Способы выражения состава раствора
Лекции.ИНФО


Способы выражения состава раствора



Количественный состав раствора выражается понятием «концентрация», под которым понимается содержание растворенного вещества (в определенных единицах) в единице массы или объема раствора (иногда – растворителя). Существуют различные способы выражения концентрации растворов. Ниже приведены наиболее применяемые в химической практике концентрации, единицы их измерения, формулы для их расчета и перехода из одной концентрации в другие.

Основные обозначения, используемые при расчете концентраций растворов, приведены в табл.1.

 

Таблица 1

 

Основные обозначения, используемые при расчете концентраций

Характеристики Растворенное вещество Растворитель Раствор
m – масса, г m1   m2 m = m1 + m2
V - объем, см3 V1   V2 V = V1 + V2
- плотность, г /см3   -   Н2О = 1,0   = m/V
М – мольная масса, г/моль   М1   -   -
Э – масса эквивалента, г/моль-экв   Э1 = М1/Z, где Z - суммарный заряд катиона   -   -
n – количество вещества, моль   n1     n2   n = n1 + n2

Примечание. Концентрации компонентов , соответствующие состоянию равновесия реакции, или равновесные концентрации, часто обозначают квадратными скобками, например: [Н+], [ОН-], [Н2О].

К основным способам выражения концентрации растворов, применяемым в химической практике, относятся следующие.

Массовая доля или процентное содержание С% – соотношение масс растворенного вещества m1 и раствора m, выраженное в долях единицы или процентах.

 

; , (2)

 

где V – объем раствора см3; r - плотность раствора г /см3.

 

Концентрация, выраженная в граммах на литр, Сг/л показывает, какая масса растворенного вещества содержится в 1000 мл раствора.

 

. (3)

Масса (г) растворенного вещества в 100 г воды (растворителя), С* (г/100 г Н2О). Удобна при приготовлении растворов.

 

С*(г /100 г Н2О)= . (4)

Молярная концентрация, или молярность СМ– число молей растворенного вещества n1, содержащееся в 1000 мл раствора. Является стандартной концентрацией. Используется в выражениях большинства химических законов (кроме закона эквивалентов).

 

. (5)

 

Единицы измерения – моль/л, или М. Раствор, содержащий 1 моль растворенного вещества в 1 литре раствора, называют одномолярным раствором и обозначают 1 моль/л или 1 М.

Моляльная концентрация или моляльность, Сmчисло молей растворенного вещества, содержащееся в 1000 г растворителя (моль/1000 г растворителя). Используется преимущественно в физической химии.

 

. (6)

 

Молярная доля хi или молярное содержание хi ×100 % – число молей компонента ni (растворителя или растворенного вещества), отнесенное к сумме молей всех компонентов раствора S ni,

S хi = 1. (7)

Титр, Т– количество граммов растворенного вещества, содержащееся в 1 см3 (мл) раствора. Обычно используется в аналитической химии.

(8)

Нормальная концентрация, или нормальность,Снчисло грамм-эквивалентов растворенного вещества в 1000 мл раствора. Используется в выражении закона эквивалентов. Принято называть раствор, содержащий 1 моль эквивалентов вещества в 1 литре раствора, «однонормальным» и обозначать 1н или 1N.

, (9)

где Z – суммарный заряд катиона.

Способы выражения концентраций приведены в табл.2.

Таблица 2

Способы выражения концентраций

 

Концентрация Формула Определение
СМ – молярная концентрация (молярность); моль/л, или М Количество молей растворенного вещества в 1 л раствора
С% - массовая доля; в % или долях единицы Масса (г) растворенного вещества в 100 г раствора
СГ/Л – концентрация, выраженная в г/л Масса (г) растворенного вещества в 1 л (1000 см3) раствора
С* (г /100 г Н2О) – масса растворенного вещества в 100 г воды (растворителя)     С*(г/100гН2О)=   Масса (г) растворенного вещества в 100 г растворителя (воды)
Сm – моляльная концентрация ( моляльность), моль/1000 г растворителя; Число молей растворенного вещества на 1000 г растворителя
Т – титр; г/см3 (г/мл)   Масса (г) растворенного вещества в 1 см3 (мл) раствора
СН или СN - нормальная концентрация; моль-экв/л Число моль-экв. растворенного вещества в 1 л раствора

 

В лабораторной практике для приготовления разбавленных растворов из более концентрированных часто пользуются правилом смешения, или «правилом креста».

 

Пример 1.1.

Приготовить 25%-ный раствор серной кислоты из 70%-ного и 10%-ного растворов. Для этого необходимо рассчитать, в каком массовом соотношении нужно смешать эти растворы.

 

Решение:В 100 гпервого раствора содержится избыток растворенного вещества по сравнению с требуемым в (70 – 25) г = 45 г.

В 100 г второго вещества недостает (25 -10) г = 15 г по сравнению с требуемым.

Пусть для приготовления раствора заданной концентрации требуется х, г 70 % -ного и у,г 10%-ного растворов. Избыток вещества – серной кислоты – в хг первого раствораравен: , а недостаток в у г второго - . Для получения раствора заданной концентрации избыток растворенного вещества от первого раствора должен полностью компенсировать его недостаток от второго раствора. Следовательно:

или .

Решение этой задачи можно изобразить схемой – «крестом»:

 

 

70% ------------ 15 масс. частей

 

25%

 

10%------------- 45 масс. частей,

 

где концентрации исходных растворов – 70% и 10% записываем в первом столбце, заданную концентрацию - 25% - во втором столбце посередине, а разности между исходными концентрациями и заданной записываем в третьем столбце в направлении пересекающихся диагоналей

(см. стрелки на схеме).

Ответ: на 15 массовых частей 70%-ного раствора надо взять 45 массовых частей 10%-ного раствора, т.е. смешать их в отношении 1:3 (по массе).

Типовые задачи и их решение

Задача 1.1. Определите массовую долю раствора (С%), содержащего 60 г NaOH и 140 г воды.

 

Решение: Массовая доля (С%) выражается формулой (2):

,

где m = m1 + m2 – масса раствора;

m1 = 40 г – масса растворенного NaOH;

m2 = 140 г - масса воды, г .

m = m1 + m2 = 60 + 140 = 200 г.

.

Ответ: 30 %.

 

Задача 1.2.Определите массу соли, которая потребуется для приготовления 250 г раствора с массовой долей соли 10%.

Решение: Воспользуемся формулой (2) : ,

где m = 250 г – масса раствора; m1 – масса растворенной соли г.

.

Ответ: 25 г соли.

 

Задача 1.3. Определите массу Na2CO3 в г, необходимую для приготовления 2 л 1Н раствора.

 

Решение: Нормальная концентрация (СН) определяется по формуле (9):

моль-экв/л,

где m1 = масса растворенного Na2CO3, г; Э1 = - эквивалентная масса Na2CO3:

;

V = 2 л = 2000 мл - объем 1 Н раствора.

Ответ: масса Na2CO3 - 106 г.

Задача 1.4.Сколько г NaOH надо взять для приготовления 2,5 л 0,1 М раствора ?

 

Решение: Молярная концентрация определяется по формуле (5): ,

где m1 - масса NaOH в приготовленном растворе, г;

М1 = 40 г/моль - мольная масса NaOH;

V = 2500 мл - объем 0,1 М раствора NaOH.

 

m1 = CM · M1· V / 1000 = 0,1 · 40 · 2500 / 1000 = 10 г.

Ответ : 10 г NaOH.

 

Часто в лабораторной практике, а также при решении задач необходимо выразить одну концентрацию через другую. В табл. 3 приведены формулы взаимосвязи различных концентраций.

Таблица 3

 

Взаимосвязь разных способов выражений концентраций

 

Концен-трация С% , %   Сг/л, г/л См, моль/л СN, г-экв/л Т, г/см3
  С%     -
Сг/л 10·ρ·С% -   СМ · М1 СН·Э1 1000·Т
СМ -    
СН   -
Т   -

 

Задача 1.5.Определите молярную концентрацию (СМ) раствора H2SO4 c массовой долей 30 % и плотностью ρ = 1,22 г/ см3 .

 

Решение: Воспользуемся формулой (5):

 

СМ = m1 · 1000 / (M1 · V ),

 

где m1 - масса растворенной H2SO4 ; М1 = МH2SO4 = 98 г/моль - мольная масса ; V - объем раствора, мл.

Масса 1 л (1000 мл) раствора m = ρ · V = 1,22 г/мл · 1000 мл = 1220 г.

 

В 100 г раствора содержится 30 г H2SO4;

в 1220 г раствора - m1 = 1220 · 30 / 100 = 366 г H2SO4.

CM = 366 · 1000 / 98 · 1000 = 3,73 моль/л (М).

 

Ответ: СМ = 3,73 М.

 

Примечание. Эту задачу можно решить также, воспользовавшись формулой взаимосвязи концентраций из табл.3:

.

Задача 1.6.Определите нормальную концентрацию (СН) в растворе Na2CO3 c плотностью ρ = 1,105 г/см3 и массовой долей 15%.

Решение: Воспользуемся формулами (9) и (2).

, моль-экв/л, и .

Выразим массу Na2CO3 (m1) через С%, а массу раствора (m) как произведение плотности на объем m = :

 

и подставим в формулу для СН:

 

.

Примечание. К этой же формуле можно прийти с помощью табл.3. Э1 – эквивалентная масса Na2CO3, которую рассчитаем по формуле:

 

;

.

 

Ответ: СН = 3,12 моль-экв /л.

 

Задача 1.7.Определите объем 0,1 Н раствора КОН, необходимый для нейтрализации 200 мл 0,2 Н раствора НСl.

Решение: Согласно закону эквивалентов для реакции, протекающей в растворе:

 

VKOH · CHCl = VHCl · CH HCl . (10)

 

Следовательно VKOH = VHCl · C HCl / CKOH = 200 · 0,2 / 0,1 = 400 мл.

Ответ: 400 мл.

Задача 1.8. Определите титр (Т) 0,5 Н раствора H2SO4.

 

Решение: Титр (Т, г/см2) определяется по формуле (8)

,

а нормальная концентрация СН по формуле (9)

моль-экв/л,

где /моль-экв.

Выразим массу H2SO4 (m1) через СН:

и подставим в формулу (8). Получим выражение:

Т = = = 0,0245 г/см3.

 

Примечание. Это выражение можно получить, пользуясь табл. 3.

 

Ответ: Т = 0,0245 г/см3.

 

Задача 1.9. Определите титр 0,5 М раствора H2SO4 .

 

Решение: Титр (Т, г/см3) определяется по формуле (8):

 

,

а молярная концентрация СМ – по формуле (5):

 

, моль/л, где г/моль.

Выразим массу H2SO4 (m1) через СМ:

 

и подставим в формулу (8):

г/см3.

Примечание. К этой формуле можно прийти, воспользовавшись, табл. 3.

 

Ответ: Т = 0,049 г/см3.

Контрольное задание № 1

В соответствии с Вашим вариантом и данными таблиц 4-8 в письменном виде приведите расчеты и ответьте на следующие вопросы.

 

Вопрос 1 (табл.4). Определите массовую долю раствора (С%), полученного при растворении массы вещества (m1) в воде массой (m2).

 

Вопрос 2 (табл.5). Определите массу вещества (m1), которая содержится в объеме раствора V c известной нормальной (СН) или молярной (СМ) концентрацией.

 

Вопрос 3(табл.6). Определите молярную концентрацию раствора (СМ) с известной массовой долей (С%) и плотностью ρ, г/см3.

 

Вопрос 4 (табл.7). Определите нормальную концентрацию раствора

Н) с известной массовой долей (С%) и плотностью ρ, (г/см3).

 

Вопрос 5 (табл.8). Определите титр(Т) раствора с известной нормальной (СН) или молярной (СМ) концентрацией.

Таблица 4

 

Варианты ответов (С%) к вопросу 1

m1, г m2 , г А Б В
24,38 22,6 19,6
12,5 237.5
20,4 19,6

 

Таблица 5

 

Варианты ответов (m1) квопросу 2

 

V, мл CH или СМ А Б В
0,1 М NaOH
1H Na2SO4 35,5 3,55
1M H2SO4 4,9 9,8
0,5H H2SO4 12,25 24,5
1M H3PO4 9,8 19,6
0,1H CuSO4
2M Na2CO3 26,5
1H H2SO4 29,4 14,7 7,35
0,1M Na2SO4 1,42 2,84 14,2
3H NaOH
2M HNO3 6,3 12,6
0,5H KOH
2 M NaCl 58,5
2H FeCl2 63,5
0,1M Ca(NO3)2 6,56 13,12
2H KOH
1H CuSO4
3M H3PO4 58,8 29,4
1H Al(NO3)3
0,5M MnCl2 31,5 15,75
0,1H K2SO4 8,7 4,35
0,2M NaNO3 5,1 10,2 15,3
2H BeSO4
1H BaCl2 10,4 20,8
2M KJ 33,2 66,4 56,2

 

 

Таблица 6

Варианты ответов (CМ) к вопросу 3

№№ С% ρ, г/см3 А Б В
20% р-р HCl 1,1 6,027 12,054 10,1
8 % р-р CuSO4 1,084 1,084 0,542 0,742
5,5% р-р HNO3 1,030 1,798 2,010 0,899
20% NaOH 1,219 6,095 3,097 3,047
10 % р-р КСl 1,063 2,854 1,427 1,123
6 % р-р NaСl 1,044 0,107 2,140 1,070
12 % р-р FeSO4 1,122 0,885 1,770 0,177
7 % р-р Na2SO4 1,063 1,048 0,524 0,240
12 % р-р H2SO4 1,080 0,132 2,644 1,322
4% р-р NH4Cl 1,011 0,756 1,512 0,378
12 % р-р NaCl 1,089 2,464 2,232 0.223
10 % р-р HCl 1,047 1,434 1,868 2,868
30 % р-р H2SO4 1,219 3,731 2,462 1,865
10 % р-р NaOH 1,109 2,544 2,772 1,386
5 % р-р KCl 1,030 1,382 0,345 0,691
15 % р-р H2SO4 1,105 1,691 3,382 0,845
40 % р-р HNO3 1,246 3,955 7,911 3,791
8 % р-р NaOH 1,087 1,087 2,354 2,174
6 % р-р HCl 1,023 1,681 1,315 2,621
20 % р-р NH4Cl 1,057 2,212 3,951 3,215
14 % р-р Na2SO4 1,131 1,230 1,130 1,115
20 % р-р NaCl 1,151 3,935 2.835 3,115
10 % р-р H2SO4 1,066 1,287 1,087 1,066
14 % р-р NaOH 1,153 4,435 3,035 4,035

 

 

Таблица 7

 

Варианты ответов (CН) к вопросу 4

С% ρ, г/см3 А Б В
8 % р-р H2SO4 1,052 1,680 1,180 1,717
6 % р-р HCl 1,023 1,023 1,448 2,080
8 % р-р NaCl 1,059 1,048 1,054 1,828
10 % р-р HNO3 1,054 1,923 1,086 1,673
10 % р-р Na2SO4 1,091 1,536 1,086 2,326
12 % р-р КОН 1,100 2,027 2,357 2,827
4 % р-р KCl 1,024 0,850 0,250 0,549
6 % р-р NaOH 1,065 1,597 1,097 1,897
8 % р-р HCl 1,038 1,275 2,275 2,575
10 % р-р Н2SO4 1,066 2,375 1,175 2,175
6 % р-р HNO3 1,031 0,982 1,082 0,682
4 % р-р NaCl 1,029 1,503 0,903 0,903
10 % р-р NaOH 1,109 2,035 2,010 2,772
5 % р-р Na2SO4 1,044 0,735 1,540 0,935
6 % р-р H2SO4 1,038 0,971 1,271 1,542
10 % р-р KCl 1,063 1,026 0,926 1,426
5 % р-р NaCl 1,036 0,885 0,445 1,025
18 % р-р HCl 1,088 4,245 5,365 5,025
12 % р-р HNO3 1,066 2,350 1,950 2,030
8 % р-р Na2SO4 1,072 1,208 1,516 1,080
4 % р-р NaOH 1,043 1,086 1,043 1,112
16 % р-р H2SO4 1,109 3,920 3,331 3,621
9 % р-р NaCl 1,065 1,638 1,038 1,065
2 % р-р HNO3 1,009 0,520 0,320 0,640

 

Таблица 8

 

Варианты ответов (Т, г/см3) к вопросу 5

 

СН или СМ А Б В
0,1 М р-р Na2SO4 0,126 0,0126 0,0252
2 H р-р HCl 0,073 0,036 0,73
1 M р-р HNO3 0,126 0,063 0,63
0,3 H H2SO4 0,14 0,05 0,0147
1 M р-р КОН 0,056 0,112 0,56
0,5 Н р-р HNO3 0,315 0,0315 0,063
2 M р-р FeCl3 0,325 0,0325 0,650
0,2 H р-р NaOH 0,008 0,08 0,016
0,5 M р-р Ca(NO3)2 0,82 0,082 0,164
1 H р-р N2CO3 0,53 0,053 0,106
0,3 M р-р MnCl2 0,378 0,0756 0,0378
0,5 H р-р NaOH 0,2 0,04 0,02
1 M р-р K2SO4 0,174 0,0174 0,0348
1 H р-р H2SO4 0,98 0,098 0,49
0,8 M р-р FeCl2 0,1016 0,0508 0,01016
0,1 H р-р КОН 0,056 0,112 0,0056
0,2 M р-р VCl3 0,315 0,0315 0,0630
1 H р-р NaNO3 0,085 0,85 0,170
0,1 M р-р Bi(NO3)3 0,395 0,0395 0,079
0,3 H р-р H3PO4 0,098 0,196 0,0098
0,4 M р-р BeSO4 0,042 0,42 0,084
2 H р-р K2CO3 0,069 0,138 0,0138
1 M р-р BaCl2 0,137 0,0137 0,0274
3 H р-р NaCl 0,01755 0,3510 0,1755
0,7 M р-р CoSO4 0,01085 0,1085 0,217

Реальные растворы – сложные системы, в которых сосуществуют частицы различного вида и состава (молекулы растворителя, ионы и молекулы растворенного вещества, ассоциаты), взаимодействующие между собой. В очень разбавленных растворах этим взаимодействием можно пренебречь. Но с увеличением концентрации раствора, особенно в растворах сильных электролитов, взаимодействия частиц-компонентов раствора становятся все более существенными. Поэтому для описания свойств реальных растворов вместо концентрации используют «активную концентрацию», или активность, которая связана с концентрациейС соотношением:

 

= · С , (11)

где - коэффициент активности, показывающий степень отклонения какого-либо свойства реального раствора от теоретически рассчитанной величины для идеального раствора, в котором взаимодействия между компонентами отсутствуют.









Читайте также:

  1. Виды односоставных предложений и способы выражения главного члена
  2. ГЛАВА 1 ЗА ПРЕДЕЛАМИ КРУГА ПОДАВЛЕНИЯ-ВЫРАЖЕНИЯ
  3. Занятие 14. Грамматическое значение и способы его выражения.
  4. Игры с рисунками, числами и выражениями
  5. Ионное равновесие в растворах электролитов : диссоциация воды, рН растворов, диссоциация слабых электролитов, гидролиз, буферные растворы, произведение растворимости.
  6. Ионные равновесия в водных растворах электролитов
  7. Методика анализов водного раствора гидроксида натрия.
  8. Новые масштабы самовыражения
  9. Подбор стандартной консистенции цементного раствора
  10. Понятие о грамматическом значении, грамматической форме и грамматической категории. Основные средства выражения грамматических значений в современном русском языке
  11. Прочтите следующие слова и выражения, обратите внимание на геминацию согласных.
  12. Работа 2. Изучение кинетики реакции разложения мочевины в водных растворах методом измерения электропроводности


Последнее изменение этой страницы: 2016-03-16; Просмотров: 151;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная