Как найти массовый состав раствора

Это отработанный пример задачи, показывающий, как рассчитать массовый процентный состав. Процентный состав указывает относительные количества каждого элемента в соединении. Для каждого элемента формула массового процента выглядит следующим образом:

% mass = (масса элемента в 1 моль соединения)/(молярная масса соединения) x 100%

или

массовый процент = (масса растворенного вещества/масса раствора) x 100%

Обычно единицы массы – граммы. Массовый процент также известен как массовый процент или мас./Мас.%. Молярная масса – это сумма масс всех атомов в одном моль соединения. Сумма всех массовых процентов должна составлять в сумме 100%. Следите за ошибками округления в последней значащей цифре, чтобы убедиться, что все проценты складываются.

Проблема массового процентного состава

Бикарбонат соды (гидрокарбонат натрия) используется во многих коммерческих препаратах. Его формула – NaHCO ₃ . Найдите массовые проценты (мас.%) Na, H, C и O в гидрокарбонате натрия.

Раствор

Сначала найдите атомные массы для элементов из Периодической таблицы. Атомные массы оказались следующими:

• Na = 22,99
• H = 1,01
• C – 12,01
• O – 16,00

Затем определите, сколько граммов каждого в одном моль NaHCO ₃ :

• 22,99 г (1 моль) Na
• 1,01 г (1 моль) H
• 12,01 г (1 моль) C
• 48,00 г (3 моль x 16,00 грамм на моль) O

Масса одного моля NaHCO ₃ составляет:

22,99 г + 1,01 г + 12,01 г + 48,00 г = 84,01 г

И масса процентное содержание элементов составляет

• масс.% Na = 22,99 г/84,01 г x 100 = 27,36%
• % масс H = 1,01 г/84,01 г x 100 = 1,20%
• % масс C = 12,01 г/84,01 г x 100 = 14,30%
• % масс O = 48,00 г /84,01 gx 100 = 57,14%

Ответ

• % масс Na = 27,36%
• % масс H = 1,20%
• массовый% C = 14,30%
• массовый% O = 57,14%

При вычислении массовых процентов всегда рекомендуется проверять, чтобы ваши массовые проценты в сумме составляли 100% (помогает отловить математические ошибки):

27,36 + 14,30 + 1,20 + 57,14 = 100. 00

Процентный состав воды

Другой простой пример – определение массового процентного состава элементов в воде, H ₂ O.

Сначала найдите молярную массу воды, сложив атомные массы элементов. Используйте значения из периодической таблицы:

• H составляет 1,01 грамма на моль
• O составляет 16,00 граммов на моль

Получите молярную массу, сложив все массы элементов в соединении. Нижний индекс после водорода (H) указывает на наличие двух атомов водорода. После кислорода (O) нет индекса, что означает, что присутствует только один атом.

• молярная масса = (2 x 1,01) + 16,00
• молярная масса = 18,02

Теперь разделите массу каждого элемента на общую массу, чтобы получить массовые проценты:

масс% H = (2 x 1,01)/18,02 x 100%
масс% H = 11,19%

массовый% O = 16,00/18,02
массовый% O = 88,81%

Массовые проценты водорода и кислорода в сумме составляют 100%.

Массовый процент диоксида углерода

Какова масса процентное содержание углерода и кислорода в диоксиде углерода, CO ₂ ?

Массовый процент раствора

Шаг 1: Найдите массу отдельных атомов.

Найдите атомные массы углерода и кислорода из Периодическая таблица. На этом этапе рекомендуется определиться с количеством значащих цифр, которые вы будете использовать. Атомные массы оказались следующими:

• C = 12,01 г/моль
• O = 16,00 г. /моль

Шаг 2: Найдите количество граммов каждого компонента, составляющего один моль CO. _2.

Один моль CO ₂ содержит 1 моль атомов углерода и 2 моля атомов кислорода.

• 12,01 г (1 моль) C
• 32,00 г (2 моль x 16,00 грамм на моль) O

Масса одного моля CO ₂ составляет:

• 12,01 г + 32,00 г = 44,01 г

Шаг 3: Найдите массовый процент каждого атома.

mass% = (масса компонента/масса всего) x 100

И массовые проценты элементов составляют

Для углерод:

• мас.% C = (масса 1 моля углерода/масса 1 моль CO ₂ ) x 100
• мас.% C = (12,01 г/44,01 г) x 100
• массовый% C = 27,29%

Для кислорода:

• мас.% O = (масса 1 моля кислорода/масса 1 моль CO ₂ ) x 100
• мас.% O = (32,00 г/44,01 г) x 100
• мас.% O = 72,71%

Ответ

• массовый% C = 27,29%
• массовый% O = 72. 71%

Опять же, убедитесь, что ваши массовые проценты в сумме составляют 100%. Это поможет выявить любые математические ошибки.

• 27,29 + 72,71 = 100,00

Сумма ответов составляет 100%, чего и ожидалось.

Советы по расчету массового процента

• Вам не всегда будет дана общая масса смеси или раствора. Часто вам нужно складывать массы. Это может быть неочевидно. Вам могут быть заданы мольные доли или моль, а затем потребуется преобразовать их в единицу массы.
• Следите за своими значащими цифрами.
• Всегда проверяйте сумму массовых процентов всех компонентов составляет 100%. В противном случае вам нужно вернуться и найти свою ошибку.

Материалы из методички: Сборник задач по теоретическим основам химии для студентов заочно-дистанционного отделения / Барботина Н.Н., К.К. Власенко, Щербаков В.В. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. -155 с.

Растворы. Способы выражения концентрации растворов

Способы выражения концентрации растворов

Существуют различные способы выражения концентрации растворов.

Массовая доля ω компонента раствора определяется как отношение массы данного компонента Х, содержащегося в данной массе раствора к массе всего раствора m. Массовая доля – безразмерная величина, её выражают в долях от единицы:

ω_р.в. = m_р.в./m_р-ра (0 < ω_р.в. < 1)                (1)

Массовый процент представляет собой массовую долю, умноженную на 100:

ω(Х) = m(Х)/m · 100% (0% < ω(Х) < 100%)                (2)

где ω(X) – массовая доля компонента раствора X; m(X) – масса компонента раствора X; m – общая масса раствора.

Мольная доля χ компонента раствора равна отношению количества вещества данного компонента X к суммарному количеству вещества всех компонентов в растворе.

Для бинарного раствора, состоящего из растворённого вещества Х и растворителя (например, Н₂О), мольная доля растворённого вещества равна:

χ(X) = n(X)/(n(X) + n(H₂O))                (3)

Мольный процент представляет мольную долю, умноженную на 100:

χ(X), % = (χ(X)·100)%                (4)

Объёмная доля φ компонента раствора определяется как отношение объёма данного компонента Х к общему объёму раствора V. Объёмная доля – безразмерная величина, её выражают в долях от единицы:

φ(Х) = V(Х)/V  (0 < φ(Х) < 1)             (5)

Объёмный процент представляет собой объёмную долю, умноженную на 100.

φ(X), % = (φ(X)·100)%                

Молярность (молярная концентрация) C или C_м определяется как отношение количества растворённого вещества X, моль к объёму раствора V, л:

C_м(Х) = n(Х)/V                   (6)

Основной единицей молярности является моль/л или М. Пример записи молярной концентрации: C_м(H₂SO₄) = 0,8 моль/л или 0,8М.

Нормальность С_н определяется как отношение количества эквивалентов растворённого вещества X к объёму раствора V:

C_н(Х) = n_экв.(Х)/V                   (7)

Основной единицей нормальности является моль-экв/л. Пример записи нормальной концентрации: С_н(H₂SO₄) = 0,8 моль-экв/л или 0,8н.

Титр Т показывает, сколько граммов растворённого вещества X содержится в 1 мл или в 1 см³ раствора:

T(Х) = m(Х)/V                   (8)

где m(X) – масса растворённого вещества X, V – объём раствора в мл.

Моляльность раствора μ показывает количество растворённого вещества X в 1 кг растворителя:

μ(Х) = n(Х)/m_р-ля                   (9)

где n(X) – число моль растворённого вещества X, m_р-ля – масса растворителя в кг.

Мольное (массовое и объёмное) отношение – это отношение количеств (масс и объёмов соответственно) компонентов в растворе.

Необходимо иметь ввиду, что нормальность С_н всегда больше или равна молярности С_м. Связь между ними описывается выражением:

С_м = С_н · f(Х)               (10)

Для получения навыков пересчёта молярности в нормальность и наоборот рассмотрим табл. 1. В этой таблице приведены значения молярности С_м, которые необходимо пересчитать в нормальность С_н и величины нормальности С_н, которые следует пересчитать в молярность С_м.

Пересчёт осуществляем по уравнению (10). При этом нормальность раствора находим по уравнению:

С_н = С_м/f(Х)                   (11)

Результаты расчётов приведены в табл. 2.

Таблица 1. К определению молярности и нормальности растворов

Тип химического превращения	См	Сн	Сн	См
Реакции обмена	0,2 M Na2SO4	?	6 н FeCl3	?
1,5 M Fe2(SO4)3	?	0,1 н Ва(ОН)2	?
Реакции окисления-восстановления	0,05 М KMnO4 в кислой среде	?	0,03 М KMnO4 в нейтральной среде	?

Таблица 2

Значения молярности и нормальности растворов

Тип химического превращения	См	Сн	Сн	См
Реакции обмена	0,2M Ma2SO4	0,4н	6н FeCl3	2М
	1,5M Fe2(SO4)3	9н	0,1н Ва(ОН)2	0,05М
Реакции окисления-восстановления	0,05М KMnO4 в кислой среде	0,25н	0,03М KMnO4 в нейтральной среде	0,01М

Между объёмами V и нормальностями С_н реагирующих веществ существует соотношение:

V₁ С_н,1 =V₂ С_н,2                    (12)

Примеры решения задач

Задача 1. Рассчитайте молярность, нормальность, моляльность, титр, мольную долю и мольное отношение для 40 мас.% раствора серной кислоты, если плотность этого раствора равна 1,303 г/см³.

Решение.

Масса 1 литра раствора равна М = 1000·1,303 = 1303,0 г.

Масса серной кислоты в этом растворе: m = 1303·0,4 = 521,2 г.

Молярность раствора С_м = 521,2/98 = 5,32 М.

Нормальность раствора С_н = 5,32/(1/2) = 10,64 н.

Титр раствора Т = 521,2/1000 = 0,5212 г/см³.

Моляльность μ = 5,32/(1,303 – 0,5212) = 6,8 моль/кг воды.

Обратите внимание на то, что в концентрированных растворах моляльность (μ) всегда больше молярности (С_м). В разбавленных растворах наоборот.

Масса воды в растворе: m = 1303,0 – 521,2 = 781,8 г.

Количество вещества воды: n = 781,8/18 = 43,43 моль.

Мольная доля серной кислоты: χ = 5,32/(5,32+43,43) = 0,109. Мольная доля воды равна 1– 0,109 = 0,891.

Мольное отношение равно 5,32/43,43 = 0,1225.

Задача 2. Определите объём 70 мас.% раствора серной кислоты (r = 1,611 г/см³), который потребуется для приготовления 2 л 0,1 н раствора этой кислоты.

Решение.

2 л 0,1н раствора серной кислоты содержат 0,2 моль-экв, т.е. 0,1 моль или 9,8 г.

Масса 70%-го раствора кислоты m = 9,8/0,7 = 14 г.

Объём раствора кислоты V = 14/1,611 = 8,69 мл.

Задача 3. В 5 л воды растворили 100 л аммиака (н.у.). Рассчитать массовую долю и молярную концентрацию NH₃ в полученном растворе, если его плотность равна 0,992 г/см³.

Решение.

Масса 100 л аммиака (н.у.) m = 17·100/22,4 = 75,9 г.

Масса раствора m = 5000 + 75,9 = 5075,9 г.

Массовая доля NH₃ равна 75,9/5075,9 = 0,0149 или 1,49 %.

Количество вещества NH₃ равно 100/22,4 = 4,46 моль.

Объём раствора V = 5,0759/0,992 = 5,12 л.

Молярность раствора С_м = 4,46/5,1168 = 0,872 моль/л.

Задача 4. Сколько мл 0,1М раствора ортофосфорной кислоты потребуется для нейтрализации 10 мл 0,3М раствора гидроксида бария?

Решение.

Переводим молярность в нормальность:

0,1 М Н₃РО₄  0,3 н; 0,3 М Ва(ОН)₂  0,6 н.

Используя выражение (12), получаем: V(H₃P0₄)=10·0,6/0,3 = 20 мл.

Задача 5. Какой объем, мл  2 и 14 мас.% растворов NaCl потребуется для приготовления 150 мл 6,2 мас.% раствора хлорида натрия?

Плотности растворов NaCl:

С, мас.%	2	6	7	14
ρ, г/см3	2,012	1,041	1,049	1,101

Решение.

Методом интерполяции рассчитываем плотность 6,2 мас.% раствора NaCl:

_6,2% =_6% + 0,2(_7% —_6% )/(7 – 6) = 1,0410 + 0,0016 = 1,0426 г/см³.

Определяем массу раствора: m = 150·1,0426 = 156,39 г.

Находим массу NaCl в этом растворе: m = 156,39·0,062 = 9,70 г.

Для расчёта объёмов 2 мас.% раствора (V₁) и 14 мас.% раствора (V₂) составляем два уравнения с двумя неизвестными (баланс по массе раствора и по массе хлорида натрия):

156,39 = V₁ 1,012 + V₂ 1,101 ,

9,70 = V₁·1,012·0,02 + V₂·1,101·0,14 .

Решение системы этих двух уравнений дает V₁ =100,45 мл и V₂ = 49,71 мл.

Задачи для самостоятельного решения

3.1. Рассчитайте нормальность 2 М раствора сульфата железа (III), взаимодействующего со щёлочью в водном растворе.

12 н.

3.2. Определите молярность 0,2 н раствора сульфата магния, взаимодействующего с ортофосфатом натрия в водном растворе.

0,1 M.

3.3. Рассчитайте нормальность 0,02 М раствора KMnO₄, взаимодействующего с восстановителем в нейтральной среде.

0,06 н.

3.4. Определите молярность 0,1 н раствора KMnO₄, взаимодействующего с восстановителем в кислой среде.

0,02 M.

