Химия
8 класс
Вопрос
Для кристаллизации 122 г бензойной кислоты ее раствор нагревают до $75^{\circ} С$ (при этой температуре константа диссоциации бензойной кислоты равна $324 \cdot 10^{-4}$), а затем охлаждают до $0^{\circ} С$. Потери бензойной кислоты при кристаллизации вследствие ее растворимости при $0^{\circ} С$ составляют 0,16 % по отношению к количеству воды, если последнее яля проведения кристаллизации выбрано правильно.
Предполагая, что растворимость бензойной кислоты определяется степенью ее диссоциации, вычислите:
а) количество воды, необходимое для кристаллизации;
б) количество бензойной кислоты, которая останется в маточном растворе при $0^{\circ} С$;
в) выход процесса кристаллизации.
Ответ
Растворимость бензойной кислоты определяется степенью ее диссоциации на ионы
$C_6H_5COOH \rightleftharpoons C_6H_5COO^{-} + Н^{+}$.
Если обозначить концентрацию каждого из ионов через $х$, то произведение концентраций ионов при $75^{\circ} С$ составит $х^2$:
$\Pi_{C_6H_5COOH} = [x_{C_6H_5COO^{-}}] \cdot [x_{H^{+}}] = x^2 = 324 \cdot 10^{-4}$,
$x = \sqrt {324 \cdot 10^{-4}} = 18 \cdot 10^{-2}$.
Мерой растворимости кислоты при $75^{\circ} С$ является концентрация насыщенного раствора, равная $18 \cdot 10^{-2}$ моль/л.
Если пренебречь изменением объема при растворении в условиях малой растворимости, то
0,18 моля кислоты растворится в 1 л воды,
1 моль (122 г) кислоты - в $х$ л воды,
$x = 5,555$ л.
Потери бензойной кислоты в процессе кристаллизации, согласно условию, составят $5555 \: г \cdot 0,0016 = 8,888$ г, и выход бензойной кислоты при кристаллизации должен быть равен
$w = \frac {(5555 - 8,9) \cdot 100}{122} = 92,7$ %.