Способы выражения состава раствора

11 12 13 14 15 16 17

Основные понятия и определения.

Количество вещества n – это число молей данного вещества.

m(г) – масса растворенного вещества, М – молярная масса вещества.

Моль – количество вещества (в граммах), численно равное молекулярной

массе вещества. (1 моль воды Н₂О – 18 граммов).

Плотность раствора [г/мл], m(г) – масса раствора, V(мл) – объем

раствора. ρ [мг/дм³] = ρ[г/м³]

2.2.1 Массовая доля δ растворенного вещества В – отношение массы вещества к массе раствора: m - масса растворенного вещества; m(R) масса раствора; т.к. масса раствора m(R) = m + m(RS), где m(RS) – масса растворенного вещества, следовательно . Если известна плотность раствора ρ(г/мл), тогда масса раствора m(R) = ρ×V, масса растворенного вещества m(B) = δ×ρ×V

Если плотность раствора не указана, можно считать, что ρ = 1(г/мл)

Задача.: Вычислить массовую долю азотнокислого аммония NH₄NO₃,

если в 230 г воды растворили 20 г соли.

Решение: масса растворенного вещества m(B) = 20 г, масса раствора

m(R) = 230 + 20 = 250 г, δ = 20/250 = 0,08.

Задача. Вычислить массу сульфата натрия Na₂SO₄ в растворе объемом

0,2 л с δ = 0,1 и ρ = 1,05(г/мл) = 1050 (г/л).

Решение: m = δ×ρ×V = 0,1×1050×0,2 = 21г.

2.2.2. Процентное содержание вещества в растворе ω% = δ×100%

Задача: приготовить 60 г 40% раствора сернокислого железа FeSO₄.

Решение: в 100 г раствора должно содержаться 40 г FeSO₄. Составляем пропорцию: раствор вещество

100 г ------ 40 г (Fe SO₄)

60 г ------ х г х = 24 г.

Для приготовления 60 г раствора надо взять 24 г соли и 60 – 24 = 36 г воды.

Задача. Из 60% раствора серной кислоты и 10% раствора серной кислоты приготовить 5 л 40% раствор кислоты.

Решение: если I раствора взять х(л), II раствора у(л), тогда кислоты в растворе будет δ₁×х + δ₂×у, объем раствора (х + у) литров. ; по условию

δ = 0,4, следовательно, , 2х = 3у и х + у = 5; у = 2л, х = 3л.

2.2.3. Мольная доля χ(В) растворенного вещества – отношение количества

растворенного вещества (в молях) к суммарному числу молей в растворе,

с учетом числа молей растворителя.

Задача: определить мольную долю ионов Na⁺ в растворе, если 29 г

NaCl растворили в 360 г воды.

Решение: NaCl = Na⁺ + Cl^–; при растворении одного моля соли в растворе будет 1моль ионов натрия и 1моль ионов хлора. 29 г соли это 29/58 = 0,5 моля соли, следовательно, в растворе будет 0,5 моля Na⁺, 0,5 моля Cl^– и 360/18 = 20 молей воды. χ(Na⁺) = 0,5/(0,5 + 0,5 + 20) ≈ 0,024.

2.2.4. Молярная концентрация вещества в растворе – это отношение

количества растворенного вещества к объему раствора, С_в = n_В/V_r;

n_В– число молей растворенного вещества, V_r – объем раствора в литрах.

Т.к. [C] = моль/литр, [m] = г, [V] = литр, М – молярная масса растворенного вещества. Если [V] = мл, тогда

масса растворенного вещества , если [V] = мл.

Запись 2М H₂SO₄ означает раствор, в каждом литре которого содержится 2 моля

серной кислоты, т.е. 2×98 = 196 г кислоты.

Задача. Вычислить молярную концентрацию раствора серной кислоты,

H₂SO₄, если плотность раствора ρ = 1176 (г/л) и массовая доля

кислоты в растворе δ = 0,25.

Решение: масса кислоты в растворе m = ρ×δ×V;

Задача. Какой объем раствора с ω = 9,3% серной кислоты с ρ = 1,05 (г/мл)

потребуется, чтобы приготовить 0,35М раствор кислоты объемом 40 мл.

Решение: V_ωρ×ω = V_CC×M; V_ω = мл.

Задача. Сколько мл 0,1М раствора KMnO₄ надо взять, чтобы приготовить

120 мл 0,02М раствор.

Решение: чтобы приготовить 120 мл 0,02М раствора, надо взять m = C×V×M граммов соли. В исходном растворе соли m_о = C_о×V_о×M. По условию задачи

m = m_о, следовательно C×V×M = C_о×V_о×M; = 24 мл.

Для приготовления раствора надо взять 24 мл исходного раствора и

добавить 120 – 24 = 96 г воды.

2.2.5. Моляльная концентрация вещества в растворе C_m – это отношение

количества растворенного вещества в 1 кг растворителя: если n – число молей растворенного вещества, тогда и ; m – масса растворённого вещества в граммах, М – молярная масса растворенного вещества, g – масса растворителя в граммах. Если ρ – плотность растворителя, V – объем растворителя, тогда масса растворителя g =ρV и

; [ρ] = г/л, [V] = л., [m] = грамм.

2.2.6. Нормальная концентрация или нормальность раствора - это количество эквивалентов n_экв растворенного вещества в 1 литре раствора: С_н = n_экв/V; [V] = литр. Нормальная концентрация обозначается С_н или H. Запись 2H(H₂SO₄) означает раствор серной кислоты, в каждом литре которого содержится 2 молярных массы эквивалентов серной кислоты.

Так как количество эквивалентов растворенного вещества n_экв = m/М_экв, m – масса растворенного вещества в граммах, М_экв – молярная масса эквивалента растворенного вещества, [М_экв] = г/моль, получим: нормальная концентрация вещества в растворе C_n = (m/М_экв)/V

Замечание: параллельно с понятием молярная масса эквивалента вещества, используется понятие грамм – эквивалент вещества.

Эквивалентом называется весовое количество вещества, взаимодействующее без остатка с одной (точнее с 1,008) весовой частью водорода или с восемью частями кислорода. Эквивалент водорода равен 1, кислорода 8.

Вычисление молярной массы эквивалента вещества (М_экв)

Молярная масса эквивалентов кислорода О₂ М_экв = 8, молярная масса эквивалентов водорода равна М_экв = 1

Молярная масса эквивалентов иона равна атомной массе элемента деленной на заряд иона. Например, М_экв(Ca²⁺) = 40/2 =20

Молярная масса эквивалентов элемента в составе гидрида равна молекулярной массе элемента деленной на число атомов водорода в химической формуле гидрида. Например, М _экв (Cl) в HCl равна 34,5/1 = 34,5 г/моль, М _экв (N) в NH₃ равна 14/3, М _экв (С) в СН₄ равна 12/4 = 3

Молярная масса эквивалентов элемента в составе окисла равна молярной массе элемента деленной на степень окисления элемента в химической формуле окисла. Например, М _экв (Cu) в Cu₂O равна 63,5/1 = 64,5 г/моль, М _экв (Cu) в CuO равна 63,5/2 = 31,75 г/моль.

Молярная масса эквивалентов окисла М_экв = A/s + 8 A – атомный вес элемента в составе окисла, s – степень окисления элемента в окисле. Например, М_экв(N₂O) = 14/1 + 8 = 22(г/моль), М_экв(N₂O₃) = 14/3 + 8 = 38/3 (г/моль), М_экв(Fe₂O₃) = (г/моль); М_экв(СО₂) = 12/4 + 8 = 11(г/моль).

Молярная масса эквивалентов кислоты равна молярной массе кислоты, деленной на число атомов водорода, которые замещаются в данной реакции, на основность кислоты. Например, М_экв серной кислоты в реакции H₂SO₄ + Zn = ZnSO₄ + H₂ равна 98/2 = 49(г/моль); М_экв серной кислоты в реакции H₂SO₄ + NaCl = NaHSO₄ + HCl равна 98/1 = 98(г/моль)[замещается только один атом водорода].

Молярная масса эквивалентов основания равна молярной массе основания, деленной на число гидроксильных групп: М_экв (NaOH) = 40/1 = 40(г/моль).

Молярная масса эквивалентов соли равна молярной массе соли, деленной на произведение валентности металла в составе соли на число атомов металла в составе соли. Например: М_экв (BaSO₄) = (г/моль), М_экв (Al₂(SO₄)₃) = ; в 1Н растворе соли должно содержаться 57 г Al₂(SO₄)₃ в одном литре раствора. В рассмотренных примерах мы считаем, что все атомы металла замещаются атомами водорода. Но это совсем необязательно. Например, молярная масса эквивалентов фосфата натрия Na₃PO₄ в реакции Na₃PO₄ + 2HCl = NaH₂PO₄ + 2NaCl М _экв = 164/2, т.к. в реакции замещаются 2 атома натрия.