II RASTVORI. Borko Matijević

Transcript

1 Borko Matijević II RASTVORI Rastvori predstavljaju složene disperzne sisteme u kojima su fino usitnjene čestice jedne supstance ravnomerno raspoređene između čestica druge supstance. Supstanca koja se raspoređuje naziva se rastvorena supstanca (rastvorak ili disperzna faza), a supstanca u kojoj se ona raspoređuje naziva se rastvarač ili disperzno sredstvo. Pod rastvaračem se podrazumeva supstanca koja je u istom agregatnom stanju kao i nastali rastvor, ukoliko su rastvorak i rastvarač u različitim agregatnim stanjima. Međutim, ako su rastvorak i rastvarač istog agregatnog stanja, tada je rastvarač ona supstanca koja se nalazi u višku. Rastvori mogu biti različitog agregatnog stanja: čvrsti (legure, staklo,...) tečni (rastvori kiselina, baza, soli,...) gasoviti (vazduh, dim,...)

2 Zbirka zadataka za pripremanje prijemnog ispita iz hemije Prema veličini čestica disperzne faze, disperzni sistemi se dele na: Grubo disperzne emulzije i suspenzije, kod kojih je veličina čestica veća od 100 nm i mogu se videti golim okom. Kada je disperzna faza čvrstog agregatnog stanja, govorimo o suspenzijama (mulj u vodi), a kada je disperzna faza tečna, onda je reč o emulziji (mleko). Koloidno disperzne koloidni rastvori, kod kojih se veličina čestica kreće od 1 do 100nm. Tu spadaju tečni, čvrsti i gasoviti solovi (magla, dim, mastilo, staklo), pena (pavlaka, areogel), gel (želatin),... Molekulsko disperzne kod kojih je veličina čestica manja od 1nm, tj. reda veličine molekula. To su homogeni sistemi, koji su stabilni i nazivaju se pravi rastvori ili samo rastvori. Rastvorljivost supstanci je različita i zavisi od njihove prirode, prirode rastvrača, temperature i pritiska. Apsolutno nerastvorljivih supstanci nema. Postoje samo one koje se lakše ili teže rastvaraju. Rastvorljivost predstavlja masu rastvorene supstance, izražene u gramima, koja se rastvara u 100 g rastvarača da bi se dobio zasićen rastvor na datoj temperaturi. Kod većine supstanci rastvaranje je praćeno utroškom energije (endotermni proces), pa rastvorljivost raste sa porastom temperature. Rastvori se mogu podeliti i prema sadržaju rastvorene supstance na: Zasićene rastvore rastvor sadrži onoliko rastvorene supstance koliko je dozvoljeno rastorljivošću te supstance u datom rastvaraču i na datoj temperaturi. Nezasićene rastvore rastvor sadrži manje rastvorene supstance nego što iznosi njena rastvorljivost. Presićene rastvore - rastvor sadrži više rastvorene supstance nego što iznosi njena rastvorljivost. Po pravilu su nestabilni i samo malim spoljinim uticajem prelaze u zasićen rastvor. 20

3 II Rastvori Pojam nezasićen - zasićen ne sme se poistovetiti sa pojmom razblažen - koncentrovan, jer nezasićeni rastvori su često i koncentrovani i obrnuto. Najznačajniji su rastvori u kojima se kao rastvarač koristi voda vodeni rastvori. IZRAŽAVANJE SASTAVA RASTVORA Sastav rastvora može biti iskazan kao kvalitativan, kada dobijamo podatak o tome kojih hemijskih elemenata, jona, atoma ili molekula ima u rastvoru i kvantitativan, koji nam daje informaciju o količinskom sastavu rastvora. Kvantitativni odnos rastvorene supstance i rastvarača u datom rastvoru može se iskazati na više načina. Najznačajniji u hemiji su maseni udeo, masena i količinska koncentracija i molalitet. 1. Maseni udeo supstance B u rastvoru, ω(b) Predstavlja broj grama rastvorene supstance B u 100 g rastvora. Izračunava se kao odnos mase rastvorene supstance B, m(b) i ukupne mase rastvora, m: gde je m(a) masa rastvarača. m ω ( B) = m ( B) ( A) ( B) m = m + m Maseni udeo supstance u rastvoru je broj koji se kreće između 0 i 1. Ako se dobijeni rezultat pomnoži sa 100 dobija se procentni sastav rastvora ili procentna koncentracija. 21

