Ответы на вопросы по химии 1 курс. Экзамен ХИМИЯ. 1 билет

• Название: 1 билет
• Анкор: Ответы на вопросы по химии 1 курс
• Дата: 11.01.2023
• Размер: 2.97 Mb.
• Имя файла: Экзамен ХИМИЯ.docx
• Тип: Закон; #881327
• страница: 19 из 30

48 билет

Давление насыщенного пара над раствором. Закон рауля.

1. 
   Растворы нелетучих веществ в летучих растворителях.
   

р_A⁰– давление насыщенного пара над чистым растворителем.

р_A– давление насыщенного пара над раствором.

Давление насыщенного пара р_A⁰над растворителем или жидкостьюопределяется межмолекулярным взаимодействием внутри жидкости. Чем больше сила взаимодействия f_A-A между молекулами, тем меньше пара над жидкостью, и соответственно, тем меньше давление этого парар_A⁰ <<<.

Давление насыщенного пора над раствором р_Aпри нелетучем растворенном веществе В отличается от давления насыщенного пара над чистым растворителемр_A⁰. Для нахождения этого отличия в зависимости от состава идеального раствора рассмотрим условия равновесияi-го компонента в растворе и в парообразном состоянии. Это равновесие определяется равенством химических потенциалов:

, где

– химические потенциалыi-го компонента в растворе и в парообразном состоянии.

Химический потенциал можно выразить через парциальное давление:



Если i-й компонент подчиняется законом идеальных газов, то дифференцируя это уравнение, получим:

(*)

Теперь из уравнений  и (*) выразим изменения мольной доли растворенного вещества следующим образом:



Проведем интегрирование этого уравнения от р_A⁰дор_Aи отN_A=1 доN_A, изменяющегося в пределах 0A<1, гдеN_A– мольная доля растворителя в растворе; для чистого растворителяN_A=1,



После интегрирования получаем:



(1) (*)

Давление насыщенного пара над растворомр_A равно произведению его давления над чистым растворителем р_A⁰ на его мольную долюN_A.

Если раствор состоит из двух компонентов А(р-ль) и В(в-во), то мольная доля растворенного вещества равна N_B=1-N_A. Тогда уравнение (*) трансформируется:

Если N_В – мольная доля растворенного вещества, то

(2) (**)

Формулы (*) и (**) отражают различные способы выражениязакона Рауля.

Разность (р_A⁰- р_A) характеризует понижение давления насыщенного пара над раствором, а отношение (р_A⁰- р_A)/ р_A⁰ – относительное понижение давления насыщенного пара.

Тогда закон Рауля формулируется следующим образом:относительное понижение давления пара над раствором равно мольной доле растворенного вещества в растворе.



Закон Рауля применим к идеальным и сильно разбавленным растворам.

Максимальноедавление пара, создаваемое жидкостью – давление её насыщенного пара при данной температуре.

ДНП растет с температурой.

Когда ДНП становится равным внешнему давлению, жидкость закипает.

Пример.Вычислим давление пара при 373 К (100⁰С) над водным раствором сахарозы, мольная доля которой составляетN_B=1,01∙10^-3, для воды р_A⁰=1,013∙10⁵ Па.

Согласно уравнению (**)



Как следует из полученных данных, над раствором сахарозы происходит весьма незначительное снижение давления насыщенного пара воды по сравнению с чистой водой.

2. 
   Идеальные растворы из двух летучих компонентов.
   

А

В

А+В

р_A⁰р_В⁰ р_A+ р_В

Общее давление пара над раствором рбудет равно сумме парциальных давлений его компонентов; для раствора, содержащего компоненты А и В, общее давление р=р_А+р_В.

На основании уравнения (*), как для компонента А, так и для компонента В, можно считать , аN_А=1-N_В.

Общее давление будет равно:



(3) (***)

Это уравнение характеризует линейную зависимость давления от мольной доли компонента В, что можно отобразить графически.



На рисунке по оси ординат слева отложены парциальные давления компонента А, которые изменяются от 0 до р_A⁰, а справа – изменения парциального давления компонента В. Общее давлениеризменяется отр_A⁰ дор_В⁰.Линейная зависимостьобщего и парциальных давлений от состава растворахарактерна для идеальных и разбавленных растворов(ΔV=0; ΔH=0; ΔS=ΔS_и.г).

Практически, идеальными свойствами обладает раствор бензола в толуоле, что объясняется незначительностью сия межмолекулярного взаимодействия между молекулами всех компонентов раствора. Поэтому общее давление над раствором бензола в толуоле равно сумме парциальных давлений каждого из компонентов.

В случае предельно разбавленных растворов, концентрация растворенного вещества в которых бесконечно мала, давление пара (газа) растворителя выражается в соответствии сзаконом Рауля:



Давление паров растворенного вещества, которого в предельно разбавленном растворе ничтожно мало, не подчиняется закону Рауля. В этом случае давление пара над раствором описывается законом Генри, который формулируется так:при постоянной температуре парциальное давление растворенного вещества р_Г пропорционально его мольной доле:

,

где К_Г – коэффициент пропорциональности, называемыйконстантой Генри(справочная величина), которая зависит от температуры и природы компонентов раствора, но не зависит от давления.

Для неидеальных растворов линейная зависимость общего давления от состава раствора нарушается: наблюдается положительное и отрицательное отклонения. Причем, как правило, эти отклонения одного знака как для общего давления р, так и для парциальных давленийр_Aир_Вкомпонентов раствора.

Положительное отклонениеот закона Раулянаблюдается в том случае, когда в растворе идет диссоциация молекул компонентов в растворе. Такие растворы образуются с поглощением теплоты (ΔH>0), т.е. процесс растворения будет эндотермическим.

ΔH>0, f_A-A > f_A-В



Отрицательное отклонениеот закона Раулянаблюдается в случае ассоциации (укрупнения) частиц, формирующих раствор, и образования более прочных связей. При этом растворение идет с выделением теплоты (ΔH<0), т.е. процесс экзотермический.

ΔH<0, f_A-A < f_A-В



Любая жидкость закипает, когда давление ее пара становится равным атмосферному давлению. Так как, согласно закону Рауля, давление пара над раствором ниже давления пера над чистым растворителем, то для того, чтобы раствор закипел, его надо нагреть до более высокой температуры, чем растворитель.

Замерзает раствор тогда, когда давление насыщенного пара его становится равным давлению насыщенного пара твердого растворителя (льда).

Таким образом, раствор кипит при более высокой температуре, а замерзает при более низкой температуре, чем чистый растворитель.

Повышение температуры кипения (ΔТ_кип) и понижение температуры замерзания (∆Т_зам) раствора прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества (следствие закона Рауля):

∆Т_зам = К_Т ∙ с_m(B); ∆Т_кип = Э_Т ∙ c_m(B),

где ∆Т_зам – понижение температуры замерзания; ∆Т_кип – повышение температуры кипения; К_Т - криоскопическая константа; Э_Т – эбулиоскопическая константа; c_m(B) – моляльная концентрация раствора. Заменив в уравнениях c_m(B) его выражением по формуле для моляльной концентрации получим:

∆Т_зам =  ; ∆Т_кип = 

М (С6 Н12 О 6) = 180 г/моль. По формуле (5.1.2) определим моляльность раствора:

с m = 54•1000/180•250 = 1,2 моль / 1000 ã в оды.

По формуле: ∆t крист = К кр •с m находим: ∆tкрист = 1,86•1,20 = 2,23°.

Следовательно раствор будет кристаллизоваться при - 2,23 °С