Как найти моляльную концентрацию раствора - Сайт, где вы сможете решить свои вопросы

В уроке 15 «Моляльность и молярность» из курса «Химия для чайников» рассмотрим понятия растворитель и растворенное вещество научимся выполнять расчет молярной и моляльной концентрации, а также разбавлять растворы. Невозможно объяснить что такое моляльность и молярность, если вы не знакомы с понятием моль вещества, поэтому не поленитесь и прочитайте предыдущие уроки. Кстати, в прошлом уроке мы разбирали задачи на выход реакции, посмотрите если вам интересно.

Химикам нередко приходится работать с жидкими растворами, так как это благоприятная среда для протекания химических реакций. Жидкости легко смешивать, в отличие от кристаллических тел, а также жидкость занимает меньший объем, по сравнению с газом. Благодаря этим достоинствам, химические реакции могут осуществляться гораздо быстрее, так как исходные реагенты в жидкой среде часто сближаются и сталкиваются друг с другом. В прошлых уроках мы отмечали, что вода относится к полярным жидкостям, и потому является неплохим растворителем для проведения химических реакций. Молекулы H₂O, а также ионы H⁺ и OH^—, на которых вода диссоциирована в небольшой степени, могут способствовать запуску химические реакций, благодаря поляризации связей в других молекулах или ослаблению связи между атомами. Вот почему жизнь на Земле зародилась не на суше или в атмосфере, а именно в воде.

Содержание

Растворитель и растворенное вещество
Расчет концентрации раствора
- Молярная концентрация
- Моляльная концентрация
Разбавление растворов

Растворитель и растворенное вещество

Раствор может быть образован путем растворения газа в жидкости или твердого тела в жидкости. В обоих случаях жидкость является растворителем, а другой компонент — растворенное вещество. Когда раствор образован путем смешивания двух жидкостей, растворителем считается та жидкость, которая находится в большем количестве, иначе говоря имеет бОльшую концентрацию.

Расчет концентрации раствора

Молярная концентрация

Концентрацию можно выражать по разному, но наиболее распространенный способ — указание его молярности. Молярная концентрация (молярность) — это число молей растворенного вещества в 1 литре раствора. Единица молярности обозначается символом M. Например два моля соляной кислоты на 1 литр раствора обозначается 2 М HCl. Кстати, если на 1 литр раствора приходится 1 моль растворенного вещества, тогда раствор называется одномолярным. Молярная концентрация раствора обозначается различными символами:

cx, Смx, [x], где x — растворенное вещество

Формула для вычисления молярной концентрации (молярности):

См = n/V, моль/л

где n — количество растворенного вещества в молях, V — объем раствора в литрах.

Пару слов о технике приготовления растворов нужной молярности. Очевидно, что если добавить к одному литру растворителя 1 моль вещества, общий объем раствора будет чуть больше одного литра, и потому будет ошибкой считать полученный раствор одномолярным. Чтобы этого избежать, первым делом добавляем вещество, а только потом доливаем воду, пока суммарный объем раствора не будет равным 1 л. Полезно будет запомнить приближенное правило аддитивности объемов, которое гласит, что объем раствора приближенно равен сумме объемов растворителя и растворенного вещества. Растворы многих солей приближенно подчиняются данному правилу.

Пример 1. Химичка дала задание растворить в литре воды 264 г сульфата аммония (NH₄)₂SO₄, а затем вычислить молярность полученного раствора и его объем, основываясь на предположении об аддитивности объемов. Плотность сульфата аммония равна 1,76 г/мл.

Решение:

Определим объем (NH₄)₂SO₄ до растворения:

264 г / 1,76 г/мл = 150 мл = 0,150 л

Пользуясь правилом аддитивности объемов, найдем окончательный объем раствора:

1,000 л + 0,150 л = 1,150 л

Число молей растворенного сульфата аммония равно:

264 г / 132 г/моль = 2,00 моля (NH4)2SO4

Завершающий шаг! Молярность раствора равна:

2,000 / 1,150 л = 1,74 моль/л, т.е 1,74 М (NH₄)₂SO₄

Приближенным правилом аддитивности объемов можно пользоваться только для грубой предварительной оценки молярности раствора. Например, в примере 1, объем полученного раствора на самом деле имеет молярную концентрацию равную 1,8 М, т.е погрешность наших расчетов составляет 3,3%.

Моляльная концентрация

Наряду с молярностью, химики используют моляльность, или моляльную концентрацию, в основе которой учитывается количество использованного растворителя, а не количество образующегося раствора. Моляльная концентрация — это число молей растворенного вещества в 1 кг растворителя (а не раствора!). Моляльность выражается в моль/кг и обозначается маленькой буквой m. Формула для вычисления моляльной концентрации:

m = n/m

где n — количество растворенного вещества в молях, m — масса растворителя в кг

Для справки отметим, что 1 л воды = 1 кг воды, и еще, 1 г/мл = 1 кг/л.

Пример 2. Химичка попросила определить моляльность раствора, полученного при растворении 5 г уксусной кислоты C₂H₄O₂ в 1 л этанола. Плотность этанола равна 0,789 г/мл.

Решение:

Число молей уксусной кислоты в 5 г равно:

5,00 г / 60,05 г/моль = 0,833 моля C₂H₄O₂

Масса 1 л этанола равна:

1,000 л × 0,789 кг/л = 0,789 кг этанола

Последний этап. Найдем моляльность полученного раствора:

0,833 моля / 0,789 кг растворителя = 0,106 моль/кг

Единица моляльности обозначается Мл, поэтому ответ также можно записать 0,106 Мл.

Разбавление растворов

В химической практике часто занимаются разбавлением растворов, т.е добавлением растворителя. Просто нужно запомнить, что число молей растворенного вещества при разбавлении раствора остается неизменным. И еще запомните формулу правильного разбавления раствора:

Число молей растворенного вещества = c1V1 = c2V2

где с1 и V1 — молярная концентрация и объем раствора до разбавления, с2 и V2 — молярная концентрация и объем раствора после разбавления. Рассмотрите задачи на разбавление растворов:

Пример 3. Определите молярность раствора, полученного разбавлением 175 мл 2,00 М раствора до 1,00 л.

Решение:

В условие задача указаны значения с1, V1 и V2, поэтому пользуясь формулой разбавления растворов, выразим молярную концентрацию полученного раствора с2

с2 = c1V1 / V2 = (2,00 М × 175 мл) / 1000 мл = 0,350 М

Пример 4 самостоятельно. До какого объема следует разбавить 5,00 мл 6,00 М раствора HCl, чтобы его молярность стала 0,1 М?

Ответ: V2 = 300 мл

Без сомнения, вы и сами догадались, что урок 15 «Моляльность и молярность» очень важный, ведь 90% все лабораторных по химии связаны с приготовлением растворов нужной концентрации. Поэтому проштудируйте материал от корки до корки. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Источник

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].

Эти стаканы, содержащие красный краситель, демонстрируют качественные изменения концентрации. Растворы слева более разбавлены, по сравнению с более концентрированными растворами справа.

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	${displaystyle omega _{mathrm {B} }={frac {m_{mathrm {B} }}{m}}}$ где: ω_B — массовая доля компонента B m_B — 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	${displaystyle phi _{mathrm {B} }}$
единицы измерения	доли единицы, %_об (ИЮПАК не рекомендует добавлять дополнительные метки после знака %)
формула	${displaystyle phi _{mathrm {B} }={frac {V_{mathrm {B} }}{sum V_{i}}}}$ , где: ${displaystyle phi _{mathrm {B} }}$ — объёмная доля компонента B, V_B — объём компонента B; ${displaystyle sum V_{i}}$ — 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	${displaystyle {c_{mathrm {B} }}={frac {n_{mathrm {B} }}{V}}}$ , где: ${displaystyle n_{mathrm {B} }}$ — 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	${displaystyle C_{N}(B)}$ , ${displaystyle C_{H}(B)}$ , ${displaystyle c(f_{eq}~mathrm {B} )}$
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	${displaystyle c(f_{eq}~mathrm {B} )=c{big (}(1/z)~mathrm {B} {big )}=zcdot c_{mathrm {B} }=zcdot {frac {n_{mathrm {B} }}{V}}={frac {1}{f_{eq}}}cdot {frac {n_{mathrm {B} }}{V}}}$ , где: ${displaystyle n_{mathrm {B} }}$ — количество вещества компонента, моль; — общий объём смеси, литров; — число эквивалентности (фактор эквивалентности $f_{{eq}}=1/z$ ).

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	${displaystyle x_{mathrm {B} }={frac {n_{mathrm {B} }}{sum n_{i}}}}$ , где: ${displaystyle x_{mathrm {B} }}$ — мольная доля компонента B; ${displaystyle n_{mathrm {B} }}$ — количество компонента B, моль; $sum n_{i}$ — 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	${displaystyle {m_{mathrm {B} }}={frac {n_{mathrm {B} }}{m_{mathrm {A} }}}}$ , где: ${displaystyle n_{mathrm {B} }}$ — количество растворённого вещества, моль; ${displaystyle m_{mathrm {A} }}$ — 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	${displaystyle rho _{mathrm {B} }={frac {m_{mathrm {B} }}{V}}}$ . где: ${displaystyle m_{mathrm {B} }}$ — 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	${displaystyle C_{mathrm {B} }={frac {N_{mathrm {B} }}{V}}={frac {n_{mathrm {B} }cdot N_{mathrm {A} }}{V}}=c_{mathrm {B} }cdot N_{mathrm {A} }}$ , где: ${displaystyle N_{mathrm {B} }}$ — количество частиц, — объём, ${displaystyle {ce {n_{mathrm {B} }}}}$ — количество вещества B, ${displaystyle N_{mathrm {A} }}$ — постоянная Авогадро, ${displaystyle c_{mathrm {B} }}$ — 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]

${displaystyle {c((1/z)~mathrm {B} )}={c_{mathrm {B} }}cdot {z}}$

где:

От молярности к титру[править | править код]

${displaystyle {T}={c_{mathrm {B} }}cdot {M}}$

где:

${displaystyle {c_{mathrm {B} }}}$ — 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]

${displaystyle c_{mathrm {B} }={frac {rho cdot omega _{mathrm {B} }}{M(mathrm {B} )}}}$

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]

${displaystyle {c_{mathrm {B} }}=m_{mathrm {B} }{frac {mathrm {m} (A)}{V}}}$

где:

${displaystyle m_{mathrm {B} }}$ — моляльность,
— масса растворителя,
— суммарный объём раствора,

От моляльности к мольной доле[править | править код]

${displaystyle x_{mathrm {B} }={frac {m_{mathrm {B} }}{m_{mathrm {B} }+{frac {1}{M(mathrm {A} )}}}}}$

где:

${displaystyle m_{mathrm {B} }}$ — 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

			ω_B	φ_B	x_B	c_B	C_B	m_B	T_B
массовая доля	г/г	ω_B	${displaystyle omega _{mathrm {B} }={frac {mathrm {m} (B)}{mathrm {m} }}}$	${displaystyle omega _{mathrm {B} }=phi _{mathrm {B} }{frac {rho (B)}{rho }}}$	${displaystyle omega _{B}={frac {1}{{frac {M_{mathrm {A} }}{M_{mathrm {B} }}}({frac {1}{x_{mathrm {B} }}}-1)+1}}}$	${displaystyle omega _{B}={frac {M_{B}cdot c_{mathrm {B} }}{rho }}}$	${displaystyle omega _{B}={frac {M_{B}cdot c_{mathrm {B} }}{rho cdot N_{A}}}}$	${displaystyle omega _{mathrm {B} }={frac {m_{mathrm {B} }}{m_{mathrm {B} }+{frac {1}{M_{B}}}}}}$	${displaystyle omega _{B}={frac {T_{B}}{rho }}}$
объёмная доля	л/л	φ_B	${displaystyle phi _{mathrm {B} }={frac {omega _{B}}{rho (B)/rho }}}$	${displaystyle phi _{mathrm {B} }={frac {V_{mathrm {B} }}{V}}}$
мольная доля	моль/моль	x_B	${displaystyle x_{mathrm {B} }={frac {1}{{frac {M_{mathrm {B} }}{M_{mathrm {A} }}}({frac {1}{omega _{B}}}-1)+1}}}$		${displaystyle x_{mathrm {B} }={frac {n_{mathrm {B} }}{n}}}$	${displaystyle x_{mathrm {B} }={frac {c_{mathrm {B} }cdot V}{n}}}$		${displaystyle x_{mathrm {B} }={frac {m_{mathrm {B} }}{m_{mathrm {B} }+{frac {1}{M_{A}}}}}}$
молярность	моль/л	c_B	${displaystyle c_{mathrm {B} }={frac {rho cdot omega _{B}}{M_{B}}}}$		${displaystyle c_{mathrm {B} }={frac {x_{mathrm {B} }cdot n}{V}}}$	${displaystyle {c_{mathrm {B} }}={frac {n_{mathrm {B} }}{V}}}$		${displaystyle {c_{mathrm {B} }}=m_{mathrm {B} }{frac {mathrm {m} (A)}{V}}}$
нормальность	моль-экв/л	c((1/z) B)	${displaystyle c((1/z)~mathrm {B} )={frac {rho cdot omega _{B}}{M_{B}}}cdot z}$			${displaystyle {c((1/z)~mathrm {B} )}={c_{mathrm {B} }}cdot {z}}$
концентрация частиц	1/л	C_B	${displaystyle C_{mathrm {B} }={frac {rho cdot omega _{B}}{M_{B}}}cdot N_{A}}$			${displaystyle C_{mathrm {B} }=c_{mathrm {B} }cdot N_{mathrm {A} }}$	${displaystyle C_{mathrm {B} }={frac {N_{mathrm {B} }}{V}}}$
моляльность	моль/кг_р-ля	m_B	${displaystyle m_{mathrm {B} }={frac {omega _{B}}{M_{B}(1-omega _{B})}}}$					${displaystyle {m_{mathrm {B} }}={frac {n_{mathrm {B} }}{mathrm {m} (A)}}}$
титр	г/мл	T_B	${displaystyle {T_{B}}={rho }cdot {omega _{B}}}$			${displaystyle {T_{B}}={c_{mathrm {B} }}cdot {M}}$			${displaystyle T_{mathrm {B} }={frac {mathrm {m} (B)}{V}}}$

${displaystyle m_{mathrm {B} }}$ — моляльность вещества B,
— масса вещества B,
— масса растворителя,
— масса раствора,
$T_{B}$ — титр (массовая концентрация) B,
— плотность вещества B,
— плотность раствора,
— суммарный объём раствора,
${displaystyle N_{mathrm {A} }}$ — постоянная Авогадро,
${displaystyle N_{mathrm {B} }}$ — количество частиц вещества В,
${displaystyle n_{mathrm {B} }}$ — количество вещества В,
— количество раствора,
— молярная масса,

Примечания[править | править код]

↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. concentration (англ.) // IUPAC Compendium of Chemical Terminology. — Research Triagle Park, NC: IUPAC. — ISBN 0967855098. — doi:10.1351/goldbook.C01222. Архивировано 20 июля 2018 года.
↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. fraction (англ.) // IUPAC Compendium of Chemical Terminology. — Research Triagle Park, NC: IUPAC. — ISBN 0967855098. — doi:10.1351/goldbook.F02494. Архивировано 20 августа 2018 года.
↑ IUPAC Gold Book internet edition: «concentration».
↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – mass fraction, w (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 11 декабря 2018. Архивировано 13 декабря 2018 года.
↑ ¹ ² ³ Z. Sobecka, W. Choiński, P. Majorek. Dictionary of Chemistry and Chemical Technology: In Six Languages: English / German / Spanish / French / Polish / Russian. — Elsevier, 2013-09-24. — С. 641. — 1334 с. — ISBN 9781483284439.
↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – amount concentration, c (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 11 декабря 2018. Архивировано 21 декабря 2018 года.
↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – amount fraction, x ( y for gaseous mixtures) (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 11 декабря 2018. Архивировано 22 декабря 2018 года.
↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – mass concentration, γ, ρ (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 16 декабря 2018. Архивировано 7 декабря 2018 года.
↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – number concentration, C,n (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 11 декабря 2018. Архивировано 22 декабря 2018 года.
↑ Способы приготовления растворов на МедКурс. Ru. Дата обращения: 24 апреля 2012. Архивировано 29 октября 2012 года.
↑ Бернштейн И. Я., Каминский Ю. Л. Спектрофотометрический анализ в органической химии. — 2-е изд. — Ленинград: Химия, 1986. — с. 5
↑ The International System of Units (SI). www.bipm.org. Дата обращения: 23 декабря 2018. Архивировано из оригинала 14 августа 2017 года.
↑ Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry. www.iupac.org. Дата обращения: 23 декабря 2018. Архивировано из оригинала 20 декабря 2016 года.

Источник

Растворы – такие таинственные и загадочные

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 %.

Формула расчета массовой доли вещества

Следует не забывать, что масса раствора = масса растворителя + масса чистого вещества.

Зная массовую долю вещества, нетрудно выразить формулу для расчета массы чистого вещества:

Формулы для расчета массы вещества по известной массовой доле

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:

Решение задачи

Мы специально делаем подробное решение, чтобы отследить ход мыслей.

Решим аналогичную задачу:

Способы представления концентраций раствора

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:

Молярная концентрация растворов

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=

Источник

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%

Пример

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.

Пример

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

Пример

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.

Пример

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%

Пример

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

Пример

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

Пример

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.

Источник

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/
кгназывают0,5-моляльным.

