Молярная доля – величина, которая характеризует отношение количества молей искомого вещества к общему количеству молей всех веществ, находящихся, например в растворе или смеси газов.
Как-же ее вычислить?
Для вычисления потребуется таблица Менделеева и калькулятор.
Этап 1.
Следует выписать формулы всех веществ и расчитать их молярные массы, используя таблицу Менделеева.
Пример:
Молярная масса воды (H20) равна 18. Почему? Атомная масса водорода (H) равна 1, а атомная масса кислорода (O) равна 16, соответственно 16+1+1=18.
Также, к примеру молярная масса оксида аллюминия (Al2O3) равна 27+27+16+16+16=102 (Атомная масса аллюминия 27, и как сказанно выше, кислорода 16).
Этап 2.
Теперь нужно определить количество молей каждого вещества. Для этого, массу вещества следует разделить на молярную массу.
Этап 3.
Теперь у нас есть сумма молей всех веществ (запишем, как Z) и количество молей искомого вещества (запишем, как n)
Формула для определения молярной доли X=n/Z, где X – искомая молярная доля, Z – сумма всех молей, n – моли искомого вещества.
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.
В реальности, химики редко работают с чистыми веществами. В большинстве своем для работы, при проведении химических реакций, расчетов по ним используются различные растворы.
Раство́р — гомогенная (однородная) смесь, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия
Подробнее о процессе растворения мы поговорим в следующих статьях.
При решении расчетных задач нам нудно уметь находить количество чистого вещества, находящегося в растворе. Это необходимо затем, что, как правило, в химическое взаимодействие вступает вещество, а не дополнительные продукты, которое оно содержит: примеси, если это не чистое вещество, компоненты растворителя, или инертные для данного химического процесса компоненты смеси (если это смесь веществ).
Если мы работаем с 500 граммами раствора, в котором всего 10 грамм чистого вещества, то в расчеты мы берем 10 грамм, а не 500! – пример, почему необходимо уметь вычислять количественные характеристики чистого вещества.
Способы выражения концентрации растворов
Существуют различные способы выражения концентраций растворов. В задачах могут встретиться любые из них. Рассмотрим основные из них более подробно.
I. Массовая доля вещества
Массовая доля – отношение массы чистого вещества к массе всего раствора. Данная величина безразмерная (говорят доля от единицы, всегда меньше 1, или равна единице для чистого вещества), или выражается в %.
Очень часто можно встретить запись запись, например NaOH, 15% – это значит, что из всей массы раствора на долю гидроксида натрия (NaOH) приходится только 15 %.
Следует не забывать, что масса раствора = масса растворителя + масса чистого вещества.
Зная массовую долю вещества, нетрудно выразить формулу для расчета массы чистого вещества:
В некоторых задачах масса раствора может быть не дана в условии. В этом случае мы сами можем её задать. Как правило в таких случаях, мы задаём массу раствора как 100 г. Дальнейший расчет ведется уже исходя из заданной массы (если требуется перевести одну концентрацию в другую).
Приведем примеры задач:
Мы специально делаем подробное решение, чтобы отследить ход мыслей.
Решим аналогичную задачу:
Более часто встречаются задачи, в которых требуется приготовить раствор из другого раствора путем добавления чистого вещества (в этом случае концентрация увеличится), растворителя (концентрация уменьшится) или другого раствора (концентрация займёт промежуточное значение).
Рассчитайте массу соли, которую необходимо добавить к 150 г 10% -го раствора, чтобы концентрация полученного раствора стала 15%?
Данную задачу можно решать различными способами. В настоящий момент приведем только один (более длинный, но более понятный). Для решения таких задач другим способом мы подготовим видео.
Задачи, в которых добавляется растворитель – решаются проще.
Какое количество воды необходимо добавить к 200 г 15%-го раствора, чтобы его концентрация стала 10%?
Для решения задач, в которых смешиваются два раствора, имеющих различные концентрации, можно использовать следующий алгоритм:
1. Рассчитать количество чистого вещества в обоих растворах и сложить их.
2. Поделить полученное число на сумму масс растворов. Домножить на 100 %.
Решим для примера следующую задачу
Смешали 200 г 10%-го раствора серной кислоты и 100 г 20-% го. Какая массовая доля стала у получившегося раствора?
II. Молярная концентрация вещества
Молярная концентрация вещества – отношение количества вещества к объему раствора. Данная величина показывает нам, сколько (моль) вещества растворено в 1 литре раствора. Единица измерения – моль/л.
Обозначается молярная концентрация заглавной буквой C
В химической лаборатории очень часто для обозначения концентрации используется именно данная величина.
Очень часто, на химических склянках можно увидеть следующие обозначения:
Таким способом также обозначается молярная концентрация. Число перед буквой М обозначает концентрацию: 1 моль/л; 0,1 моль/л; 0,02 моль/л; 3 моль/л; 0,5 моль/л.
Можно также встретить в задачах такое обозначение, связанное с данной формой записи: молярный раствор (1 М) – раствор, концентрация которого составляет 1 моль/л. Децимолярный раствор (0,1 М) – 0,1 моль/л; сантимолярный раствор (0,01 М) – 0,01 моль/л.
Решим некоторые задачи, в которых используется молярная концентрация:
Для приготовления раствора сульфата натрия навеску, содержащую 14,2 г соли растворили в 500 мл воды и довели до метки.
Доведение до метки обозначает, что объем приготовленного раствора составляет (в данном случае) 500 мл.
Часто требуется рассчитать количество вещества:
Прежде чем проводить расчет по уравнению химических реакций, необходимо найти количество вещества.
III. Моляльная концентрация
Моляльная концентрация – отношение количества (моль) растворенного вещества к массе растворителя. Данная концентрация показывает нам, сколько моль вещества необходимо добавить к 1 кг растворителя (воды, например), чтобы получить нужную концентрации. Обозначается данная концентрация См, а измеряется в моль/кг(растворителя).
IV. Мольная доля
Мольная доля – отношение количества вещества к сумме количеств всех компонентов раствора. Данная физическая величина не имеет размерности.
Сумма всех мольных долей раствора равна “1”.
Данная физическая величина нашла широкое применение в химической химии для описания равновесных термодинамических процессов.
V. Титр
Титр – отношение массы вещества к единице объема (выраженного в миллилитрах). Титр показывает, сколько грамм вещества находится в каждом миллилитре раствора. обозначается как “Т” и измеряется в г/мл.
Титр – очень маленькая величина, так как в в 1 миллилитре раствора может находиться незначительное количество вещества.
Титр нашел широкое применение в аналитической химии.
В заключении
По данной теме существует огромное количество расчетных задач. Многие из них мы рассмотрим в следующих статьях. О пока…
Проверьте, как Вы усвоили материал.
Задание №1. Перейдите к гугл-форме и ответьте на вопросы (базовый уровень):
https://forms.gle/7u32uLfxRk1Yug7a8
Задание №2. Решите расчетные задачи: https://vk.com/page-205267346_56951920 (повышенный уровень)
Задание №3. Решите следующую задачу:
Какова молярная концентрация 12%-ного раствора серной кислоты (H2S04) с плотностью р = 1,08 г/см3. Рассчитайте титр данного вещества, моляльную концентрацию, мольную долю.
Отчет о решении задач пришли в беседу “Учебный класс”:
https://vk.me/join/DKsyQe2p0hJ2Wdoch1XOTwi_qZEJow1udOM=
Мольная (молярная) доля
Мольная
доля —
отношение количества молей данного
компонента к общему количеству молей
всех компонентов. Мольную долю выражают
в долях единицы.
,
где:
νi —
количество i-го
компонента, моль;
n —
число компонентов;
Моляльность (молярная весовая концентрация)
Моляльность —
количество растворённого вещества
(число молей) в 1000 г растворителя.
Измеряется в молях на кг, также
распространено выражение в «моляльности».
Так, раствор с концентрацией 0,5
моль/кг называют 0,5-моляльным.
,
где:
ν — количество
растворённого вещества, моль;
m2 —
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.
Титр раствора
Титр
раствора — масса растворённого
вещества в 1 мл раствора.
,
где:
m1 —
масса растворённого вещества, г; V —
общий объём раствора, мл;
В аналитической
химии обычно
концентрацию титранта пересчитывают
применительно к конкретной реакции
титрования таким образом, чтобы объём
использованного титранта непосредственного
показывал массу определяемого вещества;
то есть титр раствора показывает, какой
массе определяемого вещества (в граммах)
соответствует 1 мл титрованного раствора.
Другие способы выражения концентрации растворов
Существуют
и другие, распространённые в определённых
областях знаний или технологиях, методы
выражения концентрации. Например, в
фотометрии часто используютмассовую
концентрацию,
равную массе растворённого вещества в
1 л раствора. При приготовлении растворов
кислот часто указывают, сколько объёмных
частей воды приходится на одну объёмную
часть концентрированной кислоты
(например, 1:3). Концентрация загрязнений
в воздухе может выражаться в частях на
миллион (ppm).
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
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 растворов к другим
От
массовой доли к молярности:
,
где:
ρ — плотность раствора,
г/л;
ω —
массовая доля растворенного вещества
в долях от 1;
M1 —
молярная масса растворенного вещества,
г/моль.
От
молярности к нормальности:
,
где:
M —
молярность, моль/л;
z — число
эквивалентности.
От
массовой доли к титру:
,
где:
ρ — плотность раствора,
г/л;
ω —
массовая доля растворенного вещества
в долях от 1;
От
молярности к титру:
,
где:
M —
молярность, моль/л;
M1 —
молярная масса растворенного вещества,
г/моль.
От
молярности к моляльности:
,
где:
M —
молярность, моль/л;
ρ —
плотность раствора, г/мл;
M1 —
молярная масса растворенного вещества,
г/моль.
От
моляльности к мольной доле:
,
где:
mi —
моляльность, моль/кг;
M2 —
молярная масса растворителя, г/моль.
Эквивалентная
масса окислителя(восстановителя)
равна его
мольной массе,деленной на число
электронов,которое присоединяет(отдает)
одна молекула окислителя(восстановителя)в
данной реакции.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
27.03.2015104.12 Кб44WW.doc
Определение мольной доли каждого из веществ раствора
Мольная доля – способ выражения состава раствора, который показывает вклад количества вещества (n, моль) одного из веществ в сумму количеств всех веществ (n, моль) раствора и определяется по соотношению:
где
— сумма количеств (п, моль) всех веществ, входящих в раствор.
Для раствора одного вещества в растворителе эта формула принимает вид:
Рассмотрим примеры решения нескольких задач на тему: “Мольная доля”.
Задача 1.
Определите мольную долю каждого из веществ раствора, образованного из 0,7 моль Н2SО4 и 12 моль Н2О.
Дано:
количество вещества серной кислоты: Z(Н2SО4) = 0,7 моль;
количество вещества воды: Z(Н2О) = 12 моль.
Найти:
мольную долю серной кислоты; мольную долю воды.
Решение:
Воспользуемся соотношением для мольной доли.
Сумма мольных долей всех веществ раствора равна 100% .
Поэтому мольную долю воды в данном случае можно было определить и путем вычитания.
Z (Н2О) = 100% – Z (Н2SО4) = 100% – 5,51% = 94,49%.
Ответ: Z(Н2SО4) = 5,51% ; Z(Н2О) = 94,49%.
