Способы выражения состава раствора

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 13Следующая ⇒

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.

В случае кристаллогидратов при расчете эквивалента соли следует учитывать кристаллизационную воду. Например, М_экв (CaCl₂•6H₂O) =

(г/моль) [валентность кальция 2, число атомов кальция 1].

а) Закон эквивалентов утверждает, что массы вступивших в реакцию веществ

  пропорциональны их эквивалентам,  где m₁, m₂ и Э₁ и Э₂ – массы и

 эквиваленты взаимодействующих веществ соответственно.

б) Решение задач с использованием закона эквивалентов

в) Закон эквивалентов можно записать по- другому: V₁×H₁ = V₂×H₂,

       где V и Н – объём и нормальная концентрация реагентов.

Задача. При восстановлении водородом 0,646 г оксида металла образовалось

          0,162 г воды. Записать химическую формулу оксида.

Решение: в 0,162 г воды кислорода содержится 0,144 г. Такое количество

кислорода потребовалось для образования 0,646 г оксида, следовательно,

металла в оксиде 0,646 – 0,144 = 0,502 г. Закон эквивалентов: ,

; эквивалент металла в оксиде Э₁ = 27,89. Это соответствует

               химической формуле оксида FeO.

Пользуясь растворами, концентрация которых выражена нормальностьюН, легко рассчитать в каких объемных отношениях они должны быть смешаны, чтобы растворенные вещества прореагировали без остатка. Пусть V₁ литров раствора вещества 1 с концентрацией Н₁ реагирует с V₂ л раствора вещества 2 с концентрацией Н₂. Чтобы вещества прореагировали без остатка, Н₁×V₁ = Н₂×V₂.

Задача: Определить концентрацию серной кислоты H₂SO₄, если для нейтрализации 60 мл кислоты потребовалось 20 мл 0,3Н раствора щелочи.

Решение: так как вещества реагируют в эквивалентных количествах, получим: Н₁×60 = 0,3×20 Н₁ = 0,1. Ответ: концентрация серной кислоты равна 0,1Н.

Задача.  Вычислить молярную концентрацию раствора C_m, если к 1,5Н

раствору щелочи NaOH объемом 1,2 литра добавить 0,4 литра 0,6Н

раствора щелочи.

Решение: 1,5Н концентрация щелочи равна 1,5/1 = 1,5(моль/л), аналогично 0,6Н = 0,6М. Следовательно, = 1,275 (моль/л).

Задача. Вычислить нормальную, молярную и процентную концентрации

раствора, если в растворе объемом 400 мл растворили 10,4 г фосфата

кальция, Ca₃(PO₄)₂, M(Ca₃(PO₄)₂ = 310; плотность раствора ρ = 1,04(г/мл).

Решение: молярная масса эквивалентов соли Мэкв = 310/(2×3) ≈ 52

0,5(моль/л);  0,08 (моль/л)

ω% = .

2.2.7. Концентрация, выражаемая титром. Титром называется число граммов  растворенного вещества в 1 мл раствора; титр обозначается буквой Т; [Т] = г/мл; Т = m/V, m – масса растворенного вещества в граммах,

V – объем раствора в мл или см³.

Задача: определить моляльность, нормальность и титр 40% раствора

             серной кислоты H₂SO₄, имеющей плотность ρ = 1,307 г/мл.

Решение: воспользуемся формулой для пересчета концентраций:

δ×ρ = С×М; ; С = 5,33(моль/л). Для серной кислоты Н = 2С = 10,66 (моль/л).  Титр – это число граммов кислоты в 1 мл; т.к. у нас кислоты 5,33 моля, а это  5,55×98 = 522,34 г в 1 литре; Т = 522,34/1000 = 0,52234 г/мл.

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология