4.2. Способы выражения состава растворов

Массовая доля ω(в) растворённого вещества «В» —отношение массы растворённого вещества m(в) к сумме масс растворённого вещества и растворителя, чаще всего, воды (т.е. к массе раствора):

(в) =

Массовая доля растворённого вещества выражается в долях или в %%( процентное содержание). Например, раствор с массовой долей серной кислоты ω(H₂SO₄)=0,2(т.е.20%) может быть обозначен как 20% - раствор серной кислоты.

В биологии и медицине также часто используют мг% и мкг%. Число мг% показывает, сколько мг растворённого вещества содержится в 100 г раствора. Число мкг% показывает, сколько мкг растворённого вещества содержится в 100 г раствора. Содержание растворённого вещества в мг% и мкг% применяют для характеристики очень разбавленных растворов. Например, массовая доля раствора глюкозы равна 0,001% или 1мг% или 1000мкг%.

Молярная концентрация с(в) растворённого вещества «В»—отношение количества вещества n(в) к объёму раствора:

c(в)=(моль/л).

Раствор, в котором молярная концентрация растворённого вещества равна с(в) моль/л, характеризуется молярностью, численно равной значению с(в).

Например, раствор с молярной концентрацией серной кислоты с(H₂SO₄)= 0,1моль/л может быть обозначен как 0,1М H₂SO₄ (децимолярный раствор серной кислоты в воде).

Нормальная концентрация(молярная концентрация химического эквивалента с_eq (в) растворённого вещества «В» —это отношение эквивалентного количества вещества n_eq(в) к объёму раствора:

Раствор, в котором молярная концентрация эквивалента равна c_eq(в) моль/л, характеризуется нормальностью, численно равной значению c_eq(в).

Например, раствор с молярной концентрацией эквивалента серной кислоты

c_eq(H₂SO₄)= 1моль/л может быть обозначен как 1н H₂SO₄ (однонормальный раствор серной кислоты в воде). Нормальность раствора определяется эквивалентным количеством растворённого вещества и, следовательно, как и последнее, зависят от эквивалентного числа z(в), постоянного только для конкретной реакции, причём величина c_eq(в) всегда в z(в) раз больше его молярной концентрации c(в):

с_eq(в)=z(в)∙ с(в).

Молярная доля χ растворённого вещества ― отношение количества данного компонента «В» в молях, содержащегося в растворе, к общему количеству всех веществ, включая растворитель: χ = n(в) / [n(в) + n(р-ль)]

Молярная доля χ , как и массовая выражается в долях единицы, в процентах.

Например, χ(H₂SO₄) = 0,01 = 1%.

Моляльность раствора b – отношение количества данного растворённого вещества n(в) моль к массе растворителя (в кг): b = n(в) / m(р-ль).

Например, b(H₂SO₄) = 0.1моль/кг.

Пример 1. В 450 г воды растворили 50 г CuSO₄·5H₂O. Вычислите массовую долю кристаллогидрата, безводной соли и ионов меди в растворе.

Решение: ω (CuSO₄·5H₂O) = 0,1 = 10%

ω (CuSO₄) = 6,4% ω (Cu²⁺) = 2,56%

Пример 2. Какую массу 5%-ного раствора MgSO₄ можно приготовить из 300 г

MgSO₄ ·7H₂O?

Решение: ω(MgSO₄) = m(MgSO₄) / m (р-р) . m(р-р) = m(MgSO₄) / 0,05.

m(MgSO₄) = m( MgSO₄ ·7H₂O) /M (MgSO₄ ·7H₂O) ·M(MgSO₄) =

300 / 246 · 120 = 146,3(г)

m(р-р) = 146,3 / 0,05 = 2926,8(г)

Пример3. Сколько воды следует прибавить к 200мл 20% -ного раствора серной кислоты с плотностью 1,14г/мл, чтобы получить 5% -ный раствор?

Решение: m(р-ра H₂SO₄) = 200·1,14 = 228(г). m(H₂SO₄) = 228 · 0.2 = 45.6(г)

Массовая доля серной кислоты в конечном растворе: 0,05 =45,6 / [228 + m(H₂O)].

Отсюда: [228 + m(H₂O)] = 45,6/0,05 = 912(г)

m(H₂O) = 912 – 228 = 684(г).

Пример 4. Смешали 300г 40% раствора азотной кислоты и 700г 10% раствора той же кислоты. Определите массовую долю полученного раствора.

Решение: m(р-ра HNO₃) = 300 + 700 = 1000(г).

m(HNO₃) = 300 · 0,4 + 700 · 0,1 = 190(г).

ω(нового раствора) = 190/1000 = 0,19=19%

Пример 5. Определите массу 30% раствора серной кислоты, которую следует добавить к 600 г 80% раствора той же кислоты для получения 60% раствора.

Решение: Пусть масса 30% раствора x. Тогда масса раствора после смешения:

m(р-р) = 600 + x

m(H₂SO₄) = 600 · 0,8 + x · 0,3. 0,6 = [600 · 0,8 + x · 0,3. 0,6] / (600 + x).

x = 400(г).

Пример 6. Как приготовить 500мл 1,5 М раствора серной кислоты из 96%-ного раствора с плотностью 1,84г/мл?

Решение: n(H₂SO₄) = 1,5 · 0,5 = 0,75(моль). m(H₂SO₄) = 98 0,75 = 73,5(г).

V(96% р-ра H₂SO₄) = 73,5/ 1,84 · 0,96 = 42(мл). Далее необходимо долить воды, чтобы довести объём раствора до 500мл.

Пример 7. Вычислите молярную и нормальную концентрацию раствора H₃PO₄ с массовой долей кислоты 49% и плотностью 1,33г/мл. Фактор эквивалентности кислоты равен 1/3.

Решение: Масса 1л раствора: 1000 ·1,33 = 1330(г). m(H₃PO₄) = 1330 · 0,49 = 650(г).

n(H₃PO₄) = 650 / 98 = 6,6(моль).

c(H₃PO₄) = 6,6 моль/л; c(1/3 H₃PO₄) = 6,6 / (1/3) = 19,8(моль экв), т.е.19,8н H₃PO₄.

Пример 8. Рассчитайте нормальную и молярную концентрацию раствора гидроксида натрия, если 20мл этого раствора было нейтрализовано 10мл 0,1н H₂SO₄.

Решение: В соответствии с законом эквивалентов:

c(NaOH) ∙V(NaOH) = c(1/2H₂SO₄) ∙ V(H₂SO₄).

Отсюда c(NaOH) = c(1/2H₂SO₄) ∙ V(H₂SO₄) / V(NaOH) = 0,1 ∙10 / 20 = 0,05(моль/л).