double arrow

Решение:

Коэффициент поглощения – объем газа (м3), растворяющийся в 1м3 растворителя.

Определим массу 1300м3 аммиака, содержащегося в 1м3воды; М(NH3)=17 г/моль:

Принимая массу 1м3воды за 1000кг, находим, что 1986,6 кг раствора содержится 986,6кг NH3. Тогда в 100 кг раствора содержится:

кг аммиака

Массовая доля аммиака в полученном растворе 49,7%.

Наибольшее влияние на растворимость газов в жидкостях оказывает природа веществ. Так, в 1 литре воды при t=180С и P=1атм. растворяется 0,017л. азота, 748,8л. аммиака или 427,8л. хлороводорода.

Аномально высокая растворимость газов в жидкостях обычно обусловливается их специфическим взаимодействием с растворителем – образованием химического соединения (для аммиака) или диссоциацией в растворе на ионы (для хлороводорода).

Газы, молекулы которых неполярны, растворяются, как правило, лучше в неполярных жидкостях – и наоборот. Подобное растворяется в подобном.

Растворимость газов в жидкостях существенно зависит от температуры; количественно данная зависимость определяется уравнением Клапейрона Клаузиуса:

, (2.3)

где X12 – мольная доля газа в растворе;

λ – тепловой эффект растворения 1 моль газа при образовании его насыщенного раствора;

Т – температура, К;

R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль∙К.

Как правило, при растворении газа в жидкости выделяется теплота, поэтому с повышением температуры растворимость уменьшается.

Растворимость газов в жидкости сильно зависит от концентрации других растворенных веществ. Зависимость растворимости газов от концентрации электролитов в жидкости выражается формулой Сеченова:

, (2.4)

где X - растворимость газа в растворе электролита с концентрацией C;

Xo – растворимость газа в чистом растворителе;

k – коэффициент пропорциональности, зависящий от природы газа.

2.3. Взаимная растворимость жидкостей

В зависимости от природы жидкости могут смешиваться в различных соотношениях (неограниченная взаимная растворимость), быть практически нерастворимыми друг в друге, либо обладать ограниченной растворимостью, например, система анилин – вода.

Если смешать примерно равные количества воды и анилина, система будет состоять из двух слоев жидкости: верхний слой – раствор анилина в воде, нижний – раствор воды в анилине. Для каждой температуры оба раствора имеют строго определенный равновесный состав, не зависящий от количества каждого из компонентов. Зависимость концентрации растворов от температуры принято изображать графически с помощью диаграммы взаимной растворимости. Эта диаграмма для системы анилин-вода приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Диаграмма растворимости системы анилин – вода.

Область под кривой – это область расслаивания жидкостей. Повышение температуры приводит к увеличению концентрации каждого из растворов (увеличению взаимной растворимости), и при некоторой температуре, называемой верхней критической температурой расслоениякр на рис. 2.1) взаимная растворимость воды и анилина становится неограниченной.

Существуют системы, у которых кроме верхней критической температуры расслоения имеется и нижняя критическая температура расслоения.

2.4. Растворимость твердых веществ в жидкостях

Растворимость твердых веществ в жидкостях определяется природой веществ и, как правило, существенно зависит от температуры.

Зависимость между химическим составом соединений и их растворимостью в воде до сих пор приходится описывать некоторыми эмпирическими правилами, имеющими статистический характер.

1. Неорганические и органические кислоты в большинстве случаев хорошо растворимы. Исключением являются кремневая (Н2SiO3), оловянная (H2SnO3) и сурьмяная (HSbO3) кислоты.

2. Все основания малорастворимы, за исключением щелочей: LiOH, КОН, RbOH, CsOH, NaOH, Ва(ОН)2, Sr(OH)2.

3. Соли по растворимости разделяют на две большие группы:

1) соли сильных кислот растворяются хорошо (исключение BaSO4,SrSO4,PbSO4, CaSO4, хлориды, бромиды и иодиды свинца, серебра и одновалентной ртути);

2) соли слабых кислот растворяются плохо (исключение соли лития, натрия, калия, рубидия и цезия, а также нитритов и ацетатов).

Приведенные правила помогают ориентироваться в растворимости соединений разных типов и дают возможность предвидеть направление химических реакций, которые происходят между ионами в растворе и в результате которых образуются малорастворимые соединения.

Например, фосфат висмута - малорастворимая соль, так как фосфорная кислота относится к слабым кислотам, и преобладающее большинство солей этого типа труднорастворимы.

ПРИМЕР 2.5 Спрогнозируйте возможность протекания реакция при смешивании: А) NaC1 и Со(NO3)2; б) Na2SO4 и ВаС12.

Решение: Если смешать растворы хлорида натрия и нитрата кобальта, никакого химического взаимодействия не произойдет, потому что в растворе находятся только анионы сильных кислот, а соли этих кислот, как правило, хорошо растворяются.

Если же смешать растворы сульфита натрия и хлорида бария, произойдет реакция, так как в растворе присутствуют катионы натрия и бария и анионы хлорида и сульфита. Ионы SO32- являются анионами слабой кислоты, а большинство солей слабых кислот, в том числе и соль бария, в воде практически не растворяются. Уравнение реакции, которая происходит, можно изобразить следующим образом:

Ва2+ + SO32- ↔BaSО3.

Кроме химического состава, на растворимость соединений в сильной мере влияют внешние условия проведения реакции, в том числе концентрация реагирующих компонентов и температура.

Растворимость большинства солей с повышением температуры повышается. Так, растворимость сульфата кобальта увеличивается почти в два раза с повышением температуры раствора от 15 до 1000С. Аналогичная зависимость характерна и для хлорида серебра, сульфата бария и других солей.

В качественном анализе увеличение растворимости солей с повышением температуры иногда используют для обнаружения и разделения некоторых ионов. Например, ионы Pb2+ отделяют от ионов Ag+, переводя их в хлориды, при дальнейшем нагревании раствора с осадком до температуры кипения. При этом осадок РbС12 полностью растворяется, a AgCl остается в твердой фазе.

При повышении температуры растворимость большинства твердых веществ увеличивается, например:

Т, 0С          
KNО3, ks 0,131 0,316 0,639 1,101 1,688

Встречаются твердые вещества, которые уменьшают свою растворимость при повышении температуры:

Т, 0С              
Li23, ks 0,154 0,143 0,133 0,125 0,117 0,101 0,087

Графическое изображение зависимости растворимости от температуры называют кривыми растворимости.

Рис. 2.2. Кривые растворимости некоторых солей в воде.

1 – КNО3, 2 – Nа24·10Н2О, 3 – Nа24, 4 – Ва(NО3)2

Если принять, что для некоторого твердого вещества растворимость с ростом температуры увеличивается, то после приготовления горячего (почти насыщенного) раствора при охлаждении можно получить холодный насыщенный раствор. Образование последнего будет сопровождаться появлением первых кристаллов вещества, а при интенсивном перемешивании - осадка (массовая кристаллизация). Растворение вещества, содержащего растворимые примеси, в горячей воде, а затем осаждение его из раствора при достаточном охлаждении - это способ очистки вещества от растворимых примесей называют перекристаллизацией. Примеси при этом, как правило, остаются в растворе, так как присутствуют там в следовых количествах и при охлаждении не могут образовать своего насыщенного раствора. Некоторая часть очищаемого вещества также останется в холодном насыщенном растворе, который в лабораторной практике называют маточным. Чем больше уменьшается растворимость вещества при охлаждении раствора, тем выше будет выход перекристаллизованного вещества.

Для определения потерь или выхода продукта при очистке веществ методом перекристаллизации используют кривые растворимости.

ПРИМЕР 2.6 Растворимость А1С13 при 00С равна 44,9г, а при 800С - 48,6г. Какова масса соли, выпадающей в осадок, если 540,0г раствора хлорида алюминия охладить от 80 до 00С?

Решение: Масса раствора А1С13 равна:

а) при 800С: 100+48,6=148,6 г;

б) при 00С 100+44,9=144,9 г.

При охлаждении 148,6г раствора хлорида алюминия в осадок выпадает 148,6 - 144,9= 3,7г А1С13.

При охлаждении 148,6 г раствора выпадает 3,7 г AlCl3

При охлаждении 540 г раствора выпадает х г AlCl3

г AlCl3.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: