и содержащих равное число граммов растворенного вещества, имеет при одинаковой температуре большее осмотическое давление: нафталин или антрацена ?

235. Давление пара эфира при 30 ⁰С равно 0,86392∙10⁵ Па. Сколько моль вещества надо растворить в 40 моль эфира, чтобы понизить давление пара при данной температуре на 0,013303∙10⁵ Па? Ответ: 0,627.

236. Вычислите температуру кристаллизации и температуру кипения раствора, содержащего 100 г этиленгликоля в 900 г воды. Криоскопическая и эбуллиоскопическая константы воды соответственно равны 1,86⁰ и 0,52⁰. Ответ: 3,33 ⁰С; 100,93 ⁰С.

237. Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего в 3,0 дм³ 270 г глюкозы , при 0 ⁰С. Ответ: 1,134∙10³ кПа.

238. При какой температуре осмотическое давление раствора, содержащего в 1 дм³ 45 г глюкозы , достигнет 607,8 кПа? Ответ: 19,5⁰С.

239. В 400 см³ раствора содержится 2 г растворенного вещества при 27 ⁰С. Осмотическое давление раствора 1,216∙10⁵ Па. Определите молярную массу растворенного вещества. Ответ: 102,5 г/моль.

240. Температура кипения раствора, содержащего 9,09 г в 100 г воды, равна 100,8 ⁰С. Вычислите кажущуюся степень ионизации нитрата калия в этом растворе. Ответ: 0,71.