Температура замерзания электролита в зависимости от плотности: Причина замерзания электролита в АКБ

Замерз электролит в аккумуляторе: причины, последствия, что делать

Содержание статьи

• 1 Снижение плотности электролита
• 2 Как не допустить замерзание электролита
  • • 2.0.1 Видео: Замерз аккумулятор автомобиля. Почему? Что делать? Просто о сложном
  • 2.1 Заключение

С наступлением зимы автовладелец может обнаружить, что морозным утром автомобиль не заводится, а дальнейшее исследование  покажет, что в аккумуляторе замерз электролит. Такое может случиться и не в самый сильный мороз, хотя при минимальной плотности с завода 1,27 г/см³ замерзание электролита происходит при температуре около -68 С°, а такие условия встречаются редко. Чтобы не попасть в такую ситуацию, необходимо знать причины, по которым электролит может замерзнуть в аккумуляторной батарее.

Снижение плотности электролита

Проблеме замерзания электролита подвержены свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, которые устанавливают на большинство современных автомобилей с двигателем внутреннего сгорания.   В них используется жидкий электролит, вода в котором и превращается в лед при низких температурах.

В новом аккумуляторе плотность электролита находится в пределах 1,27-1,30 г/см³, чего вполне достаточно для наших климатических условий.  Зависимость температуры замерзания от плотности электролита можно увидеть в таблице:

Из таблицы видно, что с увеличением плотности снижается температура, при которой электролит замерзает. Но данная зависимость не является пропорциональной, поскольку при избыточной плотности 1,40 г/см³, температура замерзания скачкообразно повышается. При этом среда в аккумуляторе становится более агрессивной, а это приводит к его ускоренному износу.

Откуда же берется низкая плотность электролита в АКБ? Большинство автолюбителей винят в этом производителя, поэтому пытаются сдать аккумулятор назад, требуя гарантийной замены. Но такие случаи встречаются редко и чаще всего проблема неправильном обслуживании аккумулятора.

Дело в том, что продавец предлагает полностью заряженный аккумулятор, а это значит, что плотность его электролита находится в допустимых пределах, и он не может замерзнуть на обычных морозах. Но при его разрядке часть кислотного компонента оседает на пластинах в виде сульфатов, соответственно, плотность электролита уменьшается, а это приводит к повышению температуры, при которой он может замерзнуть.

При этом прослеживается простая закономерность, если у электролита снижена плотность, значит, АКБ разряжена и его нужно зарядить. Большой ошибкой при этом будет доливка электролита, поскольку, повысив морозостойкость, мы никак не улучшаем электротехнические свойства батареи.

Отсюда делаем вывод: если в аккумуляторной батарее появился лед, значит, она была разряжена и ее нужно немедленно зарядить.

Важно знать, что, если АКБ слегка разряжается в теплое время года и плотность электролита при этом снижается, обнаружить это  без замера плотности невозможно, поскольку она спокойно запускает двигатель, справляясь со своей непосредственной задачей. При наступлении же морозов батарея может замерзнуть в лед. 

Как не допустить замерзание электролита

Чтобы не стать жертвой замерзшего аккумулятора, необходимо провести определенные операции, которые позволят отследить его состояние. Прежде всего, периодически нужно проверять заряд аккумулятора при помощи мультиметра. Заряженный аккумулятор будет выдавать приблизительно  12,6-12,7 вольт при заглушенном моторе.

При выходе из автомобиля недопустимо оставлять включенными габариты и нужно закрывать двери авто, поскольку горящая лампочка-индикатор, сигнализирующая о незапертой двери может разрядить аккумулятор в течение нескольких суток при длительной стоянке, и  этом случае при сильных морозах в аккумуляторе может  образоваться лед.

Чтобы не допустить преждевременной разрядки, перед зимой аккумулятор необходимо обслужить. Первое — тщательно вымыть его корпус,  поскольку осевшая пыль и грязь проводит электрический ток, а это уменьшает заряд.  Если есть доступ к банкам аккумулятора, нужно проверить плотность электролита. Далее нужно полностью зарядить АКБ,  после чего установить его в автомобиль.

Если в результате неправильной эксплуатации в АКБ образовался лед, подкуривать его нельзя. Батарею нужно снять с машины, отогреть в теплом помещении и полностью зарядить. Известно, что при замерзании жидкость расширяется, поэтому лед, образовавшийся в банках, может разорвать корпус аккумулятора,  замкнуть или повредить цепи внутри.  Поскольку такие поломки не относятся к гарантийным случаям, такую батарею никто заменять не будет.

После проведения поточного обслуживания и установки аккумулятора, необходимо проверить утечку тока, что позволит избежать преждевременной разрядки. Не нужно допускать длительных простоев автомобиля, даже если планируется длительная стоянка, автомобиль желательно заводить и прогревать, чтобы аккумулятор подзаряжался. Если это невозможно, специалисты советуют отключить минусовую клемму АКБ,  чтобы разорвать цепь аккумулятора и воспрепятствовать его разрядке.  Если планируется оставить автомобиль на всю зиму, аккумуляторную батарею нужно снять,  зарядить и поместить в сухое прохладное место, например, в погреб.

Видео: Замерз аккумулятор автомобиля. Почему? Что делать? Просто о сложном

Заключение

Чтобы не допустить ситуации, когда электролит замерзает в банках аккумулятора,  достаточно тщательно следить за его состоянием. Даже лучшие аккумуляторы не смогут выдержать неправильной эксплуатации, работать без дополнительного ухода и подзарядки  при необходимости.  Важно периодически тестировать состояние установленной на машину АКБ, что позволит существенно продлить срок ее эксплуатации и избежать ненужных финансовых трат.

Замерз аккумулятор автомобиля: что делать

Суровые климатические условия в нашей стране вынуждают автовладельцев готовить свой транспорт к зимним условиям эксплуатации. Однако случаются и форс-мажорные обстоятельства. Например, если замерз аккумулятор автомобиля, что делать с ним дальше знают не все водители.

Стоит заранее подготовиться к экстремальным ситуациям. Также необходимо знать, что предпринимать, когда проблема уже успела проявиться.

Содержание

• 1 Причины промерзания
• 2 Обязательные мероприятия после замерзания АКБ
• 3 Тонкости зарядки замерзших АКБ
• 4 Методика защиты электролита

Причины промерзания

Водители с небольшим стажем нередко игнорируют окружающие условия, которые могут негативно повлиять на состояние автомобиля или отдельных его узлов. В результате может появиться в машине замерзшая АКБ.

Главная причина, по которой это происходит, скрывается в состоянии электролита. Фактически эта жидкость в составе имеет высокое содержание воды и небольшой процент кислоты. В процессе разрядки на свинцовых пластинках формируются кристаллы сульфата свинца.

Подобная химическая реакция стимулирует снижение процентной концентрации кислоты в растворе. Результатом являются такие процессы:

• падение заряда батареи;
• снижение плотности электролита;
• увеличение риска замерзания жидкости.

Финальной стадией нежелательных событий служит переход электролита в простую воду. Когда плотность достигает критических значений, близких к 1,1 г/мл, то возникает риск кристаллизации такого состава даже при минусовой температуре.

Важно знать, что в современных хорошо заряженных аккумуляторах плотность электролита составляет 1,2–1,22 г/мл.

Поездки на машине способствуют постепенной разрядке/зарядке уровня АКБ. На это оказывают влияние включение и выключение периферийных электропотребителей. В зимний период отъем электроэнергии от генератора, которая должна пойти на зарядку батареи, осуществляется обогревателем. Соответственно, в холодное время у аккумулятора возникает риск замерзания.

Обязательные мероприятия после замерзания АКБ

Что делать, если аккумулятор замерз, должны знать автовладельцы не только северных регионов, но и собственники машин из средней полосы. Климат преподносит много неожиданностей. Обнаружив проблемный источник питания в машине, рекомендуем провести такие мероприятия:

• откидываем клеммы от бортовой системы;
• вынимаем батарею со своего места;
• заносим в теплое помещение;
• для оттаивания ставим прибор в широкую металлическую емкость, например, в таз.

Стоит максимально аккуратно обращаться с блоком, особенно если есть угроза разрыва корпуса, ведь внутри полостей присутствует агрессивная кислота. При повышении температуры химическая жидкость может разливаться сквозь трещины.

После того как автомобильный источник тока простоит в тепле несколько часов, необходимо провести его внимательный осмотр. При выявлении трещин, сколов или иных нарушений герметичности следует отказаться от дальнейшей эксплуатации прибора и приобрести новый.

Экономные автомобилисты иногда пробуют самостоятельно заделать пробоины самодельными смазками или другими подручными средствами. Однако это нежелательный ход спасения корпуса. Когда присутствуют подобные факторы, то высока вероятность покоробленных пластин, снижения их активной массы. Порой даже зарядить достаточно такую АКБ вряд ли удастся.

Когда температура замерзания электролита в аккумуляторе зимой достигла критических значений, то деформированные пластины создадут короткое замыкание. Виновником событий оказывается поврежденный сепаратор, разделяющий пластины разной полярности. Восстановлению такой источник питания не подлежит, поэтому нужно провести его замену.

В том случае, когда отсутствуют видимые повреждения пластикового корпуса, можно ставить батарею под зарядку. При этом нужно периодически контролировать процесс, не допускать кипения электролита, мониторить рабочее напряжение. Не стоит допускать того, чтобы вольтаж на клеммах превышал показания в 12,6 В.

Если долго держится на вольтметре значение, близкое к 10,5 В, то, вероятнее всего, не работает одна из банок

. Для каждой из них в отдельности должно выдаваться значение около 2,1 В. Определить, какая из банок сбоит, удастся при помощи ареометра, замерив плотность электролита в каждой из них.

Тонкости зарядки замерзших АКБ

Процесс зарядки бывалые автомобилисты рекомендуют осуществлять с помощью автоматических зарядных устройств. По их мнению, это позволит регулировать подачу тока в авторежиме. Однако для размораживаемого АКБ предпочтительней воспользоваться ЗУ, которое выдает небольшой ток.

Классические заряжающие устройства рассчитаны на отдачу силы тока, которая составляет 10% от значения емкости. Если предполагается восстанавливать батарею после заморозки, то рекомендуем настроить ток таким образом, чтобы его значение было не более 5% от значения емкости.

Соответственно для наиболее популярных источников питания с емкостью 60 А/ч предпочтительным является ампераж около 3 А. Для полного заряда в такой ситуации потребуется примерно 16–20 часов. В процессе приведения источника питания к нормальному состоянию после размораживания наиболее правильно использовать устройства для зарядки, в которых предусмотрена ручная настройка.

Примерная температура замерзания электролита в зависимости от плотности представлена в следующей таблице. По ней можно ориентироваться водителям.

Хорошо заряженные ИП выдают на мультиметре показания в пределах 12,6–12,9 В. При этом внутри у них имеется антифриз, плотность которого составляет 1,27 г/мл. Это сочетание даст хорошие эксплуатационные характеристики. В суровых климатических условиях автомобилисты могут повышать самостоятельно плотность жидкости до значений 1,29–1,3 г/мл.

Методика защиты электролита

Автовладельцы стремятся продлить ресурс батареи при эксплуатации в зимних условиях. Для этого предпринимаются различные мероприятия, одним из которых является увеличение плотности электролита при наступлении холодов.

Не рекомендуется доводить автомобильную батарею до полной разрядки. Это правило актуально для всех сезонов. Наиболее жесткий режим для АКБ – эксплуатация в городских условиях. В такой ситуации нелишний будет использование дополнительной подзарядки в гараже.

Автомобилисты, проживающие в суровых северных условиях, используют специальные сумки-чехлы, в которые укутывают ИП. Также встраиваются дополнительные системы обогрева для батареи.

Если есть риск сильных морозов ночью, то стоит забрать в отапливаемое помещение батарею, чтобы утром вернуть ее на свое место. Это позволит быстро завести авто и не допустить перемерзания.

Интересное по теме:

загрузка. ..

13.8: Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов неэлектролитов

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

24260

Цели обучения

• Для описания взаимосвязи между концентрацией растворенного вещества и физическими свойствами раствора.
• Понять, что общее количество нелетучих частиц растворенного вещества определяет снижение давления паров, повышение температуры кипения и снижение температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем.

Многие физические свойства растворов существенно отличаются от свойств чистых веществ, обсуждавшихся в предыдущих главах, и эти различия имеют важные последствия. Например, ограниченный диапазон температур жидкой воды (0°C–100°C) сильно ограничивает ее использование. Водные растворы имеют как более низкую температуру замерзания, так и более высокую температуру кипения, чем чистая вода. Вероятно, одно из наиболее известных применений этого явления — добавление этиленгликоля («антифриза») к воде в автомобильном радиаторе. Это растворенное вещество снижает температуру замерзания воды, предотвращая растрескивание двигателя в очень холодную погоду из-за расширения чистой воды при замерзании. Антифриз также позволяет системе охлаждения работать при температурах выше 100°C, не создавая достаточного давления для взрыва.

Изменения температуры замерзания и кипения раствора зависят в первую очередь от количества присутствующих частиц растворенного вещества, а не от их вида. Такие свойства растворов называются коллигативными свойствами (от латинского colligatus, что означает «связанный вместе», как в количестве). Как мы увидим, давление паров и осмотическое давление растворов также являются коллигативными свойствами. {3+}\)), или в растворах с меньшим В полярных растворителях диссоциация с образованием отдельных ионов часто бывает неполной. Сумма концентраций растворенных частиц растворенного вещества определяет физические свойства раствора. Поэтому в последующем обсуждении мы должны твердо помнить о химической природе растворенного вещества.

Повышение температуры кипения

Напомним, что нормальной точкой кипения вещества является температура, при которой давление пара равно 1 атм. Если нелетучее растворенное вещество снижает давление паров растворителя, оно также должно влиять на температуру кипения. Поскольку давление паров раствора при данной температуре меньше, чем давление паров чистого растворителя, достижение давления паров 1 атм для раствора требует более высокой температуры, чем нормальная точка кипения растворителя. Таким образом, температура кипения раствора всегда выше, чем у чистого растворителя. Мы можем понять, почему это должно быть так, сравнив фазовую диаграмму водного раствора с фазовой диаграммой чистой воды (рис.

\(\PageIndex{1}\)). Давление паров раствора меньше, чем у чистой воды при всех температурах. Следовательно, кривая жидкость–пар для раствора пересекает горизонтальную линию, соответствующую Р = 1 атм, при более высокой температуре, чем кривая для чистой воды.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Фазовые диаграммы чистой воды и водного раствора нелетучего растворенного вещества. Кривая испарения раствора лежит ниже кривой чистой воды при всех температурах, что приводит к повышению температуры кипения и понижению температуры замерзания раствора.

Температура кипения раствора нелетучего растворенного вещества всегда выше температуры кипения чистого растворителя.

Величина повышения точки кипения связана с величиной снижения давления пара. Как мы только что обсуждали, уменьшение давления пара пропорционально концентрации растворенного вещества в растворе. Следовательно, величина повышения точки кипения также должна быть пропорциональна концентрации растворенного вещества (рис. \(\PageIndex{2}\)).

Мы можем определить повышение температуры кипения (\(ΔT_b\)) как разницу между температурами кипения раствора и чистого растворителя: 90_b\) — температура кипения чистого растворителя. Мы можем выразить взаимосвязь между \(ΔT_b\) и концентрацией следующим образом: молярная константа повышения температуры кипения растворителя, выраженная в °C/м. В таблице \(\PageIndex{1}\) перечислены характеристические значения Kb для нескольких широко используемых растворителей.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Снижение давления паров и повышение температуры кипения в зависимости от мольной доли нелетучего растворенного вещества

Для относительно разбавленных растворов величина обоих свойств пропорциональна концентрации растворенного вещества.

Таблица \(\PageIndex{1}\): константы повышения температуры кипения (K _b ) и константы понижения температуры замерзания (K _f ) для некоторых растворителей

Растворитель	Температура кипения (°С)	К б (°С/м)	Температура замерзания (°C)	К f (°С/м)
уксусная кислота	117,90	3,22	16,64	3,63
бензол	80,09	2,64	5,49	5,07
d-(+)-камфора	207,4	4,91	178,8	37,8
сероуглерод	46,2	2,42	−112,1	3,74
четыреххлористый углерод	76,8	5,26	−22,62	31,4
хлороформ	61,17	3,80	−63,41	4,60
нитробензол	210,8	5,24	5,70	6,87
вода	100,00	0,51	0,00	1,86

Концентрация растворенного вещества обычно выражается в виде моляльности, а не молярной доли или молярности по двум причинам. Во-первых, поскольку плотность раствора зависит от температуры, значение молярности также зависит от температуры. Если температура кипения зависит от концентрации растворенного вещества, то система по определению не поддерживается при постоянной температуре. Во-вторых, моляльность и молярность пропорциональны для относительно разбавленных растворов, но моляльность имеет большее численное значение (моляльность может быть только между нулем и единицей). Использование моляльности позволяет исключить незначащие нули.

Согласно таблице \(\PageIndex{1}\), молярная константа повышения температуры кипения воды составляет 0,51°C/м. Таким образом, 1,00 м водный раствор нелетучего молекулярного растворенного вещества, такого как глюкоза или сахароза, будет иметь повышение температуры кипения на 0,51 ° C, что дает температуру кипения 100,51 ° C при 1,00 атм. Повышение температуры кипения 1,00 м водного раствора \(\ce{NaCl}\) будет примерно в два раза больше, чем у раствора глюкозы или сахарозы, так как 1 моль \(\ce{NaCl}\) дает 2 моль растворенных ионов. Следовательно, 1,00 м раствора \(\ce{NaCl}\) будет иметь температуру кипения около 101,02°C.

Пример \(\PageIndex{3}\)

В примере \(\PageIndex{1}\) мы рассчитали, что давление паров 30,2% водного раствора этиленгликоля при 100°C на 85,1 мм рт.ст. меньше, чем давление паров чистой воды. Мы заявили (без предоставления доказательств), что это должно привести к более высокой температуре кипения раствора по сравнению с чистой водой. Теперь, когда мы увидели, почему это утверждение верно, рассчитаем температуру кипения водного раствора этиленгликоля.

Дано : состав раствора

Запрашиваемый : температура кипения

Стратегия :

Рассчитайте моляльность этиленгликоля в 30,2% растворе. Затем используйте уравнение \ref{eq2} для расчета увеличения температуры кипения.

Раствор :

Из примера \(\PageIndex{1}\) мы знаем, что 30,2% раствор этиленгликоля в воде содержит 302 г этиленгликоля (4,87 моль) на 698 г воды. Таким образом, моляльность раствора равна 9.0024

\[\text{моляльность этиленгликоля}= \left(\dfrac{4,87 \;mol}{698 \; \cancel{g} \;H_2O} \right) \left(\dfrac{1000\; \ Cancel{g}}{1 \;kg} \right)=6,98 м\]

Из уравнения \ref{eq2} повышение температуры кипения равно

\[ΔT_b=mK_b=(6,98 \cancel{m })(0,51°C/\cancel{m})=3,6°C\]

Таким образом, температура кипения раствора составляет 104°C. Однако при концентрации растворенного вещества почти 7 m предположение о разбавленном растворе, использованном для получения уравнения \ref{eq2}, может оказаться неверным.

Упражнение \(\PageIndex{3}\)

Предположим, что столовую ложку (5,00 г) \(\ce{NaCl}\) добавляют к 2,00 л воды при 20,0°C, затем доводят до варить спагетти. При какой температуре закипит вода?

Ответить

100,04°C или 100°C до трех значащих цифр. (Напомним, что 1 моль \(\ce{NaCl}\) дает 2 моля растворенных частиц. Небольшое повышение температуры означает, что добавление соли в воду, используемую для варки макарон, практически не влияет на время варки. )

Депрессия точки замерзания

Фазовая диаграмма на рисунке \(\PageIndex{1}\) показывает, что растворение нелетучего растворенного вещества в воде не только повышает температуру кипения воды, но и снижает ее температуру замерзания. Кривая твердое тело–жидкость для раствора пересекает линию, соответствующую Р = 1 атм, при более низкой температуре, чем кривая для чистой воды.

Это явление используется в схемах «противообледенения», в которых для растапливания льда на дорогах и тротуарах используется соль (Рис. \(\PageIndex{3}\)), хлорид кальция или мочевина, а также при использовании этиленгликоля в качестве «антифриз» в автомобильных радиаторах. Морская вода замерзает при более низкой температуре, чем пресная, поэтому Северный Ледовитый и Антарктический океаны остаются незамерзающими даже при температуре ниже 0 °С (как и биологические жидкости рыб и других хладнокровных морских животных, обитающих в этих океанах).

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Каменная соль (NaCl), хлорид кальция (CaCl ₂ ) или их смесь используются для растапливания льда. (кредит: модификация работы Эдди Велкера)

Мы можем понять этот результат, представив, что у нас есть образец воды при нормальной температуре точки замерзания, когда существует динамическое равновесие между твердым телом и жидкостью. Молекулы воды постоянно сталкиваются с поверхностью льда и входят в твердую фазу с той же скоростью, с которой молекулы воды покидают поверхность льда и входят в жидкую фазу. Если мы растворим нелетучее растворенное вещество, такое как глюкоза, в жидкости, растворенные молекулы глюкозы уменьшат количество столкновений в единицу времени между молекулами воды и поверхностью льда, потому что некоторые из молекул, сталкивающихся со льдом, будут глюкозой. Глюкоза, однако, имеет совсем другую структуру, чем вода, и не может вписаться в решетку льда. Следовательно, присутствие молекул глюкозы в растворе может только уменьшить скорость, с которой молекулы воды в жидкости сталкиваются с поверхностью льда и затвердевают. При этом скорость, с которой молекулы воды покидают поверхность льда и переходят в жидкую фазу, остается неизменной. Чистый эффект заключается в том, чтобы заставить лед таять. Единственный способ восстановить динамическое равновесие между твердой и жидкой водой — это понизить температуру системы, что снижает скорость, с которой молекулы воды покидают поверхность кристаллов льда, до тех пор, пока она не сравняется со скоростью, с которой сталкиваются молекулы воды в растворе. со льдом. 90_f\) — точка замерзания чистого растворителя, а

\(T_f\) — точка замерзания раствора.

Порядок членов изменен на обратный по сравнению с уравнением \ref{eq1}, чтобы выразить понижение точки замерзания в виде положительного числа. Связь между \(ΔT_f\) и концентрацией растворенного вещества задается уравнением, аналогичным уравнению \ref{eq2}:

\[ΔT_f = mK_f \label{eq4}\]

, где

• \(m\ ) — моляльность раствора, а
• \(K_f\) — молярная константа понижения температуры замерзания растворителя (в единицах °C/м).

Как и \(K_b\), каждый растворитель имеет характеристическое значение \(K_f\) (таблица \(\PageIndex{1}\)). Снижение точки замерзания зависит от общего количества растворенных нелетучих частиц растворенного вещества, так же как и повышение точки кипения. Таким образом, водный раствор \(\ce{NaCl}\) имеет в два раза большую депрессию точки замерзания, чем раствор глюкозы той же моляльности.

Люди, живущие в холодном климате, используют снижение точки замерзания во многих отношениях. Например, этиленгликоль добавляют в охлаждающую жидкость двигателя, чтобы предотвратить разрушение автомобильного двигателя, а метанол добавляют в жидкость для омывания ветрового стекла, чтобы предотвратить замерзание жидкости. Нагретые гликоли часто распыляют на поверхность самолетов перед взлетом в ненастную погоду зимой, чтобы удалить уже образовавшийся лед и предотвратить образование большего количества льда, который был бы особенно опасен, если бы образовался на рулевых поверхностях самолета (видео). \(\PageIndex{1}\)).

Видео \(\PageIndex{1}\): Понижение точки замерзания используется для удаления льда с поверхностей управления самолета.

Снижение давления пара, повышение температуры кипения и снижение температуры замерзания раствора по сравнению с чистой жидкостью зависят от общего количества растворенных нелетучих частиц растворенного вещества.

Пример \(\PageIndex{4}\)

В более холодных регионах США \(\ce{NaCl}\) или \(\ce{CaCl_2}\) зимой часто посыпают обледенелые дороги, чтобы растопить лед и сделать вождение более безопасным. Используйте данные на рис. 13.9.оценить концентрации двух насыщенных растворов при 0°C, одного из \(\ce{NaCl}\) и одного из \(\ce{CaCl_2}\), и рассчитать точки замерзания обоих растворов, чтобы увидеть, какая соль вероятно, будет более эффективным при таянии льда.

Дано : растворимости двух соединений

Запрошено : концентрации и точки замерзания

Стратегия :

1. Оцените растворимость каждой соли в воде в 1 г. Рис. Определить количество молей каждого из них в 100 г и рассчитать моляльности.
2. Определите концентрацию растворенных солей в растворах. Подставьте эти значения в уравнение \(\PageIndex{4}\), чтобы рассчитать понижение температуры замерзания растворов.

Раствор :

A Из рисунка 13.9 мы можем оценить растворимость \(\ce{NaCl}\) и \(\ce{CaCl_2}\) примерно в 36 г и 60 г соответственно. , на 100 г воды при 0°С. Соответствующие концентрации в моляльности составляют

\[m_{\ce{NaCl}}=\left(\dfrac{36 \; \cancel{g \;NaCl}}{100 \;\cancel{g} \;H_2O} \right)\left(\dfrac{1\; моль\; NaCl}{58,44\; \cancel{g\; NaCl}}\right)\left(\dfrac{1000\; \cancel{g}}{1 \;кг}\справа)=6,2\; м\]

\[m_{\ce{CaCl_2}}=\left(\dfrac{60\; \cancel{g\; CaCl_2}}{100\;\cancel{g}\; H_2O}\right)\left( \dfrac{1\;моль\;CaCl_2}{110,98\;\cancel{g\;CaCl_2}}\right)\left(\dfrac{1000 \;\cancel{g}}{1 кг}\right)= 5,4\; m\]

Меньшая формула массы \(\ce{NaCl}\) более чем компенсирует его более низкую растворимость, в результате чего получается насыщенный раствор с немного более высокой концентрацией, чем \(\ce{CaCl_2}\).

B Поскольку эти соли являются ионными соединениями, которые диссоциируют в воде с образованием двух и трех ионов на формульную единицу \(\ce{NaCl}\) и \(\ce{CaCl_2}\), соответственно, фактические концентрации растворенных веществ в двух насыщенных растворах: 2 × 6,2 м = 12 м для \(\ce{NaCl}\) и 3 × 5,4 м = 16 м для \(\ce{CaCl_2}\). Результирующие понижения температуры замерзания можно рассчитать с помощью уравнения \(\PageIndex{4}\):

\[\ce{NaCl}: ΔT_f=mK_f=(12\; \cancel{m})(1,86°C/\cancel{m})=22°C\]

\[\ce{CaCl2} : ΔT_f=mK_f=(16\;\cancel{m})(1,86°C/\cancel{m})=30°C\]

Поскольку точка замерзания чистой воды равна 0°C, фактические точки замерзания растворов -22°С и -30°С соответственно. Обратите внимание, что \(\ce{CaCl_2}\) значительно эффективнее снижает температуру замерзания воды, поскольку его растворы содержат три иона на формульную единицу. На самом деле \(\ce{CaCl_2}\) — это соль, обычно продаваемая для домашнего использования, а также часто используемая на дорогах.

Поскольку растворимость обеих солей уменьшается с понижением температуры, температура замерзания может быть снижена только на определенную величину, независимо от того, сколько соли посыпано на обледенелой дороге. Если температура значительно ниже минимальной температуры, при которой одна из этих солей вызывает таяние льда (скажем, −35 °C), нет смысла использовать соль, пока она не станет теплее

Упражнение \(\PageIndex{4}\ )

Рассчитайте температуру замерзания 30,2%-ного раствора этиленгликоля в воде, давление паров и температуру кипения которого мы рассчитали в примере \(\PageIndex{6}\).8 и примере \(\PageIndex{6}\). 10.

Ответить

−13,0°С

Пример \(\PageIndex{5}\)

Расположите эти водные растворы в порядке убывания температуры замерзания: 0,1 м KCl, 0,1 м глюкоза, 0,1 м SrCl2, 0,1 м этиленгликоль, 0,1 м бензойная кислота. и 0,1 М HCl.

Дано : моляльности шести растворов

Запрошено: относительных точек замерзания

Стратегия :

1. Определите каждое растворенное вещество как сильное, слабое или неинформационное электролит образуются растворенные частицы.
2. Умножьте это число на концентрацию раствора, чтобы получить эффективную концентрацию частиц растворенного вещества. Раствор с самой высокой эффективной концентрацией растворенных частиц имеет самое большое понижение температуры замерзания.

Раствор :

A Поскольку молярные концентрации всех шести растворов одинаковы, мы должны сосредоточиться на том, какие из веществ являются сильными электролитами, какие слабыми электролитами, а какие неэлектролитами, чтобы определить фактическое количество частицы в растворе. \(KCl\), \(SrCl_2\) и \(HCl\) равны сильные электролиты , образующие соответственно два, три и два иона на формульную единицу. Бензойная кислота является слабым электролитом (приблизительно одна частица на молекулу), а глюкоза и этиленгликоль являются неэлектролитами (одна частица на молекулу).

B Моляльность растворов в пересчете на общее количество частиц растворенного вещества: \(KCl\) и \(HCl\), 0,2 м; \(SrCl_2\), 0,3 м; глюкоза и этиленгликоль, 0,1 м; бензойная кислота 0,1–0,2 мол. Поскольку величина снижения температуры замерзания пропорциональна концентрации растворенных частиц, порядок точек замерзания растворов следующий: глюкоза и этиленгликоль (самая высокая температура замерзания, наименьшее понижение точки замерзания) > бензойная кислота > \(HCl\ ) = \(KCl\) > \(SrCl_2\).

Упражнение \(\PageIndex{5}\)

Расположите эти водные растворы в порядке возрастания температуры замерзания: 0,2 м \(NaCl\), 0,3 м уксусной кислоты, 0,1 м \(\ce{CaCl_2}\), и 0,2 М сахарозы.

Ответить

0,2 м \(\ce{NaCl}\) (низшая точка замерзания) < 0,3 м уксусная кислота ≈ 0,1 м \(\ce{CaCl_2}\) < 0,2 м сахароза (самая высокая точка замерзания)

Повышение температуры кипения и понижение точки замерзания: https://youtu.be/0MZm1Ay6LhU

Определение молярных масс

Осмотическое давление и изменения температуры замерзания, кипения и давления пара прямо пропорциональны концентрации присутствующего растворенного вещества. Следовательно, мы можем использовать измерение одного из этих свойств для определения молярной массы растворенного вещества на основе измерений.

Определение молярной массы по понижению точки замерзания

Раствор 4,00 г неэлектролита, растворенного в 55,0 г бензола, замерзает при 2,32 °C. Какова молярная масса этого соединения?

Решение

Мы можем решить эту проблему, выполнив следующие действия.

1. Определите изменение температуры замерзания по наблюдаемой температуре замерзания и температуре замерзания чистого бензола (таблица \(\PageIndex{1}\)).

\(ΔT_\ce{f}=\mathrm{5,5\:°C−2,32\:°C=3,2\:°C}\)

• Определите молярную концентрацию по K _f , константа депрессии точки замерзания бензола 9{−1}}=0,63\:м\)

• Определите число молей соединения в растворе по моляльной концентрации и массе растворителя, использованного для приготовления раствора. 2\:г/моль}\)

Упражнение \(\PageIndex{6}\)

Раствор 35,7 г неэлектролита в 220,0 г хлороформа имеет температуру кипения 64,5 °С. Какова молярная масса этого соединения?

Ответить

1,8 × 10 ² г/моль

Определение молярной массы по осмотическому давлению

Проба объемом 0,500 л водного раствора, содержащего 10,0 г гемоглобина, имеет осмотическое давление 5,9{−4}\:mol}\)

Упражнение \(\PageIndex{7}\)

Какова молярная масса белка, если раствор 0,02 г белка в 25,0 мл раствора имеет осмотическое давление 0,56 торр при 25 °C?

Ответить

2,7 × 10 ⁴ г/моль

Определение молекулярной массы неизвестного с помощью коллигативных свойств:

https://youtu. be/faSk2REYy74

Резюме

90_B \]

повышение точки кипения : \[ΔT_b = mK_b\]

понижение точки замерзания: \[ΔT_f = mK_f \]

Коллигативные свойства раствора зависят только от общего количества растворенных в растворе частиц, а не от их химической идентичности. Коллигативные свойства включают давление пара, температуру кипения, точку замерзания и осмотическое давление. Добавление нелетучего растворенного вещества (без измеримого давления паров) снижает давление паров растворителя. Давление паров раствора пропорционально мольной доле растворителя в растворе, соотношение, известное как Закон Рауля . Растворы, подчиняющиеся закону Рауля, называются идеальными растворами. Большинство реальных решений демонстрируют положительные или отрицательные отклонения от закона Рауля. Повышение температуры кипения (\(ΔT_b\)) и снижение температуры замерзания (\(ΔT_f\)) раствора определяется как разница между точками кипения и замерзания, соответственно, раствора и чистого растворителя. Оба пропорциональны моляльности растворенного вещества.

---

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Лицензия

   CC BY-NC-SA

   Версия лицензии

   4,0

   Показать страницу TOC

   № на стр.

2. Теги

   1. повышение температуры кипения
   2. понижение точки замерзания

Депрессия точки замерзания Задачи #1-10

Задача №1: Сколько граммов пиразина (C ₄ H ₄ N ₂ ) нужно растворить в 1,50 кг тетрахлорметана, чтобы снизить точки замерзания на 4,4 °С? Константа точки замерзания четыреххлористого углерода составляет 30 °С/м.

Задача №2: При растворении 0,258 г молекулярного соединения бензойной кислоты в 40,0 г бензола температура замерзания раствора понизилась до 5,23 °С. Какова молекулярная масса бензойной кислоты?

Мы ищем K _f для бензола, обнаруживаем, что он составляет 5,12 °C/м. Установлено, что температура замерзания бензола составляет 5,5°С.

Задача №3: ​​ При растворении 92,0 г молекулярного соединения в 1000 г воды температура замерзания раствора понизилась до −3,72 °C. Какова молекулярная масса соединения?

Задача № 4: Каково понижение температуры замерзания, когда 62,2 г толуола (C ₇ H ₈ ) растворяют в 481 г нафталина? Константа точки замерзания нафталина составляет 7,00 °С/м.

62,2 г / 92,1402 г/моль = 0,675058 моль Δt = i К _f м

x = (1) (7,00 °C кг моль¯ ¹ ) (0,675058 моль / 0,481 кг)

х = 9,82 °С

---

Задача №5: Сколько граммов пиразола (C ₃ H ₄ N ₂ ) нужно растворить в 736 г камфоры, чтобы понизить температуру замерзания на 15,0 °C? Константа точки замерзания камфоры составляет 40 °С/м.

Решение:

Δt = i K _f м

15,0 °C = (1) (40, °C кг моль¯ ¹ ) (x / 0,736 кг)

15,0 °C = (54,3478 °C моль¯ ¹ ) (x)

х = 0,276 моль

68,0786 г/моль умножить на 0,276 моль = 18,8 г (до трех цифр)

---

Задача № 6: Какова температура замерзания раствора, полученного добавлением 140 г трихотецина (C ₁₉ H ₂₄ O ₅ ) к 0,746 кг бензола? Температура замерзания чистого бензола 5,5°С. Константа точки замерзания бензола составляет 5,12 °С/м.

Решение:

140 г / 332,39 г/моль = 0,421192 моль

Δt = i К _f м

x = (1) (5,12 °C кг моль¯ ¹ ) (0,421192 моль / 0,746 кг)

х = 2,89°C 5,5 °C − 2,89 °C = 2,6 °C (с точностью до двух цифр это новая точка замерзания)

---

Задача № 7: Каково понижение температуры замерзания, когда 309 г изопрена (C ₅ H ₈ ) растворяют в 747 г этилового эфира? Константа точки замерзания этилового эфира составляет 1,79 °С/м.

Решение:

309 г / 68,1182 г/моль = 4,536233 моль

Δt = i К _f м

x = (1) (1,79 °C кг моль¯ ¹ ) (4,536233 моль / 0,747 кг)

х = 10,87 °С

---

Задача №8: Какова температура замерзания раствора, полученного добавлением 239,0 г пентагидрата сульфата меди(II) к 4,00 л воды? Депрессия точки замерзания воды 1,86 °С/м.

Решение:

239,0 г / 249,681 г/моль = 0,95722 моль Δt = i К _f м

x = (2) (1,86 °C кг моль¯ ¹ ) (0,95722 моль / 4,00 кг)

х = 0,89 °С

Раствор замерзает при -0,89°С.

Обратите внимание на использование коэффициента Вант-Гоффа, равного 2, для CuSO ₄ .

---

Задача № 9: Раствор, содержащий 55,0 г аскорбиновой кислоты (витамина С) в 250 г воды, замерзает при температуре -2,34 °C. Рассчитайте молярную массу (в г/моль) растворенного вещества.

Решение:

1) Используйте ΔT = i K _f м

2,34 = (1) (1,86) (х)

х = 1,258 моль/кг

Примечание: фактор Ван-т-Гоффа для аскорбиновой кислоты равен 1, так как она не ионизируется в растворе (это слабая кислота, поэтому она немного ионизируется, но мы игнорируем это для этой проблемы)

2) молекулярная масса, метод №1

1,258 моль соответствует 1 кг, а х соответствует 0,250 кг

х = 0,3145 моль

55,0 г/0,3145 моль = 175 г/моль

3) молекулярная масса, метод №2

55 г/0,250 кг = 220 г/1 кг

220 г соответствует х как 1,258 моляля к 1 молялю

х = 175 г

175 г – масса аскорбиновой кислоты в 1 моляльном растворе, что соответствует 1 молю растворенного вещества на 1 кг растворителя.

Заключение: молярная масса 175 г/моль

---

Задача №10: Когда 1,150 грамма неизвестного неэлектролита растворяются в 10,0 граммах воды, раствор замерзает при -2,16 °C. Какова молекулярная масса неизвестного соединения? K _f для воды = 1,86 °C/м.

Решение:

1) Определите, сколько молей растворенного соединения:

Δt = i K _f м

2,16 °C = (1) (1,86 °C кг моль¯ ¹ ) (x / 0,0100 кг)

2,16 °C = (186 °C моль¯ ¹ ) (х)

х = 0,0116129 моль

2) Определите молекулярную массу:

1,150 г / 0,0116129 моль = 99,0 г/моль

---

Бонусная задача №1: Уксусная кислота (CH ₃ COOH) представляет собой полярную молекулу и может образовывать водородные связи с молекулами воды. Поэтому он имеет высокую растворимость в воде. Однако уксусная кислота также растворима в бензоле (C ₆ H ₆ ), неполярном растворителе, который не способен образовывать водородные связи. Раствор 3,80 г СН ₃ COOH в 80,0 г C ₆ H ₆ имеет температуру замерзания 3,46 °C. Какова молярная масса растворенного вещества?

Решение:

1) Некоторые поиски дают следующие значения для бензола:

точка замерзания = 5,49 °C
криоскопическая постоянная (K _f = 5,12 °C кг моль¯ ¹

2а) Нам нужно определить, сколько молей уксусной кислоты было растворено:

Δt = i K _f м

2,03 °C = (1) (5,12 °C кг моль¯ ¹ ) (х/0,0800 кг)

2,03 °C = (64 °C моль¯ ¹ ) (x)

х = 0,031719 моль

Обратите внимание на использование 1 для фактора Ван-т-Гоффа. Это делается потому, что уксусная кислота растворяется в неполярном растворителе. Обычно ионы не образуются в неполярном растворителе.

2b) Вот альтернативный путь к родинкам:

Δt = K _f m m = Δt / K _f

m = 2,03 °C / 5,12 °C кг моль¯ ¹ = 0,396484 моль/кг

моль —> (0,396484 моль/кг) (0,0800 кг) = 0,031719 моль

3) Определите молярную массу:

3,80 г / 0,031719 моль = 119,8 г/моль

4) Рассчитанный ответ примерно вдвое превышает известную молярную массу (60,0 г/моль) уксусной кислоты. Уксусная кислота в бензоле образует димеры, состоящие из двух химически соединенных молекул уксусной кислоты. Это предлагаемая структура димера:

5) Образование димеров привело бы к изменению фактора Вант-Гоффа до значения 0,5.

---

Дополнительная задача № 2: Какой объем этиленгликоля (C ₂ H ₆ O ₂ ), неэлектролита, необходимо добавить к 20,0 л воды, чтобы получить раствор антифриза с температурой замерзания −34,0 °С? (Плотность этиленгликоля 1,11 г/см ³ , а плотность воды 1,00 г/см ³ .)

Решение:

1) Нужно определить моли этиленгликоля:

Δt = i К _f м

34,0 °C = (1) (1,86 °C кг моль¯ ¹ ) (x / 20,0 кг)

34,0 °C = (0,093 °C моль¯ ¹ ) (x)

х = 365,59 моль

2) Сколько это в граммах?

(365,59 моль) (62,0674 г/моль) = 22691,22 г

3) Какой объем это занимает?

22691,22 г / 1,11 г/см ³ = 20442 см ³

Это 20,44 л

Приблизительное 50/50 (по объему) смешивание этиленгликоля и воды дает нам необходимое понижение точки замерзания. Обратите внимание, что я не удосужился показать, как 20,0 л воды превратились в 20,0 кг.

---

Дополнительная задача №3: ​​ Соединение содержит 42,9 % C, 2,4 % H, 16,6 % N и 38,1 % O по массе. Добавление 3,16 г этого соединения к 75,0 мл циклогексана (d = 0,779 г/мл) дает раствор с температурой замерзания 0,0 °С. Нормальная температура замерзания циклогексана составляет 6,5 °С, а его константа депрессии температуры замерзания составляет 20,2 °С/м. Какова молекулярная формула растворенного вещества?

Решение:

1) Определить массу циклогексана:

75,0 мл x 0,779г/мл = 58,425 г

2) Определить количество молей растворенного соединения:

Δt = i K _f м

6,5 °C = (1) (20,2 °C кг моль¯ ¹ ) (x / 0,058425 кг)

6,5 °C = (345,7424 °C моль¯ ¹ ) (x)

х = 0,0188 моль

3) Определите молекулярную массу соединения:

3,16 г/0,0188 моль = 168 г/моль

4) Определите эмпирическую формулу соединения:

Предположим, что присутствует 100 г соединения.

No related posts.