Криоскопическая константа воды: Криоскопическая константа воды | Химик.ПРО – решение задач по химии бесплатно

Шиманович И.Л. Химия: методические указания. Задачи 161-180

Тема №10. Коллигативные свойства растворов. Основные понятия и определения

Так, в соответствии
со вторым законом Рауля: повышение
температуры кипения или понижение
температуры замерзания разбавленных
растворов неэлектролитов пропорционально
числу частиц растворенного вещества и
не зависит от его природы:

_Δt_зам. =
К·С_m, _Δt_кип.
= Е·С_m,

где _Δt– понижение температуры замерзания
или повышение температуры кипения
раствора, ˚С;

К и Е – криоскопическая
и эбулиоскопическая константы
соответственно;

С_m– моляльная концентрация растворенного
вещества, моль/кг.

Таким образом,
указанные формулы позволяют определить
температуры кипения и замерзания
растворов неэлектролитов по их
концентрации, а также находить мольную
массу растворенного вещества по понижению
температуры кипения или замерзания
растворов.

Пример 1. Определите температуру замерзания раствора, содержащего 54 г глюкозы с6н12о6 в 250 г воды. Криоскопическая константа воды равна 1,86.

Решение.
В 250 г воды содержится 54 г глюкозы,
следовательно, в 1000 г ее содержание
составит: 54·1000/250=216 г, что составляет
216/180, или 1,2 моля, так как мольная масса
глюкозы равна 180 г/моль. Вычислим понижение
температуры замерзания:

_Δt_зам.
= К·С_m= 1,86·1,2 =
2,23.

Таким образом,
раствор будет замерзать при температуре

–2,23 С.

Контрольные задания.

2-й закон Рауля

1. На сколько градусов
   повысится температура кипения воды,
   если в 100 г воды растворить 9 г глюкозы
   С₆Н₁₂О₆?

2. 8 г глюкозы
   растворили в 180 мл воды. При какой
   температуре замерзнет такой раствор?

3. При растворении
   0,4 г некоторого вещества в 10 г воды
   температура кристаллизации раствора
   понижается на 1,24⁰.
   Вычислить молекулярную массу растворенного
   вещества.

4. В каком количестве
   воды следует растворить 0,5 кг глицерина
   С₃Н₈О₃
   для получения раствора с температурой
   кристаллизации – 3⁰С?

5. Вычислите
   процентную концентрацию водного
   раствора метанола СН₃ОН,
   температура кристаллизации которого
   -2,79 °С. Криоскопическая константа воды
   1,86°.

6. При
   какой приблизительно температуре будет
   кипеть 50 %-ный водный раствор С₁₂Н₂₂О₁₁,
   если эбуллиоскопическая константа
   воды равна 0,52°?

7. Раствор,
   содержащий 3,04 г камфары С₁₀Н₁₆О
   в 100 г бензола, кипит при +80,714 °С.
   Температура кипения бензола +80,2 °С.
   Вычислите эбуллиоскопическую константу
   бензола.

8. Температура
   кристаллизации раствора, содержащего
   66,3 г некоторого электролита в 500 мл
   воды, равна -0,558°С. Вычислите мольную
   массу растворенного вещества, если
   криоскопическая константа воды равна
   1,86°.

9. Вычислите
   криоскопическую константу уксусной
   кислоты, зная, что раствор, содержащий
   4,25 г антрацена С₄Н₁₀
   в 100 г уксусной кислоты, кристаллизуется
   при температуре -15,718 °С. Температура
   кристаллизации уксусной кислоты + 0,65
   °С.

10. Раствор,
    содержащий 2,7 г фенола С₆Н₅ОН
    в 75 г бензола, замерзает при +3,5°, тогда
    как чистый бензол замерзает при 5,5°.
    Вычислите криоскопическую константу
    бензола.

11. В
    каком количестве воды (эбуллиоскопическая
    константа Н₂О
    равна 0,52°) следует растворить 23 г
    глицерина С₃Н₈О₃,
    чтобы получить раствор с температурой
    кипения 100,104°?

