Тема 6. Способы выражения концентрации растворов

 

Раствор – это гомогенная термодинамически устойчивая во времени система, состоящая минимум из двух компонентов и продуктов их взаимодействия.

Любой раствор состоит из двух веществ – растворителя и растворённого вещества, причём растворителя в растворе всегда содержится в большем количестве, чем растворённого вещества.

 

1. МАССОВАЯ ДОЛЯ РАСТВОРЁННОГО ВЕЩЕСТВА

 

Массовая доля растворённого вещества (ω_р.в., %) показывает сколько граммов растворённого вещества содержится в 100 граммах раствора.

ω % (р.в.) = ^{m(р.в.) *100 %} ,

^{m (р – ра) (1)}

где m (р – ра) = m (р.в.) + m (р – ля)

 

Между массой раствора, объёмом и плотностью существует соотношение, т.к.

(^г/см³) или (^г/мл), то т(р – ра) = ρ*V,

ω % (р.в.) = m(р.в.) * 100 % V мл *ρ г/мл

тогда

 

а) приготовление растворов с заданной массовой долей растворённого вещества ω₃ смешением двух растворов: с большей ω₁ и меньшей ω₂ массовой долей того же самого вещества.

При этом требуется найти массу более концентрированного (m₁) и менее концентрированного (m₂) растворов. Используется «правило креста», суть которого отражает схема:

ω₁ m₁ = ω₃ – ω₂

ω₃

ω₂ m₂ = ω₁ – ω₃

Пусть, например, требуется приготовить раствор с массовой долей 10% массой 70 г из 5 % и 40 %.

Подставим эти числа в приведённую ниже схему. Получаем:

40 m₁ = 10 – 5 = 5

10

5 m₂ = 40 – 10 = 30

Откуда

Например, взяв 10 г раствора ω = 40% и 60 г раствора с ω = 5%, получим 70г. раствора с ω = 10%.

 

б) приготовление растворов путём разбавления концентрированных растворов.

Так как при разбавлении растворов масса (р.в.) неизменна (m*ω) = const, то существует обратно пропорциональная зависимость между отношением масс растворов и их массовыми долями

mконц.(р- ра) ‗ ω% разб. mразб.(р- ра) ω% конц.

 

2. МОЛЯРНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ РАСТВОРА

 

Молярная концентрация раствора (С_м, моль/л.) показывает число моль растворённого вещества, содержащегося в 1 л раствора.

С_М = ^{n моль}, если V в мл, то С_М = ^n*1000 ,

V л. V мл

где n = ^{m (р.в.)},

М (р.в.)

См = m (р.в.) *1000 M *V мл

Отсюда

(2)

 

Молярным называют раствор, в 1 л которого содержится 1 моль растворённого вещества.

Эквивалентом (Э) называется такое количество элемента или вещества (по массе), которое без остатка взаимодействует с 1 моль атомов или ионов водорода, с 1 моль электронов в окислительно-восстановительной реакции или 1 моль любого вещества в любой химической реакции.

Эквивалент – величина переменная для одного и того же вещества и рассчитывается по уравнению реакции или по формуле:

Э = М *f

, где f – фактор эквивалентности

 

f (кислоты) = ¹ ,

число ионов (Н⁺), участвующих в х.р.

f (основания) = ¹ ,

число ионов (ОН^‾ ), участвующих в х.р.

f (кислоты) = ¹ ,

число ионов (Меⁿ⁺) * n

где n- заряд иона металла.

 

3. ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ

 

Сн1 *V1 = Сн2 *V2

Закон эквивалентов – все вещества взаимодействуют друг с другом в строго определённых весовых количествах, прямо пропорциональных их эквивалентам.

Вид:, где Сн₁ и Сн₂ – молярная концентрация эквивалентов анализируемого и стандартного (концентрация которого точно известна) растворов, а V₁ и V₂ – соответственно их объёмы.

 

4. ПЕРЕВОД ОДНОГО СПОСОБА ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

РАСТВОРА В ДРУГОЙ

 

Нужно помнить, что масса растворённого вещества – неизменная и общая для формул любого способа выражения концентрации величина, следовательно, при помощи её и производят перевод.

а) перевод массовой доли растворённого вещества в молярную концентрацию.

	Cм = ω % * ρ *10 (моль/л) М

 

 

б) перевод массовой доли растворённого вещества в молярную концентрацию эквивалента.

	Cн = ω % * ρ *10 (моль/л) М * f

 

РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ: «СПОСОБЫВЫРАЖЕНИЙ

КОНЦЕНТРАЦИЙ РАСТВОРОВ»

Задача № 1.

К 120 мл. раствора с массовой долей NaCl 16 % и плотностью 1,16 г/см³ прилили воду объёмом 80 мл. Рассчитайте ω%, См, Сн полученного раствора.

Дано: Решение:

Vр-ра = 120 мл 1. Находим массу 16 % раствора, зная,

ρ₁ (р-ра) = 1,16 г/см³ что

ω₁ %(NaCl) = 16 % ρ = ^m , m = ρ *V,

V(H₂O) = 80 мл V

ρ₂ = 1,071 г/см³m (р-ра) = 120 *1,16 = 139,2 г.

М(NaCl) = 58,5 г/моль 2. Из формулы: ω % (р.в.) = ^{m (р.в.) *100 %} ,

ω₂ %=? ^{m(р – ра)}

Сн =? определяем m (р.в.) в 16 % растворе:

См =? m (р.в.) = ^{ω1% *m (р-ра)} ,

^100%

m (р.в.) = ^{16 *139,2} = 22,27 г

^{100 %}

3. После прибавления воды масса раствора изменилась, т.к. ρ (Н₂О) = 1 г/см³, то m (р-ра) = 139,2 + 80 = 219,2 г.

4. Находим массовую долю растворённого вещества в новом растворе:

ω₂% =

5. Определяем См, зная формулу перерасчета:

См =

См =

6. Определяем Сн, но т.к. f(NaCl) = 1 и Э = М (NaCl), то

Сн = См = 1,86 н.

Ответ: ω₂% = 10,16%, См = 1,86 М, Сн = 1,86 н.

Задача №2

На нейтрализацию 20 мл 0,2 н раствора соляной кислоты израсходовано 15 мл гидроксида калия. Рассчитайте Сн (КОН).

Дано: Решение:

V(HCl) = 20 мл 1. Зная закон эквивалентов,

C(HCl) = 0,2 н Сн (к-ты) *V(к-ты) = Сн (щ) *V(щ),

V(KOH) = 15 мл находим С(КОН)

Сн (КОН) =

 

Ответ: Сн (КОН) = 0,26 н.