Система, що містить 25 мол.% С₄Н₈О₂, закипить (тобто стає двофазною) при температурі, яка визначається ординатою точки к (Т_ПК = 345,6 К). При цій температурі визначаємо склад пари (першої бульбашки пари). Для цього проводимо ізотерму (Т = 345,6 К) до перетину з кривою насиченої пари. Абсциса точки l показує склад пари (х_П = 45 мол.% С₄Н₈О₂). Пара має вміст етилацетату С₄Н₈О₂ більший, ніж рідина, тобто у пару переважно переходить цей компонент, тому при кипінні рідка фаза збіднюється на етилацетат і її склад змінюється. Разом зі зміною складу рідкої фази змінюється і температура кипіння системи. Зміна складу рідкої фази призводить до зміни складу насиченої пари, що знаходиться у рівновазі з рідиною. Зміна складу пари показана стрілками на кривій bl. Зміна складу рідкої фази показана стрілками на кривій gk.

Температуру кінця кипіння показує ордината точки b (Т_КК = 348,5 К). При цій температурі зникає остання крапля рідини. Її склад визначаємо по абсцисі точки g – точки перетину кривої рідини з ізотермою Т = 348,5 К (х_Р = 6,0 мол.% С₄Н₈О₂).

При температурі вище 348,5 К система стає гомогенною (пара). Склад пари дорівнює складу вихідної рідини і при подальшому нагріванні не змінюється.

Задача 1. Визначити, який компонент і в якій кількості може виділитися із системи, що містить 13,64 кг етилацетату С₄Н₈О₂ і 13.57 кг етанолу С₂Н₆О.

Розв’язування. Оскільки склад системи на діаграмі (рис. 2.7) наданий у мольних процентах, розрахуємо кількість молей компонентів у заданій системі.

Молярна маса етилацетату дорівнює М_Е = 88.

Молярна маса етанолу дорівнює М_С = 46.

Число молей етилацетату:

моль.

Число молей етанолу:

моль.

Мольний процент С₄Н₈О₂ у заданій суміші становить:

.

Оскільки даний склад знаходиться ліворуч від азеотропної точки, то виділити перегонкою в чистому вигляді можна тільки етанол. Весь етилацетат (155 моль) перейде в азеотропну суміш, склад якої визначається точкою с (55 мол.% С₄Н₈О₂, 45 мол.% С₂Н₆О). Тобто в азеотропній суміші 55 молей етилацетату зв’язані з 45 молями етанолу. Відповідно 155 молей етилацетату зв’яжуть х_С молей етанолу:

55 – 45

155 - х_С, х_С = 126, 82 моль.

Отже, в азеотропну суміш перейде 126 моль етанолу, а в чистому вигляді можна виділити:

n_ЧС = n_C – х_С = 295 – 126,82 - 168,18 моль.

Це становить:

кг етанолу.

Задача 2. Визначити, якого компонента та яку кількість необхідно додати до суміші, що містить 13,64 кг етилацетату С₄Н₈О₂ і 13.57 кг етанолу С₂Н₆О, щоб утворилась азеотропна суміш.

Розв’язування. Користуючись діаграмою стану “температура кипіння – склад” (рис. 3.6) визначаємо склад азеотропної суміші (точка с). Він становить 55 мол.% С₄Н₈О₂, 45 мол.% С₂Н₆О.

У вихідній суміші кількість молей етилацетату дорівнює:

моль,

а кількість молей етанолу –

моль.

Мольний процент етилацетату складає:

.

Тобто, вихідна суміш збагачена етанолом у порівнянні з азеотропом. Отже, необхідно додати до системи етилацетат, щоб отримати із вихідної суміші азеотропну.

---

В азеотропній суміші 45 моль етанолу зв’язані з 55 моль етилацетату.

Для отримання азеотропної суміші необхідно зв’язати всі присутні в системі 295 моль етанолу, що потребує х_Е моль етилацетату:

45 – 55

295 – х_Е, х_Е = 360,56 моль.

Вихідна система вже містить 155 моль етилацетату. Ще необхідно додати:

n_ДЕ = х_Е – n_Е = 360,56 = 155 = 205,56 моль,

або

кг етилацетату.

