кафедра физической химии СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
Жидкие растворы
Решение типовых задач
Основные понятия и определения
Раствор – это гомогенная система, в которой одно вещество равномерно распределено в среде другого вещества (или других веществ) [1].
Раствор – это гомогенная система переменного состава, состоящая как минимум из двух компонентов [2].
Раствор – это гомогенная смесь, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.
*гомогенная – однофазная – однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно, т.е. атомы, молекулы или ионы растворенного вещества равномерно распределены в среде
растворителя; |
2 |
|
Основные понятия и определения
Растворитель – компонент, структуру которого принимает раствор.
Растворителем считают компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора, либо преобладающий в растворе компонент в случае одинакового агрегатного состояния компонентов.
Остальные составляющие раствора – растворенные вещества.
Различают газообразные, жидкие и твердые растворы
Жидкий раствор – это жидкая фаза переменного состава; гомогенная система, образующаяся при растворении газообразных, жидких и твердых веществ в жидком растворителе.
3
Основные понятия и определения
Концентрация – относительное количество компонентов в растворе.
Способы выражения концентрации:
•массовая доля растворенного вещества – ω;
•мольная (молярная) доля растворенного вещества –
χ;
•молярная концентрация (молярность) – CM ;
•нормальная (эквивалентная) концентрация – Cн ;
•моляльная концентрация (моляльность) – Cm ;
• |
титр |
Т |
|
|
– ; |
4 |
|
|
|
|
Способы выражения концентрации
массовая доля растворенного вещества –
отношение массы растворенного вещества (mр.в.) к |
|||||
Например: |
ω= |
р ра |
|
ω= |
р ра ∙100% |
|
|
в |
): |
|
рв |
массе |
раствора(m |
|
m . . |
||
|
m . . p-илиpa |
|
|||
•раствор гидроксидаmнатрия |
с массовой долейm 0.1 (или 10%-й раствор) – |
||||
это такой раствор, в 100 г которого содержится 10 г гидроксида натрия
(NaOH) и 90 г воды;
•15 % раствор хлорида натрия – это такой раствор, в 100 г которого
содержится 15 г NaCl и 85 г воды.
мольная (молярная) доля растворенного вещества
– отношение числа молей (количества) растворенного вещества (νр.в.) к общему числу
молей всех веществ, имеющихся в растворе:
χ= рв νр.в.р ля |
или χ= рв νр.в.р ля ∙100% |
5 |
ν . . + ν |
ν . . + ν |
|
Способы выражения концентрации
молярная концентрация (молярность) –
количество растворенного вещества (νр.в.) в 1 |
||||
Например М |
=2 |
4 |
|
моль или М |
литре раствора: |
νр.в. |
|||
|
M |
V |
|
л |
|
р ра |
|||
: 2 |
раствор H SO |
обозначает раствор, молярная |
||
концентрация которого СМ=2моль/л, и значит, что в 1 литре раствора серной кислоты содержится 2 моль (или 196 г) H2SO4.
Равновесную молярную концентрацию принято обозначать в
квадратных скобках, например: [H+] = 10–3 моль/л; [HCN]=0.1 моль/л
нормальная (эквивалентная) концентрация
(нормальность) – количество эквивалентов |
||||||
растворенного вещества (νЭр. .) в 1 литре раствора: |
||||||
Например |
н |
= |
2 4 |
|
. |
|
|
|
н |
νЭр.в. |
моль экв или н |
|
|
|
|
|
V |
л |
|
|
|
|
|
р ра |
|
|
|
: 2 |
|
. раствор H SO |
обозначает раствор, нормальная |
|
||
концентрация которого Сн=2моль-экв/л, и значит, что в 1 литре |
6 |
|||||
раствора серной кислоты содержится 2 эквивалента (или 98 г) H2SO4. |
|
|||||
Способы выражения концентрации
моляльная концентрация (моляльность) –
количество растворенного |
вещества |
(ν ), |
|||
= |
|
р ля |
кгр ля |
р.в. |
|
приходящееся на 1 |
кг растворителя: |
||||
|
|
νр.в. |
моль |
|
|
|
m |
|
|
|
|
Например: раствор H2SO4, моляльная концентрация которого Сm=2моль/кг, означает раствор серной кислоты, в котором на 1 кг (1000г) воды приходится 2 моля (или 196 г) H2SO4.
