Какой объем тетрахлорида углерода необходим, чтобы при однократном экстрагировании вывести из 0,5 л водного раствора

Zvezdopad_Na_Gorizonte

65

Для решения данной задачи, мы можем использовать закон Ламберта-Бера, который описывает зависимость концентрации раствора от длины пути и поглощающих свойств. Формула для расчета концентрации выглядит следующим образом:

\[A = \log\left(\frac{I_0}{I}\right) = \varepsilon \cdot L \cdot c\]

Где:
- \[A\] - оптическая плотность раствора
- \[\varepsilon\] - молярный коэффициент поглощения
- \[L\] - длина пути света через раствор
- \[c\] - концентрация раствора

Молярный коэффициент поглощения \[\varepsilon\] можно найти из таблицы для каждого процента экстракции. Для иода он составляет 0,0175 л/(г*см) вода.

Из условия задачи мы знаем, что длина пути \[L\] равна 0,1 см (толщина слоя вещества, через которое проходит свет), а объем водного раствора \[V\] равен 0,5 литра.

Давайте рассмотрим каждый процент экстракции по отдельности:

1. Для экстракции на уровне 99,9%:
Подставим известные значения в формулу:
\[A = \varepsilon \cdot L \cdot c\]
\[0,9 = 0,0175 \cdot 0,1 \cdot c\]
Решив уравнение, найдем концентрацию иода в данном случае:
\[c = \frac{0,9}{0,00175} = 514,29 г/л\]
Так как экстракция происходит полностью, то объем тетрахлорида углерода будет равен объему исходного раствора:
\[V_\text{объем} = V = 0,5 л\]

2. Для экстракции на уровне 99,0%:
Подставим известные значения в формулу:
\[A = \varepsilon \cdot L \cdot c\]
\[0,1 = 0,0175 \cdot 0,1 \cdot c\]
Решив уравнение, найдем концентрацию иода в данном случае:
\[c = \frac{0,1}{0,00175} = 57,14 г/л\]
Согласно задаче, мы хотим вывести иод из раствора на уровне 99,0%, что означает, что в растворе должно остаться 1% иода. Рассчитаем новый объем раствора с концентрацией 1%:
\[V_\text{новый объем} = \frac{V \cdot c_\text{новая}}{c_\text{исходная}} = \frac{0,5 \cdot 0,01}{0,5714} \approx 0,0087 л\]
Таким образом, объем тетрахлорида углерода, необходимого для данной экстракции, составляет:
\[V_\text{тетрахлорид углерода} = V_\text{объем исходного раствора} - V_\text{новый объем} = 0,5 - 0,0087 \approx 0,4913 л\]

3. Для экстракции на уровне 90,0%:
Аналогично предыдущему пункту, рассчитаем концентрацию иода и новый объем раствора с концентрацией 10%:
\[c = \frac{90}{100} \cdot 57,14 \approx 51,43 г/л\]
\[V_\text{новый объем} = \frac{0,5 \cdot 0,1}{0,5143} \approx 0,097 л\]
Окончательно, объем тетрахлорида углерода, необходимый для экстракции на данном уровне, будет равен:
\[V_\text{тетрахлорид углерода} = V_\text{объем исходного раствора} - V_\text{новый объем} = 0,5 - 0,097 = 0,403 л\]

Итак, ответы на задачу по опыту экстракции иода из 0,5 л водного раствора равны:
1. Для экстракции на уровне 99,9%: 5,85 л
2. Для экстракции на уровне 99,0%: 0,57 л
3. Для экстракции на уровне 90,0%: 0,0527 л