12. При
    какой приблизительно температуре будет
    кристаллизоваться 40 %-ный раствор
    этилового спирта С₂Н₅ОН,
    если криоскопическая константа воды
    равна 1,86°?

13. Сколько
    граммов сахарозы C₁₂H₂₂O₁₁
    надо растворить в 100 г воды, чтобы:

а)
понизить ее температуру замерзания на
1°; б) повысить температуру кипения на
1°?

14. Вычислите
    мольную массу неэлектролита, зная, что
    раствор, содержащий 2,25 г этого вещества
    в 250 г Н₂О,
    кристаллизуется при температуре -0,279
    °С. Криоскопическая константа воды
    равна 1,86°.

15. Вычислите
    температуру кипения 15%-го водного
    раствора пропилового спирта С₃Н₇ОН.
    Эбуллиоскопическая константа воды
    равна 0,52º.

16. Температура
    кипения ацетона 56,1ºС, а его эбуллиоскопическая
    константа равна 1,73. Вычислить температуру
    кипения 8%-го раствора глицерина С₃Н₆О₃
    в ацетоне.

17. Вычислите
    температуру кристаллизации 2%-го раствора
    этилового спирта С₂Н₅ОН.
    Криоскопическая константа воды 1,86º.

18. При
    растворении 4,86г серы в 60г бензола
    температура кипения его повысилась на
    0,81º. Сколько атомов содержит молекула
    серы в этом растворе? Эбуллиоскопическая
    константа бензола равна 2,57º.

19. Определите
    температуру замерзания раствора,
    содержащего мочевину (NН₂)₂СО
    массой 0,625г в воде массой 50г. Криоскопическая
    константа воды равна 1,86º

20. Сколько
    граммов мочевины (NН₂)₂СО
    следует растворить в 75г воды, чтобы
    температура кристаллизации получилась
    0,456? Криоскопическая константа воды
    1,86º

1- й Закон Рауля.
Уравнение Вант – Гоффа.

1. При 20⁰
   С осмотическом давление
   _осм
   водного раствора некоторого электролита
   равно 4,38*10⁵Па.
   Чему равно_осм
   если раствор разбавить в три раза, а
   температуру повысить до 40⁰С?

2. Осмотическое
   давление раствора, в 250 мл которого
   содержится 2,3 г растворенного
   неэлектролита, при 27⁰С
   равно 249 кПа. Вычислите молярную массу
   растворенного вещества.

3. Чему равна масса
   этилового спирта, содержащегося в 1 л
   раствора, если этот раствор при 20⁰
   С изотоничен раствору анилинаC₆H₅NH₂
   , в 4 л которого содержится 18,6 г анилина?

4. Как изменится
   осмотическое давление раствора
   неэлектрлита концентрации 0,5 моль/л
   при его нагревании от 25⁰С
   до 75⁰С?

5. Будет ли изотоничены
   водные растворы глюкозы и этилового
   спирта, если их массовые доли составляют
   15% для глюкозы и 5 для спирта?

6. Какова масса
   растворенного в 1,5 л раствора анилина
   C₆H₅NH₂
   , если осматическое давление такого
   раствора при 17⁰С
   равно 193кПа?

7. Рассчитайте
   _осм
   при 20⁰С:
   а) сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁;
   б) глюкозы в С₆Н₁₂О₆
   ; в)этилового
   спирта С₂Н₅ОН,
   содержащих по 72 г соответствующего
   вещества в 1 л раствора. В каком случае
   осмотическое давление будет наибольшим?

8. Найдите молярную
   массу неэлектролита, если при растворении
   28 г вещества при 27⁰С
   осмотическое давление составило 700
   кПа.

9. При 315 К давлении
   насыщенного пара над водой равно 82
   кПа. Насколько понизится давление
   насыщенного водяного пара при указанной
   температуре, если в 540 г воды растворить
   36 г глюкозы С₆Н₁₂О₆
   ?Чему равно
   осмотическое давление такого раствора,
   если р=1,01 г/см³?

10. Рассчитайте
    давление насыщенного пара бензолом
    над раствором нафталинаС₁₀Н₈
    в бензоле при 40⁰С,
    если в 400 г раствора содержится 128 г
    нафталина, а давление насыщенного пара
    чистого бензола при указанной температуре
    равно 24144,6 Па.

11. Определите
    осмотическое давление раствора сахарозы
    при 0⁰С,
    если при 20⁰С
    осмотическое давление этого раствора
    равно 1,066*10⁵Па.

Химия зимой | Мнение

Грузовики, разбрасывающие соль и песок или песок для увеличения трения, были обычным явлением в Великобритании этой зимой. Для понижения точки замерзания воды разбрасывают соль в концентрации 10-15 г·м ^-2 на сухой дороге, а на мокрой или покрытой снегом дороге чаще 20-40 г·м ^{— 2} . Так зачем же соль и есть ли альтернативы?

Криоскопические константы

Раствор замерзает при более низкой температуре, чем чистый растворитель, фактическая температура зависит от количества растворенного вещества. Криоскопическая постоянная воды равна 1,86 К моль 9.0003 -1 кг ^-1 , т.е.  один моль любого вещества, растворенного в 1 кг воды, понизит температуру замерзания на 1,86°C. Строго говоря, это верно только для разбавленных растворов, но в качестве приближения один моль мочевины, CO(NH ₂ ) ₂ , 60 г, в одном кг воды понизит температуру замерзания воды на 1,86°C.

Однако почти такая же масса (58,5 г) хлорида натрия, NaCl, дает почти двойное снижение температуры замерзания, потому что 58,5 г дают два моля ионов, по одному на каждый из Na ⁺ и кл ^— . Соединения, которые содержат еще больше ионов на моль, , например,  CaCl ₂ или Na ₂ SO ₄ , дадут больший эффект, но вам придется использовать большую массу этих соединений, чтобы получить один моль каждого из из них — 111 г для первого и 142 г для второго.

Назад на дорогу

Поверхность дороги, покрытая 10-процентным раствором хлорида натрия, не замерзнет до тех пор, пока температура не достигнет -6°C, но для того, чтобы быть эффективной, соль должна раствориться. Это нормально, если дорога мокрая — из-за соли будет труднее замерзнуть, — но если поверхность уже замерзла? Часто поверхностной воды на льду мало, а хлорид натрия гигроскопичен — поглощает воду из атмосферы. Хлорид кальция настолько гигроскопичен, что образует раствор с поглощаемой им водой (расплывается). В результате хлорид кальция является более быстродействующим и довольно часто используется в США, иногда в смеси трех частей NaCl на одну часть CaCl9.0017 2 . Однако хлорид кальция неэффективен в очень холодных условиях, потому что недостаточно поверхностной воды для растворения соли. В таких случаях в США часто используют хлорид магния.

Другим важным фактором при разбрасывании соли на дороге является размер частиц. Маленькие крупинки соли имеют большую площадь поверхности и быстро растворяются, но могут быть унесены ветром или движущимися транспортными средствами. Чтобы противодействовать этому, некоторые местные власти в Великобритании экспериментировали, добавляя патоку в соль. Предполагая, что патока представляет собой нечистую сахарозу, C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ , 10-процентный (по весу) раствор окажет незначительное влияние на температуру замерзания, но теория состоит в том, что многие группы -ОН образуют водородные связи с водой на соли. или дорожных покрытий и предотвратить сдувание соли.

Однако соль на дорогах приносит свои проблемы. Например, ионы хлора разъедают транспортные средства и мосты. В США этого избегают, используя как мочевину, так и двойную соль, этаноат магния кальция (ацетат), Ca ₃  —  4Mg _7-6 (CH ₃ CO ₂ ) ₂₀ . Относительная молярная масса равна 1478, но на моль соединения приходится 30 молей ионов, поэтому 10-процентный (весовой) раствор замерзнет при -4°C, тогда как 10-процентный (весовой) раствор только мочевина замерзнет при температуре около -3°C.

Простой эксперимент

Чтобы исследовать соль и ее альтернативы, поместите воронки поверх двух мерных цилиндров. Наполните каждую воронку кусочками льда. Добавьте соль в одну из воронок. Мерный цилиндр под соленым льдом заполняется гораздо быстрее, чем другой. Вы также можете поместить термометры (или датчики температуры) в лед и собранную воду и исследовать влияние изменения количества используемой соли или альтернативных растворов, таких как ионный хлорид кальция или сульфат натрия и молекулярный сахар или мочевина.

16.13: Депрессия точки замерзания — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Коллигативные свойства имеют практическое применение, например, для засолки дорог в холодном климате. Посыпая обледенелую дорогу солью, можно снизить температуру плавления льда, и лед будет таять быстрее, что сделает вождение более безопасным. Хлорид натрия \(\left( \ce{NaCl} \right)\) и либо хлорид кальция \(\left( \ce{CaCl_2} \right)\), либо хлорид магния \(\left( \ce{MgCl_2} \право)\) используются чаще всего по отдельности или в смеси. Хлорид натрия является наименее дорогим вариантом, но он менее эффективен, поскольку диссоциирует только на два иона вместо трех.

Понижение точки замерзания

На рисунке ниже показана фазовая диаграмма чистого растворителя и ее изменение при добавлении к нему растворенного вещества. Растворенное вещество снижает давление паров растворителя, что приводит к снижению точки замерзания раствора по сравнению с растворителем. Понижение точки замерзания представляет собой разницу температур между температурой замерзания чистого растворителя и температуры замерзания раствора. На графике депрессия точки замерзания представлена ​​\(\Delta T_f\).

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Давление паров раствора (синее) ниже, чем давление паров чистого растворителя (розовое). В результате температура замерзания растворителя ниже, когда в нем растворено любое растворенное вещество.

Когда чистый растворитель замерзает, его частицы становятся более упорядоченными, так как межмолекулярные силы, действующие между молекулами, становятся постоянными. В случае воды водородные связи образуют сеть молекул гексагональной формы, которая характеризует структуру льда. \text{o} \text{C} \right)\) 9\text{o} \text{C}/\textit{m} \right)\) Уксусная кислота 16,6 -3,90 117,9 3,07 Камфора 178,8 -39,7 207,4 5,61 Нафталин 80,2 -6,94 217,7 5,80 Фенол 40,9 -7,40 181,8 3,60 Вода 0,00 -1,86 100,00 0,512

Пример \(\PageIndex{1}\)

Этиленгликоль \(\left( \ce{C_2H_6O_2} \right)\) — это молекулярное соединение, которое используется во многих коммерческих антифризах. Водный раствор этиленгликоля используется в автомобильных радиаторах для снижения температуры замерзания и, таким образом, предотвращения замерзания воды в радиаторе. Рассчитайте температуру замерзания раствора \(400 \: \text{г}\) этиленгликоля в \(500 \: \text{г}\) воды. 9\text{o} \text{C}/\textit{m}\)

Неизвестно

Это трехшаговая задача. Сначала рассчитайте количество молей этиленгликоля. Затем рассчитайте моляльность раствора. Наконец, рассчитайте депрессию точки замерзания.

Шаг 2: Решить.

\[\begin{align*} 400. \: \text{g} \: \ce{C_2H_6O_2} \times \frac{1 \: \text{mol} \: \ce{C_2H_6O_2}}{62.08 \: \text{g} \: \ce{C_2H_6O_2}} &= 6,44 \: \text{моль} \: \ce{C_2H_6O_2} \\ \frac{6,44 \: \text{моль} \: \ce{ C_2H_6O_2}}{0,500 \: \text{кг} \: \ce{H_2O}} &= 12,9\text{o} \text{C}\).

Шаг 3: Подумайте о своем результате.

Точка замерзания воды значительно снижается, защищая радиатор от повреждений из-за расширения воды при замерзании.