Законы рауля и его следствия

Законы рауля и его следствия

Общим свойством всех жидких систем является давление насыщенного пара жидкости, которое определяется равновесием между жидким и газообразным состоянием вещества. Это равновесие устанавливается на границе раздела фаз жидкость- пар (газ). При растворении в жидкости ( z ) какого-либо нелетучего вещества (х) давление насыщенного пара этой жидкости понижается. Это происходит вследствие того, что концентрация молекул растворителя в поверхностном слое раствора становится меньше чем в чистом растворителе, а значит, равновесие может быть достигнуто при меньшем давлении насыщенного пара. При постоянной температуре величина давления насыщенного пара жидкости зависит от ее летучести и концентрации растворенного вещества. Если обозначить через P ( z ) и Р(у) — давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем и раствором, соответственно, то вышесказанное можно выразить следующими соотношениями:

-разность P ( z ) — P ( y )>0 называется абсолютным понижением давления насыщенного пара растворителя над раствором;

-величина P ( z ) — Р(у) / P ( z ) или D P ( y ) / P ( z ) называется относительным понижением давления насыщенного пара растворителя над раствором.

Первый закон Рауля (1887 г ). Выражает з ависимость относительного понижения давления насыщенного пара растворителя от концентрации раствора неэлектролита. Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором нелетучих веществ равно мольной доле растворенного вещества.

Жидкость закипает, кода давление насыщенного пара этой жидкости становится равным внешнему атмосферному давлению, и кристаллизуется, когда давление насыщенного пара жидкости становится равным давлению насыщенного пара твердой фазы этой жидкости (для воды – лед). Исходя из первого закона Рауля, становится очевидным, что присутствие растворенного вещества понижает температуру кристаллизации раствора и повышает температуру кипения раствора по сравнению с t к p и t кип чистого растворителя.

Второй закон Рауля определяет зависимость температуры кристаллизации и кипения раствора от концентрации растворенного вещества: Повышение температуры кипения и понижение температуры кристаллизации разбавленных идеальных растворов пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества. Δt кип = Ккип·С m , Δt к p = Ккр·С m .

Здесь С m -моляльная концентрация раствора (моль/кг); Ккип — эбуллиоскопическая константа или константа кипения растворителя; Ккр — криоскопическая константа или константа кристаллизации растворителя.

По своему смыслу эбуллиоскопическая и криоскопическая константы показывают повышение температуры кипения и понижение температуры кристаллизации раствора, моляльная концентрация которого равна единице. Используя вышесказанное, можно составить следующие соотношения:

t кип. (у) 0 С = t кип. ( z ) 0 С + Δ t кип , где Δ t кип = t кип( y ) — t кип( z ) .

Например, 1 m водный раствор любого неэлектролита закипает при температуре 100,52°С , а кристаллизуется при температуре –1,86 °С.

Пример 1 . Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего в 1,4 л 63 г глюкозы C 6 H 12 O 6 при О°С.

Решение . Согласно закону Вант-Гоффа, Росм = СМ * RT . Сначала рассчитаем молярную концентрацию раствора глюкозы:

V (у) М ( C 6 H 12 O 6 ) · V (у) 180,16 · 1,4

Росм = 0,25 ·8,314 · 273 · 10 3 = 5,67 · 10 5 Па

Пример 2 . Определите температуры кипения и замерзания раствора, содержащего 1 г нитробензола C 6 H 5 NO 2 в 10 г бензола. Температура кипения чистого бензола 80.2 °С, температура кристаллизации -5.4 °С. Ккр = 5,1 °С. Ккип = 2,57 °С .

Решение. Из закона Рауля следует:

где m ( C 6 H 5 NO 2 ) и m (С6Н6) — массы нитробензола и бензола, M ( C 6 H 5 NO 2 ) — молекулярная масса C 6 H 5 NO 2 , которая равна 123,11 г/моль. Подставляя численные значения всех величин в формулы, находим:

Δt к p = [5, l · l ·10 3 ]/ [123,11 · 10] = 4,14 °С,

Δt кип =[2,57 · l ·10 3 ]/ [123,11 · 10] = 2,05 °С.
Находим температуру кипения и кристаллизации раствора:

Криоскопические и эбуллиоскопические константы

24. Найти температуру замерзания и кипения раствора, который содержит 2,4 г неэлектролита (М = 80 г/моль) в 200 г воды.

25. Раствор глюкозы С6Н12 O 6 кристаллизуется при температуре — 0,5 °С. Рассчитайте массу глюкозы, которая приходится на 250 мл воды этого раствора и процентную концентрацию раствора.

26. 25 г неэлектролита (М r = 210 г/моль) растворили в 75 г воды. При какой температуре закипит этот раствор?

27. Давление пара воды над раствором неэлектролита С6Н12 O 6 равно 1707,8 Па при t = 20°С. Рассчитайте массу С6Н12 O 6, содержащегося в 500 г этого раствора, если давление насыщенного пара воды при этой температуре равно 2337,8 Па.

28. Рассчитайте осмотическое давление раствора неэлектролита (М = 180 г/моль) с процентной концентрацией 18% при Т = 290 К. Плотность раствора равна 1,16 г/мл.

29. Сколько граммов воды необходимо взять для растворения 34,2 г сахара С12Н22 O 11, чтобы давление насыщенного пара понизилось на 600 Па при 283 К. При этой температуре давление насыщенного пара воды равно 1227,8 Па.

30. При какой температуре закристаллизуется раствор сахара С12Н22 O 11, если температура кипения его — 100,12 °С . Рассчитайте моляльную концентрацию этого раствора?

31. Водный раствор неэлектролита, содержащий 18,4 г вещества в 200 г воды, кристаллизуется при температуре 0,372 °С. Рассчитайте молекулярную массу растворенного вещества.

32. Сколько граммов неэлектролита (М=186 г/моль) должно содержаться в 1800 г воды, чтобы давление насыщенного пара понизилось на 1000 Па при 283 К. При этой температуре давление насыщенного пара воды равно 1227,8 Па.

33. При одинаковой ли температуре закристаллизуются растворы сахара и глюкозы, содержащие по 24 г в 240 г воды.

4 РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Электролиты — вещества, растворы которых проводят электрический ток. К электролитам относятся кислоты, основания и соли. Электролиты в водных растворах диссоциируют (распадаются) на ионы — катионы (+) и анионы (-). Именно ионы переносят электрический ток в растворах.

Объяснение существования подвижных ионов в растворах электролитов было впервые предложено шведским ученым Аррениусом в 1883 г. Согласно его теории электролитической диссоциации, в растворах электролитов существует равновесие между активной частью электролита, способной проводить электрический ток, и неактивной, не проводящей тока. Теория электролитической диссоциации далее была развита в работах Вант — Гоффа, Менделеева. Диссоциация электролитов происходит при их растворении и является продуктом взаимодействия растворенного вещества и растворителя. К электролитам относятся твердые вещества с ионной кристаллической ионной решеткой (ионная связь), молекулы с полярной ковалентной связью. В общем случае процесс взаимодействия растворенного вещества с растворителем называется сольватацией, а если растворителем является вода, то – гидратацией. Гидратацию можно условно разделить на два составляющих процесса, которые протекают одновременно: разрыв связей в растворяемом веществе (эндотермический процесс) и образование гидратов (экзотермический процесс). Гидраты — это соединения разной прочности между ионами растворенного вещества и полярными молекулами воды. Гидратированные ионы электролита содержат в своем окружении разное число молекул растворителя.

NaCI кр + H 2 O Û NaCI р-р Û Na + * m H 2 O + CI — pH 2 O ,

Твердая фаза раствор гидрат катиона гидрат аниона

где n , p – число молекул растворителя в гидратной оболочке иона. Ч исло молекул растворителя, взаимодействующих с одним ионом, называется числом гидратации. Число гидратации зависит от за

himya.ru

Законы Рауля и следствия из них

Давление пара, при котором в условиях определенной температуры наступает динамическое равновесие, характеризующееся равенством скоростей испарения и конденсации жидкости, называется давлением насыщенного пара.

В 1886 году Рауль установил, что

относительное понижение давления пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества, т.е. отношению количества молей растворенного вещества к суммарному количеству молей растворенного вещества и растворителя (I закон Рауля):

,

– число молей растворенного вещества

– число молей растворителя

– давление насыщенного пара над чистым растворителем

– давление насыщенного пара над раствором.

Закон Рауля, как и закон Вант-Гоффа, справедлив только для идеальных растворов, причем имеется в виду, что растворяемое вещество значительно менее летуче, чем растворитель (температура кипения его по меньшей мере на 150–200° должна быть ниже, чем температура кипения растворителя).

studopedia.ru

Растворы неэлектролитов. Закон Рауля и его следствия

Растворимость газов в жидкостях

Она зависит от давления и температуры. Растворимость газов неодинакова из-за различной химической природы.

N2, H2 – мало растворимы в воде, растворимость NH3, HCl очень велика, в одном объеме H2O растворяется 700 объемов аммиака NH3.

Газ + H2O → 3,5 объема О2 в одном объеме Н2О экзотермический процесс. С повышением температуры растворимость некоторых газов уменьшается. При постоянной температуре и невысоком давлении растворимость газов, не вступающих в химическое взаимодействие с растворителем, подчиняется закону Генри – Дальтона, который состоит из нескольких частей.

1 часть:масса газа, растворяющаяся в данном объеме жидкости, пропорциональна давлению, которое газ производит на жидкость.

Например, CO2 под давлением загоняем в бутылку.

2 часть:объем газа не зависит от давления.

3 часть:если смесь газов растворять, то растворимость каждой составной части пропорциональна своему парциальному давлению.

Газы, реагирующие с водой, не подчиняются закону Генри – Дальтона.

Рассмотрим модель идеального раствора. Раствор называется идеальным, если в нем отсутствует взаимодействие между частицами (молекулами, атомами, ионами). Растворы неэлектролитов– частицы, плохо растворимые в воде, так как нет носителя электрического заряда. Закон Рауля справедлив только для разбавленных растворов неэлектролитов.

Пусть PBO – давление пара над чистым растворителем, при постоянной температуре T1; PB – давление пара растворителя при этой же температуре, но над раствором, состоящим из нелетучего компонента А (сахар), и чистым жидким растворителем В:

Разность PBO PB равна понижению давления пара.

Величина (PBO – PB) /PBO – относительное понижение упругости пара = XA = ΔP/PBO, где XA – мольная доля, PBO > PB, ΔP = PBO – PB – абсолютное понижение упругости пара.

Закон Рауля.Относительное понижение упругости пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного нелетучего компонента.

барометрическая формула Больцмана.

Следствия из закона Рауля:

1. Растворение нелетучего компонента в растворителе приводит к расширению температурной области существования жидкой фазы.

2. Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения прямо пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества.

3. Растворы, содержащие одинаковое число молей растворенных веществ в одинаковых молях растворителя, обнаруживают одно и то же понижение температуры замерзания и одно и то же повышение температуры кипения.

где Э – эбуллиоскопическая константа, +0,52.

где К – криоскопическая константа, равная –1,86.

Эбуллиоскопическая константа– разница между температурой кипения раствора и температурой чистого растворителя.

Криоскопическая константа– разница между температурой замерзания раствора и температурой чистого растворителя.

Для решения задач об этих константах необходимо знать массу растворенного вещества и массу раствора. Например, масса хлороформа (трихлорметан CHCl3) рассчитывается по формуле:

где m1 – масса растворенного вещества;

Δt – величина, показывающая на сколько градусов понизилась температура;

Следствия из закона Рауля;

Закон Рауля.

А(ж р-тель) А(пары р-теля)

Понижение давления насыщенного пара растворителя А над раствором DрА пропорционально молярной доле растворенного нелетучего вещества хВ: DрА = р°АрА = р°А хВ,

где хВ = n/(n+no) – молярная доля растворенного вещества

n — число молей растворенного вещества, моль

no – число молей растворителя, моль

р°А, рА — давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем и над раствором, соответственно.