Задача 3. Визначити, яка кількість етилацетату (в кг) буде в парі і у рідкій фазі, якщо 10 кг, що містить 25 мол.% етилацетату, нагріти до температури 346,5 К.

Розв’язування. За вихідними даними знайдемо на діаграмі стану “температура кипіння – склад” (рис. 3.6) фігуративну точку O (х = 25 мол.%, Т = 346,5 К), яка лежить у гетерогенній зоні, тобто за даних умов у рівновазі знаходяться насичена пара з рідиною, що кипить.

Через точку О проведемо ізотерму, що перетинає діаграмні лінії у точці M (фігуративна точка рідкої фази – 17 мол.% С₄Н₈О₂) і точці N (фігуративна точка пари – 40 мол.% С₄Н₈О₂).

Кількість рідкої фази і пари розрахуємо за правилом важеля:

.

Оскільки на діаграмі склад поданий у мольних процентах, а кількість вихідної речовини – у кілограмах, для визначення відрізків MO і ON мольні проценти точок M, O і N необхідно перерахувати на масові:

;

;

.

Отже, у масових процентах відрізок MO дорівнює:

38,94 – 28,15 = 10,79.

Відрізок ON:

56,05 – 38,94 = 17,11.

Визначимо як Х_П кількість пари, тоді кількість рідини буде – 10 - Х_П.

За правилом важеля:

звідки Х_П = 3,85 кг пари.

Кількість рідини буде: Х_Р = 10 – 3,85 = 6,15 кг.

Знаючи масовий відсоток етилацетату в парі, N_П = 56,05 мас.%, розрахуємо кількість етилацетату в парі:

кг.

Кількість етилацетату в розчині визначаємо за його масовим процентом (M_Р = 28,15 мас.%):

кг.

4. ПЕРЕЛІК КОНТРОЛЬНИХ ЗАПИТАНЬ

1. Густина водного розчину NaCl, який містить 8 г солі на 100 г розчину, дорівнює 1,054 г/см³ при 25^оС. Розрахувати: а) моляльну; б) молярну концентрації розчину.

2. Скільки мл 98%-ної сірчаної кислоти необхідно взяти для приготування 2 л 0,5 М розчину? Густина 98%-ної сірчаної кислоти дорівнює 1,96 г/см³.

3. Для приготування антифризу було взято 10 кг води і 3,5 кг гліцерину С₃Н₈О₃. Обчислити температуру початку замерзання антифризу, якщо кріоскопічна стала води дорівнює 1,86.

4. Розрахувати температуру кипіння розчину, що містить 5 г карбаміду в 75 г води, якщо ебуліоскопічна стала розчинника дорівнює 0,52, молярна маса карбаміду – 60 г.

5. Мольна частка нелеткої речовини у водному розчині дорівнює 0,07. Визначте коефіцієнт активності води у цьому розчині при 298 К, якщо тиск насиченої пари над розчином дорівнює 26,17^.10² Па, а тиск насиченої пари над чистою водою – 32,17^.10² Па.

6. Що відбуватиметься у системі, якщо по один бік проникній для молекул розчинника перегородки (мембрани) налити розчин, а по іншій – розчинник до того ж рівня?

7. Парціальні мольні об’єми ацетону і хлороформу у розчині з мольною долею хлороформу 0,469 дорівнюють 74,166 і 80,235 см³/моль відповідно. Розрахуйте об’єм такого розчину, що має масу 1 кг.

---

8. Користуючись діаграмою “температура кипіння – склад” для бінарної системи ацетон – сірковуглець (рис. 4.1) визначити склад азеотропної суміші і температуру її кипіння. За якої температури почне кипіти розчин, що містить 40% CS₂, на які складові можна розділити цей розчин перегонкою?

9. На рис. 4.2 наведена діаграма “температура кипіння – склад” для системи C₂H₅OH – CCl₄.

Який характер відхилення від закону Рауля для цієї системи?

Укажіть число компонентів, фаз і ступенів свободи для системи, позначеної на діаграмі точкою “с”.

10. Використовуючи діаграму “температура кипіння – склад” для бінарної системи C₂H₅OH – CCl₄ (рис. 4.2), вкажіть склад останніх крапель конденсату, що утворюється при охолодженні пари, яка містить 20 мол.% С₂Н₅ОН; який склад азеотропної суміші; як зміниться її склад при підвищенні тиску?

11. Використовуючи діаграму “температура кипіння – склад” для бінарної системи C₂H₅OH – CCl₄ (рис. 4.2), вкажіть точки (дайте їх координати), які відповідають рівновазі фаз однакового складу. Як зміниться температура початку кипіння системи, що містить 40 мол.% CCl₄, якщо знизити тиск?

12. Використовуючи діаграму “температура кипіння – склад” для бінарної системи C₂H₅OC₂H₅ – CCl₄ (рис. 4.3), визначити, за якої температури почнеться кипіння системи, яка містить 40 мол.% CCl₄; який при цьому буде склад пари; скільки кг CCl₄ можна отримати ректифікацією системи, що містить 20 мол.% CCl₄, якщо загальна вага системи – 1 кг?

13. Визначте масу пари і масу рідини, якщо 1 кг рідини, яка містить 30 мол.% CCl₄, нагріти до 60^оС (рис. 4.3).

14. На рис. 4.4 наведена діаграма “температура – склад” обмежено розчинних рідин анілін – гексан. Встановити, із чого складена система, утворена змішуванням 2 молей аніліну і 3 молей гексану, при 30^оС. До якої температури необхідно нагріти цю суміш, щоб вона була гомогенною?

15. Обчислити рН у 0,05 М розчині HCl з урахуванням коефіцієнта активності іонів водню.

16. Обчислити іонну силу розчину, який містить у 1 л 0,01 моля CaCl₂ і 0,1 моля Na₂SO₄.

17. Нарисуйте графік залежності питомої електропровідності κ електроліту від його концентрації с і поясніть його.

18. Є в наявності водні розчини NaCl (0,01М) і NaOH (0,01М). Який з цих розчинів має більшу електропровідність і чому?

19. Питома електропровідність 0,1 М розчину оцтової кислоти дорівнює 0,051 Ом^-1м^-1. Обчислити ступінь дисоціації і константу дисоціації СН₃СООН. Еквівалентна електропровідність оцтової кислоти при нескінченному розбавленні дорівнює λ_о = 39,1^.10^-3 м²/(Ом^.екв).

20. Наведіть приклад електрода 1-го роду і напишіть рівняння Нернста для нього.

21. Наведіть приклад електрода 2-го роду і запишіть рівняння Нернста для нього.

22. Наведіть приклад окисно-відновного електрода і запишіть рівняння Нернста для нього.

23. Нарисуйте та опишіть будову скляного електрода.

24. Опишіть будову і виготовлення хлоросрібного електрода.

---

25. Знайдіть рН розчину, в якому потенціал хінгідронного електрода дорівнює 0,400 В (н.в.е.).

26. Розрахуйте при 298 К константу рівноваги реакції

MnO₂ + 4H⁺ + 2Fe²⁺ = Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2Н₂О,

використовуючи дані довідника про стандартні електродні потенціали.

27. Обчислити потенціал електродів і ЕРС гальванічного елемента при 25^оС ( і γ_± взяти із довідника):

Zn | ZnSO₄ || HCl | Cl₂, Pt.

m =0,1 m =0,1

28. ЕРС гальванічного елемента як функція температури виражається рівнянням

Е = а + вТ.

Виведіть рівняння для розрахунку ΔS і ΔG при температурі Т.

29. ЕРС гальванічного елемента:

Pb, PbCl₂ | KCl | AgCl, Ag

дорівнює 0,49 В, dE/dT = -1,86^.10^-4 В/К. Напишіть рівняння реакції, що відбувається в елементі, розрахуйте ΔG i ΔH при 25^оС.

30. Які гальванічні елементи називають хімічними. Наведіть приклади. Як розраховується ЕРС такого елемента?

31. Чи можна відновити іони нікелю цинковим пилом із водного розчину NiCl₂ ( =1)? Для відповіді використовуйте таблицю стандартних електродних потенціалів.

