3.7 Растворы. Способы выражения концентрации растворов. Свойства растворов неэлектролитов.

Растворы – это гомогенные (однородные) системы, состоящие из двух или более компонентов и продуктов их взаимодействия. Наибольшее значение имеют жидкие растворы, важнейшей характеристикой которых является концентрация. Концентрация раствора – это содержание растворенного вещества в определенной массе или объеме раствора или растворителя.

Существуют различные способы численного выражения концентрации растворов.

1. Массовая доля вещества (ω_в) – это масса растворенного вещества, содержащаяся в 100г раствора. Рассчитывается как отношение массы растворенного вещества к массе раствора.

2. Молярная концентрация – это число молей растворенного вещества, содержащегося в 1 литре раствора; рассчитывается как отношение количества растворенного вещества к объёму раствора.

или

3. Эквивалентная или нормальная концентрация – это число эквивалентов растворенного вещества, содержащееся в 1 л раствора. Рассчитывается как отношение числа эквивалентов растворенного вещества к объёму раствора.

или

где

4. Моляльная концентрация – это число молей растворенного вещества, приходящееся на 1 кг растворителя. Рассчитывайте как отношение количества растворенного вещества к массе растворителя

или ,

При решении задач необходимо помнить закон эквивалентов, выражающийся формулой:

,

Вещества, распадающиеся в растворах или расплавах на ионы, а потому проводящие электрический ток, называются электролитами. Вещества, которые в тех же условиях на ионы не распадаются и не проводят электрический ток, называются неэлектролитами. К электролитам относятся кислоты, растворимые основания и соли, к неэлектролитам – большинство органических соединений. Разбавленные растворы неэлектролитов обладают рядом свойств, которые делают их похожими на идеальные газы. Это сходство голландский химик Вант – Гофф выразил в виде закона: осмотическое давление разбавленного раствора неэлектролита равно тому газовому давлению, которое производило бы растворенное вещество, если бы оно при той же температуре находилось в газообразном состоянии и занимало объём, равный объёму раствора.

Π = С_М ∙ R ∙ T

где П – осмотическое давление;

С_M – концентрация раствора в моль/л;

R – универсальная газовая постоянная;

Т – абсолютная температура.

Зависимость между понижением температуры кристаллизации и повышением температуры кипения от концентрации раствора неэлектролита определяется законом Рауля.

∆ t _крист = К ∙ С_m или ∆ t _кр = К ∙

∆ t _кип = Е ∙ С_m или ∆ t _кип = Е

где К – криоскопическая постоянная растворителя;

Е – эбуллиоскопическая постоянная растворителя;

С_m – моляльная концентрация растворенного вещества,

m₁ – масса неэлектролита,

m₂ – масса растворителя.

Примеры решения задач

Пример 1 Какой объем 96% серной кислоты плотностью ρ = 1,84 г/мл и какую массу воды надо взять для приготовления 100 мл 15% раствора Н₂SO₄ плотностью 1,1 г/мл.

Д ано : Решение:

ω₁ (Н₂SO₄) = 96%; 1) Определим массу 100 мл 15% р-ра Н₂SO₄.

ρ₁ = 1,84г/мл; m_{2 р-ра} = V₂ ∙ ρ₂ = 100 мл ∙ 1,1 г/мл = 110 г;

V₂(р-ра Н₂SO₄) = 100мл; 2) Определим массу безводной серной

ω₂ (Н₂SO₄) = 15% кислоты, содержащейся в 110 г раствора.

ρ ₂ = 1,1 г/мл; m (Н₂SО₄) = ω₂ (Н₂SO₄)∙m_{2 р-ра} =

= 0,15 ∙ 110 г =16,5 г.

V₁(р-ра Н₂SO₄) = ? 3) Теперь определим массу 96% серной

кислоты, содержащей 16,5 г безводной.

m (Н₂SО₄) ∙ 100% 16,5 г ∙ 100%

m _{1 (р-ра)} = = = 17,2 г

ω₂ (Н₂SO₄) 96%

4) Рассчитаем объём раствора 96% серной кислоты

m_{1 р-ра} 17,2 г

V _{1 р-ра} Н₂SO₄ = = = 9,32 мл

ρ_{1 р-ра} 1,84 г/мл

Ответ: V₁(р-ра Н₂SO₄) =9,32 мл.

Пример 2 Найти молярную, нормальную и моляльную концентрации 15% раствора серной кислоты (р = 1,1 г/мл)

Дано: ω (Н2SO4) = 15%		Решение:
См = ? Сн = ? Сm = ?		1) Рассчитаем моляльную концентрацию раствора. 15 г Н2SO4 приходится на 85 г Н2О х г Н2SO4 приходится на 1000 г
	2) Для расчета молярной и нормальной концентрации найдем массу серной кислоты, содержащейся в 1000 мл раствора. m (Н2SО4) = ω (Н2SO4) ∙ V(р-ра) ∙ p(р-ра) = 0,15 ∙ 1000 мл ∙ 1,1 г/мл = 165 г М(Н2SO4)=98 г/моль ;

Пример 3 Для нейтрализации 30 мл 0,1 н раствора щелочи потребовалось 12 мл раствора кислоты. Определите нормальную концентрацию кислоты.

Дано: Vщ = 30 мл Сн щ = 0,1моль/л Vк = 12 мл	Решение: Вещества взаимодействуют в эквивалентных количествах, поэтому
Сн к = ?

Контрольные задания

61. Вычислите молярную, эквивалентную и моляльную концентрации 20% раствора соляной кислоты плотностью 1,16 г/см³.

62. Вычислите массовую долю Н₂SО₄ в её 5 м растворе плотностью 1,29 г/см³.

63. К 25 мл серной кислоты с ω (Н₂SO₄) = 0,98, плотностью 1,84 г/см³ прибавили 100 мл воды. Рассчитайте массовую долю серной кислоты в новом растворе и его молярную концентрацию, если его ρ = 1,23 г/см³.

64. Сколько граммов BaSO₄ выпадет в осадок, если к 50 мл 0,2 м раствора Н₂SО₄ прилили избыток ВаCl₂?

65. Сколько граммов NaNO₃ нужно растворить в 500 г воды, чтобы получить 15 % раствор?

66. Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего 16 г сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ в 350 г воды при 293 ⁰К. Плотность раствора считать равной единице.

67. Сколько граммов сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ надо растворить в 100 г воды, чтобы: а) понизить температуру кристаллизации на 1 ⁰С; б) повысить температуру кипения на 1 ⁰С. (КН₂О = 1,86; ЕН₂О = 0,52 ⁰)

68. Температура кипения водного раствора сахарозы равна 101,4 ⁰С. вычислить моляльную концентрацию сахарозы в растворе.

69. Вычислите температуру кристаллизации водного раствора мочевины, содержащего 5 г (NH₄)₂CO в 150 г воды. КН₂О = 1,86.

70. Какая масса хлорида калия потребуется для приготовления 5 л 0,2 м раствора плотностью 1,001 г/мл.