roztwory i sposoby wyrażania stężeń roztworów+ przykładowe, nieorganiczna
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu - roztwory i sposoby wyrażania stężeń roztworów, rozcieńczanie i zatężanie roztworów, zadania z rozwiązaniami I. Mieszaniny Mieszanina to układ przynajmniej dwuskładnikowy składający się z fazy dyspergowanej (rozpraszanej) i dyspergującej (rozpraszającej) (np. rozproszony tlen w azocie, wodny roztwór alkoholu, gaz w cieczy- piana, ciecz w gazie- aerozol, ciało stałe w gazie - kurz, gaz w ciele stałym - pumeks) Kryteria podziału mieszanin : a) Kryterium średnicy cząsteczek fazy dyspergowanej Rzeczywiste Koloidy Zawiesiny średnica cząsteczek fazy rozproszonej (zdyspergowanej) < 1nm (10 -9 m) średnica cząsteczek fazy rozproszonej (zdyspergowanej) zawarta w przedziale od 1 do 200nm, średnica cząsteczek fazy rozproszonej (zdyspergowanej) > 200nm, cząsteczki te podlegają siłom grawitacji więc następuje ich separacja z fazy dyspergującej (rozpraszającej) – zjawisko sedymentacji. zole liofilowe zole liofobowe –„lubiące”- mające powinowactwo do rozpuszczalnika „nielubiące”- niemające powinowactwa do rozpuszczalnika. b) Kryterium składu chemicznego i stanu skupienia fazy rozpraszanej i rozpraszającej : - jednorodne (np. woda + para wodna + lód) - niejednorodne (np. etanol + woda), - jednofazowe (wodny roztwór cukru), II. Rozpuszczalność, rozpuszczanie kryształów jonowych, sposoby wyrażania stężeń roztworów 1. Podstawowe definicje Rozpuszczalność - maksymalna ilość gram substancji , która w określonej temperaturze rozpuszcza się w 100g rozpuszczalnika dając roztwór nasycony ( rozpuszczalność można również określić jako maksymalną liczbę moli substancji rozpuszczonej, która zawarta w 1dm 3 roztworu nasyconego ), Roztwór nasycony – to taki w którym ilość substancji rozpuszczonej jest równa jej rozpuszczalności, Roztwór nienasycony – ilość substancji rozpuszczonej jest mniejsza niż to wynika z jej rozpuszczalności, Roztwór przesycony – ilość substancji znajdującej się w roztworze jest większa niż to wynika z jej rozpuszczalności, czyli substancja w roztworze znajduje się w stanie równowagi dynamicznej między jej fazą rozpuszczoną i fazą nierozpuszczoną. Dla większości substancji stałych ich rozpuszczalność wzrasta wraz ze wzrostem temperatury roztworu , dla substancji gazowych rozpuszczalność maleje wraz ze wzrostem temperatury a wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia . 2 . Rozpuszczanie i efekty towarzyszące procesowi rozpuszczania Roztwarzanie Dylatacja Kontrakcja rozpuszczanie, któremu towarzyszą reakcje chemiczne, np. reakcja sodu z wodą, reakcja metalu z kwasem, zwiększenie objętości po wymieszaniu rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej jako wynik powiększenia się dotychczasowych odległości między cząsteczkami, zmniejszenie objętości w wyniku zmniejszenia się odległości między cząsteczkami (np. woda + alkohol daje zmniejszenie objętości ok. 3%) 3 . Etapy rozpuszczania i efekt energetyczny rozpuszczania etapy rozpuszczania się kryształów jonowych: Etap I – rozerwanie oddziaływań międzycząsteczkowych w rozpuszczalniku (wiązań wodorowych w zasocjowanych aglomeratach wody) etap endoenergetyczny ( E 1 ) Etap II - Wyrwanie jonów z węzłów sieci krystalicznej przez dipole wody i zniszczenie kryształu jonowego – etap endoenergetyczny ( E 2 ) Etap III – solwatacja (uwodnienie - hydratacja) jonów przez dipole wody – proces egzoenergetyczny ( E 3 ) Przykład - etapy rozpuszczania się jodku potasu w wodzie Etap I: rozerwanie wiązań wodorowych (oddziaływań miedzy cząsteczkowych) między dipolami wody - proces endoenergetyczny wymagający nakładu energii Etap II: ustawienie się dipoli wody odpowiednimi biegunami w kierunku jonów w krysztale jonowym i wyrwanie ich z węzłów sieci krystalicznej - zniszczenie sieci krystalicznej - proces endoenergetyczny Anion I - Kation K + Etap III. Solwatacja - uwodnienie - hydratacja jonów przez dipole wody i ich izolowane w roztworze wodnym - proces egzoenergetyczny efekt energetyczny rozpuszczania substancji jest sumą efektów energetycznych poszczególnych etapów rozpuszczania: np. w przypadku rozpuszczania kryształów jonowych w rozpuszczalnikach polarnych (woda, etanol) jeżeli E 1 + E 2 < E 3 to kryształ jonowy jest rozpuszczalny w wodzie , jeżeli E 1 + E 2 > E 3 to związek jest praktycznie nierozpuszczalny lub bardzo słabo rozpuszczalny, jego rozpuszczalność można zwiększyć przez podgrzanie roztworu (dostarczenie energii do układu). Krystalizacja – proces odwrotny do rozpuszczania, efekty energetyczne odwrócone w stosunku do procesu rozpuszczania. 4. Sposoby wyrażania stężeń roztworów A. Stężenie procentowe - C p = [%] Określa procent masowy (wagowy) substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku - praktycznie określa liczbę gramów substancji rozpuszczonej - zawartej w 100g roztworu: C p Liczba gramów substancji rozpuszczonej w 100g roztworu 1% 1,0g 0,2% 0,2g 25% 25,0g 0,05% 0,05g Wzór na stężenie procentowe C p = gdzie: m s - masa substancji rozpuszczonej: m s = m r - m rozp. m r - masa roztworu: m r = m s + m rozp. m rozp.- masa rozpuszczalnika: m rozp. = m r - m s d r = gdzie: d r - gęstość roztworu, V r - objętość roztworu Uwaga - w przeliczeniach należy każdorazowo jednostki miary należy do tej samej skali: 1kg = 1000g, 1dm 3 = 1000cm 3 . Przykładowe zadania: Zad.1. Rozpuszczalność jodu potasu KI w temp. 20 o C wynosi 145g/100g wody. Oblicz stężenie procentowe nasyconego roztworu tej soli. Rozwiązanie: Dane: m s = 145g m rozp. = 100g m r = m s + m rozp . = 145g + 100g = 245g Obliczenie: C p = Zad.2. W 250g wody rozpuszczono 50g cukru. Oblicz stężenie procentowe roztworu. Rozwiązanie: Dane: m s = 50g m rozp. = 250g m r = m s + m rozp . = 50g + 250g = 300g Obliczenie: C p = Zad.3. Oblicz, ile należy odważyć gramów chlorku sodu i odmierzyć dm 3 wody aby otrzymać 2kg 6% roztworu tej soli. Rozwiązanie: Dane: Szukane: C p = 6% m s m r = 2kg = 2000g m rozp. i V rozp. Obliczenie: C p = m s = m rozp. = m r - m s = 2000g - 120g = 1880g wody, przyjmując gęstość wody 1g/cm 3 V rozp = 1880cm 3 = 1,88dm 3 . Zad.4. Stężenie procentowe nasyconego roztworu chlorku potasu w temp. 40 o C wynosi 28,57%. Oblicz, ile gramów tej soli wytrąci się z 200g roztworu - ulegnie krystalizacji jeżeli temp. roztworu zostanie obniżona do 10 o C,w której rozpuszczalność tej soli wynosi 32g/100g wody. Rozwiązanie: Dane: C p = 28,57% co oznacza, że w 100g roztworu znajduje się m s = 28,57g tej soli, Obliczenie rozpuszczalności soli w temp. 40 o C m rozp. = m r - m s = 100g - 28,57g = 71,43g wody 71,43g wody ------------ 28,57g soli 100g ---------------------- x ------------------------------------------ x = 40g czyli rozpuszczalność tej soli wynosi 40g w 100g wody, Obliczenie gramów soli 28,57% zawartej w 200g roztworu: 100g roztworu ----- 28,57g soli 200g ------ x ---------------------------------------- x = 57,14g Obliczenie gramów soli rozpuszczonej dla rozpuszczalności w temp. 10 o C m r = m s + m rozp. = 32g + 100g = 132g 132g roztworu ----------- 32g rozpuszczonej soli 200g ------------ x ---------------------------------------------------------- X = 48,50g (w temp. 10 o C w 200g roztworu maksymalnie może rozpuścić się ta ilość soli dając roztwór nasycony) Obliczenie masy skrystalizowanej soli po obniżeniu temp. roztworu Δm s = 57,14g - 48,57g = 8,57g. Zad.5. Gęstość w temp. 20 o C wodnego roztworu kwasu siarkowego(VI) wynosi 1,32g/cm 3 , jego stężenie procentowe 42%. Oblicz masę kwasu siarkowego zawartą w 1dm 3 42% roztworu tego kwasu . Rozwiązanie: Dane: dr = 1,32g/cm 3 , V r = 1dm 3 = 1000cm 3 Obliczenie masy roztworu kwasu mr = Vr · dr = 1000cm 3 · 1,32g/cm 3 = 1320g. C p = m s = [ Pobierz całość w formacie PDF ] |