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 = rр-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 D Gрастворения < 0 А(к) А(р-р)
кристаллизация
Растворение протекает, пока не установится равновесие: D Gраст =0, Jраст=J кр.
Насыщенный раствор - раствор, в котором в данных условиях дальнейшее самопроизвольное растворение невозможно.
Ненасыщенный раствор - самопроизвольное растворение вещества еще возможно: D Gраств < 0, Jраств > Jкр.
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 с DН > 0 Ср ↑, в процессах с DН < 0 Ср ↓.
· Жидкостей - зависит от природы вещества, растворителя, Т (при ↑Т Ср ↑, т.к. DНрастворения > 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 Ср ↓.
· Газов -зависит от природы вещества, растворителя, Т, Ргаза:
- при ↑Ргаза Ср ↑ (по закону Генри m i = kPi, k –постоянная Генри, г/Па, Pi - давление газа над раствором)
- при ↑Т в процессах с DН < 0 (полярные растворители) Ср ↓, в процессах сDН >0 (органические малополярные растворители) Ср ↑
Чем прочнее связи газ-растворитель, тем лучше растворимость (полярное в полярном, неполярное в неполярном).
С внесением 3 – го вещества ↓ Ср.
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: D Н1 > 0 (для газов и жидкостей D Н 1- очень мала);
2) сольватация (гидратация) – химическоевзаимодействие растворителя с растворяющимся веществом с образованием комплексов переменного состава – сольватов (гидратов): D Н2 < 0;
3) самопроизвольное перемешивание (диффузия) сольватов по всему объему раствора: D Н3 = D Ндифф > 0
D Н раств = D Н 1 + D Н 2 + D Н 3 > или < 0 [кДж/моль], D Н раств зависит от массы растворителя
D S раств = D S 1 + D S 2 + D S 3 > или < 0 [Дж/(моль K)],
Например:
при растворении NaClк в Н2О (Т=298 К):
D Н0раств. =335 кДж> 0 (доминирует D Н1); D S0раств =142 кДж/К (большое значение)
т.к D G0растворения = D Н0раств. - TD S0раств < 0, то хорошая растворимость
ОБЩИЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
- зависят от концентрации (числа частиц) и практически не зависят от природы растворенных веществ, могут проявляться в полной мере в идеальных растворах.
Идеальный раствор - гипотетический раствор, в котором нет химического взаимодействия между компонентами, образование его не сопровождается тепловыми и объемными изменениями ( DНр= 0 и DVр = 0) и каждый компонент ведет себя в растворе независимо от других компонентов. (Реально к идеальным приближаются очень разбавленные растворы неэлектролитов).