Сборник задач по физической химии допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР

Ответ: 5,75 ■ 10^-5 г.


136

#
В воде	В бензоле
0,0150	0,242
0,0195	0,412
0,0289	0,970

Найти коэффициент распределения, учтя, что в бензоле кислота растворяется в виде двойных молекул.
Ответ: 0,03.

321. 
     Воспользовавшись результатом предыдущей задачи, определить, сколько молей бензойной кислоты можно извлечь 10 мл бензола из 100 мл 0,2-м. водного раствора.
     

Ответ: 0,0162 моль.


137

^С2
0,0159	0,5793
0,0544	1,3821
0,2555	3,2984
0,9053	6,9972

Приняв, что распределение происходит по закону





определить графически Кип, отложив на оси абсцисс lg С₂", а на оси ординат lg С₂'.
Ответ. 0,0355; 1,66.

321. 
     Давление NH₃ над 1-н. водным раствором при 25° С равно 13,3 мм рт. ст. Коэффициент распределения КН₃ между водой и хлороформом равен 25. Определить количество Г\Н₃ в каждой фазе, если 0,03 моль NH₃, 50 мл Н₂0*и 100 мл СНС1₃ находятся в объеме, равном 500 мл.
     

Ответ: 2,766 - 10-2; 2.212 • 10~з и 1.387 ■ 10“⁴ моль.
СОВЕРШЕННЫЕ РАСТВОРЫ ¹
Совершенным называется раствор, образованный компонентами, близкими по свойствам. Совершенные растворы образуются без изменения объема и теплосодержания.
Изменение энтропии при образовании совершенного раство ра выражается уравнением
Д S = —R (п\ In N\ + n₂ In N₂ + n₃ In N_z+...). (1)
Для 1 моль двухкомпонентного совершенного раствора
A S_m=—/ДА! In А^+АДпЛД). (2)
Изменение свободной энергии при образовании совершенного раствора
Д F=RT(«1 In N\ + n₂ In N₂ + n₃ In N₃ +...). (3)
Для 1 моля двухкомпопентного совершенного раствора
Д F_m = RT(N\ In N\ + N₂ In N₂). (4)


¹ Часто совершенные растворы называют идеальными. Вообще же совершенные и бесконечно разбавленные растворы могут рассматриваться как два типа идеальных растворов.
138

Парциальная молярная свободная энергия t-того компонента совершенного раствора

F_i = F°_i + RT\nN_i, (5)
где F] — молярная свободная энергия чистого t-того компонента.
Все компоненты совершенного раствора подчиняются закону Рауля, т. е.
Pi = P'fN_r (6)
Общее давление пара двухкомпонентного совершенного раствора выражается уравнением
Р = Р\ +(Р°₂ — P])N_a. (7)
Состав пара над совершенным раствором отличается от состава раствора: в пар переходит в избытке тот компонент, прибавление которого к раствору повышает общее давление пара. На этом основано разделение компонентов совершенного раствора путем дробной перегонки.
Зависимость между составом двухкомпонентного раствора и составом пара выражается уравнением


р\ 1 — х 1 У


где х — мотярная доля второго компонента в растворе;
у — молярная доля второго компонента в паре.
При простой перегонке, когда образующийся пар немедленно отводится и конденсируются, зависимость между составом и количеством исходного раствора и. составом и количеством остатка дается уравнением








1п ———[- сОп


1 — Xol


(9)


где lV⁷o и W. — количества исходного раствора и остатка соответственно;
л'₀ и х — весовые доли более летучего компонента в исходном растворе и остатке;
а — отношение упругости пара более летучего компонента к упругости пара менее летучего
Пример 49. Смешано б.З моль вещества А с 0,3 мо ?ь вещества В при 27° С. Вычислить изменение энтропии и изменение свободной энергии, если известно, что вещества А и В образуют совершенный раствор.
Решение. Для определения AS следует воспользоваться уравнением (2).


AS = —1,987 - 2,3 [0,5 lg — + 0,3 lg-


о.к


0,3
0,8


1,05 кал,'град.


139

Так как при образовании совершенного раствора АН = 0, то

Д F=—Т Д S,
следовательно, в нашем случае
Д F——300-1,05 = —315 кал.
Пример 50. Считая, что СбН₆ и С₂Н₄Вг₂ образуют совершенный раствор, определить: 1) молярную долю бензола в парах, если в растворе она равна 0,5; 2) молярную долю бензола в растворе, если в парах она равна 0,5. Давление пара бензола равно 269 мм рт. ст. Давление пара дибромэтана равно 43 мм рт. ст.
Решение. 1) Будем считать первым компонентом дибром- этан, а вторым бензол; тогда в уравнении (8) у будет молярной долей бензола в парах, т. е. той величиной, которую требуется определить. После подстановки из уравнения (8) получаем
269 0,5 _ у
43 0,5 1 —у’
откуда у = 0,862.
2) Теперь в уравнении (8) искомой величиной будет х, которую находим из того же уравнения
269 х 0,5
43 I — лг 0,5 ’
откуда х = 0,138.


Задачи

321. 
     Определить изменение энтропии при смешении 100 г метилового спирта со 100 г этилового, считая, что они образуют совершенный раствор.
     

Ответ: 7,118 кал!град

321. 
     Приняв, что SnCl₄ и СС1₄ образуют совершенный раствор, определить изменение свободной энергии при образовании 500 г раствора, в котором молярная доля SnCl₄ равна молярной доле СС1₄, если температура равна 20° С.
     

Ответ: —972,5 кал.

321. 
     Бензол и толуол образуют совершенный раствор. При 30° С давление пара бензола равно 120,2 мм рт. ст., давление пара толуола 36,7 мм рт. ст. Определить давление пара раствора и парциальные давления паров компонентов, если раствор получен путем смешения 100 г бензола со 100 г толуола.
     

Ответ: 81; 88; 65,03 и 16,85 мм рт. ст.

321. 
     Считая, что СС1₄ и SnCl₄ образуют совершенный раствор, определить состав раствора, кипящего при 100“ С под дав
     

но

лением 1 ат. Давление паров СС1₄ и SnCl₄ при 100° С соответственно равны 1150 и 500 .ii.ii рт. ст.

Ответ: 0,274 и 0,726.

321. 
     Раствор, состоящий из бензо та и толуола, содержит 30% толуола. Определить давление пара раствора и состав пара, выразив его в молярных долях. Давление пара бензола равно 120,2 мм рт. ст., а толуола 36,7 мм рт. ст.
     

Ответ: 97,99 мм рт. ст.; 0,9 и 0,1.

321. 
     При 140° С давление пара С₆Н₅С1 равно 939 .u.u рт. ст., а давление пара С₆Н₅Вг 497 мм рт. ст. Приняв, что эти вещества образуют совершенный раствор, определить состав раствора, кипящего при 140° С под давлением 1 ат, и состав равновесного с ним пара.