Способы выражения концентрации растворов



 

Растворыэто 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,илимолярностьВ или М) – отношение количестварастворенного вещества к объему раствора:

                               cB nB   mB , моль/л,                                                     (1)

                                                   V MB V

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

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

                          сэк Вnэк В      mB        , моль/л,                                     (2)

                                                              V Mэк BV

где nэк(В) – количество вещества эквивалентов; mB – масса вещества, г;

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

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

сm BnB mB 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:

                               ωВ mB 100%,                                                            (4)

m

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

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

то ωB mB 100%                                                             (5)

ρV

Молярная (мольная) доля вещества В(хВ) ─ отношение количества растворенного вещества (или растворителя)к сумме количеств всех веществ, содержащихся в растворе:                  хB      nB         ,                                                                (6)

nB  nS

где х B – молярная доля растворенного вещества; n B – количество растворенного вещества;  n S – количество растворителя;                 xS   nS          ,                                                                 (7)

nB  nS

где х S – молярная доля растворителя; n B и n S – количество растворенного вещества и растворителя.

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

ТВ МэкВсэкВ, г/мл,                                            (8)

1000

где Мэк (В) – молярная масса эквивалентов вещества; сэк(В) – молярная концентрация эквивалентов;

ТВ ωВ ρ , г/мл,                                                       (9)

100

где ωВ – 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):

ωн3ро4  30 %

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

раствора находим из соотношения (1):

сН3РО4 = 3,61 моль/л;

в) молярная масса эквивалентов H3PO4 равна 32,7 г/моль. Молярную концентрацию эквивалентов рассчитываем по формуле (2):                                      сэк3РО4) = 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 mS = 1180 – 354 = 826 г. Моляльная концентрация раствора равна:

cm (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):

                                                                     Н3РО4     32,710,83 0,354 г/мл или

                                                                 Т                  

1000

                                                                               Н3РО4     30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):

хН3РО4 0,073; хН2О  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

VA ∙ cэк(А) = VB ∙ сэк(B);

50 ∙ сэк(кислоты) = 25 ∙ 0,5, отсюда сэк(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 С1       3015

Отсюда 

х = 1000 10 3333 г.

3

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 8030 50 = 10 .

                                                                                                                                m2     1000 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:

VKOH 43,3 мл.

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

43,3 мл КОН.

 


Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 208; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!