Часто мольную долго выражают не в процентах, а в долях от единицы. В этом случае в формуле для ее вычисления исчезает умножение на 100%. Значение мольной доли, выраженной в долях от единицы в 100 раз меньше, чем при выражении в процентах. Так, в последней задаче мольная доля серной кислоты, выраженная в долях от единицы, будет:
Мольная доля воды:
Z (Н2О) = 1 – 0,0551 = 0,9449.
Единиц измерения мольная доля не имеет.
Если в условии после значения мольной доли не стоит знака % и само значение меньше единицы, то мольная доля выражена в долях от единицы.
Задача 2.
В некотором количестве воды растворили две соли КС1 и NаС1. Мольная доля воды оказалась равной 0,96, а мольная доля NаС1 в 3 раза большее мольной доли КС1. Определите количества всех веществ (n, моль) в растворе, если известно, что масса растворенного хлорида натрия 5 г.
Дано:
мольная доля воды: Z(Н2О) = 0,96;
отношение мольных долей КС1 и NаС1: 
масса хлорида натрия: m(NаС1) = 5 г.
Найти: количество вещества КС1; количество вещества NаС1; количество вещества Н2О.
Решение:
Растворенные соли не взаимодействуют друг с другом, поэтому раствор состоит из трех веществ: КС1; NаС1 и Н2О.
Схематично алгоритм решения будет следующим:
1. Определим количество вещества NaCl:
2. Определим количество вещества КС1:
Запишем соотношения для определения мольной доли NаС1 и КС1.
После деления одного выражения на другое, знаменатель во второй части сокращается, и мы получаем:
По условию а n(NаС1) мы уже определили в первом действии. Это дает нам возможность найти nКС1).
3. Далее определяем количество вещества (п, моль) воды.
Ответ: n(NаС1) = 0,09 моль; n(КС1) = 0,03 моль; n(Н2О) = 3 моль.
Задача 3.
50,0 л газообразного хлороводорода (НС1) (н.у.) растворили в 2 л воды. Определить мольную долю каждого из веществ в полученном растворе.
Дано:
объем газообразного хлороводорода: V(НСl) = 50 л;
объем воды: V(H2О) = 2 л.
Найти:
мольную долю хлороводорода в растворе;
мольную долю воды в растворе.
Решение:
Схематично алгоритм решения можно представить так:
Хлороводород при нормальных условиях представляет собой газообразное вещество1. Поэтому при (н.у.) к нему применимо следствие из закона Авагадро о молярном объеме газа.
Вода при тех же нормальных условиях является жидкостью. В этом случае неприменим закон Авагадро2. Определим массу воды, используя ее плотность (р(Н2О) = 1 г/мл).
m(Н2О) = V . р = 2000 мл . 1 г/мл = 2000 г.
Теперь через молярную массу воды переходим к количеству вещества.
Используя соотношение для мольной доли, вычислим ее для каждого вещества раствора (в долях от единицы).
Ответ: Z(НС1) = 0,02; Z(Н2О) = 0,98.
Итак, при решении задач на определение мольной доли в первую очередь необходимо найти количества вещества (n, моль) всех участников раствора.
Комментарии:
1В большинстве опытов, которые вы наблюдали в школе на уроках химии, использовалась жидкость с названием «хлороводородная кислота»., или «соляная кислота». На большинстве склянок с этой кислотой просто указывается формула НС1. На самом деле вы видели раствор хлороводорода в воде. Вещество НС1 в чистом виде при обычных условиях представляет собой газ! Названия «хлороводородная кислота» или «соляная кислота» обозначают жидкий раствор НС1 в воде. Если в задачах количество НС1 выражено в объемных единицах (л, мл, м3) и дана ссылка на нормальные условия или конкретные температуру и давление, то речь однозначно идет о газообразном хлороводороде.
2 Применение молярного объема из следствия закона Авогадро для жидкостей является очень грубой и, к сожалению, распространенной ошибкой, свидетельствующей о непонимании материала.
