Закон распределения экстракция. Закон распределения

Если взять две несмешивающиеся жидкости и добавить третий компонент, то он будет растворяться в разной степени в том и другом растворителе. При установлении равновесия отношение концентраций полученных растворов будет постоянным при данной температуре

= К, это выражение закона распределения Нернста, где

Концентрации третьего компонента в I и II фазах;

К - коэффициент распределения.

Если растворенное вещество диссоциирует или ассоциирует в одном из растворителей, то уравнение Нернста имеет вид:

Для нахождения Кип логарифмируем уравнение и получаем уравнение прямой

Построив прямую в координатах , найдем «п » как тангенс угла наклона прямой (по любым двум точкам, лежащим на прямой) tga =

InK можно найти из уравнения, подставив в него значения любой точки, находящейся на прямой.

Этот закон лежит в основе процесса экстракции. Экстракция это извлечение компонента из одной фазы в другую. Экстракция бывает твердофазная - извлечение веществ из твердой фазы в жидкую (например, заваривание чая, кофе, приготовление настоек, экстрактов трав и т.д.) и жидкофазная - извлечение растворенного вещества из жидкого раствора экстрагентом . Раствор извлеченного вещества в экстрагенте называется экстрактом , а исходный раствор после извлечения из него вещества называется рафинатом .

Для расчета эффективности жидкофазной экстракции используют уравнение

(3.31)

Где х - доля неизвлеченного вещества в рафинате;

V - объем исходного раствора;

Объем экстрагента;

К - коэффициент распределения

п - число экстракций.

Как видно из уравнения, чем больше экстракций, тем меньше остается вещества в рафинате, то есть неизвлеченным, тем больше вещества извлекается экстрагентом. Эффективность экстракции в большой степени определяется величиной коэффициента распределения: чем больше коэффициент в пользу экстрагента, тем эффективнее экстракция.

Различная растворимость частиц одной фазы в другой обусловлена си- лами межмолекулярного взаимодействия. Если частицы в фазах связаны ме- жду собой идентичными межмолекулярными силами, то они растворяются при смешивании неограниченно (например, бензол – спирт); в случае различно- го межмолекулярного характера связей между частицами (например, ковалент- ного в одной и ионного в другой) растворимость фаз или ограничена (бензол – во- да) или практически вообще невозможна (вода – ртуть).

Для трехкомпонентных жидких систем, в которых два компонента яв- ляются нерастворимыми или ограниченно растворимыми, третий компонент распределяется между обеими нерастворимыми жидкими фазами при посто- янной температуре так, что отношение его концентраций в этих двух фазах сохраняется постоянным. Это положение составляет сущность закона рас- пределения, установленного в 1890 г. Нернстом и дополненного исследова- ниями советского ученого Н. А. Шилова.

Этот закон, характеризующий равновесное состояние системы, может быть выведен следующим образом. Предположим, что при одинаковой тем- пературе имеется две несмешивающиеся жидкости (например, вода и хлоро- форм), в эту систему мы вводим третий компонент – иод, который будет рас- творяться и в одной, и другой фазе.

Химические потенциалы веществ, находящихся в двух равновесных фа-

зах, должны быть одинаковыми. Значит, если в одной фазе δ (воде) химиче-

ский потенциал растворенного йода равен:

а в другой фазе β (хлороформе):

то µ ()  µ ()

2 2

 o()   o()

Стандартные химические потенциалы при данной температуре величи-

ны постоянные. Но в разных фазах они, естественно, имеют разные значения

). Отношение активных концентраций йода в разных фазах явля-

ется величиной постоянной, равной:

 o()   o()

Отношение активных концентраций третьего компонента (в нашем приме- ре – иода) в различных несмешивающихся фазах обозначают буквой k и назы- вают коэффициентом распределения, т. е.

()  k

или отношение концентраций:

()

Коэффициент распределения зависит от природы веществ, состав-

ляющих систему, и температуры.

Указанные простые соотношения справедливы только в тех случаях, ко- гда добавление третьего вещества к системе нерастворимых или ограничен- но растворимых жидкостей не вызывает изменения растворимости жидко- стей друг друге, а также если растворяемое вещество в каждой из равновес- ных фаз находится в одном и том же состоянии (в виде одних и тех же частиц). Если же распределяющееся вещество между двумя фазами, при этом диссо- циирует или ассоциируется, то устанавливается сложное равновесие между простыми и ассоциированными молекулами или ионами в пределах каждой фазы и между фазами. В общем случае для описания распределения вещест-

ва между равновесными жидкими фазами пользуются уравнением Н. А. Ши-

лова и Л. К. Лепинь

где n – коэффициент ассоциации.

Например, если n = 2 это означает, что в фазе δ вещество существует в виде одиночных молекул, а в фазе β образует димеры. При логарифмирова- нии этого уравнения оно принимает следующий вид:

lgk = n lga (δ) – lga(β).

Для нахождения постоянных n и k строят график в координатах: lga(δ) – lga(β). Угловой коэффициент прямой равен k, а в точке пересечения прямой с осью ординат – значение lgk.

Уравнения, связывающие коэффициент распределения с концентрация-

ми третьего компонента, выводят при помощи несложных рассуждений.

Третий компонент диссоциирует в одной из фаз. Пусть вещество КА, состоящее из катиона К+ и аниона Аˉ, распределяется между двумя раствори- телями δ и β (рис. 40, а). В растворителе δ вещество КА диссоциирует на ио- ны К+ и Аˉ, а в растворителе β остается в виде молекул. Концентрация ионов и недиссоциированных молекул в фазе δ связаны уравнением закона дейст- вия масс. Если аналитическая концентрация вещества КА в фазе δ равна С, а степень диссоциации его равна α, то концентрация ионов К+ и Аˉ равны αС, а недиссоциированной части КА: (С – αС). Константа диссоциации для би-

нарного электролита равна

K дис.  С (1  ) . (3.12)

Недиссоциированная часть вещества КА в фазе δ находится в равновесии с веществом КА в фазе β. Это равновесие характеризуется коэффициентом

распределения (3.9)

где С (δ) и С (β) – концентрации вещества КА соответственно в фазах δ и β .

С (δ) = С (1 – α),

k  C (1  ) . (3.13)

В соответствии с выражением константы диссоциации концентрация

вещества КА в фазе δ будет равна

C ()  C (1  ) 

а коэффициент распределения:

(C) 2

 ()

Ассоциация третьего компонента в одной из фаз. Пусть вещество М распределяется между фазами δ и β. Но в фазе β оно находится в ассоцииро- ванном состоянии М2, т. е. молекулы объединяются в частицу, состоящую из двух молекул (см. рис. 40, б). Концентрация ассоциированных молекул и

одиночных молекул М связана между собой простым соотношением закона

Рис.40. Равновесия между различными формами распределяемого вещества:

а – в случае диссоциации в одной из фаз; б – в случае ассоциации.

действующих масс. Если α – степень диссоциации М2 на М молекул, а анали- тическая концентрация вещества М2 в этой фазе равна С, то концентрация М2 составляет С(1 – α), а концентрация М – 2αС. И тогда константа диссоциации

Kдис.  С (1  ) ,

концентрация простых молекул составляет величину

()

С  2С 

К дис.С(1  ) .

Концентрации простых молекул в фазах δ и β связаны коэффициентом распределения:

Kдис.С(1)

Подобные же рассуждения следует применять и при выводе уравнений для случаев одновременных ассоциации в одной фазе и диссоциации в дру- гой или при взаимодействии растворяемого вещества с растворителем (хими- ческое взаимодействие).

Экспериментальное исследование коэффициентов распределения может служить для определения степени ассоциации или диссоциации растворен- ного вещества в том или ином растворителе, константы равновесия реакции, протекающей в одной из фаз и т. д.

