Примеры типовых задач

Задача № 9

Сколько граммов хлороводорода содержится в 250 мл 1 М раствора соляной кислоты?

Задача № 10

Найдите массу AlCl₃, необходимую для приготовления 2 литров 0,5 М раствора.

Задача № 11

Чему равна молярная концентрация раствора, который содержит в 3 л 175,5 г поваренной соли?

Задача № 12

В каком объёме 0,1 М раствора содержится 7,1 г сульфата натрия?

Задача №13

Какую массу кристаллогидрата медного купороса (CuSO₄∙5H₂O) нужно взять для приготовления 1,5 литра 0,8 М раствора сульфата меди (нужно взять для приготовления 1,5 литра 0,8 М раствора сульфата меди (II)?

Задача № 14

Какой объём 0,8 М раствора хлорида калия нужно взять для приготовления 250 мл 0,4 М раствора этой соли?

Задача № 15

Вычислите массовую долю ортофосфорной кислоты в её 5 М растворе.

Задача № 16

Вычислите молярную концентрацию раствора серной кислоты, если массовая доля кислоты в растворе равна 20% (плотность раствора 1,143 г/мл).

Нормальная концентрация (или молярная концентрация эквивалента) (С_н) – это число химических эквивалентов растворённого вещества (n_рв) в 1 литре раствора; C_н = . Единица измерения нормальной концентрации – моль/м³; для практического использования обычно служит кратная единица моль/дм³ или моль/л. В литературе встречаются разные обозначения нормальной концентрации, например для раствора серной кислоты с нормальной концентрацией 0,2 моль/л:

С_н(H₂SO₄) = 0,2 моль/л С_н(H₂SO₄) = 0,2 н

или

0,2 Н раствор H₂SO₄ С(½H₂SO₄) = 0,2 моль/л

Последнее обозначение – рекомендованное; оно показывает, чему равен эквивалент растворённого вещества (в данном случае - ½ моль) и сколько эквивалентов содержится в 1 л раствора.

Если 1 литр раствора содержит 1 моль эквивалента растворённого вещества, то раствор называют нормальным (1Н), если 0,1 моля, то – децинормальным (0,1Н), если 0,01 моль эквивалента, то – сантинормальным (0,01Н) и т.д.

Титр раствора – это масса растворённого вещества содержащееся в 1 мл раствора выраженная в граммах (г/мл). Титр раствора обозначают буквой «Т». Вычисляют титр по формуле:

Т =

Например, титр децинормального раствора серной кислоты равен:

Т = = 0,0049 г/мл

∙

Примеры типовых задач

Задача № 17

Сколько граммов азотной кислоты содержится в 300 мл 0,2 Н раствора?

Задача №18

Сколько миллилитров 0,5 Н раствора BaCl₂ можно приготовить из 24,4 г кристаллогидрата BaCl₂∙2Н₂О?

Задача № 19

Сколько миллилитров 0,1 Н H₃PO₄ можно приготовить из 80 мл 0,75 Н раствора той же _{кислоты}?

Задача № 20

Чему равна нормальная концентрация 20%-ного раствора хлороводородной кислоты, если плотность раствора равна 1,10 г/мл?

Полезно знать ещё следующие способы выражения концентрации раствора, которые могут встретиться при изучении курса химии.

Моляльность (С_М) – число молей растворённого вещества (n_рв) в 1 кг растворителя; С_М = , где масса растворителя выражается в кг.

Мольная доля (χ) – это отношение числа молей растворённого вещества (n_рв) к суммарному числу молей растворителя и растворённого вещества;

χ = ,

где n_р – число молей растворителя.

По содержанию растворённого вещества растворы можно разделить на три типа:

Насыщенный раствор некоторого вещества А содержит максимально возможное (при заданных) условиях) количество этого вещества в растворённом виде. Насыщенный раствор вещества А может находиться в равновесии с фазой чистого вещества А. Так, если к насыщенному водному раствору хлорида калия добавить порцию твёрдого KCl, то никакого переноса вещества между фазами раствора и твёрдого KCl происходить не будет, т.е. обе фазы будут находиться в равновесии. Концентрацию насыщенного раствора некоторого вещества называют растворимостью этого вещества (обычно выражается числом граммов вещества А в 100 г растворителя при данной температуре).

Ненасыщенный раствор содержит вещества А меньше, чем такой же насыщенный раствор этого вещества. Поэтому при контакте ненасыщенного раствора с фазой чистого вещества А происходит его дополнительное растворение вплоть до образования насыщенного раствора.

Пересыщенный раствор содержит вещества А в растворённом виде больше, чем насыщенный раствор. Пересыщенный раствор неустойчив: при его контакте с фазой чистого вещества А избыток этого вещества будет выделяться до тех пор, пока не будет достигнута концентрация насыщенного раствора.

Растворимость является важной характеристикой химических веществ, поскольку подавляющее большинство химических превращений с их участием наиболее эффективно протекает именно в растворах. Растворимость химического вещества зависит от химической природы (т.е. от элементного состава и химического строения) как самого вещества, так и растворителя. При одних и тех же условиях растворимость одного и того же вещества в разных растворителях различна.

Влияние природы компонентов на растворимость довольно точно отражено в старинном правиле: «подобное растворяется в подобном». Растворимость тем выше, чем ближе друг к другу растворитель и растворяемое вещество по природе химических связей. В этом случае химические связи наиболее легко перераспределяются при образовании раствора. Поэтому вещества с ионным или полярным типом связи (например, неорганические соли) легче растворяются в полярных растворителях (например, в воде), а вещества с неполярным типом связи (йод, сера) – в неполярных или малополярных растворителях (бензин, сероуглерод). Например, при комнатной температуре концентрация насыщенного раствора хлорида натрия в воде достигает 26,3%, в метаноле – 1,4%, а в этаноле не превышает 0,1%. На таких закономерностях основан важный практический способ разделения и извлечения отдельных веществ, называемый экстракцией. Классический пример – быстрая и практически полная экстракция (извлечение) неполярного йода происходит при встряхивании йодной воды (раствор неполярного йода в полярном растворителе – воде) с небольшим количеством неполярного экстрагента – сероуглерода (СS₂). Сероуглерод практически не смешивается с водой, тогда как йод в нём хорошо растворяется. После установления равновесия в воде остаются лишь следы йода. Экстракция имеет большое значение в технике и в химическом анализе.

Влияние сродства какого-либо вещества к одному из компонентов раствора хорошо видно из следующего примера. При добавлении этанола к солёной воде (водному раствору хлорида натрия) из раствора выделяется некоторое количество соли. Этот эффект называется высаливанием. Аналогично вода легко «высаливает» камфору из этанольного раствора, что объясняется высоким взаимным сродством этанола и воды.

Влияние внешних условий – температуры и давления – на образование растворов и их свойства наиболее ярко проявляется при растворении газов в жидких и твёрдых фазах. При этом влияние давления обусловливается уменьшением общего объёма системы при образовании раствора, а влияние температуры – знаком и величиной энергетического эффекта процесса растворения. Поскольку растворение газов в жидкостях и твёрдых телах сопровождается уменьшением объёма системы, рост давления благоприятствует растворению газов в жидкостях и твёрдых веществах и способствует увеличению концентрации раствора. Во многих случаях выполняется закон Генри:

Растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению.

При растворении газа в жидкости выделяется теплота. Ясно, что отвод тепла в этом случае (понижение температуры) будет благоприятствовать повышению растворимости. Если вместо жидкого растворителя взять кристаллическое вещество, то тепловой эффект процесса растворения будет иметь противоположный знак (разрушение или искажение кристаллической структуры энергетически невыгодно), что и обусловливает увеличение растворимости газов в кристаллах с ростом температуры.