где:

ν — количество
растворённого вещества,моль;
m₂— масса растворителя, кг.

Hесмотря
на сходство названий, молярная концентрация
и моляльность — величины различные.
Прежде всего, в отличие от молярной
концентрации, при выражении концентрации
в моляльности расчёт ведут на массурастворителя, а не на объём раствора.
Моляльность, в отличие от молярной
концентрации, не зависит от температуры.

Нормальная концентрация (мольная концентрация эквивалента)

Нормальная
концентрация — количество эквивалентовданного вещества в 1 литре раствора.
Нормальную концентрацию выражают в
моль-экв/л. Для записи концентрации
таких растворов используют сокращения
«н». Например, раствор содержащий
0,1 моль/л, называют децинормальным и
записывают как0,1 н.

где:

ν — количество
растворённого вещества, моль;
V — общий объём раствора, л;
z — фактор
эквивалентности.

Так
как нормальность может быть определена
только для данной реакции, то в разных
реакциях величина нормальности одного
и того же раствора может оказаться
неодинаковой. Например,
одномолярный раствор H₂SO₄
будет однонормальным, когда он
предназначается для реакции со щёлочью
с образованием гидросульфата NaHSO₄
(один атом
водорода
замещаемый
в реакции), и
двухнормальным в реакции с образованием
Na₂SO₄
(два атома
водорода
замещаются
в реакции).

Пример:
Рассчитайте
молярность и нормальность 70%-ного
раствора H₂SO₄
(r = 1,615 г/мл).

Решение:
Для
вычисления молярности и нормальности
надо знать число граммов H₂SO₄в
1 л раствора. 70% -ный раствор H₂SO₄
содержит 70 г H₂SO₄
в 100 г раствора. Это весовое количество
раствора занимает объём

V = 100 /
1,615 = 61,92 мл

Следовательно,
в 1 л раствора содержится 70 · 1000 / 61,92 =
1130,49 г H₂SO₄

Отсюда молярность данного раствора
равна: 1130,49 / М (H₂SO₄)
=1130,49 / 98 =11,53 M
Нормальность этого
раствора (считая, что кислота используется
в реакции в качестве двухосновной) равна
11,53· 2 =23,06 н

Титр раствора

Титр
раствора — масса растворённого
вещества в 1 мл раствора.

где:

m₁— масса растворённого
вещества, г;
V — общий объём раствора, мл;

В
аналитической
химииобычно концентрациютитрантапересчитывают 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.

Мольная (молярная) доля

Мольная
доля — отношение количества молей
данного компонента к общему количеству
молей всех компонентов. Мольную долю
выражают в долях единицы.

где:

ν_i— количествоi-го
компонента, моль;
n — число компонентов;

Другие способы выражения концентрации растворов

Существуют
и другие, распространённые в определённых
областях знаний или технологиях, методы
выражения концентрации. Например, в
фотометрии часто используют массовую
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). Иногда используют
также отношение масс (отношение массы
растворённого вещества к массе
растворителя) и отношение объёмов
(аналогично, отношение объёма растворяемого
вещества к объёму растворителя.

Соседние файлы в папке Гусейнов

Источник

Растворитель и растворенное вещество

Расчет концентрации раствора

Молярная концентрация

Моляльная концентрация

Разбавление растворов

Массовая доля[править | править код]

Объёмная доля[править | править код]

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

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

Мольная (молярная) доля[править | править код]

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

Массовая концентрация (Титр)[править | править код]

Концентрация частиц[править | править код]

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

Другие способы выражения концентрации[править | править код]

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

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

От молярности к нормальности[править | править код]

От молярности к титру[править | править код]

От массовой доли к молярности[править | править код]

От массовой доли к титру[править | править код]

От моляльности к молярности[править | править код]

От моляльности к мольной доле[править | править код]

Сводная таблица[править | править код]

Примечания[править | править код]

Способы выражения концентрации растворов

I. Массовая доля вещества

II. Молярная концентрация вещества

III. Моляльная концентрация

IV. Мольная доля

V. Титр

В заключении

Массовая доля

Молярная концентрация

Молярная (мольная) доля

Молярная концентрация эквивалента

Моляльность

Моляльность (молярная весовая концентрация)

Нормальная концентрация (мольная концентрация эквивалента)

Титр раствора

Мольная (молярная) доля

Другие способы выражения концентрации растворов

Вам также может понравиться

Как можно найти сказки пушкина

Невидимый вирус как ее найти

Как составить претензии по качеству выполненных работ

Добавить комментарий Отменить ответ