32. Катодний процес виділення міді із розчину CuSO₄ здійснюється зі 100%-вим виходом за струмом. Визначити, яка кількість міді виділиться на катоді, поверхня якого 1 см² при густині струму 5^.10^-3 А/дм² і тривалості електролізу 20 хв?

33. Яким чином пояснюється наявність вільної енергії на межі розділу фаз?

34. Які поверхневі явища Вам відомі? Коротко охарактеризуйте кожне.

35. Запишіть і поясніть рівняння Кельвіна (Томсона).

36. Яким чином залежать від температури термодинамічні параметри поверхневого шару? Наведіть відповідні рівняння та графіки.

37. Опишіть 3-4 методи визначення поверхневого натягу.

38. Запишіть і проаналізуйте рівняння Гіббса-Гельмгольца для поверхневого шару.

39. Запишіть і поясніть рівняння Лапласа для викривленої поверхні.

40. Яким чином залежить поверхневий натяг розчину від концентрації ПАР?

41. Що таке когезія та адгезія? Як обчислити роботу когезії та адгезії? Яким чином пов’язані між собою ці величини?

42. Чи залежить поверхневий натяг рідини від її полярності? Якщо ні, то чому, якщо так, то яким чином?

43. У чому полягають явища змочування і розтікання?

44. Яким чином можна поліпшити змочування поверхні твердого тіла рідиною?

45. Запишіть і поясніть рівняння Дюпре-Юнга.

46. Наведіть рівняння Юнга для крайового кута змочування.

47. Що таке флотація, де її використовують?

48. Дайте визначення адсорбції, адсорбенту, адсорбату. Наведіть розмірності адсорбції.

49. Виведіть і проаналізуйте адсорбційне рівняння Гіббса.

50. Що таке поверхнева активність? Які речовини називаються поверхнево-активними (ПАР)?

51. Дайте загальну характеристику ПАР, наведіть приклади таких речовин.

52. Сформулюйте правило Траубе-Дюкло.

53. Перелічіть основні положення теорії мономолекулярної адсорбції.

55. У яких координатах лінеаризується ізотерма Ленгмюра? Яку інформацію можна здобути шляхом такої лінеаризації?

55. Запишіть емпіричне адсорбційне рівняння Фрейдліха. Яким чином можна визначити константи цього рівняння?

---

56. Перелічіть особливості молекулярної адсорбції з розчинів на твердих адсорбентах.

57. Що таке питома поверхня адсорбенту? Яким чином її можна визначити?

58. Запишіть і поясніть адсорбційне рівняння Генрі.

Рис. 4.1	Рис. 4.2
Рис.4.3	Рис.4.4

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. – М.: Высш. шк., 1988. – 496 с.

2. Физическая химия / И.Н.Годнев, К.С.Краснов, Н.К.Воробьев и др./ Под ред. К.С.Краснова. – М.: Высш. шк., 1982. – 687 с.

3. Даниэлс Ф., Олберти Р. Физическая химия. – М.: Высш. шк., 1982. – 645 с.

4. Киреев В.А. Курс физической химии. – М.: Химия, 1975. – 775 с.

5. Білий О.В. Фізична хімія. – К.: ЦУЛ, 2002. – 364 с.

6. Лебідь В.І. Фізична фімія. – Харків: Гімназія, 2008. – 478 с.

7. Киселева Е.В., Каретников Г.С., Кудряшов И.В. Сборник примеров и задач по физической химии. – М.: Высш. шк., 1983. – 456 с.

8. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. Мищенко К.С., Равделя А.А. – Л.: Химия, 1983. – 231 с.

9. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. – М.: Химия, 1989. – 462 с.

10. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии / Под ред. Фролова Ю.Г. – М.: Химия, 1986. – 214 с.

11. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. – Л.: Химия, 1984. – 368 с.

12. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. – М.: Химия, 1975. – 512 с.

---

Смотрите также файлы

• Metod числ.мет_текст.doc

• реферат 3.doc

• 08_Охрана.doc

• Тема 16.doc

• Тема 15.doc