3.5. Рассчитать нормальность 0,2 М раствора K₂Cr₂O₇, взаимодействующего с восстановителем в кислой среде.

1,2 M.

3.6. 15 г CuSO₄·5H₂O растворили в 200 г 6 мас.% раствора CuSO₄. Чему равна массовая доля сульфата меди, а также молярность, моляльность и титр полученного раствора, если его плотность составляет 1,107 г/мл?

0,1; 0,695М; 0,698 моль/кг; 0,111 г/мл.

3.7. При выпаривании 400 мл 12 мас.% раствора KNO₃ (плотность раствора 1,076 г/мл) получили 2М раствор нитрата калия. Определить объём полученного раствора, его нормальную концентрацию и титр.

255 мл; 2 н; 0,203 г/мл.

3.8. В 3 л воды растворили 67,2 л хлороводорода, измеренного при нормальных условиях. Плотность полученного раствора равна 1,016 г/мл. Вычислить массовую, мольную долю растворённого вещества и мольное отношение растворённого вещества и воды в приготовленном растворе.

0,035; 0,0177; 1:55,6.

3.9. Сколько граммов NaCl надо добавить к 250 г 6 мас.% раствору NaCl, чтобы приготовить 500 мл раствора хлорида натрия, содержащего 16 мас.% NaCl? Плотность полученного раствора составляет 1,116 г/мл. Определить молярную концентрацию и титр полученного раствора.

74,28 г; 3,05 М; 0,179 г/мл.

3.10. Определить массу воды, в которой следует растворить 26 г ВaCl₂·2H₂O для получения 0,55М раствора ВaCl₂ (плотность раствора 1,092 г/мл). Вычислить титр и моляльность полученного раствора.

192,4 г; 0,111 г/мл; 0,56 моль/кг.

Компонентный состав раствора может изменяться в достаточно широких пределах. При работе с растворами важно знать количественный состав компонентов, в частности массовую долю растворенных веществ. Эту важную количественную характеристику всегда отмечают на этикетках химических реактивов, пищевых продуктов, лекарственных средств в форме растворов.

Виды количественных характеристик

На практике для описания растворов применяют несколько различных количественных характеристик указывающих на массовый (массовая часть, ww), объемный (объемная часть, фtext{ф}) мольный (мольная часть, χχ) составы.

Наиболее часто в химии используется массовая доля ww.

Массовая доля

Отношение массы одного вещества с массой mm к массе всей смеси mm (смеси), определяемой как

w(X)=m(X)m(X)+m(S),w(X)=frac{m(X)}{m(X)+m(S)},

где w(X)w(X) – собственно массовая доля растворенного компонента XX;

m(Х)m(Х) – масса растворенного компонента XX, г;

m(S)m(S) – масса растворителя SS, г;

mm (раствора) = m(Х)+m(S)m (Х) + m (S), г.

Сумма массовых долей всех компонентов раствора равна 1.

Массовая доля также может быть выражена в процентах по массе с добавлением 100 в знаменателе (такое выражение часто называются процентами по массе).
Другие способы выражения состава смеси в безразмерном размере – мольная доля (χχ в единицах или процентах по молям, мол. %) и объемная доля (фtext{ф} в единицах или процентах по объему, об. %) формульно являются аналогичными.

Объемная доля

ф(X)=V(X)V(X)+V(S),text{ф}(X)=frac{V(X)}{V(X)+V(S)},

где ф(X)text{ф}(X) – собственно объемная доля растворенного вещества XX;

V(Х)V(Х) – объем растворенного компонента –XX, л;

V(S)V(S) – объем растворителя SS, л;

VV(раствора) = V(Х)+V(S)V(Х) + V(S), л.

Кроме литров, также могут использоваться и другие единицы измерения объема.

Следует заметить, что в ряде случаев истинное значение объемной доли может отличатся от расчетного, что связано с возможными химическими и физическими взаимодействиями между растворителем и растворяемым веществом. Кроме того, например в случае смеси этанола и воды, которые смешиваются во всех пропорциях, обозначение растворителя и растворенного вещества является произвольным. А объем такой смеси немного меньше суммы объемов компонентов. Таким образом, согласно вышеприведенному определению, термин «40% спирта по объему» относится к смеси из 40 объемных единиц этанола с достаточным количеством воды, чтобы получить конечный объем 100 единиц, а не смесь 40 единиц этанола с 60 единицами воды.

Мольная доля

χ(X)=n(X)n(X)+n(S)chi(X)=frac{n(X)}{nleft(Xright)+n(S)}

где χ(X)χ(X) – собственно мольная доля компонента XX;

n(Х)n(Х) – количество растворенного XX, моль;

n(S)n(S) – количество растворителя SS, моль;

nn(раствора) = n(Х)+n(S)n(Х) + n(S), моль.

Сумма мольных долей всех компонентов раствора так же равна 1 или 100%.

Для элементарного анализа массовая доля (или массовый процентный состав) также может относиться к отношению массы одного элемента к общей массе соединения. Его можно рассчитать для любого соединения, используя его эмпирическую формулу или ее химическую формулу.

Сумма долей компонентов всегда составляет 1 или 100%.

Молярная концентрация

Кроме безразмерных характеристик расствора, применяют и некоторые размерные характеристики, такие как концентрация.

Молярная концентрация (также называемая молярностью, количественной концентрацией или концентрацией вещества) является показателем соотношения количества вещества на единицу объема раствора. В химии наиболее часто используемой единицей для молярности является количество молей на литр, имеющих единичный знак моль / л. Раствор с концентрацией 1 моль / л считается 1 молярным, обычно обозначаемым как 1 М.

Пример задачи на нахождение массовой доли

Рассмотрим пример задачи на нахождение массовой доли.

Условие.
Определить массовую долю растворимого компонента Х в растворе, при изготовлении которого было взято 40 г данного растворимого компонента и 280 мл воды.

Решение.
Масса воды в растворе равна частному от деления объема воды на ее плотность, которая всегда равна 1000 г/л или 1 г/мл:

V(воды) = 280 мл
m(воды) = 280/1= 280 г

Вычислим массу раствора. Она равна сумме масс растворителя и растворенного вещества:

m(раствора) = m(воды) + m(Х) = 280 г + 40 г = 320 г

Массовая доля ХХ в растворе равна отношению массы растворенного вещества к общей массе раствора:

w(Х)=m(Х)m(раствора)w(Х)=frac{m(Х)}{mtext{(раствора)}}

w(Х)=40/320=0,125w(Х) = 40/320 = 0,125 (или 12,5%)

Ответ.
Массовая доля растворимого компонента в приготовленном растворе составляет 0,125 (или 12,5%).

Следовательно, эти и другие типы расчетов, связанные с изготовлением растворов (разбавление, упаривание, добавление растворителя к веществу, смешивания нескольких растворов), основаны на понимании понятий «целое», «доля от целого», «раствор», «растворитель», «растворенное вещество», «кристаллогидрат» и знании соотношений между соответствующими величинами, и умении ими оперировать.

Умение вычислять массы компонентов раствора необходимы при работе в химических лабораториях и на многих производствах. Понадобятся они и в быту, чтобы изготовить растворы железного или медного купороса, растворы для засолки овощей. Получение столового уксуса разбавления уксусной эссенции также требует упоминавшихся умений.

Тест по теме “Количественная характеристика состава растворов”

Молярная
концентрация
равна количеству вещества (в молях),
содержащегося в одном литре раствора.
Она обозначается С_М
и рассчитывается
как отношение химического количества
растворенного вещества (моль) Х к объему
V раствора в литрах:

где
m (Х) – масса растворенного вещества, г

М
(Х) – молярная масса, г/моль

V
– объем раствора, л.

Если
объем V раствора измеряют в миллилитрах,
то формула для расчета молярной
концентрации имеет вид:

Молярная
концентрация эквивалента
(нормальность или нормальная концентрация)
равна количеству вещества эквивалента
(моль), содержащегося в одном литре
раствора. Она обозначается С_н
рассчитывается как отношение химического
количества эквивалента растворенного
вещества Х к объему раствора в литрах:

или,
выразив в знаменателе молярную массу
эквивалента через молярную массу
вещества и фактор эквивалентности его
в реакции по уравнению, получим:

В
современных методах анализа широко
используется разновидность массовой
концентрации – титр.

Титр
равен массе вещества (г), содержащейся
в 1 мл раствора. Титр обозначается Т (Х)
и рассчитывается, как отношение массы
вещества Х к объему раствора V (мл):

Можно
установить связь между молярной
концентрацией и титром:

Взаимосвязь
молярной концентрацией раствора и его
массовой долей описывается уравнением: ,

где
ρ – плотность раствора, г/мл;

w
(Х) – массовая доля растворенного
вещества, %

Удобно
использовать формулу, связывающую между
собой молярную и нормальную концентрации:

В
тех случаях, когда речь идет об отношении
массы (или объема, или химического
количества вещества) компонента к массе
(или объему, или количеству вещества)
всей системы, термин “концентрация”
не употребляют. А говорят о «доле» –
массовой, объемной или молярной. И
выражают эту долю либо дробью, либо в
процентах, принимая систему за 1 или за
100%.

Для
обозначения доли компонента приняты
следующие греческие буквы: массовая
доля – ω
(омега), объемная
доля – φ
(фи), молярная
доля – χ
(хи).

где
m (Х)
и m – массы компонента и масса всей
системы

V
(Х) и V – объемы компонента и объем всей
системы

ν
(Х) и Σ ν – количества вещества компонента
и сумма всех количеств веществ всей
системы.

Моляльность
раствора –
равна количеству вещества (моль)
растворенного в 1 кг растворителя. Она
обозначается С_m
и рассчитывается по формуле:

42. Закон эквивалентов и его применение в количественном анализе. Способы определения точки эквивалентности. Способы приготовления рабочих растворов. Способы титрования: прямое, обратное, косвенное.

Химическим
эквивалентом
называется
некая реальная или условная частица,
которая может присоединять или
высвобождать один ион водорода в
кислотно-основных реакциях или один
электрон в окислительно-восстановительных
реакциях.

Важнейшей
характеристикой химического эквивалента
является молярная масса эквивалента
вещества, выраженная в г/моль.

Молярная
масса эквивалента вещества
(г/моль) – это масса 1 моль эквивалента
вещества, рассчитываемая по формуле:

,

где
f_э
− фактор эквивалентности, определяемый
из уравнения химической реакции.

Фактор
эквивалентности
f_э(Х)
– число, показывающее, какая доля
реальной частицы вещества Х эквивалентна
одному иону водорода в данной
кислотно-основной реакции или одному
электрону в окислительно-восстановительной
реакции.

Фактор
эквивалентности рассчитывается по
уравнению:

,
где Z
– суммарный заряд обменивающихся ионов
для кислотно-основных реакций или число
принятых или отданных электронов для
окислительно-восстановительных реакций.

Закон
эквивалентов:
вещества
взаимодействуют друг с другом и образуются
в результате химических реакций в
количествах, пропорциональных их
эквивалентам.

Для
условной химической реакции аА + bВ
→ сС + dD:

ν_Э
(A) = ν_Э
(B) = ν_Э
(C) = ν_Э
(D),

где
ν_Э
– химическое количество эквивалента
вещества, моль

ν_Э
=
=>

Титрование
– это процесс
постепенного добавления титранта к
анализируемой пробе, продолжающийся
до точки эквивалентности.

Точка
эквивалентности
(момент эквивалентности) –
это момент, когда количество вещества
эквивалента в добавленном растворе
титранта становится равным количеству
анализируемого вещества.

Титрант
– это раствор
точно известной концентрации, применяемый
для титрования.

Существует
два способа приготовления
титрантов:

1.
Взвешенную на аналитических весах
точную навеску вещества растворяют в
мерной колбе и доводят объем раствора
водой до метки. Зная массу растворенного
вещества (m) и объем полученного раствора
(V), можно вычислить его титр: Т
= m/V.

Титранты,
приготовленные таким образом, называются
стандартными
растворами и
для их получения применимы только те
вещества, которые удовлетворяют следующим
требованиям:

а)
вещество должно быть химически чистым,
т.е. должно содержать посторонних
примесей не более 0,05-0,1%;

б)
состав вещества должен строго
соответствовать формуле;

в)
вещество должно быть устойчивым при
хранении и в твердом виде и в растворе;

2.
Если вещества не удовлетворяют этим
требованиям, то сначала готовят раствор
приблизительно нужной концентрации, а
затем устанавливают его точную
концентрацию, титруя стандартным
раствором. Такие титранты называются
стандартизированными или рабочими
растворами.

Разнообразные
методы титриметрического анализа можно
классифицировать по типу используемых
реакций и по способу проведения анализа.

Соседние файлы в папке Экзамен

• #
• #
• #

Концентра́ция или до́ля компонента смеси — величина, количественно характеризующая содержание компонента относительно всей смеси. Терминология ИЮПАК под концентрацией компонента понимает четыре величины: соотношение молярного, или численного количества компонента, его массы, или объёма исключительно к объёму раствора^[1] (типичные единицы измерения — соответственно моль/л, л⁻¹, г/л, и безразмерная величина). Долей компонента ИЮПАК называют безразмерное соотношение одной из трёх однотипных величин — массы, объёма или количества вещества.^[2] Однако в обиходе термин «концентрация» могут применять и для долей, не являющихся объёмными долями, а также к соотношениям, не описанным ИЮПАК. Оба термина могут применяться к любым смесям, включая механические смеси, но наиболее часто применяются к растворам.

Можно выделить несколько типов математического описания: массовая концентрация, молярная концентрация, концентрация частиц и объемная концентрация^[3].

Массовая доля[править | править код]

Массовая доля

определение	Массовая доля компонента — отношение массы данного компонента к сумме масс всех компонентов.
обозначение	— по рекомендациям ИЮПАК[4]. — чаще в русскоязычной литературе. В технической литературе: — для массовой доли жидкой смеси — для массовой доли газовой смеси
единицы измерения	доли, %масс (для выражения в %масс следует умножить указанное выражение на 100 %)
формула	где: ωB — массовая доля компонента B mB — масса компонента B;  — общая масса всех компонентов смеси.

В бинарных растворах часто существует однозначная (функциональная) зависимость между плотностью раствора и его концентрацией (при данной температуре). Это даёт возможность определять на практике концентрации важных растворов с помощью денсиметра (спиртометра, сахариметра, лактометра). Некоторые ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора (спирта, жира в молоке, сахара). Следует учитывать, что для некоторых веществ кривая плотности раствора имеет максимум, в этом случае проводят два измерения: непосредственное, и при небольшом разбавлении раствора.

Часто для выражения концентрации (например, серной кислоты в электролите аккумуляторных батарей) пользуются просто их плотностью. Распространены ареометры (денсиметры, плотномеры), предназначенные для определения концентрации растворов веществ.

Объёмная доля[править | править код]

Объёмная доля

определение	Объёмная доля — отношение объёма компонента к сумме объёмов компонентов до смешивания.
обозначение
единицы измерения	доли единицы, %об (ИЮПАК не рекомендует добавлять дополнительные метки после знака %)
формула	, где:  — объёмная доля компонента B, VB — объём компонента B;  — сумма объёмов всех компонентов до смешивания.

При смешивании жидкостей их суммарный объём может уменьшаться, поэтому не следует заменять сумму объёмов компонентов на объём смеси.

Как было указано выше, существуют ареометры, предназначенные для определения концентрации растворов определённых веществ. Такие ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора. Для распространённых растворов этилового спирта, концентрация которых обычно выражается в объёмных процентах, такие ареометры получили название спиртомеров или андрометров.

Молярность (молярная объёмная концентрация)[править | править код]

Молярная концентрация (молярность, мольность^[5])

определение	Молярность — количество вещества (число молей) компонента в единице объёма смеси.
обозначение	По рекомендации ИЮПАК, обозначается буквой или , где B — вещество, концентрация которого указывается.[6]
единицы измерения	В системе СИ — моль/м³ На практике чаще — моль/л или ммоль/л. Также используют выражение «в молярности». Возможно другое обозначение молярной концентрации, которое принято обозначать М. Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/л называют 0,5-молярным, записывают «0,5 M». Примечание: После числа пишут «моль», подобно тому, как после числа пишут «см», «кг» и т. п., не склоняя по падежам.
формула	, где:  — количество вещества компонента, моль; V — общий объём смеси, л

Нормальная концентрация (молярная концентрация эквивалента, «нормальность»)[править | править код]

Нормальная концентрация (молярная концентрация эквивалента, «нормальность»)

определение	Нормальная концентрация — количество эквивалентов данного вещества в 1 литре смеси.
обозначение	, ,
единицы измерения	Нормальную концентрацию выражают в моль-экв/л или г-экв/л (имеется в виду моль эквивалентов). Для записи концентрации таких растворов используют сокращения «н» или «N». Например, раствор, содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.
формула	, где:  — количество вещества компонента, моль;  — общий объём смеси, литров;  — число эквивалентности (фактор эквивалентности ).

Нормальная концентрация может отличаться в зависимости от реакции, в которой участвует вещество. Например, одномолярный раствор H₂SO₄ будет однонормальным, если он предназначается для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата калия KHSO₄, и двухнормальным в реакции с образованием K₂SO₄.

Мольная (молярная) доля[править | править код]

Мольная (молярная) доля

определение	Мольная доля — отношение количества молей данного компонента к общему количеству молей всех компонентов.
обозначение	ИЮПАК рекомендует обозначать мольную долю буквой (а для газов — )[7], также в литературе встречаются обозначения , .
единицы измерения	Доли единицы или %мольн (ИЮПАК не рекомендует добавлять дополнительные метки после знака %)
формула	, где:  — мольная доля компонента B;  — количество компонента B, моль;  — сумма количеств всех компонентов.

Мольная доля может использоваться, например, для количественного описания уровня загрязнений в воздухе, при этом её часто выражают в частях на миллион (ppm — от англ. parts per million). Однако, как и в случае с другими безразмерными величинами, во избежание путаницы, следует указывать величину, к которой относится указанное значение.

Моляльность (молярная весовая концентрация, моляльная концентрация)[править | править код]

Моляльная концентрация (моляльность,^[5] молярная весовая концентрация) 

определение	Моляльная концентрация (моляльность,[5] молярная весовая концентрация) — количество растворённого вещества (число моль) в 1000 г растворителя.
обозначение	Примечание: чтобы не путать с массой, в тех формулах где применяется моляльность, массу обозначают как
единицы измерения	моль/кг. Также распространено выражение в «моляльности». Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/кг называют 0,5-мольным.
формула	, где:  — количество растворённого вещества, моль;  — масса растворителя, кг.

Следует обратить особое внимание, что, несмотря на сходство названий, молярная концентрация и моляльность — величины различные. Прежде всего, в отличие от молярной концентрации, при выражении концентрации в моляльности расчёт ведут на массу растворителя, а не на объём раствора. Моляльность, в отличие от молярной концентрации, не зависит от температуры.

Массовая концентрация (Титр)[править | править код]

Массовая концентрация (Титр)

определение	Массовая концентрация — отношение массы растворённого вещества к объёму раствора.
обозначение	или — по рекомендации ИЮПАК[8]. — в аналитической химии
единицы измерения	доли, %масс (для выражения в %масс следует умножить указанное выражение на 100 %)
формула	. где:  — масса растворённого вещества;  — общий объём раствора;

В аналитической химии используется понятие титр по растворённому или по определяемому веществу (обозначается буквой ).

Концентрация частиц[править | править код]

определение	Концентрация частиц — отношение числа частиц N к объёму V, в котором они находятся
обозначение	— по рекомендации ИЮПАК[9]. однако также часто встречается обозначение (не путать с количеством вещества).
единицы измерения	м−3 — в системе СИ, 1/л
формула	, где:  — количество частиц,  — объём,  — количество вещества B,  — постоянная Авогадро,  — молярная концентрация B.

Весообъёмные (массо-объёмные) проценты[править | править код]

Иногда встречается использование так называемых «весообъёмных процентов»^[10], которые соответствуют массовой концентрации вещества, где единица измерения г/(100 мл) заменена на процент. Этот способ выражения используют, например, в спектрофотометрии, если неизвестна молярная масса вещества или если неизвестен состав смеси, а также по традиции в фармакопейном анализе.^[11] Стоит отметить, что поскольку масса и объём имеют разные размерности, использование процентов для их соотношения формально некорректно. Также международное бюро мер и весов^[12] и ИЮПАК^[13] не рекомендуют добавлять дополнительные метки (например «% (m/m)» для обозначения массовой доли) к единицам измерения.

Другие способы выражения концентрации[править | править код]

Существуют и другие, распространённые в определённых областях знаний или технологиях, методы выражения концентрации. Например, при приготовлении растворов кислот в лабораторной практике часто указывают, сколько объёмных частей воды приходится на одну объёмную часть концентрированной кислоты (например, 1:3). Иногда используют также отношение масс (отношение массы растворённого вещества к массе растворителя) и отношение объёмов (аналогично, отношение объёма растворяемого вещества к объёму растворителя).

Применимость способов выражения концентрации растворов, их свойства[править | править код]

В связи с тем, что моляльность, массовая доля, мольная доля не включают в себя значения объёмов, концентрация таких растворов остаётся неизменной при изменении температуры. Молярность, объёмная доля, титр, нормальность изменяются при изменении температуры, так как при этом изменяется плотность растворов. Именно моляльность используется в формулах повышения температуры кипения и понижения температуры замерзания растворов.

Разные виды выражения концентрации растворов применяются в разных сферах деятельности, в соответствии с удобством применения и приготовления растворов заданных концентраций. Так, титр раствора удобен в аналитической химии для волюмометрии (титриметрического анализа) и т. п.

Формулы перехода от одних выражений концентраций к другим[править | править код]

В зависимости от выбранной формулы погрешность конвертации колеблется от нуля до некоторого знака после запятой.

От молярности к нормальности[править | править код]

,

где:

От молярности к титру[править | править код]

,

где:

•  — молярная концентрация;
•  — молярная масса растворённого вещества.

Если молярная концентрация выражена в моль/л, а молярная масса — в г/моль, то для выражения ответа в г/мл его следует разделить на 1000 мл/л.

От массовой доли к молярности[править | править код]

,

где:

Если плотность раствора выражена в г/мл, а молярная масса в г/моль, то для выражения ответа в моль/л выражение следует домножить на 1000 мл/л. Если массовая доля выражена в процентах, то выражение следует также разделить на 100 %.

От массовой доли к титру[править | править код]

,

где:

От моляльности к молярности[править | править код]

где:

•  — моляльность,
• — масса растворителя,
•  — суммарный объём раствора,

От моляльности к мольной доле[править | править код]

,

где:

•  — моляльность,
•  — молярная масса растворителя.

Если моляльность выражена в моль/кг, а молярная масса растворителя в г/моль, то единицу в формуле следует представить как 1000 г/кг, чтобы слагаемые в знаменателе имели одинаковые единицы измерения.

Сводная таблица[править | править код]

Формулы перехода от одних выражений концентраций к другим

			ωB	φB	xB	cB	CB	mB	TB
массовая доля	г/г	ωB
объёмная доля	л/л	φB
мольная доля	моль/моль	xB
молярность	моль/л	cB
нормальность	моль-экв/л	c((1/z) B)
концентрация частиц	1/л	CB
моляльность	моль/кгр-ля	mB
титр	г/мл	TB

•  — моляльность вещества B,
• — масса вещества B,
• — масса растворителя,
• — масса раствора,
• — титр (массовая концентрация) B,
• — плотность вещества B,
• — плотность раствора,
•  — суммарный объём раствора,
•  — постоянная Авогадро,
•  — количество частиц вещества В,
•  — количество вещества В,
•  — количество раствора,
•  — молярная масса,

Примечания[править | править код]