Извлечение металла в органическую фазу возможно только в том случае, если растворимость соединений этого металла в органическом растворителе выше, чем в воде. В реальных системах металл существует в виде разнообразных соединений. Следует учитывать, что в ходе экстракции могут образоваться формы, которых в исходном растворе не было. Поэтому прежде всего необходимо установить, в виде какого соединения экстрагируется металл и какова его растворимость. Растворимость любого соединения зависит от многих факторов: природы вещества, температуры и давления. Обычно химически подобные вещества лучше растворяются друг в друге, чем в веществах другой структуры. При этом подобие не следует понимать слишком узко, так как часто уже достаточно присутствия в молекулах одинаковых или сходных по поведению групп. Молекулы растворителя вступают с растворенными молекулами в энергетическое взаимодействие, в первую очередь типа электростатического, так как молекулы большинства растворителей обладают электрическими дипольными моментами.

Одним из условий проведения экстракции является нейтрализация заряда. Заряженные соединения не могут переходить в органический растворитель. Присутствующие в растворе ионы металла необходимо перевести в незаряженный комплекс либо в ионный ассоциат с подходящим ионом противоположного заряда. Величина заряда иона играет существенную роль при экстракции ионных ассоциатов. В этом случае лучше всего извлекаются в органическую фазу однозарядные ионы, хуже - двух- и особенно трехзарядные. Кроме того, экстрагирующееся соединение должно быть гидрофобным и не содержать гидрофильных групп, например гидроксильных или карбоксильных.

Экстракция как химическая реакция (основные законы и количественные характеристики).

Основные количественные характеристики процессов экстракции

экстракция как метод разделения длительное время применяется в аналитической химии и химической технологии, теоретические основы этого метода долгое время оставались неизученными. В частности, долгое время оставались неизученными основные количественные характеристики экстракционных процессов, что было определенным препятствием для широкого внедрения экстракции в практику. Для расчета количества вещества, которое экстрагируется органическими растворителями, необходимо знать константу и коэффициент распределения, степень экстракции и т. д.

М. Бертло и Ю. Юнгфлейш были первыми исследователями, которые в 1872 г. на основании экспериментальных данных показали, что отношение равновесных концентраций вещества, распределяющегося между двумя жидкими фазами, является постоянным. Это отношение термодинамическим путем было выведено В. Нернстом, который в 1891 г. сформулировал закон распределения.

Согласно закону распределения, вещество, растворенное в двух несмешивающихся или ограниченно смешивающихся жидкостях, распределяется между ними в постоянном отношении. Это отношение для идеальных систем зависит только от температуры, природы вещества и не зависит от концентрации. Закон распределения справедлив лишь в том случае, если распределяемое вещество в обеих фазах находится в одной и той же форме.

Константа распределения вещества . Постоянная величина, выражающая отношение концентраций распределяемого вещества , находящегося в обеих фазах (после наступления равновесия ) в одной и той же форме, называется константой распределения:

P 0 = [A] 0 / [A] B (1)

где Р о - константа распределения: [А] о -концентрация вещества в фазе органического растворителя , моль /л; [А] В - концентрация вещества в водной фазе, моль /л.

Величина константы распределения зависит от природы распределяемого вещества , состава и свойств применяемого экстрагента, температуры , при которой производится экстракция . Эта константа не зависит от равновесных концентраций экстрагируемого вещества и объемов водной и неводной фаз.

Коэффициент распределения. При расчетах константы распределения вещества по формуле (1) необходимо быть уверенным в том, что распределяемое вещество в обеих фазах находится в одинаковой форме (в одинаковом молекулярном состоянии). Однако во многих экстракционных системах не соблюдается указанное выше условие. В одной из жидких фаз могут происходить диссоциация , ассоциация, сольватация , гидролиз распределяемого вещества , образование комплексов и т. д. Для расчетов экстракционных равновесий в таких системах не принимают во внимание форму существования вещества в каждой фазе, а учитывают только отношение суммарных (аналитических) концентраций распределяемого вещества в обеих фазах.

