ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОВЕРКИ

1. а) Изобразите фазовую диаграмму воды в системе координат температура-давление с осями длиной не меньше 10 см каждая. (В эту диаграмму следует включить только одну твердую фазу.) Обозначьте тройную точку диаграммы буквой Т, а критическую точку-буквой С.

б) Отметьте на этой диаграмме фазу или фазы, которые могут существовать в равновесии при условиях, определяемых: 1) каждой областью между линиями диаграммы, 2) каждой линией диаграммы.

в) Объясните, что представляют собой тройная и критическая точки.

г) 1) Как изменяется температура плавления льда при повышении давления? Поясните ответ с учетом плотности жидкой воды и льда.

2) Объясните различие в плотности жидкой воды и льда с учетом структуры этих двух фаз.

3) Кратко опишите ситуацию, в которой это различие плотностей имеет важное значение.

2. а) Что означает термин «давление пара жидкости (или твердого вещества)?

Постройте график, показывающий изменение давления пара жидкой воды (в кПа) от температуры в диапазоне 0-200 °С. Укажите величины, откладываемые вдоль осей координат, и единицы их измерения. (1 атм кПа). Укажите важнейшие точки этого графика зависимости давления от температуры.

б) Что означает утверждение, что тройная точка воды соответствует давлению 610 Па и температуре 273,1 К?

Постройте фазовую диаграмму воды, укажите на ней важнейшие температурные точки и объясните смысл различных линий этой диаграммы. Пометьте оси диаграммы.

При каких условиях образуется сухой иней?

в) Изобразите фазовую диаграмму диоксида углерода и объясните, почему твердый диоксид углерода сублимирует на открытом воздухе при температурах выше с учетом того, что его тройная точка соответствует давлению 518 кПа и температуре 217 К. Чем отличается фазовая диаграмма диоксида углерода от фазовой диаграммы воды?

г) Изобразите фазовую диаграмму серы, обращая внимание на ее важнейшие особенности, и объясните, почему твердая сера имеет две разные температуры плавления в зависимости от скорости, с которой ее нагревают. Какое физическое явление иллюстрирует эта диаграмма?

3. а) 1) Сформулируйте закон Генри.

2) При 293 К в воды растворяется ксенона (этот объем измерен при стандартных условиях), находящегося под давлением I атм. Исходя из того, что в воздухе на каждые 1,7 -107 молекул приходится один атом ксенона, вычислите (с точностью до двух значащих цифр) число атомов ксенона в воды, насыщенной воздухом при давлении 1 атм и температуре 293 К.

б) Вещество и вещество в жидком состоянии полностью смешиваются друг с другом.

Они полностью не смешиваются в твердом состоянии и не взаимодействуют с образованием нового вещества. В их жидкой смеси с минимальной температурой замерзания ) мольная доля вещества А составляет 0,30.

1) Постройте фазовую диаграмму температура-состав для этой системы и обозначьте каждую область на этой диаграмме.

2) Опишите, что должно происходить при охлаждении жидкой смеси, в которой мольная доля вещества А составляет 0,50.

в) Очищенную воду для использования в химической лаборатории можно получать при помощи ионного обмена. Опишите, на каких принципах основан этот метод очистки воды.

4. Сформулируйте закон Рауля.

Покажите, с помощью соответствующих диаграмм, как влияет присутствие нелетучего растворенного вещества в растворе на такие свойства растворителя, как 1) температура кипения, 2) температура замерзания. Опишите подробно эксперимент, основанный на применении закона Рауля, который выполняется в лабораторном практикуме для определения молярной массы какого-либо вещества с известным химическим названием. Постройте схематическое изображение используемой для этого экспериментальной установки с надписями, указывающими ее основные части. Какие ограничения присущи этому методу?

Этанол, имеющий температуру кипения при давлении 101 кПа, и метанол, имеющий температуру кипения при давлении 101 кПа, полностью смешиваются друг с другом, образуя идеальный раствор (смесь). Объясните смысл терминов, выделенных курсивом.

Постройте для этой системы: а) кривую зависимости давления пара от состава смеси (при постоянной температуре) и б) кривую зависимости температуры кипения от состава смеси (при постоянном давлении) и сделайте на них соответствующие надписи. Укажите на диаграмме (а) вклады в давление пара от каждого компонента смеси. Пользуясь более подробным вариантом диаграммы (б), дайте развернутое объяснение того, что понимается под фракционной перегонкой.

5. а) Как изменяется давление пара над смесью двух летучих жидкостей при постоянной температуре в зависимости от состава смеси при условии, что: 1) жидкости смешиваются друг с другом, образуя идеальную смесь; 2) жидкости не смешиваются друг с другом?

б) Опишите какое-либо одно применение перегонки несмешивающихся жидкостей в лабораторной практике, не упуская практических подробностей.

в) Метанол (т. кип. ) и трихлорометан (т. кип. ) образуют неидеальную смесь. В помещенной ниже таблице указано содержание , в

мольных долях в жидкой и газовой фазах при различных температурах и внешнем давлении 1 атм.

Пользуясь миллиметровой бумагой, постройте как можно аккуратнее диаграмму температура кипения - состав для этой жидкой смеси, включив в диаграмму все необходимые надписи. Начертите на диаграмме линии, показывающие, что произойдет при перегонке небольшого количества смеси, содержащей 80 мол. после конденсации днстиллата, его повторной перегонки и конденсации. Определите состав полученной таким образом жидкости и ее температуру кипения.

6. Пропан-1-ол (т. кип. ) и вода образуют азеотропную смесь, имеющую температуру кипения и массовый состав воды по массе. Постройте диаграмму температура кипения - состав для смеси включив в нее все необходимые надписи, и с ее помощью объясните, что означает термин «азеотропная смесь».

Подробно объясните, что произойдет при фракционной перегонке смеси и воды, содержащей по массе.

Смесь обнаруживает положительное отклонение от закона Рауля. Что означает это утверждение? Объясните причину указанного отклонения.

б) Воспользуйтесь данными, которые помещены в приведенной ниже таблице, и вычислите массовое содержание в процентах фениламина в дистиллате, образующемся при перегонке с паром смеси фениламина с водой при атмосферном давлении (101,3 кПа). При какой температуре происходит эта перегонка с паром?

7. а) Опишите, пользуясь соответствующей фазовой диаграммой, экспериментальную процедуру перегонки с паром.

б) Объясните, на каких теоретических положениях основана эта процедура, и покажите, как можно вычислить состав дистиллата, зная давление его пара.

в) При перегонке с паром некоторого органического соединения (А) под давлением 101,3 кПа (760 мм температура перегонки равнялась Установлено, что дистиллат содержал 80 масс. воды. Вычислите относительную

молекулярную массу вещества А. (Давление насыщенного пара воды при равно 98,4 кПа, или 733 мм

а) Что означает термин «коэффициент распределения»?

Водный раствор бутандикарбоновой кислоты встряхивали с диэтиловым эфиром при до установления равновесия. Для последующей нейтрализации водного слоя потребовалось водного раствора гидроксида натрия с концентрацией а для нейтрализации эфирного слоя потребовалось водного раствора гидроксида натрия с концентрацией

Вычислите коэффициент распределения бутандикарбоновой кислоты между водой и эфиром.

Каким, по вашему мнению, должен быть коэффициент распределения бутандикарбоновой кислоты между: 1) водой и гексаном, 2) водой и по сравнению с коэффициентом распределения этой же кислоты между водой и диэтиловым эфиром. Поясните ответы,

б) Объясните, почему диэтило эфир особенно удобен для экстракции органических соединений из их водных растворов.

Вычислите массу органического соединения А, которую можно экстрагировать из водного раствора, содержащего 5,0 г вещества А, встряхивая этот раствор с каждой из следующих жидкостей:

1) 100 см3 диэтилового эфира в виде одной порции;

2) с двумя последовательными порциями диэтнлового эфира по каждая. Кратко поясните свои ответы по пунктам (1) и (2).

(Коэффициент распределения вещества А между эфиром и водой равен )

9. Золото плавится при а таллий при Сплавы золото/таллий различных составов характеризуются следующими экспериментальными данными:

Постройте на миллиметровой бумаге фазовую диаграмму системы золото/таллий, сделайте надписи на каждом участке диаграммы и объясните смысл каждой линии и пересечения линий на этой диаграмме.

Начертите и объясните кривую зависимости температуры от времени, полученную при медленном охлаждении сплава, который содержит 72% золота. В каком физическом состоянии должен находиться этот сплав при температуре

Начертите и объясните кривую зависимости температуры от времени, полученную при медленном охлаждении сплава, который содержит 28% золота. Какую особенность имеет сплав такого состава?

Укажите одно практическое применение какого-либо сплава, который имеет фазовую диаграмму, подобную фазовой диаграмме сплава золото/таллий.

10. а) Понижение температуры замерзания растворителя при растворении в нем нелетучего вещества является коллигативным свойством. Объясните смысл этого термина и приведите еще два примера других коллигативных свойств.

б) Опишите способ определения относительной молекулярной массы какого-либо соединения, растворенного в подходящем растворителе, на основе эксперимента, основанного на использовании одного из указанных вами свойств.

в) Подробно объясните, насколько применим предложенный вами метод для определения относительной молекулярной массы: 1) уксусной кислоты при помощи концентрированного раствора этой кислоты в подходящем растворителе; 2) белкового вещества.

г) Вычислите температуру замерзания: 1) раствора 22,5 г тростникового сахара в 450 г воды и 2) раствора 3,0 г хлорида калия в 400 г воды. В каком из этих растворов раньше произойдет отделение льда? (Криоскопическая постоянная воды равна )

11. а) Что означают термины давление пара и мольная доля?

б) Для раствора, содержащего одно нелетучее растворенное вещество в каком-либо растворителе, объясните, как понижается давление пара растворителя под влиянием нелетучего растворенного вещества по сравнению с давлением пара чистого растворителя в зависимости от 1) мольной доли растворителя либо 2) мольной доли растворенного вещества при постоянной температуре.

в) 1) Если давление пара чистой воды при 300,0 К равно 3,5649 кПа, то каким должно быть давление пара раствора, содержащего 0,1000 моль глюкозы в 1,000 кг воды?

2) Как должно повлиять на давление пара данного раствора глюкозы растворение в нем 0,2000 моль мочевины?

г) Постройте графики, которые показывают:

1) изменение давления водяного пара от температуры в интервале 273-373 К;

2) относительное положение кривой давления пара чистого растворителя и раствора какого-либо нелетучего вещества в этом растворителе вблизи точки кипения чистого растворителя.

д) Воспользуйтесь вторым графиком, построенным вами при ответе на предыдущий вопрос, и объясните, на чем основан метод определения относительной молекулярной массы по измерению температуры кипения; четко сформулируйте все приближения и предположения, которые приходится использовать для обоснования данного метода.

12. а) Установлено, что при некоторой температуре осмотическое давление определенного раствора тростникового сахара в воде равно 1 атм. Что означает это утверждение?

6) Установлено, что раствор, содержащий 20,0 г некоторого полимера в воды, при 290 К имеет осмотическое давление Вычислите с точностью до трех значащих цифр относительную молекулярную массу данного полимера.

13. Напишите краткий обзор применений хроматографии в химическом анализе и разделении смесей.

14. Опишите главные принципы, на которых основаны все виды хроматографии.

Приведите экспериментальные подробности для четырех разновидностей хроматографии, показывающие, как эти принципы применяются на практике. Предложите для каждой из четырех названных ниже пар веществ надлежащую методику хроматографического разделения: а) пропан и бутан, б) -нитрофениламин и и л-нитроанилин). В каждом случае обоснуйте выбор предложенной вами методики.