Зависимость давления насыщенного пара растворителя от Т над чистым растворителем (водой) р°А (1) и над раствором нелетучего компонента рА (2)

· температура кипения раствора выше Ткип растворителя (т.к. находится в зависимости от р): Повышение температуры кипения DТкип пропорционально моляльности раствора Сm : DТкип = Кэсm

Кээбуллиоскопическая постоянная растворителя (справ.величина).

· температура замерзания (кристаллизации) раствора ниже Тзам. чистого растворителя (т.к. находится в зависимости от р):

Понижение температуры замерзания (кристаллизации) DТзам пропорционально моляльности раствора Сm: DТзам = Кксm,

Кккриоскопическая постоянная (справ.величина).

Значения Кэ и Кк зависят от природы растворителя.

Эбуллиоскопические и криоскопические постоянные некоторых растворителей

studopedia.su

Следствия закона Рауля

1. Понижение температуры замерзания DТзам и повышение температуры кипения DТкип раствора неэлектролита прямо пропорциональны количеству вещества, растворенному в данном количестве растворителя.

2. Эквимолярные (т.е. содержащие одно и то же число молей эквивалентов вещества) количества растворенных веществ, будучи растворены в одном и том же количестве данного растворителя, одинаково понижают температуру его замерзания и одинаково повышают температуру его кипения.

Понижение температуры замерзания, вызываемое растворением одного моля вещества в 1000 г растворителя, есть величина постоянная для данного растворителя. Она называется криоскопической константой Kк растворителя. Точно так же и повышение температуры кипения, вызываемое растворением одного моля вещества в 1000 г растворителя, называется эбулиоскопической константой Kэ растворителя. Криоскопическая и эбулиоскопическая константы зависят только от природы растворителя.

Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения разбавленных растворов неэлектролитов пропорционально их моляльной концентрации:

Приведенные формулы позволяют рассчитывать составы антифризов – растворов, не замерзающих до определенной температуры.

Исходя из приведенных соотношений очевидно, что при растворении в 1000 г данного растворителя 1 грамм-моля какого-либо неэлектролита DТзам и DТкип раствора будут одинаковыми независимо от природы растворенного вещества и равны:

Приведенные формулы (5.5, 5.6) дают возможность не только определять температуры кипения и замерзания растворов неэлектролитов по их концентрациям, а также рассчитывать молекулярную массу растворенного вещества по температуре кипения или замерзания его растворов:

Смотрите так же:

  • Оформить землю спб Оформление земли в Санкт-Петербурге и Ленинградской области Информация по оформлению земли в Санкт-Петербурге и Ленинградской области Перечень документов для оформления земли в Санкт-Петербурге и Ленинградской области Оформление земли в […]
  • Ответ на претензию телефон Ответ на претензию телефон Консультируем за 500 рублей до 30 июля В чем преимущество претензионного порядка урегулирования спора? Основываясь на практике урегулирования споров, можно сказать, что судебный порядок урегулирования спора […]
  • Налоги ип за себя в 2013 году Фиксированные платежи ИП в ПФ и ФФОМС на 2013г. В соответствии с пунктом 1 статьи 14 Федерального закона от 24.07.2009 N 212-ФЗ (далее по тексту Закон) индивидуальные предприниматели уплачивают фиксированные платежи, то есть суммы […]
  • Административное наказание может быть наложено не Административное наказание Административное наказание: понятие, виды и характеристика Административное наказание имеет преимущественно профилактические цели, и поэтому ранее используемый термин «административное взыскание» больше отвечал […]
  • Передаётся ли аренда по наследству Наследование права аренды земельного участка Поэтому, если вы хотите найти решение именно вашей проблемы, тогда задавайте свой вопрос следующими способами (это БЕСПЛАТНО!): Пишите дежурному юристу в чат онлайн - все жители РФ; Звоните […]
  • Как оформит проект в доу Проекты. Проектная деятельность в детском саду Проекты делятся по видам деятельности: Творческо-исследовательские проекты, которые позволяют детям экспериментировать и результат оформлять наглядно в виде стенгазет, стендов и пр. […]