KURZUS: Mérnöki kémia

MODUL: II. modul

7. lecke: Folyadékok és oldatok tulajdonságai

| A 7. lecke célja: a folyadékok és oldatok alapvető tulajdonságainak bemutatása. Oldatok koncentrációtípusai és számításuk.
Követelmények: a 7. leckéhez tartozó tananyag az (1) tankönyv 129-153. oldalán és az oktató által kiadott tananyagban található. Az önellenőrző kérdések segítségével ellenőrizze tudását.
A tananyag elsajátításának becsült időszükséglete: 1-1,5 óra.
A leckében előforduló kulcsfogalmak: folyadékok, oldatok.
A 7. leckéhez tartozó tananyag összefoglalása:
Folyadékok jellemzése: gőznyomás, párolgás, kondenzáció, forrás, telített gőz, kritikus nyomás és hőmérséklet fogalma. Felületi feszültség, viszkozitás, sűrűség fogalma. Az oldatok típusai és tulajdonságai, oldódás, oldhatóság, telített oldat. Koncentráció típusok és számításuk, ehhez szükséges az alábbi koncentrációtípusok definíciójának és számítási menetének ismerete: tömegszázalék (m/m%), térfogatszázalék (V/V%), anyagmennyiség(mól)százalék (n/n%), vegyes százalék (g oldott anyag/100 cm3 oldat), molaritás=anyagmennyiség koncentráció (mol oldott anyag/1 dm3 oldat v. M), tömeg koncentráció (g oldott anyag/1 dm3 oldat), molalitás=Raoult-féle koncentráció (mol oldott anyag/1000 g oldószer), móltört (mol oldott anyag/mol oldat).

| Számítási példafeladatok a 7. leckéhez
1. Hány g nátrium-klorid és hány g víz van 100 g 5 m/m %-os oldatban?
Megoldás:
mivel oldott anyag tömege / oldat összes tömege × 100 % = m/m%, ezért 5 % /100 % ×100 g = 0,05 × 100 g = 5 g oldott anyag van az oldatban, emellett pedig 100 g - 5g = 95 g víz található még.
2. Konyhasó oldat készítése során 5,5 g Na Cl-t oldottunk fel 5 liter vízben. Mennyi az oldat koncentrációja (g/dm3) és molaritása (mol/dm3)? (Az oldódásból eredő térfogatváltozást elhanyagoljuk.)
Megoldás:
Koncentráció = 5,5 g sót / 5 dm3 víz = 1,1 g/dm 3 MNaCl=58,5 g/mol, így nNaCl = m/M = 5,5 g / 58,5 g/mol = 0,09 mol Molaritás = 0,09 mol / 5 dm3 = 0,018 mol/dm 3
3. Hány g 5 m/m %-os oldatban van ugyanakkora tömegű oldott anyag, mint amennyi 25 g 10 m/m %-os oldatban van?
Megoldás:
Az 10 m/m%-os oldatban van m = 25 g × 0,1 = 2,5 g oldott anyag. (a magyarázatot lásd az 1. feladatnál) Ez m = 2,5 g / 0,05 = 50 g 5 m/m%-os oldatban található meg.
4. Az 5 mol/dm3-es KOH oldat sűrűsége 1,216 g/cm3. Mennyi az oldat m/m%-os és mól%-os koncentrációja? (MKOH=56 g/mol, MH2O=18g/mol)
Megoldás:
Mivel az oldat konkrét térfogata vagy tömege nem szerepel a feladatban, azért egy számunkra tetszőleges mennyiséget veszünk a számítás alapjául, pl. legyen 1 dm3 = 1000cm3 KOH oldatunk.
Ennek tömege m = 1,216 g/cm3 × 1000 cm3 = 1216 g Ebben az oldatban a kiindulási koncentráció alapján 5 mol oldott anyag van, amely m = 5 mol × 56 g/mol = 280 g oldott anyagot jelent. m/m% = oldott anyag tömege / oldat tömege ×100 = 280 g / 1216 g ×100 = 23,03 m/m% Az oldatban 1216 g - 280 g = 936 g víz van. Ez n = 936 g / 18 g/mol = 52 mol víz. n/n%=oldott anyag mójai/oldat összes mólja×100=5 mol/(5 mol + 52 mol) × 100 = 8,77 n/n%
5. Készítsünk 500 cm3 20 m/m%-os 1,11 g/cm3 sűrűségű foszforsavat (H3PO4). Rendelkezésünkre áll kereskedelmi tömény foszforsav, amely 60 m/m%-os és sűrűsége 1,43 g/cm3. MH3PO4=98 g/mol.
Megoldás:
a sűrűség=tömeg/térfogat összefüggés felhasználásával a V=500cm3 oldat tömege: m = 1,11 g/cm3 × 500 cm3 = 555 g, összesen ilyen tömegű oldatot kell készítenünk. Ennek mennyi a foszforsav-tartalma? 20 m/m%, azaz: 555 g × 0,2 = 111 g, ennyi foszforsavra, mint oldott anyagra van szükségünk és ezt a kereskedelmi foszforsav-oldatból kell fedeznünk. Így arra vagyunk kíváncsiak, hogy a számunkra szükséges 111g foszforsav milyen mennyiségű kereskedelmi foszforsav-oldatban található meg: Ha 111 g 60 m/m% oldott anyagnak felel meg, akkor az oldat tömege 111 g × 100 % / 60 % = 185 g. Ennek térfogata a sűrűség felhasználásával: V = 185 g / 1,43 g/cm3 = 129,37 cm 3 Tehát nekünk 129,37 cm3 kereskedelmi 60 m/m%-os foszforsavat kell felhigítanunk 500 cm3-re, hogy a 20 m/m%-os összetételt kapjuk.

| Önellenőrző kérdések a 7. leckéhez
1. A folyadékok felületi feszültsége...
| a folyadékban való oldódást kísérő hőfelszabadulás.
| a folyadék felületének egységnyi megnöveléséhez szükséges energia.
| folyadék felületén történő párolgással ellentétes irányba hat.
| a folyadékok felületén kialakuló réteg.
2. A folyadékok dinamikai viszkozitása...
| a belső súrlódási együttható, mértékegysége kg m-1 s-1.
| a belső súrlódási együttható, mértékegysége m2 s-1.
| a folyadék felületének egységnyi megnöveléséhez szükséges energia.
| a folyadék belsejében felszabaduló hőmennyiség.
3. Mi a gőznyomás?
| Az egyensúlyban nem lévő folyadék feletti telített gőz nyomása adott hőmérsékleten.
| Az egyensúlyban lévő folyadék feletti telített gőz nyomása adott hőmérsékleten.
| A zárt edényben, hőmérsékletváltozás hatására a folyadékok felett kialakuló nyomás.
| A víz forrásakor 100°C-on kialakuló gőzfázis nyomása.
4. A tömegszázalék koncentrációegység...
| az oldott anyag móljainak száma az oldat összes móljainak számához viszonyítva.
| az oldott anyag móljainak száma 1000 cm3 oldatban.
| az oldott grammban kifejezett mennyisége 1000 g oldószerben.
| az oldott anyag grammban kifejezett mennyisége 100 g oldatban.
5. Célunk 35 tömeg%-os nátrium-szulfát (Na2SO4) oldat készítése. Hány gramm víz és hány gramm só szükséges 500g oldat készítéséhez?
| 150 g só 350 g víz
| 350 g só és 150g víz
| 175 g só és 325 g víz
| 325 g só és 175 g víz
6. Hány cm3 2 mol/dm3 koncentrációjú CuSO4 oldat készíthető 110 g sóból? (MCuSO4=159,5 g/mol)
| 319 cm3
| 725 cm3
| 412 cm3
| 345 cm3
7. 500 cm3 0,2 mol/dm3 koncentrációjú kénsavoldat (H2SO4) készítéséhez hány cm3 98 m/m%-os, 1,84 g/cm3 sűrűségű tömény kénsavoldat szükséges? (MH2SO4=98 g/mol)
| 2,7 cm3
| 5,4 cm3
| 6,9 cm3
| 11 cm3
8. Hány cm3 65 m/m%-os, 1,4 g/cm3 sűrűségű salétromsavoldat (HNO3) szükséges 200 cm3 0,1 mol/dm3-es oldat készítéséhez? (MHNO3=63 g/mol)
| 1,4 cm3
| 2,4 cm3
| 0,6 cm3
| 3,7 cm3