Лекция_10_Общая_химия_Растворы_продолжение_2024

1.

ОБЩАЯ ХИМИЯ
(лекция 10)
Продолжение лекции «Растворы»

2.

д.х.н., профессор
кафедры общей химии
Конюхов Валерий Юрьевич
VK id2476227

3.

План лекций

4.

Растворы. Равновесие в водных растворах
• Растворы. Равновесие в водных растворах
Идеальные и реальные растворы. Химические потенциалы
компонентов идеального и реального растворов. Сольватация
(гидратация) электролитов; диссоциация, ионная и молекулярная
ассоциация.
Растворители и их свойства. Особенности воды как
растворителя. Электролитическая диссоциация воды и
водородный показатель.
Коллигативные свойства. Законы Рауля и Вант-Гоффа. Связь
свойств растворов (осмотическое давление, температуры
кипения и замерзания) с состоянием растворенного вещества.
• Свойства реальных растворов. Активность электролитов.
Среднеионный коэффициент активности. Предельный закон
Дебая-Хюккеля. Константа и степень диссоциации слабых
электролитов. Закон разбавления.

5.

Тема 17. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
ПО КУРСУ ХИМИИ
(для подготовки к экзамену и выполнения
итогового домашнего задания)
1. Растворы. Способы выражения концентрации. Растворители
и их свойства. Особенности воды как растворителя.
Водородный показатель. Электролитическая диссоциация,
сольватация и ассоциации в растворах. Связь свойств
растворов
(осмотического
давления,
повышения
температуры
кипения
и
понижения
температуры
замерзания) с состоянием растворенного вещества.
2. Идеальные растворы, закон Рауля. Реальные растворы,
активность и коэффициент активности компоненты
раствора. Среднеионный коэффициент активности и
активность ионов в растворах электролитов.

6.

Электрохимия
• Типы электрохимических процессов. Окислительно-восстановительные
системы. Двойной электрический слой, скачок потенциала на межфазной
границе. Электродный потенциал. Уравнение Нернста. Зависимость
электродного потенциала от материала электродов и состава раствора.
Электрохимический ряд напряжения. Стандартный электрод сравнения.
Классификация электродов: металлические, неметаллические, окислительновосстановительные, газовые электроды (водородный, кислородный) и
электродные реакции, протекающие на них.
Ионоселективные электроды.
Химические источники тока: обратимые, необратимые, концентрационные.
Гальванический элемент, аккумулятор, разовые источники тока, топливный
элемент.
Устройство и принцип действия.
Электродвижущая сила.
Электролиз. Последовательность электродных процессов для водных
растворов электролитов. Перенапряжение.
Основные виды коррозии металлов. Электрохимическая коррозия. Коррозия
металлов и проблема надежности. Методы защиты от коррозии.

7.

Список литературы
1. Н.В. Коровин. Общая химия. М.: Высшая школа.
2014.
2. Н.С.Ахметов. Общая и неорганическая химия –
М.:ВШ, 2012.
3. Н.Л. Глинка «Общая химия» М.: Изд. «Химия»,
2002.
4. Жукова Т.В., Глаголева М.А., Липанова Н.В.,
Сергиевский В.В., Сорока И.В. Общая химия
(основные понятия, примеры, задачи). М.: МИФИ,
2008.
5. Сергиевский В.В., Ананьева Е.А., Жукова Т.В.,
Звончевская М.Ф., Кучук Ж.С., Котыхова О.А.
Неорганическая химия: учебное пособие для
внеаудиторной работы. М.: МИФИ, 2007.

8.

Литература
• Общая химия лабораторные работы
(под редакцией Е.А. Ананьевой) М.:
МИФИ, 2010.
• Сборник тестов и задач по курсу
химии. НИЯУ МИФИ. М.: 2014.
• Общая и неорганическая химия (под
редакцией А.Ф. Воробьева).
• Т. 1 и 2. М.: Академкнига. 2004.

9.

Повторение мать учения!
Это мать учения

10.

Реальные растворы

11.

Неидеальные растворы.
Положительные и отрицательные
отклонения от закона Рауля

12.

• При образовании реальных
растворов наблюдаются
отклонения от закона Рауля.
•т.е. зависимость между
парциальными давлениями
компонентов и их содержанием в
жидкости нелинейная:
•Рi Рoi хi

13.

•Не выполняются и
термодинамические
условия образования
идеальных растворов:

14.

• растворение сопровождается
тепловым эффектом:
• смН ≠ 0,
• при образовании раствора
происходит изменение объёма
системы:
• смV ≠ 0

15.

•Изменение энергии Гиббса и
энтропии нельзя вычислить по
уравнениям:
• смG RT(n1 lnx1 + n2 lnx2)
• смS R(n1 lnx1 + n2 lnx2)

16.

Положительные отклонения от
закона Рауля

17.

• Энергия взаимодействия между
разноименными молекулами меньше
энергии взаимодействия между
одноименными молекулами:
• ЕА-В < ЕА-А и ЕВ-В
• - энергия сольватации меньше
энергии ассоциации.

18.

• Образование таких растворов
сопровождается их
разрыхлением:
• (объём раствора больше суммы
объёмов компонентов порознь):
• смV > 0

19.

• Облегчается переход молекул в
пар. Следовательно, давление над
полученными растворами больше,
чем, если бы они были идеальными
o
• Рi > Р i хi.
• Имеют место положительные
отклонения от закона Рауля.

20.

Положительные отклонения от закона
Рауля
Положительные
отклонения
наблюдаются в
системах: ацетон
– бензол, ацетон
– сероуглерод и
т.п.

21.

Отрицательные отклонения от
закона Рауля

22.

• Энергия взаимодействия между
разноименными молекулами больше
энергии взаимодействия между
одноименными молекулами:
• ЕА-В > ЕА-А и ЕВ-В
• – энергия сольватации больше
энергии ассоциации.

23.

•В этом случае при смешении
компонентов выделяется
энергия, т.е. тепловой эффект
смешения
• смН < 0.

24.

•Образование растворов
сопровождается их сжатием
(объём раствора меньше суммы
объёмов компонентов порознь):
• смV < 0

25.

• Затрудняется переход молекул в
пар. Следовательно, давление над
полученными растворами меньше,
чем, если бы они были
идеальными:
•Рi <
o
Р i хi
• Имеют место отрицательные
отклонения от закона Рауля.

26.

Отрицательные отклонения от закона Рауля
Примерами
подобных систем
являются: ацетон
– хлороформ,
вода –
изопропанол и
т.п.

27.

• Примером системы с отрицательным
отклонением от закона Рауля является
система вода – этанол.
• Действительно, при смешении 50 см3
воды с 50 см3 этанола в сумме получается
не 100 см3 раствора, а лишь 97 см3, при
этом раствор нагревается за счёт
выделяющейся энергии в форме теплоты.

28.

Идеальные предельно
разбавленные растворы. Закон
Генри

29.

•Смеси непохожих веществ могут
сильно отклоняются от закона
Рауля, но даже они следуют этому
закону, когда в системе содержание
одного из компонентов в десятки
раз больше, чем другого, т.е. в
области разбавленных растворов.

30.

• Всегда можно выделить область
концентраций (x1 1, x2 0 ), в
которой для растворителя
выполняется закон Рауля, т.е. линии
парциального и общего давления
сливаются с прямыми,
соответствующими закону Рауля.

31.

R – область
выполнения
закона Рауля

32.

Р
Р
0
РА
РВ0
Р
Р
область выполнения закона
Рауля

33.

•т.е. при малых концентрациях
(x1 1) неидеальные растворы
ведут себя как идеальные,
поэтому их называют:
•идеальными предельно
разбавленными растворами.

34.

•Для растворителя в предельно
разбавленных растворах
выполняется закон Рауля, а для
растворённого вещества он
выполняется ????

35.

Р
Область
выполнения
закона Генри
РВ0
КВ
Н
А
В

36.

Р
КА
Область
выполнения
закона Генри
РА0
Н
А
В

37.

• В предельно разбавленном растворе
парциальное давление пара
растворенного вещества также
линейно зависит от его молярной
доли в жидкости, но эта прямая не
сливается с линией, отвечающей
закону Рауля.

38.

• Это означает, что давление пара
растворенного вещества подчиняется
уравнению, аналогичному закону
Рауля, но вместо Р0 в него входит
некоторая константа К:
• РВ= КВ хB,
РА= КА хА,
(1)
• где хB или хB - молярная доля
растворенного вещества, а KB или КА константа Генри вещества В или А.

39.

•Уравнения (1) называют законом Генри
•Области Генри на рисунке (закон Генри
– Дальтона) отмечены буквой Н.

40.

R- область
выполнения
закона Рауля
Н – область
выполнения
закона Генри

41.

Растворимость газов в жидкостях

42.

• Закон получил свое название в честь
У. Генри (1803 г.), который получил
уравнение, описывающее
растворимость газов (они всегда
растворенные вещества) в жидкости в
зависимости от внешнего давления.

43.

Уильям Генри
(1774 — 1836 г.г.)
Эксперименты
с
количеством
газов,
поглощаемых водой при различных Т и Р
(закон Генри).
Его сочинение
Elements of Experimental Chemistry (1799
г) выдержало одиннадцать изданий в течение
30 лет.
Был одним из основателей Института
механики
(Манчестерский институт науки и технологии

44.

•«Растворимость газа в жидкости
пропорциональна его давлению».
•Закон выполняется при невысоких
давлениях газов, химически не
взаимодействующих с
растворителем.

45.

•Термодинамическая запись
закона Генри:
•Р2 = К2 х2
•При такой записи растворимость
газа тем выше, чем меньше
константа Генри.

46.

47.

Термодинамические константы Генри некоторых
газов при 298 К
Газы
Вода
Бензол
Н2
5.34 107
2,75 106
N2
6,51 107
1,79 106
O2
3,30 107
-
CO2
1,25 106
8,57 104
CH4
3,14 105
4,27 105

48.

•Из таблицы следует, что при 298К
в воде лучше всего растворяется
метан (у него меньше всего
значение константы Генри), а в
бензоле - диоксид углерода.

49.

• Чаще применяют закон Генри в
такой записи:
• S = КГ Р
Здесь S – растворимость газа в
жидкости, Р – давление газа
(парциальное давление газа).
При такой записи чем больше
константа Генри КГ, тем больше
растворимость при данном Р

50.

•Закон Генри констатирует простой
факт: чем выше давление газа над
поверхностью жидкости, тем
труднее растворенному в ней газу
высвободиться и перейти в
газовую фазу.

51.

• Если газ и растворитель между собой
химически не взаимодействуют, то
концентрация газа в растворе невелика.
• Например, при н.у. в дм3 воды
растворяется около 0,002 г водорода.
• Также плохо растворяются в воде
кислород и азот.

52.

• Растворимость газов, вступающих во
взаимодействие с растворителем
(например, NH3, SO2, CO2, HCl c водой),
может быть очень велика. Например, при
н.у. в 1 дм3 воды растворяется 875 г
аммиака.
• В этом случае закон Генри не
выполняется: растворимость таких газов
хоть и растет с повышением давления, но
описывается более сложной
зависимостью.

53.

Влияние температуры на
растворимость газов в
жидкостях

54.

• У. Генри опытным путем
установил что
растворимость газов с
повышением
температуры
уменьшается.
• Как эту закономерность
может объяснить
термодинамика?

55.

•Реальный процесс растворения газов в
жидкостях представим как бы состоящим из
2-х процессов:
•1. фазового перехода – конденсации;
•2. сольватации молекул растворённых
веществ молекулами растворителя.
• Так как начальное и конечное состояние системы одинаковое, то
изменение функций состояния смH, смS и смG будет одинаковым.

56.

•Тепловой эффект растворения
смH:
• смH = кондH + сольвH
• кондH < 0, сольвH.< 0
•т.е. всегда: смH < 0.

57.

• Вспомним полюбившуюся нам, изобару
химической реакции (изобару Вант-Гоффа)
для константы Генри КГ, полученную
интегрированием при смН = const:
0
Δсм