Цель занятия: Формирование базовых знаний о определения свойств и концентраций растворов и навыков проведения расчетов.
Требования к знаниям, которые студент должен приобрести в результате освоения темы:
знать выражения состава растворов;
уметь: вычислять состав и количества индивидуальных веществ в растворах
Теоретическая часть:
Растворами называют термодинамически устойчивые гомогенные смеси переменного состава, образованные из двух и более компонентов. Гомогенная система, образующая раствор, может быть твердой или жидкой. В состав каждого раствора обязательно входят растворенные вещества и растворитель. Растворителем называют компонент, который в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор, либо компонент, концентрация которого выше концентрации других компонентов. Растворитель представляет собой среду, в которой равномерно распределены растворенные вещества и сохраняет свое фазовое состояние при образовании растворов. Компонент раствора, присутствующий в нем в меньшей концентрации, чем растворитель и молекулы которого равномерно распределены между молекулами растворителя, обычно определяют как растворенное вещество.
Состав раствора, в частности, содержание растворенного вещества, может выражаться различными Концентрацией раствора называют содержание растворенного вещества в определенном массовом или объемном количестве раствора или растворителя. В химической практике наиболее часто используются следующие величины, выражающие содержание растворенного вещества в растворе:
Ø Массовая доля растворенного вещества (ω). Массовая доля представляет собой отношение массы растворенного вещества к массе всего раствора. Это безразмерная величина, выражаемая в долях от единицы или в процентах.
ω = или ω =
где mв-ва – масса растворенного вещества, г;
mp – масса раствора, г.
Масса раствора представляет собой сумму масс растворенного вещества и растворителя:
mp = m + mр-ля
Ø Мольная доля (N) – отношение количества растворенного вещества (или растворителя) к сумме всех веществ, составляющих раствор. Также как и массовая доля, мольная доля является безразмерной величиной.
Nв-ва =
Nр-ля =
где νв-ва – количество растворенного вещества, моль;
νp – количество вещества растворителя, моль.
Ø Молярная концентрация растворенного веществаили молярность (СМ). Молярная концентрация вещества в растворе показывает, какое количество растворенного вещества (моль) содержится в 1 литре раствора. Молярная концентрация измеряется в моль/л или моль/дм3 (М).
СМ = или СМ =
где νв-ва – количество растворенного вещества, моль;
mв-ва – масса растворенного вещества, г;
Мв-ва – молярная масса растворенного вещества, г/моль;
Vp-ра – объем раствора, л.
Ø Молярная концентрация эквивалента вещества или нормальность (Сн) – число эквивалентных масс растворенного вещества, содержащегося в 1 литре раствора; единицы измерения – моль эквивалентов/литр (н).
Сн =
где mв-ва – масса растворенного вещества, г;
МЭ – молярная масса эквивалента вещества, г/моль.
Vp-ра – объем раствора, л;
Ø Моляльная концентрация растворенного веществаили моляльность (Сm) – величина, показывающая, какое количества растворенного вещества содержится в 1000 г растворителя. Единицы измерения моляльности – моль/кг или моль/г.
Пирокатехин Синонимы: катехол о-дигидроксибензол пирокатехол Внешний вид: бесцветн. моноклинные кристаллы (растворитель перекристаллизации - бензол) Молекулярная масса (в а. е. м.) : 110,12 Температура плавления (в °C): 105 Температура кипения (в °C): 245,9 Растворимость (в г/100 г или характеристика) : ацетон: хорошо растворим бензол: растворим вода: 45,1 (20°C) диэтиловый эфир: растворим тетрахлорметан: растворим хлороформ: растворим этанол: хорошо растворим Метод получения 1. (лабораторный синтез) К раствору 122 г (1 мол. ) чистого салицилового альдегида (примечание 1) в 1000 мл 1 н. раствора едкого натра добавляют при комнатной температуре 1420 г (1,2 мол. ) 3%-ной перекиси водорода. Смесь слегка темнеет, и температура повышается до 45— 50°. Раствор оставляют стоять 15—20 час, после чего прибавляют несколько капель уксусной кислоты для нейтрализации избытка щелочи; затем раствор упаривают в вакууме досуха на водяной бане. Оставшийся сухой осадок хорошо измельчают и нагревают почти до кипения с 500 мл толуола; затем смесь выливают на складчатый фильтр экстракционного аппарата и экстрагируют кипящим толуолом в течение 5 часов. Толуольный раствор охлаждают и сливают с выпавшего пирокатехина. Нерастворимый осадок вновь растирают и экстрагируют в том же аппарате ранее слитым толуолом. В результате двух экстракций получают 70—76 г светло-коричневых пластинок с т. пл. 104°. Этот продукт достаточно чист для большинства целей. После отгонки толуола из маточного раствора получают еще 6—12 г пирокатехина. Для получения совершенно чистого продукта неочищенный пирокатехин перегоняют в вакууме, причем он нацело переходит при 119—121 С/10 мм (или 113—115°/8 мм) ; перегнанный продукт перекристаллизовывают из 5-кратного количества (по весу) толуола. Таким путем получают бесцветные пластинки с т. пл. 104—105°. Выход очищенного продукта: 76—80 г (69—73% теоретич. ; примечание 2). Примечания: 1. В случае применения технического салицилового альдегида (не очищенного через бисульфитное соединение) получают значительно меньший выход (50% или еще меньше) . 2. Вышеописанный метод применим почти ко всем оксиальдегидам, в которых гидроксильные и карбонильные группы находятся по отношению друг к другу в орто- или пара-положении; в последнем случае получают производные гидрохинона. Если гидроксильные и карбонильные группы занимают мета-положение, то реакция не идет, так же как и в случае некоторых орто- и пара-соединений, содержащих нитрогруппы или атомы иода. о-Оксиацетофенон и п-оксиацетофенон также образуют в указанных выше условиях соответственно пирокатехин и гидрохинон. 3. Пирокатехин может быть получен также окислением салицилового альдегида с некоторых производных перекиси водорода, например, персульфатов и перекиси натрия. Однако этот метод значительно менее удобен.
Объяснение:
растворов (решение задач)
Цель занятия: Формирование базовых знаний о определения свойств и концентраций растворов и навыков проведения расчетов.
Требования к знаниям, которые студент должен приобрести в результате освоения темы:
знать выражения состава растворов;
уметь: вычислять состав и количества индивидуальных веществ в растворах
Теоретическая часть:
Растворами называют термодинамически устойчивые гомогенные смеси переменного состава, образованные из двух и более компонентов. Гомогенная система, образующая раствор, может быть твердой или жидкой. В состав каждого раствора обязательно входят растворенные вещества и растворитель. Растворителем называют компонент, который в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор, либо компонент, концентрация которого выше концентрации других компонентов. Растворитель представляет собой среду, в которой равномерно распределены растворенные вещества и сохраняет свое фазовое состояние при образовании растворов. Компонент раствора, присутствующий в нем в меньшей концентрации, чем растворитель и молекулы которого равномерно распределены между молекулами растворителя, обычно определяют как растворенное вещество.
Состав раствора, в частности, содержание растворенного вещества, может выражаться различными Концентрацией раствора называют содержание растворенного вещества в определенном массовом или объемном количестве раствора или растворителя. В химической практике наиболее часто используются следующие величины, выражающие содержание растворенного вещества в растворе:
Ø Массовая доля растворенного вещества (ω). Массовая доля представляет собой отношение массы растворенного вещества к массе всего раствора. Это безразмерная величина, выражаемая в долях от единицы или в процентах.
ω = или ω =
где mв-ва – масса растворенного вещества, г;
mp – масса раствора, г.
Масса раствора представляет собой сумму масс растворенного вещества и растворителя:
mp = m + mр-ля
Ø Мольная доля (N) – отношение количества растворенного вещества (или растворителя) к сумме всех веществ, составляющих раствор. Также как и массовая доля, мольная доля является безразмерной величиной.
Nв-ва =
Nр-ля =
где νв-ва – количество растворенного вещества, моль;
νp – количество вещества растворителя, моль.
Ø Молярная концентрация растворенного веществаили молярность (СМ). Молярная концентрация вещества в растворе показывает, какое количество растворенного вещества (моль) содержится в 1 литре раствора. Молярная концентрация измеряется в моль/л или моль/дм3 (М).
СМ = или СМ =
где νв-ва – количество растворенного вещества, моль;
mв-ва – масса растворенного вещества, г;
Мв-ва – молярная масса растворенного вещества, г/моль;
Vp-ра – объем раствора, л.
Ø Молярная концентрация эквивалента вещества или нормальность (Сн) – число эквивалентных масс растворенного вещества, содержащегося в 1 литре раствора; единицы измерения – моль эквивалентов/литр (н).
Сн =
где mв-ва – масса растворенного вещества, г;
МЭ – молярная масса эквивалента вещества, г/моль.
Vp-ра – объем раствора, л;
Ø Моляльная концентрация растворенного веществаили моляльность (Сm) – величина, показывающая, какое количества растворенного вещества содержится в 1000 г растворителя. Единицы измерения моляльности – моль/кг или моль/г.
Синонимы:
катехол
о-дигидроксибензол
пирокатехол
Внешний вид:
бесцветн. моноклинные кристаллы (растворитель перекристаллизации - бензол)
Молекулярная масса (в а. е. м.) : 110,12
Температура плавления (в °C): 105
Температура кипения (в °C): 245,9
Растворимость (в г/100 г или характеристика) :
ацетон: хорошо растворим
бензол: растворим
вода: 45,1 (20°C)
диэтиловый эфир: растворим
тетрахлорметан: растворим
хлороформ: растворим
этанол: хорошо растворим
Метод получения 1.
(лабораторный синтез)
К раствору 122 г (1 мол. ) чистого салицилового альдегида (примечание 1) в 1000 мл 1 н. раствора едкого натра добавляют при комнатной температуре 1420 г (1,2 мол. ) 3%-ной перекиси водорода. Смесь слегка темнеет, и температура повышается до 45— 50°. Раствор оставляют стоять 15—20 час, после чего прибавляют несколько капель уксусной кислоты для нейтрализации избытка щелочи; затем раствор упаривают в вакууме досуха на водяной бане.
Оставшийся сухой осадок хорошо измельчают и нагревают почти до кипения с 500 мл толуола; затем смесь выливают на складчатый фильтр экстракционного аппарата и экстрагируют кипящим толуолом в течение 5 часов. Толуольный раствор охлаждают и сливают с выпавшего пирокатехина. Нерастворимый осадок вновь растирают и экстрагируют в том же аппарате ранее слитым толуолом. В результате двух экстракций получают 70—76 г светло-коричневых пластинок с т. пл. 104°. Этот продукт достаточно чист для большинства целей. После отгонки толуола из маточного раствора получают еще 6—12 г пирокатехина. Для получения совершенно чистого продукта неочищенный пирокатехин перегоняют в вакууме, причем он нацело переходит при 119—121 С/10 мм (или 113—115°/8 мм) ; перегнанный продукт перекристаллизовывают из 5-кратного количества (по весу) толуола. Таким путем получают бесцветные пластинки с т. пл. 104—105°. Выход очищенного продукта: 76—80 г (69—73% теоретич. ; примечание 2).
Примечания:
1. В случае применения технического салицилового альдегида (не очищенного через бисульфитное соединение) получают значительно меньший выход (50% или еще меньше) .
2. Вышеописанный метод применим почти ко всем оксиальдегидам, в которых гидроксильные и карбонильные группы находятся по отношению друг к другу в орто- или пара-положении; в последнем случае получают производные гидрохинона. Если гидроксильные и карбонильные группы занимают мета-положение, то реакция не идет, так же как и в случае некоторых орто- и пара-соединений, содержащих нитрогруппы или атомы иода. о-Оксиацетофенон и п-оксиацетофенон также образуют в указанных выше условиях соответственно пирокатехин и гидрохинон.
3. Пирокатехин может быть получен также окислением салицилового альдегида с некоторых производных перекиси водорода, например, персульфатов и перекиси натрия. Однако этот метод значительно менее удобен.