На основании определения суммарных концентраций можно рассчитать не константу , а коэффициент распределения данною вещества в применяемой системе растворителей (вода - органический растворитель ). Коэффициент распределения - это отношение суммарной аналитической концентрации вещества в фазе органического растворителя к суммарной аналитической концентрации этого вещества в водной фазе (без учета того, в какой форме находится вещество в каждой фазе):

D = C 0 / C B (2)

где D - коэффициент распределения; С о - суммарная аналитическая концентрация вещества в фазе органического растворителя , моль /л; С В - суммарная аналитическая концентрация вещества в водной фазе, моль /л.

Степень экстракции . Степень экстракции (процент экстракции ) - это отношение количества экстрагированного вещества к общему (начальному) количеству этого вещества в водном растворе :

R = A 100 / N (3)

где R - степень экстракции вещества , %; А - количество вещества , которое экстрагировалось органическим растворителем ; N - общее (начальное) количество вещества в водном растворе .

Классификация экстракционных процессов.

Экстракционные системы весьма разнообразны. Рассматривается классификация экстрагирующихся соединений по типу соединения, переходящего в органическую фазу. Классификацию по указанному признаку предложил Золотов Ю.А.:

Экстракции неполярных и малополярных веществ,

Экстракции комплексных металлокислот,

Экстракции внутрикомплексных соединений (ВКС).

ВКС образуются при взаимодействии катонов металлов с органическими

реагентами, одна из активных групп которого должна содержать подвижный

атом водорода, замещаемый при комплексообразовании на металл, вторая

(третья и т.д.) может быть тоже кислотной или чаще, основной.

На экстракцию ВКС влияют такие факторы и параметры, как кислотность водной фазы, концентрация реагента, константы распределения и константы диссоциации реагента, константы устойчивости и константы распределения комплекса, конкурирующие реакции в водной фазе, присутствие солей -электролитов, концентрация элемента, температура, растворитель.

Удобной является классификация, учитывающая тип соединения, в виде которого экстрагируемый элемент переходит в органическую фазу. При этом все соединения могут быть разделены на две большие категории - неионизированные соединения и ионные ассоциаты. Эти соединения отличаются не только химическим составом, но также механизмом их образования и перехода в слой органического разбавителя. Одни из них заранее существуют или преимущественно образуются в водном растворе, поэтому для их извлечения используют, как правило, чистые разбавители. Другие, наоборот, образуются в процессе самой экстракции за счет взаимодействия находящегося в органической фазе реагента с катионами металлов, содержащихся в водном растворе.

Рассмотренная классификация продуктов экстракции позволяет выделить определенные группы экстрагентов и растворителей, близких по электронному строению и характеру электронного взаимодействия в экстракционных системах. Согласно этой классификации экстрагенты можно разделить на три группы:

1. Углеводороды: алифатические насыщенные (гексан, октан), алифатические ненасыщенные (пентен, гексен), ароматические (бензол, толуол).

2. Соединения, в молекулах которых содержится одна функциональная группа атомов: спирты, простые эфиры, сложные эфиры, кетоны, нитросоединения, галогенпроизводные углеводородов (хлороформ, четыреххлористый углерод, хлорбензол), серосодержащие соединения (сероуглерод, тиофен).

3. Соединения, в которых содержится более одной функциональной группы атомов: диэтилдитиокарбаматы, 8-оксихинолин и др.

Возможности практического использования экстракции.

Разделение смесей элементов осуществляют прежде всего с помощью избирательных экстрагентов. Например, не составляет труда отделить ртуть и висмут в виде дитизонатов от циркония и алюминия, поскольку ни цирконий, ни алюминий с дитизоном вообще не реагируют. Более типичен случай, когда разделяемые элементы в принципе экстрагируются все, но неодинаково. В этом случае используют другой прием разделения, в основе которого лежит варьирование концентрационных условий: pH, концентрации компонентов системы, включая экстрагент. Разделение достигается также изменением состояния окисления элементов. Например, при разделении галлия и железа аминами эффект достигается восстановлением железа до неэкстрагируемого двухвалентного состояния. Галлий при этом переходит в органическую фазу. Для улучшения разделения при экстракции в водную фазу вводят маскирующие агенты.

Экстракцию широко используют в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, металлургической, фармацевтической и других промышленных областях, а также в аналитической химии и химическом синтезе.

Заключение.

Области применения экстракции быстро расширяются. В настоящее время можно назвать аналитическую химию, радиохимию, ядерную технологию, технологию цветных и редких металлов. Кроме того, необходимо отметить большое значение экстракции для препаративных и аналитических целей в научных исследованиях, например при изучении процессов комплексообразования и состояния веществ в растворах. Развитие экстракционных методов достигло такой ступени, что в настоящее время можно экстрагировать любой элемент или разделить любую пару элементов путем применения тех или иных экстракционных систем или выбора соответствующих условий экстракции. Для прогнозирования экстракционной способности различных соединений используются достижения термодинамики, координационной химии, теории растворов, органической химии. Поэтому изучение экстракционных систем способствует развитию химии в целом.

Литература

Золотов Ю.А. Экстракция в неорганическом анализе. М.: Изд-во МГУ, 1988. 82 с.

Золотов Ю.А. Экстракция внутрикомплексных соединений. М.: Наука, 1968. 313 с.

www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/790.html

Задача

Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарные уравнения электролиза раствора и расплава хлорида натрия. Какие вещества будут образовываться, если процесс проводить при перемешивании? Напишите уравнение реакции, составьте электронно-ионный баланс. Сколько времени надо проводить электролиз силой тока 2000 А, чтобы получить 5 кг натрия, выход по току составляет 87 %? Сколько литров хлора выделится при этом? Вычислите изотонический коэффициент 15%-ного раствора хлорида натрия, если он замерзает при -10,4 о С, и его степень диссоциации.

aCl Na + + C -

K(-): Na + +ё=Na 0 - окислитель

A(+): 2Cl - – 2ё= Cl 2 - восстановитель

2Na + + 2Cl - = 2Na + Cl 2

aCl Na + + Cl -

K(-): 2H 2 O +2ё= H 2 +2 OH - - окислитель

A(+): 2Cl - - 2ё = Cl 2 - восстановитель

2H 2 O + 2NaCl = H 2 + Cl 2 + 2NaOH

При перемешивании: Cl 2 + 2NaOH = NaClO + NaCl + H 2 O

Студентам III курса технологического факультета

Для выполнения лабораторной работы

По физической химии на тему:

«Закон распределения. Жидкостная экстракция»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ : изучение процесса жидкостной экстракции одного из основных процессов пищевых технологий.

ЗАДАЧА РАБОТЫ : приобретение практических навыков в проведении лабораторных исследований, обработке экспериментальных данных аналитическим и графическим методами.

ВВЕДЕНИЕ

Одним из частных случаев трехкомпонентных систем является следующий: две жидкости взаимно нерастворимы, а третий компонент способен растворяться и в одной и в другой. При достижении равновесия в системе происходит распределение третьего компонента между двумя несмешивающимися жидкими фазами в определенном соотношении, качественно характеризующемся константой распределения.

Наиболее известный пример применения закона распределения – экстрагирование, т. е. извлечение вещества из раствора подходящим растворителем, который не смешивается с первым и в то же время растворяет извлекаемое вещество в большем количестве, чем первый. Для многих органических веществ таким растворителем является эфир, а неорганических – вода. Для полноты извлечения экстрагируемое вещество переводят в то молекулярное состояние, в котором оно находится в обеих фазах. Так, например, при извлечении слабой органической кислоты выгодно понизить степень ее диссоциации добавлением минеральной кислоты. В этом случае недиссоциированные молекулы органической кислоты извлекаются полнее. Растворимость же органических веществ в воде существенно снижается в присутствии солей – эффект высаливания.

Экстракция – один из самых распространенных процессов в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Экстрагирование широко используется для извлечения эфирных масел из растительного сырья и их очистки. В виноделии процесс экстракции используется при получении сырья для производства вермутов, переработки виноградных жмыхов.

I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Закон распределения .

