Задача 11.

Имеется раствор Аl₂(SО₄)₃ с массовой долей w = 10% и плотностью r = 1,105 г/см³. Каковы молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента с_эк, титр Т, моляльность с_m и молярная доля вещества этого раствора?

Решение.

1. Масса 1л раствора равна: m_р-ра= r_р-ра^. V_р-ра = 1,105×1000 = 1105г. По определению массовой доли, в 100г раствора содержится 10г Аl₂(SО₄)₃, следовательно, в 1105г (т. е. в 1л) соответственно (1105×10)/100 = 110,5г. Молярная масса Аl₂(SО₄)_{3 (SО4)3} = 342г/моль. Таким образом, в 1л раствора содержится 110,5/342 = 0,32моль Аl₂(SО₄)₃ и молярная концентрация раствора равна 0,32моль/л.

2. Эквивалент молекулы Аl₂(SО₄)₃ равен 1/6 молекулы:

Э(Аl₂(SО₄)₃) = 1/6 Аl₂(SО₄)₃. Соответственно, 1моль-эквивалент составляет 1/6 часть моля Аl₂(SО₄)₃. Следовательно, в одном моле Аl₂(SО₄)₃ содержится 6 моль-эквивалентов, а в 1л данного раствора 0,32×6 = 1,92моль-экв Аl₂(SО₄)₃. Молярная концентрация эквивалента с_эк (или нормальная концентрация) равна 1,92моль/л или 1,92н.

3. Поскольку выше было найдено, что в 1000мл раствора содержится 110,5г растворенного вещества, то в 1мл находится 110,5/1000 = 0,1105г Аl₂(SО₄)₃ и титр раствора Т = 0,1105г/мл.

4. По условию, в 100г раствора содержится 10г Аl₂(SО₄)₃ и 90г Н₂О. Тогда на 1000г Н₂О приходится (1000×10)/90 = 111,11г Аl₂(SО₄)₃. Это составляет 111,11/342 = 0,325моля. Следовательно, в 1000г растворителя Н₂О содержится 0,325моля растворенного вещества Аl₂(SО₄)₃ и моляльность раствора с_m, по определению, равна 0,325моль/1000г Н₂О.

5. Из данных п. 1 следует, что в 1л раствора (1105г) содержится 110,5 г Аl₂(SО₄)₃ и 1105-110,5=994,5г Н₂О. Это составляет 994,5/18 = 55,25молей. Откуда молярная доля Аl₂(SО₄)₃ в растворе x_Аl2(SО4)3 = 0,32/(0,32 + 55,25) = 0,0058.

Термодинамика процесса растворения

_{растворение}

Растворение- самопроизвольный, обратимый процесс DG_{растворения} < 0 А_(к) А_(р-р)

^{кристаллизация}

Растворение протекает, пока не установится равновесие: DG_раст=0, J_раст=J _кр.

Насыщенный раствор - раствор, в котором в данных условиях дальнейшее самопроизвольное растворение невозможно.

Ненасыщенный раствор - самопроизвольное растворение вещества еще возможно: DG_раств < 0, J_раств > J_кр.

Растворимость вещества (С_р)в данных условиях = концентрации насыщенного раствора,выражается в моль/л. Абсолютно нерастворимых веществ нет.

Растворимость в жидком растворителе

· Твердых веществ -зависит от природы вещества, растворителя, Т: при ↑Т в процессах сDН > 0 С_р ↑, в процессах сDН < 0 С_р↓.

· Жидкостей - зависит от природы вещества, растворителя, Т (при ↑Т С_р↑, т.к. DН_{растворения} > 0).

В зависимости от природы жидкостей:

А) неограниченная растворимость - жидкости смешиваются в любых соотношениях («подобное растворяется в подобном») и DН = 0 или при образовании прочных связей - DН < 0. Температура, начиная с которой имеет место неограниченная растворимость – критическая температура растворения (КТР) – табличная величина);

Б) ограниченная растворимость – жидкости растворяются друг в друге лишь частично и прочные связи не образуются.

С внесением третьего вещества С_р ↓.

· Газов -зависит от природы вещества, растворителя, Т, Р_газа:

- при ↑Р_газа С_р ↑ (по закону Генри m_i= kP_i,k –постоянная Генри, г/Па, P_i - давление газа над раствором)

- при ↑Т в процессах с DН < 0 (полярные растворители) С_р↓, в процессах сDН >0 (органические малополярные растворители) С_р↑

Чем прочнее связи газ-растворитель, тем лучше растворимость (полярное в полярном, неполярное в неполярном).

С внесением 3 – го вещества ↓С_р.

Современная физико-химическая теория растворов (Ломоносов, Нернст, Оствальд, Аррениус, Вант-Гофф, Менделеев, Каблуков)рассматривает процесс растворения как совокупность нескольких стадий.

Основные стадии процесса растворения:

1) разрушение химических и межмолекулярных связей: DН₁ > 0 (для газов и жидкостей DН₁- очень мала);

2) сольватация (гидратация) –химическоевзаимодействие растворителя с растворяющимся веществом с образованием комплексов переменного состава – сольватов (гидратов): DН₂ < 0;

3) самопроизвольное перемешивание (диффузия) сольватов по всему объему раствора: DН₃ = DН_дифф > 0

DН_раств = DН₁ + DН₂ + DН₃ > или < 0 [кДж/моль], DН_раств зависит от массы растворителя

DS_раств = DS₁ + DS₂ + DS₃ > или < 0 [Дж/(моль K)],

Например:

при растворении NaCl_к в Н₂О (Т=298 К):

DН⁰_раств.=335 кДж> 0 (доминирует DН₁); DS⁰_раств=142 кДж/К (большое значение)

т.к DG⁰_{растворения} = DН⁰_раств. - TDS⁰_раств < 0, то хорошая растворимость

ОБЩИЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ

- зависят от концентрации(числа частиц) и практически не зависят от природырастворенных веществ, могут проявляться в полной мере в идеальных растворах.

Идеальный раствор - гипотетический раствор, в которомнет химического взаимодействия между компонентами,образование его не сопровождается тепловыми и объемными изменениями (DН_р= 0 и DV_р = 0) и каждый компонент ведет себя в растворе независимо от других компонентов. (Реально к идеальным приближаются очень разбавленные растворы неэлектролитов).

Законы идеальных растворов