Лабораторная работа № 5

ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ ЗАДАННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

 

Теоретическая часть

 

Растворами называются (гомогенные) системы, состоящие из двух и более компонентов.

Из определения понятия «растворы» следует, что они, как минимум являются двухкомпонентными системами. Тот компонент, который количественно преобладает и находится в том же агрегатном состоянии, что и образующийся раствор, называется растворителем. Таким образом, растворы можно рассматривать как системы, не имеющие строго определенного состава. Основным признаком, характеризующим растворы, является их однородность, поэтому они больше напоминают химические соединения и отличаются от механических смесей.

Важной характеристикой растворов является концентрация. Концентрацией раствора называется количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или растворителя.

В таблице 5 приведены употребляемые в химии способы выражения концентраций.

При взаимодействии двух различных веществ эквивалентная масса одного из них реагирует с эквивалентной массой другого. Растворы различных веществ одной и той же нормальности содержат в равных объемах одинаковое число эквивалентной массы растворенного вещества. Отсюда следует, что такие растворы реагируют между собой в одинаковых объемах. Например, для нейтрализации 1 л 0,05 н. раствора соляной кислоты требуется затратить 1 л 0,05 н. раствора гидроксида натрия. При этом растворы разной нормальности реагируют между собой в объемах, обратно пропорциональных их нормальностям:

.

Зная нормальность одного из двух реагирующих растворов и объемы, в которых оба раствора эквивалентны между собой, легко определить нормальность другого раствора.

Таблица 5
Способы выражения концентраций
Способ выражения концентрации	Определение
Процентная концентрация по массе (ω)	Число единиц массы растворенного вещества, содержащихся в 100 единицах массы раствора; например, ω = 32,5 % (масс). Зависимость между процентной концентрацией раствора ω %, массой растворенного вещества А и массой растворителя В выражается формулой: .
Молярная концентрация или молярность (См)	Число молей растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора; например, См = 1,5 моль/л. Чтобы вычислить молярность См раствора, нужно число граммов арастворенного в 1 л раствора вещества разделить на его молярную массу М. Молярность раствора можно определить по формуле: .
Моляльная концентрация или моляльность (m)	Число молей растворенного вещества, приходящегося на 1 кг растворителя; например, m = 1,5 моля на 1000 г Н2О. Чтобы вычислить моляльность mраствора, нужно число граммов А растворенного в 1 кграстворителя В разделить на его молярную массу М. Моляльность можно определить по формуле: .
Эквивалентная концентрация или нормальность (Сн)	Число эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора; например, Сн = 0,75 н. Если навеска аисходного вещества растворена в 1 л раствора (V = 1 л), то нормальность: , Э – эквивалентная масса растворенного вещества. Эквивалентную массу можно определить по формулам: Простого вещества: , М – молярная масса; Оксида: , М – молярная масса оксида,n – число атомов элемента; Кислоты: , М – молярная масса кислоты; Основания: , М – молярная масса основания; Соли: , М – молярная масса соли,n – число атомов элемента. Если навеска растворена в миллилитрах, то: .
Мольная доля: растворенного вещества (N2), растворителя (N1)	Отношение числа молей растворенного вещества (n2) к сумме числа молей растворителя (n1) и растворенного вещества: . Отношение числа молей растворителя к сумме числа молей растворителя и растворенного вещества: .
Титр (Т)	Число граммов растворенного вещества в 1 миллилитре раствора.

 

Пример 1. Найти массы воды и медного купороса CuSO₄·H₂O, необходимые для приготовления 1 л раствора, содержащего 8 % безводной соли. Плотность 8 % раствора CuSO₄ равна 1,084 г/мл.

Решение: Масса 1 л полученного раствора будет составлять 1,084·1000 = 1084 г. В этом растворе должно содержаться 8 % безводной соли, т. е. 1084·0,08 = 86,7 г. Массу CuSO₄·5H₂O (мольная масса 249,7 г/моль), содержащую 86,7 г безводной соли (мольная масса 159,6 г/моль), найдем из пропорции:

249,7:159,6 = х: 86,7;

х = 135,6 г.

Необходимая для приготовления раствора масса воды составит: 1084·135,6 = 948,4 г.

 

Пример 2. Какой объем 96 %-ной серной кислоты (плотностью 1,84 г/мл) и какую массу воды нужно взять для приготовления 100 мл 15 % раствора H₂SO₄ (плотностью 1,10 г/мл).

Решение: Найдем массу 100 мл 15 % раствора H₂SO₄. Она составляет 100·1,10 = 110 г.

Масса H₂SO₄, содержащаяся в 110 г этого раствора, равна 15·110/100 =16,5 г.

Теперь найдем объем 96 % раствора, содержащего 16,5 г H₂SO₄. 1 мл раствора с массой 1,84 г содержит 1,84·0,96 = 1,77 г H₂SO₄. Следовательно, искомый объем исходного раствора H₂SO₄ равен 16,5/1,77 = 9,32 мл.

Итак, для приготовления 100 мл 15 % раствора требуется 9,32 мл 96 % раствора и 110 – 16,5 = 93,5 г H₂O.

Пример 3. Найти моляльность, нормальность и молярностъ 15 % раствора H₂SO₄ (ρ = 1,10 г/мл).

Решение: Для вычисления моляльности найдем сначала массу серной кислоты, приходящуюся на 1000 г воды:

1000:85 = X:15;

X = (15·1000)/ 85 = 176,5 г.

Молярная масса равна 98 г/моль; следовательно, m = 176,5/98 = 1,80 моля на 1000 г.

Для расчета нормальности и молярности раствора найдем массу серной кислоты, содержащуюся в 1000 мл (т. е. в 1000·1,1 = 1100 г) раствора:

1100:100 = у:15;

у = (1100·15)/100 = 165 г.

Эквивалентная масса серной кислоты равна 49 г/моль.

Следовательно, С_н = 165/40 = 3,3 н. и С_м = 1,68 моль/л.