Если какое-либо вещество растворимо в двух несмешивающихся жидкостях, то при его растворении в смеси двух таких жидкостей оно распределяется между ними в отношении, определяемом законом Нернста-Шилова:

Растворяемое вещество распределяется между двумя несмешивающимися жидкостями в постоянном отношении концентраций, не зависящем от количества добавляемого растворимого вещества.

K = C1/ C2 (1), где С1 и С2 – концентрации вещества в 1-м и 2-м растворителях.

Закон выполняется при постоянной температуре, достаточном разбавлении растворов, при отсутствии взаимодействия растворенного вещества с растворителем.

В реальных условиях при растворении веществ происходят процессы ассоциации и диссоциации молекул растворяемого вещества.

Случай 1. Вещество ассоциировано в одном из растворителей за счет образования водородных связей с возникновением димеров:

Или полимеров

Закон распределения в этом случае будет выглядеть следующим образом:

К=С1 N/ C2 или (2)

Здесь N=М1/М2 – отношение средних молекулярных масс вещества в одном и другом растворителях.

Если преобразовать уравнение (2), прологарифмировать его, получим

Lg K = n lg C1 – lg C2 или

Lg C2 = n lg C1 – lg K (3)

– это прямая зависимости Lg C2 = F(Lg C1)

Уравнение позволяет графически определять N и К из экспериментальных данных.

Случай 2. В одном из растворителей (чаще всего в воде) вещество диссоциировано, а в другом (органическом) ассоциировано.

Закон распределения принимает вид:

A-степень диссоциации.

Пример 1. При распределении фенола между водой и бензолом получены следующие данные:

С1 (Н2О), кмоль/дм3 0,0316 0,123 0,327 0,750

С2 (С6Н6), кмоль/дм3 0,0077 0,159 0,253 0,390

Вычислить значение К и N графически.

Если взять две несмешивающиеся жидкости и добавить третий компонент, то он будет растворяться в разной степени в том и другом растворителе.

«При установлении равновесия отношение концентраций полученных растворов постоянно при данной температуре» - закон распределения Нернста (1.13).

где
- концентрации третьего компонента вI и II фазах; К - коэффициент распределения.

= К, (1.14)

Для нахождения Кип логарифмируем уравнение (1.14) и получаем уравнение прямой:

Построив прямую в координатах
, найдем «п » как тангенс угла наклона прямой (по любым двум точкам, лежащим на прямой) tga =
.

InK можно найти из уравнения, подставив в него значения любой точки, находящейся на прямой.

Закон распределения Нернста лежит в основе процесса экстракции. Экстракция это извлечение компонента из одной фазы в другую. Экстракция бывает твердофазная - извлечение веществ из твердой фазы в жидкую (например, заваривание чая, кофе, приготовление настоек, экстрактов трав и так далее) и жидкофазная - извлечение растворенного вещества из жидкого раствора экстрагентом . Раствор извлеченного вещества в экстрагенте называется экстрактом , а исходный раствор после извлечения из него вещества называется рафинатом .

Для расчета эффективности жидкофазной экстракции используют уравнение (1.15):

, (1.15)

где х - доля неизвлеченного вещества в рафинате;

V - объем исходного раствора;

- объем экстрагента;

К - коэффициент распределения

;

п - число экстракций.

Как видно из уравнения (1.15), чем больше экстракций, тем меньше остается вещества в рафинате, то есть неизвлеченным, тем больше вещества извлекается экстрагентом. Эффективность экстракции в большой степени определяется величиной коэффициента распределения: чем больше коэффициент в пользу экстрагента, тем эффективнее экстракция.

Часто в справочнике дается коэффициент распределения как отношение концентраций в рафинате к экстракту, то есть величина, обратная той, что должна быть в уравнении (1.14). В этом случае следует взять величину обратную справочной и использовать в уравнении (1.15), или использовать другое уравнение, где

1.10 Примеры решения задач

Задача 1

50 г водного раствора FeCl 2 с моляльностью 1,97 моль/кг с плотностью 1,332 г/см 3 смешали со 150 мл 5 масс. % раствора FeCl 2 с плотностью 1,038 г/см. Выразить состав полученного раствора всеми возможными способами.

Дано:

Раствор 1 : Раствор 2:

=50r
= 150 мл

b
=1,97моль/кг

= 1,332 г/см 3
= 1,038 г/см 3

b 3 = ? W 3 = ? Х 3 = ?

Решение:

Для каждого раствора найдем массу FeCl 2 и Н 2 0 .

Раствор 1 : b
= 1,97 моль/кг, то есть на 1 кг воды приходится 1,97 моль FeCl 2 ,

= l,97M FeCl 2 = 1,97∙127,5 =251 г;
= 1000 г; m p . pa = 1251 г

1251 г (р-ра) - 251г FeCl 2 ;

50 г р-ра - х F е Cl 2

г.

Итак, в растворе 1:
= 10 г;

= 50 – 10 = 40 г.

Раствор 2 : m р. ра =∙V = 1,038 ∙ 50 =156 г;

= 156-8= 148 г

Раствор 3 : m р- pa = 50 + 156 = 206 г;
=10 + 8=18г

m H 2 O =40+ 148 = 188 г

Задача 2

При 100 °С тетрахлорэтилен имеет давление насыщенного пара 400 мм.рт.ст., а бромбензол - 196 мм.рт.ст.. Найти состав раствора, кипящего при 100 °С под давлением 360 мм.рт.ст., и состав насыщенного пара над раствором. Считать раствор идеальным.

=400 мм.рт.ст.

= 196 мм.рт.ст.

P общ = 360 мм.рт.ст.

Решение:

Кипение наступает тогда, когда внешнее давление и давление насыщенного пара равны. Следовательно, 360 мм.рт.ст. - это и внешнее давление и общее давление насыщенного пара над раствором.

;

Задача 3

При 25 °С константа распределения иода между водой и амиловым спиртом равна 0,00435. Сколько граммов иода останется в трех литрах водного раствора (С = 1,3 г/л) после двухкратной экстракции амиловым спиртом, если всего израсходовано 400 мл спирта?

К = 0,00435 =

=1,3г/л

= 400/2 = 200 мл = 0,2 л

= ?

Решение:

Экстрагентом является амиловый спирт. Следовательно, данная константа распределения является обратной, требуемой в уравнении для расчета эффективности экстракции:

Рассчитываем константу распределения:

- доля иода, оставшегося в рафинате.

Масса растворенного иода в исходном растворе:

m = m 0  x = 3,9 . 0,0037 = 0,014 г - масса иода, оставшегося в рафинате

Задача 4

Закрытый сосуд объемом 5,0 л содержит газ Н 2 S при температуре 20 0 С и давлении равном 740 мм. рт. ст. Какой объем воды должен быть добавлен, чтобы парциальное давление Н 2 S понизилось до 500 мм. рт. ст.? Коэффициент абсорбции Н 2 S (α) равен 2,58.

= 5,0 л = 5,0∙10 -3 м 3

T 1 = T 2 = 293 K

P = 740 мм.рт.ст.= 0,984∙10 5 Па

- ?

Решение:

Понижение давления происходит за счет растворения части Н 2 S в воде. Рассчитаем исходное количество Н 2 S и остаточное количество Н 2 S после растворения его в воде.

Пренебрежем изменением объема газа за счет добавления воды, то есть V 2 = V 1 .

Рассчитаем количество Н 2 S, растворенное в воде:

Рассчитаем V 0 – объем Н 2 S, приведенный к нормальным условиям (Р = 1,0133∙10 5 Па, Т = 273,15 К), который растворен в воде:

Задача 5

Метан плавится при температуре 90,5 К, его теплота плавления равна 70,7 Дж/моль. Определить растворимость метана в жидком азоте при температуре 50 К.

Решение:

Обычно мы знаем метан как газ, но в данном случае речь идет о твердом метане при температуре ниже его температуры плавления. Следовательно, надо найти растворимость твердого вещества в жидкости, что можно выполнить по уравнению Шредера: