Способы выражения концентрации растворов

⇐ ПредыдущаяСтр 15 из 29Следующая ⇒

Растворы – это однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух или более компонентов (составных частей), относительные количества которых могутизменяться в широких пределах. Компонентами раствора являются растворенные вещества и растворитель. Растворитель – это компонент, который в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем является вода).

Важной характеристикой любого раствора является его состав, который определяется количеством растворенного вещества и растворителя. Отношение количества или массы вещества, содержащегося в системе, к объему или массеэтой системы называется концентрацией. Известно несколько способов выражения концентрации растворов.

Молярная концентрация вещества В,илимолярность(с_В или М) – отношение количестварастворенного вещества к объему раствора:

c_B ⁿ^B_ ^m^B, моль/л, (1)

V M_BV

где n _B – количество вещества В; m _B– масса вещества г; М_В– молярная масса вещества, г/моль; V – объем раствора, л.

Молярная концентрация эквивалентов вещества В,или нормальность(с_эк(В) или н.) – отношение количества эквивалентов растворенного веществак объемураствора:

_с_эк_В_ⁿ^эк^^В^_^m^B, моль/л, (2)

V M_экBV

где n_эк(В) – количество вещества эквивалентов; m_B – масса вещества, г;

М_эк(В₎ – молярная масса эквивалентов вещества, г/моль; V – объем раствора, л.

Моляльная концентрация вещества В,или моляльность(с_m(B)) - отношение количестварастворенного вещества к массе растворителя:

_с_mB_ⁿ^B_ ^m^B^¹⁰⁰⁰, моль/кг, (3)

mS MB mS

где n _В – количество растворенного вещества В; m _B – масса раство-

ренного вещества,г; m _S – масса растворителя, г; М _В - молярная масса растворенного вещества, г/моль.

Массовая доля вещества В(ω) – отношение массырастворенного вещества к массе раствора. Массовая доля ─ безразмерная величина, ее выражают в долях единицы или процентах:

_ω_В ^m^B_100%, (4)

где m _B – масса растворенного вещества; г; m – масса раствора, г.

Если выражать массу раствора через его плотность(ρ) и объем(V),

то _ω_B ^m^B_100% (5)

ρV

Молярная (мольная) доля вещества В(х_В) ─ отношение количества растворенного вещества (или растворителя)к сумме количеств всех веществ, содержащихся в растворе: _х_B ⁿ^B, (6)

nB  nS

где х _B – молярная доля растворенного вещества; n _B – количество растворенного вещества; n _S – количество растворителя; x_S ⁿ^S, (7)

nB  nS

где х _S – молярная доля растворителя; n _B и n _S – количество растворенного вещества и растворителя.

Титр раствора вещества В(Т_В) показывает число граммов растворенноговещества, содержащегося в 1мл (см³) раствора. Титр рассчитывается по формулам:

_Т_В ^М^эк^^В^^^с^эк^^В^, г/мл, (8)

1000

где М_эк(В) – молярная масса эквивалентов вещества; с_эк(В) – молярная концентрация эквивалентов;

_Т_В ^ω^В^^ρ, г/мл, (9)

100

где ω_В – массовая доля растворенного вещества; ρ – плотность раствора.

Примеры решения задач

Пример 8.1. Водный раствор содержит 354 гH₃PO₄ в 1 л. Плотность раствора ρ = 1,18 г/см³. Вычислить: а) массовую долю (%)H₃PO₄ в растворе; б) молярную концентрацию; в) молярную концентрацию эквивалентов; г) моляльность; д) титр; е) молярные доли H₃PO₄ и Н₂О.

Решение.а) для расчета массовой доли воспользуемся формулой (5):

ω_н₃ро₄  30 %

б) молярная масса H₃PO₄ равна 98 г/моль. Молярную концентрацию

раствора находим из соотношения (1):

с_Н₃РО₄= _3,61 моль/л;

в) молярная масса эквивалентов H₃PO₄ равна _32,7 г/моль. Молярную концентрацию эквивалентов рассчитываем по формуле (2): с_эк(Н₃РО₄) = _10,83 моль/л;

г) для определения моляльности по формуле (3) необходимо рассчи-

тать массу растворителя в растворе. Масса раствора составляет 1,18 ∙ 1000 = 1180 г; масса растворителя в растворе m_S = 1180 – 354 = 826 г. Моляльная концентрация раствора равна:

c_m(H₃PO₄)   4,37 моль/кг;

д) титр раствора можно рассчитать по пропорции:

1000 мл раствора содержит 354 г H₃PO₄

1 мл « « х г «

х = _0,354 г/мл,

а также по формулам (8) и (9):

_Н₃РО₄32,710,83 0,354 г/мл или

Т  _

1000

_Н₃РО₄301,18 0,354 г/мл;

Т  

100

е) в 1 л раствора содержится 3,61 моль H₃PO₄ (см. п. б); масса растворителя в растворе 826 г, что составляет _45,9 моль.

Молярные доли H₃PO₄ и Н₂О рассчитываем по формулам (6) и (7):

х_Н₃РО₄ ^0,073; х_Н₂О  0,927.

Пример 8.2. Сколько миллилитров 50 %-ного раствора HNO₃, плотность которого 1,32 г/см³, требуется для приготовления 5 л 2 %-ного раствора, плотность которого 1,01 г/см³?

Решение. При решении задачи пользуемся формулой (5). Сначала находим массу азотной кислоты в 5 л 2%-ного раствора: mHNO3  1 ,0150002 101г.

100

Затем определяем объем 50 %-ного раствора, содержащего 101г HNO₃:

V  1,53 мл.

Таким образом, для приготовления 5 л 2 %-ного раствора HNO₃ требуется 1,53 мл50 %-ного раствора HNO₃.

Пример 8.3. На нейтрализацию 50млраствора кислоты израсходовано 25 мл0,5 н. раствора щелочи. Чему равна нормальность кислоты?

Решение. Так как вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных количествах, то можно написать

V_A ∙ c_эк(А) = V_B ∙ с_эк(B);

50 ∙ с_эк(кислоты) = 25 ∙ 0,5, отсюда с_эк(кислоты) =

Следовательно, для реакции был использован 0,25 н. раствор кислоты.

Пример8.4 Сколько граммов 15 %-ного раствора NaCl надо прибавить к 1000 г 80 %-ного раствора, чтобы получить 30 %-ный раствор?

Решение. Задачи такого типа решаются по правилу смешения, согласно которому массы исходных растворов, необходимые для приготовления смеси, обратно пропорциональны разности между концентрациями заданного и менее концентрированного растворов и более концентрированного и заданного растворов.

Обозначив искомую массу 15 %-ного раствора через х, концентрацию 15 %-ного раствора (менее концентрированного) через С₁, концентрацию 80 %-ного раствора (более концетрированного) через С₂ и концентрацию 30 %-ного раствора (заданного) через С₃, находим:

х  С₂С₃ 80³⁰.

1000 С₃С₁3015

Отсюда

х = 1000 10 3333 г.

Решение может быть также оформлено посредством диагональной схемы или «правила креста»: точкой пересечения двух отрезков прямой является заданная концентрация. У концов обоих отрезков расположены по одну сторону от точки пересечения исходные концентрации, по другую – разности концентраций, для чего по диагонали из большего значения концентрации вычитают меньшую. Затем составляют отношение масс исходных растворов и вычисляют. Диагональная схема данной задачи имеет вид:

m₁ = x г 15 50 30 ^m¹_^x_⁸⁰^³⁰_⁵⁰ = ¹⁰.

m₂1000 3015 15 3

m₂ = 1000 г 80 15

Пример8.5. Какой объем раствора гидроксида калия, в котором массовая доля КОН 5% (ρ =1,04 г/см³), требуется для реакции с 20 мл10%ного раствора, FeCl₃, плотность которого 1,087 г/см³? Решение. Находим массу 20 мл FeCl₃:

mFeCl3  10 1,08720 2,174г.

100

По уравнению реакции FeCl₃ + 3KOH = Fe(OH)₃ + 3KCl вычисляем массу КОН, требуемую для реакции с 2,174г FeCl₃:

162,5 г FeCl₃ ─ 168 г КОН 2,174 г FeCl₃ ─ m гКОН

mKOH  2,174168  2,254 г.

162,5

Находим требуемый объем раствора КОН:

V_KOH 43,3 мл.

Итак, для реакции с 20 мл 10%-ного раствора FeCl₃ требуется

43,3 мл КОН.

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 370; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 10 11 12 13 141516 17 18 19 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!