Задачи для самостоятельного решения.

1. Мольная теплота испарения воды равна 43,09 кДж/моль. давление насыщенного водяного пара при температуре 40ºС равно 55,3 мм рт.ст. Чему равно давление насыщенного пара при температуре 50ºС?

(Ответ: 92,51 мм рт.ст.)

2. Молярная энтальпия плавления льда равна 6,01 кДж/моль, а энтальпия испарения воды 41,09 кДж/моль. Чему равна молярная энтальпия возгонки льда?

(Ответ: 47,1 мм рт.ст.)

3. 5 г синтезированного органического вещества оказалось растворенным в 1,00 л воды. Вычислите массу этого соединения, экстрагируемую 50 мл эфира за один раз, и за два раза, но по 25 мл. Коэффициент распределения вещества между эфиром и водой при комнатной температуре равен 40,0.

(Ответ: 3,33 г)

4. Коэффициент распределения вещества S между эфиром и водой равен 5,0. Раствор, содержащий 10,0 г S в 500 мл воды, обрабатывают 100 мл эфира. Рассчитайте массу вещества S, экстрагированного из воды.

(Ответ: 5 г).

5. Начертите приближенную диаграмму состав – температура кипения для двухкомпонентной смеси жидкостей А и В, неограниченно смешивающихся. Т _кип (ºС): А – 70, В – 50, азеотропной смеси – 83. Состав азеотропной смеси 70% А. Каков состав пара над смесью из 10 молей А и 40 молей В? Каким веществом обогащается пар при кипения этой смеси?

6. Охарактеризуйте систему, полученную при нагревании до 303 К смеси из 160 г метилстеарата и 40 г парафина: фазовое состояние, состав равновесных фаз в % и граммах компонентов, соотношение масс равновесно соответствующих фаз, число степеней свободы. Укажите температуру начала кристаллизации исходной смеси и состав жидкой фазы в конце кристаллизации. Какого состава систему можно использовать в качестве основы для суппозиториев? Почему?
7. Пользуясь диаграммой, определите начало и конец плавления смеси состава 20% мол. фенацетина (Ф) и 80% мол. антипирина (А). Охарактеризуйте состояние данной системы при 348 К: количество и агрегатное состояние фаз, состав и соотношение равновесных фаз, число степеней свободы. Какого вещества и сколько надо добавить к исходной смеси, чтобы она не содержала твердой фазы в заданных условиях? Общая масса системы 0,5 кг.
8. На рисунке приведена диаграмма: температура – состав ограниченно растворимых жидкостей (анилин – гексан). Установите, из чего состоит система, полученная смешением 186 г анилина и 258 г гексана, при 30ºС. До какой температуре необходимо нагреть смесь, содержащую 0,8 моль гексана и 0,2 моль анилина, чтобы она стала гомогенной?

9. Камфора (компонент А) и тимол (компонент В) неограниченно взаимно растворимы в жидком и нерастворимы в твердом состоянии. Постройте диаграмму состояния системы камфора – тимол по следующим данным:

Температура кристаллизации эвтектики 20ºС, состав эвтектики 60% А, 40% В. Объясните, что представляет собой система, состоящая из 10% В и 90% А при 180ºС? Какой компонент будет кристаллизоваться при охлаждении системы. Что произойдет с системой, если ее охладить до 60ºС? Сколько степеней свободы у системы в этом состоянии?

10. Определите координаты эвтектической точки в системе Al – Si, если известно, что компоненты взаимно нерастворимы в твердом состоянии и образуют идеальный расплав. Т _пл,Al = 660ºС, Δ Н _пл,Al = 6,4 кДж/моль, Т _пл,Si = 1420ºС, Δ Н _пл,Si = 6,4 кДж/моль.

(Ответ: Т _эвт = 828,51 ºС, х _эвт = 0,901).

11. Опишите точку О системы «пара – нитрогидрохинон (п -НГХ)– вода»: число фаз, их агрегатное состояние, состав равновесных фаз в % масс. и в граммах компонентов; примените правило фаз к точке О системы. Что нужно сделать, чтобы система стала однофазной? Общая масса системы 1 кг.
12. К какому типу можно отнести эту диаграмму? Какие изменения произойдут в системе состава 75% γ-коллидина и 25% воды, если нагреть ее от 10 до 60ºС? Опишите систему при 363 К (число фаз и степеней свободы, состав и соотношение масс равновесных фаз). В каком интервале составов можно использовать эту систему как однородную лекарственную форму при 303 К.

13. По диаграмме плавкости системы «алюминий – кремний» определите, в каком фазовом состоянии находятся системы, обозначенные на рисунке точками а, б, в, г, д, е, ж, з.

14. Укажите, какие фазы находятся в системе "парафин – метилстеарат", если ее состояние изображается точками A, B, C, D, E, F, G, H и I. Рассчитайте в точках число степеней свободы системы. Укажите составы сосуществующих фаз в точках. Постройте кривые охлаждения системы из точек, имеющих координаты: а) 15% метилстеарата; 55 °С; б) 10% парафина; 45 °С; и объясните, какие процессы происходят при этом в системе. В качестве диаграммы в такой задаче может быть приведена и другая диаграмма двухкомпонентной системы: с неограниченной растворимостью в твердой и жидкой фазах, диаграмма системы "жидкость – пар" с неограниченной растворимостью в жидкой фазе с азеотропом и без него, диаграмма "жидкость₁ – жидкость₂" с ограниченной растворимостью в жидких фазах).

Рис. 47. Диаграмма плавкости системы

"парафин – метилстеарат"

15. При перегонке бромбензола с водяным паром кипение начинается при давлении 10,13.10⁴ Па и температуре 368,3 К. Бромбензол практически нерастворим в воде, а парциальные давления воды и бромбензола при указанной температуре соответственно равны 8,519.10⁴ и 1,613.10⁴ Па. Вычислите массу бромбензола, которая переходит в дистиллят вместе с 1 кг воды.

(Ответ: 1,65 кг)

16. Сколько иода остается в 1 л водного раствора, который был насыщен при 291 К, после взбалтывания его с 0,1 л сероуглерода? Растворимость иода в воде при 291 К составляет 1 г на 3,616 л. Коэффициент распределения иода между сероуглеродом и водой равен 590. Молекулярная масса иода в обоих растворителях одинакова.

(Ответ: 4,6 мг)

17. Фенол имеет нормальную молекулярную массу и в воде и в амиловом спирте. При 298 К раствор, содержащий 10,53 г/л фенола в амиловом спирте, находится в равновесии с водным раствором, содержащим 0,658 г/л фенола. Определите массу фенола, полученную из 0,5 л водного раствора с концентрацией фенола 37,6 г/л двукратным экстрагированием амиловым спиртом. Для каждого экстрагирования берется 0,1 л амилового спирта.

(Ответ: 17,7 г)

МОДУЛЬ 3
КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ.
ЭЛЕКТРОХИМИЯ