4 Zbirka zadataka za pripremanje prijemnog ispita iz hemije 2. Masena koncentracija supstance B u rastvoru, ρ(b) Izražava se brojem grama rastvorene supstance B koja je rastvorena u jediničnoj zapremini rastvora. Izračunava se kao odnos mase supstance B, m(b) i zapremine rastvora, V: m ρ ( B) = V ( B) Masa nekog rastvora i njegova zapremina međusobno su povezani preko gustine rastvora, d d m V g cm = [ d ] = 3 Jedinica masene koncentracije je kg/m 3. Kako je to velika jedinica za primenu, u hemiji se najčešće koriste manje jedinice: g/dm 3, g/cm 3, mg/cm 3, Količinska koncentracija supstance B u rastvoru, c(b) Količina rastvorene supstance B koja se nalazi u jediničnoj zapremini rastvora predstavlja količinsku koncentraciju. Često kada kažemo,,koncentracija mislimo na količinsku koncentraciju, koja se najviše i koristi u hemiji. Izračunava se kao odnos količine supstance B, n(b), i zapremine rastvora, V: c ( B) ( B) n = V Količinska koncentracija ima osnovnu jedinicu mol/m 3, međutim uglavnom se koristi manja jedinica mol/dm 3. 22

5 II Rastvori 4. Molalitet supstance B u rastvoru, b(b) Izražava količinu rastvorene supstance B koja je rastvorena u jednom kilogramu rastvarača. Izračunava se kao odnos količine rastvorene supstance B, n(b), i mase rastvarača, m(a), izražene u kilogramima: b ( B) Jedinica molaliteta je mol/kg. n = m ( B) ( A) RAZBLAŽIVANJE RASTVORA POZNATOG SASTAVA Dodatkom rastvarača A u neki rastvor supstance B poznatog sastava (ω 1, V 1 i d 1 ), dobijamo novi rastvor supstance B (ω 2, V 2 i d 2 ). S obzirom na to da se dodaje rastvarač, masa rastvorene supstance se ne menja, a dobijeni rastvor ima manju koncentraciju od početnog i to se naziva razblaživanje rastvora poznatog sastava. ω ω m ( B) = m ( B) 1 2 ( B) m ω ( B) = m ( B) ω ( B) V d = V d gde su sufiksom 1 označene sve fizičke veličine za rastvor pre razblaženja, a sufiksom 2 za rastvor posle razblaženja. Razblaživanje rastvora poznate masene koncentracije: ρ ( B) m ρ ( B) = m

6 Zbirka zadataka za pripremanje prijemnog ispita iz hemije Razblaživanje rastvora poznate količinske koncentracije: ( B) ( B) c V = c V MEŠANJE DVA RASTVORA POZNATIH SASTAVA Mešanjem dva razblažena rastvora supstance B poznatih sastava (ω 1, V r1 i ρ 1 ; ω 2, V r2 i ρ 2 ) dobijamo treći rastvor u kom se koncentracija supstance B nalazi između koncentracija prvog i drugog rastvora. Masa supstance B u dobijenom rastvoru jednaka je zbiru masa supstance B iz prvog i drugog rastvora, a zapremina dobijenog rastvora jednaka zbiru zapremina oba rastvora. ( B) + ( B) = ( B) m m m V1 + V2 = V3 ( B) ( B) ( B) ω m + ω m = ω m ( B) ( B) ( B) ω V d + ω V d = ω V d gde su sufiksima 1 i 2 obeležene fizičke veličine za rastvore koji se mešaju, a sufiksom 3 za dobijeni rastvor. Mešanje dva rastvora poznatih masenih koncentracija: ( B) ( B) ( B) ρ m + ρ m = ρ m

7 II Rastvori Mešanje dva rastvora poznatih količinskih koncentracija: ( ) ( ) ( ) c B V + c B V = c B V KOLIGATIVNE OSOBINE RASTVORA Koligativne (zbirne) osobine rastvora su osobine koje u najvećoj meri zavise od broja prisutnih čestica u rastvoru, a ne od njihove prirode. To su: sniženje napona pare, sniženje temperature mržnjenja, povišenje temperature ključanja, osmotski pritisak i dr. Kada se neisparljiva supstanca doda rastvaraču, na primer u vodu, napon pare dobijenog rastvora postaje manji od napona pare rastvarača (vode), na istoj temperaturi. Smanjenje napona pare uslovljava povišenje temperature ključanja i sniženje temperature mržnjenja rastvora u odnosu na čist rastvarač. Povišenje temperature ključanja, t e, upravo je srazmerno molalitetu: t e = K e b, gde je K e molalna konstanta povišenja temperature ključanja rastvarača i naziva se ebulioskopska konstanta. Sniženje temperature mržnjenja, t k, upravo srazmerno molalitetu: t k = K k b gde je K k predstavlja krioskopsku konstantu koja pokazuje koliko je sniženje temperature mržnjenja rastvora kod kojeg je b=1. I ebulioskopska i krioskopska konstanta imaju stalnu vrednost i zavise od prirode rastvarača, Tabela II.2. Tabela II.1. Krioskopske i ebulioskopske konstante nekih rastvarača Rastvarač K k [kg K/mol] K e [kg K/mol] Voda 1,86 0,51 Benzen 5,12 2,53 Etanol - 1,22 Cikloheksan 20,2 2,79 25

8 Zbirka zadataka za pripremanje prijemnog ispita iz hemije Osmoza je proces difuzije rastvarača kroz polupropustljivu membranu iz zone manje koncentracije rastvora u zonu veće koncentracije. Osmotski pritisak, π, razblaženog rastvora neelektrolita jednak je: π = c R T gde je c koncentracija rastvora, R univerzalna gasna konstanta, a T termodinamička temperatura. Rastvori koji imaju iste osmotske pritiske su izotonični. Navedeni izrazi za t e, t k i π strogo važe samo za rastvore neelektrolita. S obzirom da rastvori elektrolita zbog povećanog broja čestica pokazuju veće sniženje t e, t k i π nego rastvori neelektrolita iste koncentracije potrebno je odgovarajuće izraze za rastvore neelektrolita pomnožiti Van Hofovim brojem, i: i = 1 + α (z 1) gde je α stepen disocijacije, z ukupan broj jona koji nastaje disocijacijom jednog molekula elektrolita, dok je i broj koji pokazuje koliko je puta broj čestica u rastvoru elektrolita veći nego u rastvoru neelektrolita iste koncentracije. 26

9 II Rastvori ZADACI 1. Koja se komponenta smatra rastvaračem u sledećim homogenim smešama? a) 25 g metanola i 100 g vode b) 12 g NaCl i 50 g vode c) 50 g KCl (s) i 10 g MgCl 2(s) d) 150 g propanola i 20 g vode 2. U 50 cm 3 vode na 25 o C rastvara se 108 g šećera. Koja komponenta se smatra rastvaračem? 3. Rastvorljivost KI na 50 o C iznosi 168,8 g, a na 20 o C 137,2 g. Koliko će se grama ove soli iskristalisati iz 300 g zasićenog rastvora ako se on ohladi od 50 na 20 o C? 4. Rastvorljivost CuSO 4 na 20 o C iznosi 20,8. Koliki je maseni udeo CuSO 4 u zasićenom rastvoru na 20 o C? 5. Uparavanjem 220 g rastvora natrijum-hlorida, čiji je maseni udeo 3,00 % do suva dobija se: a) 2,2 g NaCl b) 3,0 g NaCl c) 6,6 g NaCl d) 12,4 g NaCl ,0 cm 3 10,00 %-tni rastvora FeSO 4 gustine 1,10 g/cm 3 sadrži: a) 10,0 g FeSO 4 i 240 mg H 2 O b) 25,0 g FeSO 4 i 225 g H 2 O c) 27,5 g FeSO 4 i 247,5 g H 2 O d) 27,5 g FeSO 4 i 1476,0 g H 2 O e) 27,5 g FeSO 4 i 275 g H 2 O 27

10 Zbirka zadataka za pripremanje prijemnog ispita iz hemije 7. Koliki je maseni udeo rastvora koji se dobija rastvaranjem 27,0 g NH 4 Cl u 100,0 cm 3 vode? Gustina vode je 1,00 g/cm 3. a) 27,00 % b) 21,26 % c) 78,75 % d) 73,00 % 8. Rasol se dobija rastvaranjem NaCl u vodi. Maseni udeo NaCl u rasolu je 7,50 %. Koliko treba odmeriti NaCl, a koliko vode za pripremanje 10,0 dm 3 rasola? Gustina rasola je 1,046 g/cm 3 a) 75 g NaCl i g H 2 O b) 100 g NaCl i 9900 g H 2 O c) 695,4 g NaCl i 9764,6 g H 2 O d) 784,5 g NaCl i 9675,5 g H 2 O 9. Koliko treba odmeriti MgSO 4 7H 2 O, a koliko vode za pripremanje 160 cm 3 5,00 %-nog rastvora MgSO 4 gustine 1,032 g/cm 3? a) 8,24 g MgSO 4 7H 2 O i 151,76 g H 2 O b) 17,00 g MgSO 4 7H 2 O i 143,00 g H 2 O c) 8,24 g MgSO 4 7H 2 O i 156,88 g H 2 O d) 17,00 g MgSO 4 7H 2 O i 148,12 g H 2 O 10. Za pripremanje 120 cm 3 rastvora kalijum-sulfata masene koncentracije 0,167 g/cm 3 potrebno je odmeriti: a) 10 g K 2 SO 4 b) 20 g K 2 SO 4 c) 30 g K 2 SO 4 d) 40 g K 2 SO Izračunati masenu koncentraciju rastvora sumporne kiseline, ako je maseni udeo tog rastvora 21,00 %, a njegova gustina 1,3120 g/cm 3. a) 0,42 g/cm 3 b) 0,21 g/cm 3 c) 0,86 g/cm 3 d) 0,28 g/cm Rastvor MgCl 2 ima masenu koncentraciju 47,5 mg/cm 3. Koliko je grama MgCl 2 2H 2 O odmereno za pripremanje 500 cm 3 tog rastvora? a) 475,0 g b) 23,75 g c) 47,50 g d) 32,75 g 28

11 II Rastvori 13. Koliko miligrama Fe 3+ -jona sadrži 1 cm 3 rastvora koji se dobija rastvaranjem 12,5 g Morove soli ((NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2 6H 2 O) u destilovanoj vodi ako se rastvor dopuni do 150 cm 3? a) 12 mg Fe 3+ b) 15 mg Fe 3+ c) 12,5 mg Fe 3+ d) 83 mg Fe Za neku reakciju je potrebno 9,8 g H 2 SO 4. Zapremina rastvora sumporne kiseline koncentrcije 2,0 mol/dm 3 koju treba odmeriti za ovu reakciju je: a) 5,0 cm 3 b) 9,8 cm 3 c) 50 cm 3 d) 98 cm 3 H 2 SO 4. (A r (H) = 1,0; A r (S) = 32,0; A r (O) = 16,0) 15. Rastvoreno je 2,54 g joda u 200 cm 3 vode. Količinska koncentracija joda u ovom rasrvoru iznosi: a) 0,02 mol/dm 3 b) 0,05 mol/dm 3 c) 0,1 mol/dm 3 d) 0,2 mol/dm 3. (A r (I) = 126,0) 16. Zapremina od 200 cm 3 rastvora NaOH koncentracije 0,20 mol/dm 3 sadrži: a) 0,20 g NaOH b) 1,6 g NaOH c) 2,0 g NaOH d) 4,0 g NaOH. (A r (Na) = 23,0; A r (O) = 16,0; A r (H) = 1,0) 17. Kolika je količinska koncentracija rastvora koji je dobijen dodavanjem 350 cm 3 vode u 400 cm 3 rastvora čiji 1 cm 3 sadrži 0,5 g NaCl? a) 9,72 mol/dm 3 b) 7,29 mol/dm 3 c) 8,71 mol/dm 3 d) 4,56 mol/dm 3 (A r (Na) = 23,0; Ar(Cl) = 35,5) 18. Kolika je količinska koncentracija rastvora natrijum-nitrata koji je dobijen mešanjem 50 cm 3 rastvora koji sadrži 20 g/dm 3 natrijum-nitrata i 350 cm 3 rastvora koji sadrži 36 g/dm 3 iste supstance? a) 0,70 mol/dm 3 b) 0,65 mol/dm 3 c) 0,60 mol/dm 3 d) 0,40 mol/dm 3 (A r (Na) = 23,0: A r (N) = 14,0; A r (O) = 16,0) 29

12 Zbirka zadataka za pripremanje prijemnog ispita iz hemije 19. Potrebno je napraviti 250 cm 3 rastvora K 2 Cr 2 O 7 koncentracije 0,15 mol/dm 3. Koliko treba odmeriti čvrstog K 2 Cr 2 O 7? a) 15,05 g K 2 Cr 2 O 7 b) 11,03 g K 2 Cr 2 O 7 c) 9,80 g K 2 Cr 2 O 7 d) 25,04 g K 2 Cr 2 O Za pripremanje 100 cm 3 rastvora odmereno je 3,41g ZnCl 2. Kolika je koncentracija dobijenog rastvora? a) 0,34 mol/dm 3 b) 0,68 mol/dm 3 c) 0,20 mol/dm 3 d) 0,25 mol/dm Odmereno je 2,52 g kristalne oksalne kiseline (H 2 C 2 O 4 2H 2 O). Koliko se cm 3 rastvora H 2 C 2 O 4 može napraviti, a da njegova koncentracija bude 0,2 mol/dm 3? a) 100 cm 3 b) 120 cm 3 c) 200 cm 3 d) 252 cm Rastvaranjem 20,0 g NaOH u 500 cm 3 vode (gustina vode 1,0 g/cm 3 ) dobija se rastvor u kome je molalitet NaOH: a) 40 mol/kg b) 1 mol/kg c) 0,5 mol/kg d) 20 mol/kg 23. U koliko cm 3 vode treba rastvoriti 84,5 g AgNO 3 da bi se dobio rastvor u kome je molalitet AgNO 3 2,0 mol/kg: a) 250 cm 3 b) 100 cm 3 c) 42,25 cm 3 d) 1000 cm Koliko grama NaCl, a koliko grama vode je potrebno odmeriti za pripremanje 200 g rastvora u kom je molalitet NaCl 1,5 mol/kg: a) 1,5 g NaCl i 200 g H 2 O b) 30,5 g NaCl i 169,5 g H 2 O c) 16,1 g NaCl i 183,9 g H 2 O d) 1, 1,5 g NaCl i 198,5 g H 2 O 30

13 II Rastvori 25. U 1000 g 60,00 %-nog rastvora sumporne kiseline dodata je voda i dobijen je 50,00 %-ni rastvor. Kolika je masa dodate vode i masa dobijenog rastvora? a) dodato je 50 g vode, a masa dobijenog rastvora je 1050 g; b) dodato je 60 g vode, a masa dobijenog rastvora je 1060 g; c) dodato je 200 g vode, a masa dobijenog rastvora je 1200 g; d) dodato je 800 g vode, a masa dobijenog rastvora je 1800 g. 26. Koliko se cm 3 rastvora natrijum-sulfata masenog udela 12,50 % može pripremiti razblaživanjem 150 cm 3 50,00 %-nog rastvora natrijum-sulfata? a) 200 cm 3 b) 400 cm 3 c) 600 cm 3 d) 800 cm Koliko vode treba dodati u 80 cm 3 rastvora HCl masene koncentracije 0,62 g/cm 3 da bi koncentracija dobijenog rastvora bila 0,33 g/cm 3. a) 70 cm 3 b) 80 cm 3 c) 50 cm 3 d) 100 cm Koncentrovani rastvor hlorovodonične kiseline ima koncentraciju 13,5 mol/dm 3. Koju zapreminu treba odmeriti tog rastvora za pripremanje 500 cm 3 rastvora koncentracije 5,4 mol/dm 3? a) 200 cm 3 b) 300 cm 3 c) 400 cm 3 d) 500 cm Koju zapreminu 20,0 %-nog rastvora NaOH, gustine 1,21 g/cm 3 treba odmeriti da bi se mešanjem sa 100 cm 3 5,0 %-nog rastvora NaOH dobio rastvor masenog udela 7,5 %? a) 20 cm 3 b) 25 cm 3 c) 30 cm 3 d) 35 cm Potrebno je napraviti 150 cm 3 rastvora KCl masene koncentracije 0,1 g/cm 3 mešanjem dva rastvora KCl masenih koncentracija ρ 1 = 0,02 g/cm 3 i ρ 2 = 0,5 g/cm 3. Koju zapreminu prvog (V 1 ), a koju drugog (V 2 ) treba odmeriti da bi smo dobili željeni rastvor? a) V 1 = 100cm 3 i V 2 = 50 cm 3 b) V 1 = 75cm 3 i V 2 = 75 cm 3 c) V 1 = 125cm 3 i V 2 = 25 cm 3 d) V 1 = 25cm 3 i V 2 = 125 cm 3 31

14 Zbirka zadataka za pripremanje prijemnog ispita iz hemije 31. U 120 cm 3 rastvora HNO 3 koncentracije 0,5 mol/dm 3 dodato je 30 cm 3 rastvora HNO 3 koncentracije 2,0 mol/dm 3. Kolika je koncentracija krajnjeg rastvora? a) 0,4 mol/dm 3 b) 0,6 mol/dm 3 c) 0,8 mol/dm 3 d) 1,0 mol/dm U 100 cm 3 rastvora saharoze C 12 H 22 O 11 koncentracije 0,5 mol/dm 3 dodato je 400 cm 3 vode. Koliki će biti osmotski pritisak dobijenog rastvora, na 25ºC? 33. U 12 dm 3 vode nalazi se rastvoreno 0,20 mola propanola i 0,25 mola glukoze. Izračunati osmotski pritisak rastvora na 273 K. 34. Izračunati temperaturu na kojoj mrzne 8,00 %-tni vodeni rastvor glukoze C 6 H 12 O Koji od ponuđenih rastvora iste zapremine sadrži najmanji broj čestica (sve soli su potpuno disosovane)? a) 1 mol natrijum-hlorida b) 0,5 mol kalijum-sulfata c) 0,3 mol aluminijum-sulfata d) 1,2 mol etanola 36. Izračunati na kojoj temperaturi ključaju vodeni rastvori: a) metanola i b) CaCl 2 Oba rastvora imaju isti molalitet b=0,8 mol/kg. α(cacl 2 (aq) ) = 100%. 37. Zaokružiti slovo ispred rastvora koji ima najveći osmotski pritisak: a) Urea, 1 mol/dm 3 b) sirćetna kiselina, 2 mol/dm 3 c) NaCl, 1,5 mol/dm 3 32