титр – определяется массой растворенного
вещества в г, содержащегося в 1 мл раствора: |
|||||||||
Т |
= |
mр.в. |
|
г |
|
|
|
|
|
|
р ра |
мл |
|
что в |
|
мл раствора |
|||
Например: титр раствора H2SO4V − |
г мл значит |
|
|
||||||
|
|
– 0.196 |
/ |
, |
|
, |
|
1 |
|
содержится 0.196 г H2SO4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
ЗАДАЧИ НА ПЕРЕСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИЙ, ПРИГОТОВЛЕНИЕ И РАЗБАВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ
8
Задача 1
Определите молярную и нормальную концентрации, титр и моляльность 15.0 %-го раствора H2SO4, плотность которого 1.102 г/см3.
|
|
|
! |
растворенное вещество – |
|
|||||
|
|
|
|
H2SO4 |
|
|
|
|||
Дано: |
|
растворитель – вода |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ω(H2SO4) = 15.0 % |
М(H2SO4) = 98 г/моль |
|
||||||||
|
р-ра |
|
|
|
Э |
|
|
|
M H2SO4 |
= |
Найти: CM, Cн, Т, Cm– ? |
M H2SO4 |
|
= основностькислоты |
|||||||
ρ |
|
= 1.102 |
г/см3 |
|
|
|
98 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
г |
|
||
|
|
|
|
|
|
2 |
= 49 моль экв |
9 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Основные формулы:
ω=mmр.в. ∙100 [%]
M=рVраνрр.рав. мольл
н =VνЭррра.в. мольлэкв=mνрр.вля. кгмольрля
Т=Vmррра.в. млг
ν=m; ν = m M M m =m.Э.+mЭ
mрррара =ρрррав ∙ ррарля
|
|
|
Задача 1. Решение |
|||||||||||||||||||||||||
|
Дано: |
|
|
|
|
|
|
|
(вариант 1) |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение: |
|||||||||||||
|
ω(H2SO4) = 15.0 % |
|
|
|
|
Чтобы при |
|
|
||||||||||||||||||||
|
ρр-ра = 1.102 г/см3 |
|
|
|
|
вычислениях не |
||||||||||||||||||||||
|
М(H2SO4) = 98 г/моль |
ошибиться в |
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
: C , C , |
|
|
|
|
|
|
|
гm |
=100 |
г,тогда |
|
|
, возьмем |
||||||||||
|
|
|
, C –M? |
|
н |
|
|
|
|
|
размерностях |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
mр.в. |
=15 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Найти |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
=0.085кг |
|
|
||||||
|
|
|
Т |
|
m |
|
|
|
|
р ра |
|
|
|
|
100 |
|
|
mрля=85г |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
р ра |
= |
m |
= |
|
|
|
|
мл |
|
|
|
|
|
л |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р ра |
1.102 |
= 90.74 |
|
|
= 0.09074 |
||||||||||||||
M = |
рв |
= |
|
|
рв |
ρ |
|
|
|
|
|
= 1.69 |
моль л |
|||||||||||||||
. . |
рв |
|
. . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
р ра |
|
р ра = |
98 ∙0.09074 |
|
|
|
/ |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
V |
|
|
|
M . . |
∙V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
н |
|
νЭр.в. |
= |
|
mр.в. |
р ра = |
|
|
|
15 |
|
|
= 3.37 |
моль экв л |
||||||||||||||
= |
р ра |
Эрв |
|
|
49 ∙0.09074 |
|
|
/ |
||||||||||||||||||||
|
|
|
V |
|
|
|
M |
. . ∙V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
νр.в. |
|
|
|
|
mр.в. |
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
моль |
|
|
|||||||
= р ля = |
рв |
|
р ля = |
|
98∙0.085 |
= 1.80кг |
H2O |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
m |
|
|
|
M . . ∙m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Т |
= |
mр.в. |
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
г мл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
||||
|
|
р ра = |
90.74 |
|
= 0.1653 / |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||