Раствор – однородная система, состоящая из растворителя и растворенного в нем вещества (или нескольких). Количественная характеристика определяется концентрацией веществ, входящих в их состав.
Массовая доля
Массовая доля – это отношение массы растворённого вещества к массе всего раствора.
ω(%)=mxmX×100%omega left(% right)= frac{m_{x}}{m_{X}} times 100%
Сколько калия хлорида (в граммах) содержится в 100г 10% раствора?
Решение:
Масса калия хлорида (молярная масса MM для KClKCl 75г/моль):
mKCl=ω×M100%=10%×75100%=7,5m_{KCl}=frac{omega times M}{100%}=frac{10% times 75}{100%}=7,5г
Ответ: 7,5г.
Сколько необходимо добавить натрия гидроксида к 120г 3% раствора этой же соли, что бы концентрация увеличилась в три раза?
Решение:
Масса натрия гироксида исходная (MNaOH=40M_{NaOH}=40 г/моль:
m1NaOH=ω×M100%=3%×40100%=1,2m_{1NaOH}=frac{omega times M}{100%}=frac{3%times 40}{100%}=1,2г
Массовая доля натрия гидроксида в необходимом растворе:
ω2%=ω%×3=3%×3=9%omega _{2}%=omega%times3=3%times3=9%
Масса NaOH в необходимом растворе:
m2NaOH=9%×40100%=3,6m_{2NaOH}=frac{9%times 40}{100%}=3,6г
Необходимое количество рассчитываем как разность:
mNaOH=m2NaOH−m1NaOH=3,6−1,2=2,4m_{NaOH}=m_{2NaOH}-m_{1NaOH}=3,6-1,2=2,4г
Ответ: 2,4г.
Молярная концентрация
Молярная концентрация – количество вещества (в молях) в объеме раствора.
Количество растворенного вещества (в молях) выражается как масса вещества (в граммах), деленная на молярную массу (г/моль).
η=mxMeta =frac{m_{x}}{M}
Молярная концентрация выражается в формуле:
Cx=ηV=η=mxM×VC_{x} = frac{eta }{V} = eta =frac{m_{x}}{M}times V
Определите молярную концентрацию калия иодида. В 120мл воды содержится 15г KI.
Решение:
Выражаем молярную концентрацию (моль/л) KI по формуле ($M_(KI)=$166г/моль):
CKI=mKIMKI×VC_{KI} =frac{m_{KI}}{M_{KI}}times V=15166×0,12=0,01=frac{15}{166}times 0,12=0,01моль/л
Т.к. молярная концентрация выражается в моль/л миллилитры переводим в литры.
Ответ: 3,61 моль/л.
Какая масса лития хлорида содержится в 200мл 3М раствора?
Решение:
Находим количество растворенного лития хлорида (моль):
η=CLiCl×V=3×0,2=0,6eta =C_{LiCl}times V=3times 0,2=0,6г
Выражаем массу M(LiCl)=M_ (LiCl)= 42,3г/моль):
mLiCl=ηLiCl×MLiCl=0,6×42.3=25,4m_{LiCl}=eta_{LiCl} times M_{LiCl}=0,6times 42.3=25,4г
Ответ: 25,4г.
Молярная (мольная) доля
Молярная (мольная) доля – отношения количества вещества в растворе к количеству всех веществ, образующих раствор.
Nx%=nx∑n×100%N_{x}%=frac{n_{x}}{sum{n}}times 100%
Концентрация бария хлорида в 100мл водного раствора равна 20%. Определите его мольную долю.
MBaCl2=208M_{BaCl_{2}}=208моль/л, MH2O=18M_{H_{2}O}=18моль/л.
Решение:
Находим содержание воды:
ωH2O=100%−ωBaCl2=100%−20%=80%omega _{H_{2}O}=100%-omega BaCl_{2}=100%-20%=80%
Т.к. объем раствора равен 100мл, то массы каждого компонента равны значениям массовой доли. Следовательно:
mBaCl2=20m_{BaCl_{2}}=20г
mH2O=80m_{H_{2}O}=80г
Определим количество ηeta для бария хлорида и воды:
ηBaCl2=mBaCl2MBaCl2=20208=0,01eta_{BaCl_{2}}=frac{m_{BaCl_{2}}}{M_{BaCl_{2}}}=frac{20}{208}=0,01моль
ηH2O=mH2OMH2O=2018=1,1eta_{H_{2}O}=frac{m_{H_{2}O}}{M_{H_{2}O}}=frac{20}{18}=1,1моль
Определяем мольную долю NBaCl2N_{BaCl_{2}}:
NBaCl2=ηBaCl2ηBaCl2+ηH2O×100%=0,010,01+0,1×100%=9%N_{BaCl_{2}}=frac{eta BaCl_{2}}{eta BaCl_{2}+eta H_{2}O}times 100%=frac{0,01}{0,01+0,1}times 100%=9%
Ответ: 9%
Молярная концентрация эквивалента
Молярная концентрация эквивалента (нормальность) – число моль эквивалентов в объеме раствора.
C1/z=mxM1/z×VC_{1/z} = frac{m_{x}}{M_{1/z}times V}моль*экв/литр
Фактор эквивалентности f1/zf_{1/z} – показывает часть реальной частицы, составляющую эквивалент.
Молярная масса эквивалента M1/zM_{1/z} – произведение молярной массы и фактора эквивалентности:
M1/z=M×f1/zM_{1/z} = M times f_{1/z}г/моль
Определите молярную концентрацию эквивалента 4.6г серной кислоты, нейтрализованной раствором гидроксида натрия. В результате реакции общий объём составил 100мл.
Решение:
MH2SO4=98M_{H_{2}SO_{4}}=98г/моль, f1/z=1/2f_{1/z=1/2}.
Находим молярную массу эквивалента для серной кислоты:
M1/zH2SO4=MH2SO4×f1/zM_{1/z H_{2}SO_{4}} = M _{H_{2}SO_{4}}times f_{1/z} = 98times 1/2=49$г/моль
Находим нормальность:
C1/zH2SO4=mH2SO4M1/zH2SO4×V=4,649×0,1=0,94C_{1/z H_{2}SO_{4}} = frac{m_{H_{2}SO_{4}}}{M_{1/z H_{2}SO_{4}}times V}=frac{4,6}{49times
0,1}=0,94моль*экв/л
Ответ: 0,94моль*экв/л.
Моляльность
Моляльность – количество вещества в килограмме растворителя.
Сm=ηxmС_{m}=frac{eta _{x}}{m}моль/кг
В 300г воды растворили 20г калия гидроксида. Определите моляльную концентрацию раствора.
Решение:
MKOH=98M_{KOH}=98г/моль.
Находим количество калия гидроксида:
ηKOH=mKOHM=2056=0,36eta _{KOH} = frac{m_{KOH}}{M}=frac{20}{56}=0,36моль
Находим моляльность (граммы переводим в килограммы):
CKOH=ηKOHm=0,360,3=1,2C_{KOH}=frac{eta _{KOH}}{m}=frac{0,36}{0,3}=1,2моль/кг
Ответ: 1,2 моль/кг.
Пример 1.
Рассчитать молярную концентрацию
эквивалента натрий гидроксида в растворе
, в 100 мл которого содержится 0,5 г NaОН.
Д
ано:
m
(NaOH)
= 0,5 г
V
(р-р) = 100 мл = 0,1 л
М (NaOH)
= 40 г/моль
c[1/z*(NaOH
)] = ?
fэкв.(NaOH)
= 1
M[1/z*(NaOH)]
= fэкв.(NaOH)
·
M(NaOH) = 1·
M(NaOH) = M(NaOH)
c[1/z*(NaOH
)] =
=
Ответ : Молярная
концентрация эквивалентов NaOH
в растворе равна 0,125 моль/л
Пример 2.
Рассчитать молярную концентрацию
эквивалентов HCl
в 20% растворе соляной кислоты (=
1,1 г/см3).
Д
ано:
ω(HCl)
= 20% или 0,2
= 1,1 г/см3
= 1100 г/л
M
(HCl) = 36,5 г/моль
c[1/z*(HCl)]
= ?
fэкв.(HCl)
= 1
M[1/z*(
HCl)] = fэкв.(
HCl)
·
M(HCl) = 1·
M(HCl) = M(HCl)
c[1/z*(HCl)]
=
Массовая доля
– это отношение массы вещества к массе
раствора: ω(HCl)=
,
откуда находим:
m(HCl)=
m(p-p)·ω(HCl)
ρ
=
, то m(p-p)
= ρ
∙ V
(p-p),
тогда :
c[1/z*(HCl)]
=
Ответ: молярная
концентрация эквивалентов HCl
в 20% растворе равна 6,03 моль/л.
2. Контролирующие задания
1.
Укажите единицу количества вещества
эквивалента:
-
килограмм
-
сантиметр
кубический -
моль
-
литр
-
Какое
значение может принимать фактор
эквивалентности HCN
в кислотно-основных реакциях ионного
обмена?
-
1/2
-
1/5
-
1
-
1/8
-
Какое
количество эквивалентов составляют
49 г фосфорной кислоты в реакции
образования средней соли?
-
3
-
2
-
1,5
-
1
4.
В 1 кг воды растворили 212 г Na2CO3.
Плотность полученного раствора равна
1,212 г/мл. Фактор эквивалентности соли
равен ½. Определите: а) массовую долю
Na2CO3;
б) молярную концентрацию; в) нормальную
концентрацию; г) моляльность; д) титр
раствора соли.
5.
В лаборатории имеется 3М раствор КСl.
Определите его объем, который потребуется
для приготовления раствора объемом 200
мл с массовой долей КСl
8% и плотностью 1,05 г/мл. Ответ: 75,2 мл.
6.
Рассчитайте объем раствора гидроксида
натрия с плотностью 1,15 г/мл и ω(NaOH)
= 10%, необходимый для приготовления 250
мл 0,08 М раствора.
7.
Определите, чему
равен фактор эквивалентности восстановителя
или окислителя в следующих превращениях:
-
Сг2О7
2–
→
2Сг3+ -
NO3
–
→
NO2
– -
MnO4–
→ MnO2 -
ВгО3–
→
Вr
–
8.
В каждой реакции укажите окислитель,
восстановитель и определите для них
факторы эквивалентности:
-
MnO2
+ KClO3
+ KOH
K2MnO4
+ KCl + H2O -
H2Se
+ K2Cr2O7
+ H2SO4
Se + Cr2(SO4)3
+ K2SO4
+ H2O -
Cr(OH)3
+ Br2
+ KOH
K2CrO4
+ KBr +H2O -
AsH3
+ KMnO4
+ H2SO4
H3AsO4
+ MnSO4
+ K2SO4
+ H2O -
Na2SO3
+ KMnO4
+ H2O
MnO2
+ Na2SO4
+ KOH
3. Выполнение индивидуальных заданий.
Вывод:
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Дата
________ Подпись преподавателя_______________
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
…
Существует множество способов измерить концентрацию раствора. Это так называемые способы выражения концентрации раствора.
Концентрация раствора — это количество вещества, находящегося в единице объема или массы раствора.
Что такое раствор
Среди окружающих нас веществ, лишь немногие представляют собой чистые вещества. Большинство являются смесями, состоящими из нескольких компонентов, которые могут находиться в одном или различных фазовых состояниях.
Смеси, имеющие однородный состав являются гомогенными, неоднородный состав – гетерогенными.
Иначе, гомогенные смеси, называют растворами, в которых одно вещество полностью растворяется в другом (растворителе). Растворитель – это тот компонент раствора, который при образовании раствора сохраняет свое фазовое состояние. Он обычно находится в наибольшем количестве.
Существуют растворы газовые, жидкие и твердые. Но более всего распространены жидкие растворы, поэтому, в данном разделе, именно на них мы сосредоточим свое внимание.
Концентрацию раствора можно охарактеризовать как:
- качественную
- количественную.
Качественная концентрация характеризуется такими понятиями, как разбавленный и концентрированный раствор.
С этой точки зрения растворы можно классифицировать на:
- Насыщенные – растворы с максимально возможным количеством растворенного вещества. Количество растворяемого вещества, необходимое для получения насыщенного раствора определяет растворимость этого вещества.
- Ненасыщенные – любые растворы, которые все еще могут растворять введенное вещество.
- Пересыщенные – растворы, в которых растворено больше вещества, чем максимально возможное. Такие растворы очень нестабильны и в определенных условиях растворенное вещество будет выкристаллизовываться из него, до тех пор, пока не образуется насыщенный раствор.
Количественная концентрация выражается через молярную, нормальную (молярную концентрацию эквивалента), процентную, моляльную концентрации, титр и мольную долю.
Способы выражения концентрации растворов
Молярная концентрация растворов (молярность)
Наиболее распространенный способ выражения концентрации растворов – молярная концентрация или молярность. Она определяется как количество молей n растворенного вещества в одном литре раствора V. Единица измерения молярной концентрации моль/л или моль ·л-1:
См = n/V
Раствор называют молярным или одномолярным, если в 1 литре раствора растворено 1 моль вещества, децимолярным – растворено 0,1 моля вещества, сантимолярным — растворено 0,01 моля вещества, миллимолярным — растворено 0,001 моля вещества.
Термин «молярная концентрация» распространяется на любой вид частиц.
Вместо обозначения единицы измерения — моль/л, возможно такое ее обозначение – М, например, 0,2 М HCl.
Молярная концентрация эквивалента или нормальная концентрация растворов (нормальность).
Понятие эквивалентности мы уже вводили. Напомним, что эквивалент – это условная частица, которая равноценна по химическому действию одному иону водорода в кислотоно-основных реакциях или одному электрону в окислительно – восстановительных реакциях.
Например, эквивалент KMnO4 в окислительно – восстановительной реакции в кислой среде равен 1/5 (KMnO4).
Еще одно необходимое понятие — фактор эквивалентности – это число, обозначающее, какая доля условной частицы реагирует с 1 ионом водорода в данной кислотоно-основной реакции или с одним электроном в данной окислительно – восстановительной реакции.
Он может быть равен 1 или быть меньше 1. Фактор эквивалентности, например, для KMnO4 в окислительно – восстановительной реакции в кислой среде составляет fэкв(KMnO4) = 1/5.
Следующее понятие – молярная масса эквивалента вещества х. Это масса 1 моля эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества х:
Мэ = fэкв· М(х)
Молярная концентрация эквивалента (нормальность) определяется числом молярных масс эквивалентов на 1 литр раствора.
Эквивалент определяется в соответствии с типом рассматриваемой реакции. Единица измерения нормальной концентрации такая же как и у молярной концентрации — моль/л или моль·л-1
Сн = nэ/V
Для обозначения нормальной концентрации допускается сокращение «н» вместо «моль/л».
Процентная концентрация раствора или массовая доля
Массовая концентрация показывает сколько единиц массы растворенного вещества содержится в 100 единицах массы раствора.
Это отношение массы m(х) вещества x к общей массе m раствора или смеси веществ:
ω(х) = m(х)/m
Массовую долю выражают в долях от единицы или процентах.
Моляльная концентрация раствора
Моляльная концентрация раствора b(x) показывает количество молей n растворенного вещества х в 1 кг. растворителя m. Единица измерения моляльной концентрации — моль/кг :
b(x) = n(x)/m
Титр раствора
Титр раствора показывает массу растворенного вещества х, содержащуюся в 1 мл. раствора. Единица измерения титра — г/мл:
Т(х) = m(х)/V,
Мольная или молярная доля
Мольная или молярная доля α(х) вещества х в растворе равна отношению количества данного вещества n(х) к общему количеству всех веществ, содержащихся в растворе Σn:
α(х) = n(х)/Σn
Между приведенными способами выражения концентраций существует взаимосвязь, которая позволяет, зная одну единицу измерения концентрации найти (пересчитать) ее в другие единицы. Существуют формулы, позволяющие провести такой пересчет, которые, в случае необходимости, вы сможете найти в сети. В разделе задач показано, как произвести такой пересчет, не зная формул.
Пример перевода процентной концентрации в молярную, нормальную концентрацию, моляльность, титр
Дан раствор объемом 2 л с массовой долей FeSO4 2% и плотностью 1029 кг/м3. Определить молярность, нормальность, моляльность и титр этого раствора раствора.
Решение.
1. Рассчитать молярную массу FeSO4:
M (FeSO4) =
56+32+16·4 = 152 г/моль
2. Рассчитать молярную массу эквивалента:
Мэ = fэкв·
М(FeSO4) = 1/2·152
= 76 г/моль
3. Найдем m раствора объемом 2 л
m = V·ρ = 2·10-3 ·1029
= 2,06 кг
4. Найдем массу 2 % раствора по формуле:
m(FeSO4) = ω(FeSO4) · mр-ра
m(FeSO4) =
0,02·2,06 = 0,0412 кг = 41,2 г
5. Найдем молярность, которая определяется как количество молей растворенного вещества в одном литре раствора:
n = m/М
n = 41,2/152 = 0,27 моль
См = n/V
См = 0,27/2 = 0,135 моль/л
6. Найдем нормальность:
nэ = m/Мэ
nэ = 41,2/76 = 0,54 моль
Сн = nэ/V
Сн = 0,54/2 = 0,27 моль/л
7. Найдем моляльность раствора. Моляльная концентрация равна:
b (x) = n(x)/m
Масса растворителя, т.е.
воды в растворе равна:
mH2O = 2,06-0,0412
= 2,02 кг
b
(FeSO4) = n(FeSO4)/m = 0,27/2,02 = 0,13 моль/кг
8. Найдем титр раствора, который показывает какая масса вещества содержится в 1 мл раствора:
Т(х) = m (х)/V
Т(FeSO4) = m (FeSO4)/V = 41,2/2000 = 0,0021 г/мл
Еще больше задач приведены в разделе Задачи: Концентрация растворов, Правило креста
