Пример решения задачи

Закон эквивалентов

Если два раствора взаимодействуют между собой в эквивалентных количествах, то зная концентрацию одного из растворов и прореагировавшие объемы обоих растворов, можно рассчитать неизвестную концентрацию второго раствора по соотношению:

Дан раствор серной кислоты концентрацией 10%. Плотность данного раствора равна 1,075г/см³.

Рассчитать моляльную, молярную, эквивалентную концентрацию раствора и его титр.

Решение. Рассчитаем моляльную концентрацию:

Рассчитаем молярную концентрацию. Для этого произвольно выберем объем раствора.

Пусть V = 1 дм³, тогда:

Отсюда

Рассчитаем эквивалентную концентрацию:

Рассчитаем титр раствора:

Основными законами растворов являются законы Рауля и Вант – Гоффа. Эти законы являются коллигативными, то – есть зависят не только от концентрации растворов, но и от количества частиц в них.

Понижение давления насыщенного пара над раствором
(Первый закон Рауля)

Любая жидкость испаряется

Давление пара в состоянии равновесия называется давлением насыщенного пара. При данной температуре давление насыщенного пара над каждой жидкостью есть величина постоянная. Обозначим его как Р_А.

Примем, что любая жидкость может служить растворителем.
Любое растворённое вещество (твёрдое) теоретически тоже испаряется и, следовательно, имеет давление насыщенного пара. Обозначим его как Р_B.

Если твёрдое вещество нелетучее, то практически величина давления его насыщенного пара равна нулю.

Если раствор состоит из двух жидкостей, то растворителем считается та жидкость, у которой давление насыщенного пара выше.

Таким образом всегда Р_А > Р_B.

Давление насыщенного пара раствора (Р) представляет собой сумму парциальных давлений его компонентов:

1. P = Р_А N_А + Р_B N_B,

где N_А и N_B – мольные доли растворителя и растворённого вещества, соответственно.

Если растворённое вещество – твёрдое, нелетучее, у которого Р_B = 0, то выражение Р_B N_B также равно нулю. Следовательно:

2. P = Р_А N_А.

Для двухкомпонентного раствора:

3. N_А+ N_B = 1.

4. Примем : N_А = 1- N_B.

Преобразуем выражение (2):

P – Р_А = - Р_А N_B.

Поскольку из вышесказанного видно, что Р < Р_А, то обе части последнего равенства имеют знак (-). Чтобы избавится от минуса, умножим обе части равенства на (-1) и получим:

Р_А – P = Р_А N_B.

5. ΔP = Р_АN_B.

Величина ΔP является абсолютным понижением давлением насыщенного пара над раствором по сравнению с растворителем.

В химии принято относительное понижение давления насыщенного пара над раствором, которое равно мольной доле растворённого вещества:

6. ΔP / Р_А = N_B.

Кипение и замерзание растворов
(Второй закон Рауля)

Второй закон Рауля определяет изменение температуры кипения и замерзания растворов по сравнению с чистыми растворителями.

Данный растворитель закипает при той температуре, при которой давление его насыщенного пара достигает атмосферного

.

Раствор закипает при более высокой температуре, так как концентрация молекул растворителя в нём всегда ниже, чем в чистом растворителе, и давление насыщенного пара раствора достигает атмосферного при более высокой температуре.

Температура замерзания (кристализации) раствора ниже температуры замерзания чистого растворителя. Это обусловлено более низким давлением пара растворителя над раствором, чем над растворителем.

Второй закон Рауля определяет, чему равно изменение температуры кипения и замерзания растворов.

Изменение температуры кипения и замерзания растворов пропорционально моляльной концентрации растворов

Δt⁰_{кипения} = К_э С_м,

Δt⁰_{замерзания}= К_к С_м.

Рассмотрим коэффициенты пропорциональности :

К_э – эбуллиоскопическая константа,
К_к – криоскопическая константа.

Каждый растворитель имеет свои значения К_э и К_к .

Эбулеоскопические и криоскопические константы некоторых растворителей приведены в табл.1.

Таблица 1

Растворитель К_э К_к

H₂O 0,53 ⁰c 1,86 ⁰c

C₆H₆ 2,57 ⁰c 5,02 ⁰c

Вывод: изменение температуры кипения и замерзания растворов зависит от природы растворителя концентрации раствора.

Физический смысл этих констант заключается в том, что при концентрации раствора, равной 1 моль/кг, данные константы равны изменению температуры кипения или замерзания данного раствора.

В отличие от чистых растворителей, которые кипят и замерзают при постоянной температуре, растворы кипят и замерзают в некотором интервале температур.