Pavyzdiniai klausimai ir tirpalų užšalimo temperatūros depresijos aptarimas
Užšalimo temperatūros sumažėjimas yra labai svarbus koligatyvinis reiškinys tirpalų chemijoje. Jis veikia daugelį biologinių, cheminių ir pramoninių procesų. Šiame straipsnyje aptariami keli užšalimo temperatūros sumažėjimo pavyzdžiai ir pateikiamos išsamios diskusijos, siekiant paaiškinti šią sąvoką.
Užšalimo taško depresijos supratimas
Užšalimo temperatūros sumažėjimas yra reiškinys, kai tirpiklio užšalimo temperatūra sumažėja, kai į jį pridedama ištirpusios medžiagos. Šis efektas yra koligatyvinis reiškinys, o tai reiškia, kad užšalimo temperatūros sumažėjimas priklauso nuo ištirpusių dalelių skaičiaus tirpale, o ne nuo ištirpusios medžiagos rūšies.
Bendroji lygtis, naudojama užšalimo temperatūros depresijai apskaičiuoti, yra:
\[
Delta T_f = K_f cdot m
\]
Kur:
– \(\Delta T_f\) yra užšalimo temperatūros depresija.
– \(K_f\) yra tirpiklio būdingoji užšalimo temperatūros mažėjimo konstanta.
– \(m\) yra tirpalo molingumas (ištirpintos medžiagos moliai/kg tirpiklio).
Užšalimo taško depresijos pavyzdžių klausimai
1 klausimas
Yra žinoma:
– Tirpalas paruošiamas ištirpinus 5 gramus NaCl (molinė masė = 58.5 g/mol) 200 gramų vandens.
– Vandens užšalimo temperatūros mažėjimo konstanta (K_f) yra 1.86 °C•kg/mol.
Pertanyaan:
Apskaičiuokite šio tirpalo užšalimo temperatūros sumažėjimą.
Diskusija:
1. Apskaičiuokite tirpalo moliškumą (m):
Pirmiausia apskaičiuojame NaCl molių skaičių:
\[
\text{mol NaCl} = \frac{\text{NaCl masė (g)}}{\text{molinė masė (g/mol)}} = \frac{5 \text{ g}}{58.5 \text{ g/mol}} = 0.0855 \text{ mol}
\]
Tada apskaičiuojame moliškumą (ištirpintos medžiagos moliai / kg tirpiklio):
\[
\text{molality} = \frac{\text{mol NaCl}}{\text{tirpiklio masė (kg)}} = \frac{0.0855 \text{ mol}}{0.2 \text{ kg}} = 0.4275 \text{ m}
\]
2. Apskaičiuokite užšalimo temperatūros sumažėjimą (\(\Delta T_f\)):
\[
Delta T_f = K_f √m = 1.86 °C•kg/mol √0.4275 m = 0.79545 °C
\]
Taigi, šio tirpalo užšalimo temperatūra sumažės iki 0.79545 °C.
2 klausimas
Yra žinoma:
– Tirpale yra 10 gramų gliukozės (C₆H₁₂O₆, molinė masė = 180 g/mol), ištirpintos 250 gramų vandens.
– Vandens užšalimo temperatūros mažėjimo konstanta yra 1.86 °C•kg/mol.
Pertanyaan:
Kokia yra šio gliukozės tirpalo užšalimo temperatūros depresija?
Diskusija:
1. Apskaičiuokite tirpalo moliškumą (m):
Pirmiausia apskaičiuojame gliukozės molių skaičių:
\[
\text{mol gliukozės} = \frac{\text{gliukozės masė (g)}}{\text{molinė masė (g/mol)}} = \frac{10 \text{ g}}{180 \text{ g/mol}} = 0.0556 \text{ mol}
\]
Tada apskaičiuojame moliškumą (ištirpintos medžiagos moliai / kg tirpiklio):
\[
\text{molality} = \frac{\text{mol gliukozės}}{\text{tirpiklio masė (kg)}} = \frac{0.0556 \text{ mol}}{0.25 \text{ kg}} = 0.2224 \text{ m}
\]
2. Apskaičiuokite užšalimo temperatūros sumažėjimą (\(\Delta T_f\)):
\[
Delta T_f = K_f √m = 1.86 °C•kg/mol √0.2224 m = 0.413664 °C
\]
Taigi, gliukozės tirpalo užšalimo temperatūra sumažės 0.413664 °C.
3 klausimas
Yra žinoma:
– Tirpalas paruošiamas ištirpinus 20 gramų karbamido (NH₂CONH₂, molinė masė = 60 g/mol) 500 gramų vandens.
– Vandens užšalimo temperatūros mažėjimo konstanta (K_f) yra 1.86 °C•kg/mol.
Pertanyaan:
Apskaičiuokite šio tirpalo užšalimo temperatūros sumažėjimą.
Diskusija:
1. Apskaičiuokite tirpalo moliškumą (m):
Pirmiausia apskaičiuojame karbamido molių skaičių:
\[
\text{mol karbamido} = \frac{\text{karbamido masė (g)}}{\text{molinė masė (g/mol)}} = \frac{20 \text{ g}}{60 \text{ g/mol}} = 0.3333 \text{ mol}
\]
Tada apskaičiuojame moliškumą (ištirpintos medžiagos moliai / kg tirpiklio):
\[
\text{molality} = \frac{\text{mol karbamido}}{\text{tirpiklio masė (kg)}} = \frac{0.3333 \text{ mol}}{0.5 \text{ kg}} = 0.6666 \text{ m}
\]
2. Apskaičiuokite užšalimo temperatūros sumažėjimą (\(\Delta T_f\)):
\[
Delta T_f = K_f √m = 1.86 °C•kg/mol √0.6666 m = 1.240476 °C
\]
Taigi, tirpalo užšalimo temperatūra sumažės iki 1.240476 °C.
4 klausimas
Yra žinoma:
– Tirpale yra 15 gramų acto rūgšties (CH₃COOH, molinė masė = 60 g/mol), ištirpintos 300 gramų vandens.
– Vandens užšalimo temperatūros mažėjimo konstanta (K_f) yra 1.86 °C•kg/mol.
Pertanyaan:
Kokia yra šio acto rūgšties tirpalo užšalimo temperatūros depresija?
Diskusija:
1. Apskaičiuokite tirpalo moliškumą (m):
Pirmiausia apskaičiuojame acto rūgšties molių skaičių:
\[
\text{mol acto rūgšties} = \frac{\text{acto rūgšties masė (g)}}{\text{molinė masė (g/mol)}} = \frac{15 \text{ g}}{60 \text{ g/mol}} = 0.25 \text{ mol}
\]
Tada apskaičiuojame moliškumą (ištirpintos medžiagos moliai / kg tirpiklio):
\[
\text{molalumas} = \frac{\text{mol acto rūgšties}}{\text{tirpiklio masė (kg)}} = \frac{0.25 \text{ mol}}{0.3 \text{ kg}} = 0.8333 \text{ m}
\]
2. Apskaičiuokite užšalimo temperatūros sumažėjimą (\(\Delta T_f\)):
\[
Delta T_f = K_f √m = 1.86 °C•kg/mol √0.8333 m = 1.55 °C
\]
Taigi, tirpalo užšalimo temperatūra sumažės iki 1.55 °C.
Išvada
Užšalimo temperatūros sumažėjimas yra svarbus koligatyvinis reiškinys, naudojamas įvairiose mokslo ir pramonės srityse. Suprasdami, kaip apskaičiuoti užšalimo temperatūros sumažėjimą, galime numatyti, kaip skirtingos ištirpusios medžiagos paveiks tirpalo užšalimo temperatūrą. Šiame straipsnyje aptarta keletas pavyzdžių ir kaip apskaičiuoti tirpalų užšalimo temperatūros sumažėjimą, suteikiant jums tvirtą pagrindą suprasti užšalimo temperatūros sumažėjimo sąvoką.
