Раздел 5 Растворы. Концентрация растворов. Гидролиз солей

5.1 Концентрация растворов

Растворы – это однородные (однофазные, гомогенные) системы переменного состава, образованные двумя или несколькими веществами (растворитель и растворенные вещества). Растворителем является то вещество, количество которого преобладает в данной системе. Растворяемое вещество может находиться в твердом (Т), жидком (Ж) и газообразном (Г) состояниях.

Растворы, в которых растворенное вещество находится в виде молекул, ионов или атомов и размер их не превышает 1 нм (1 нанометр=10^-9 м), называют истинными растворами.Растворы солей, кислот, оснований и др. веществ в воде представляют собой истинные растворы. Состав раствора определяется количествами растворенного вещества и растворителя, его концентрацией.

Массовая доля (ω)показывает, какую часть от данной массы раствора (m_р-ра) составляет масса растворенного вещества [m(В)]. Это безразмерная величина, которую можно выразить в долях единицы или в процентах

Если масса раствора определяется по его объему V(мл) и плотностиρ(г/мл), то:

Например, дан раствор с массовой долей гидроксида натрия (NaOH)=0,2 (т.е. 20 %), из чего следует, что каждые 100 г (кг) раствора содержат 20 г (кг) растворенного гидроксида натрия и 80 г (кг) воды.

Пример 1. Определите массовую долю (в %) хлорида калия в растворе, приготовленном из соли массой 12,70 г и воды массой 180,6 г.

Решение. Используя формулу, определяем массовую долю:

Пример 2. В воде объемом 400 мл растворили соль массой 60,0 г. Определите массовую долю (в %) соли в полученном растворе, если плотность воды равна 1,00 г/мл.

Решение.Определяем массу воды (растворителя):

m(Н₂О) =V(H₂O) ·p(H₂O) = 400 мл · 1,00г/мл = 400 г

Масса полученного раствора равна:

m(p-pa) =m(соли) +m(H₂O) = 400 г + 60,0 г = 460 г

Рассчитываем массовую долю соли в растворе:

Пример 3. Рассчитайте, какую массу соли и воды необходимо взять для приготовления раствора массой 20 кг с массовой долей нитрата калия 15 %.

Решение.Рассчитаем, какая масса соли потребуется для приготовления раствора массой 20 кг.

;

Находим массу воды, необходимую для приготовления раствора:

m(H₂O) =m(p-pa) –m(KNO₃);m(H₂O) = 20,0кг – 3,0кг = 17,0кг.

Пример 4. В воде массой 60 г растворили пентагидрат сульфата меди CuSO₄·5H₂Oмассой 5,0г. Определите массовую долю (в %) сульфата меди в полученном растворе.

Решение. Определяем массу безводного сульфата меди.

М(CuSO₄·5H₂O) = 160 + 90,0 = 250 г/моль

M(CuSO₄) = 160 г/моль

250 г 160 г (CuSO₄)

5,0 г х

Вычисляем массовую долю сульфата меди в полученном растворе

Пример 5. Раствор объемом 1,0 л, в котором массовая доля аммиака равна 28 % и плотность 0,9 г/мл, смешан с водой объемом 0,5 л. Рассчитайте массовую долю аммиака в полученном растворе, если плотность воды 1,0 г/мл.

Решение.Вычисляем массу аммиака, содержащуюся в растворе объемом 1,0 л (1000 мл):

,

где V(p-pa) – объем раствора аммиака, 1,0 л или 1000 мл;

ρ - плотность раствора аммиака.

.

Масса полученного раствора равна:

m(p-paNH₃) +m(H₂O) =V·ρ(p-paNH₃) +V·ρ(H₂O) =

=1000 ·0,9 + 500·1,0 = 1400 г.

Определяем массовую долю аммиака в полученном растворе:

,

Молярная концентрация [С(В)] - молярность - определяется количеством растворенного вещества (), содержащегося в 1л раствора:

,

где V– объем раствора, л.

Единица измерения молярной концентрации – моль/л.

Молярность раствора обозначается буквой М (после числа). Например, раствор с молярной концентрацией хлорида натрия 1 моль/л может быть обозначен как 1М. Аналогично, записи 0,1М; 0,01М и 0,001М означают соответственно деци-, санти- и миллимолярный растворы.

Пример 6. Определите молярную концентрацию раствора, полученного при растворении гидроксида калия массой 16,80г в воде массой 183,2г, если плотность этого раствора равна 1,100г/мл.

Решение.Определяем массу полученного раствора:

m(ppa) = m(KOH) + m(H₂O)= 16,8 + 183,2=200,0 г.

Рассчитаем объем этого раствора:

Находим количество вещества гидроксида калия, используя формулу:

,

где m– масса гидроксида калия, г;

М – молярная масса КОН равная 56,0г/моль;

ν16,8 г/56,0г/моль = 0,30 моль.

Определяем молярную концентрацию раствора:

.

Пример 7. Вычислите, какой объем раствора серной кислоты с массовой долей H₂SO₄21,5% и плотностью 1,16г/мл потребуется для приготовления 10,0 л 0,60М раствора этой кислоты.

Решение.Определяем массу серной кислоты, которая должна содержаться в 10,0 л 0,60 М раствора:

M(H₂SO₄) = 98,0 г/моль

m(H₂SO₄) = C(H₂SO₄) · M(H₂SO₄) · V = 0,60 · 98,0 ·10,0 = 588 (г).

Находим массу раствора серной кислоты с массовой долей H₂SO₄ 21,5 %, содержащую588 г кислоты:

Рассчитываем необходимый объем раствора:

Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация)определяется числом молей эквивалентов (ν_э) растворенного вещества, содержащихся в 1л раствора

где М(1/zB) – молярная масса эквивалента растворенного вещества, г/моль;

V– объем раствора, л.

Единица молярной концентрации эквивалента – моль/л.

Нормальная концентрация обозначается при написании н. (после числа). Например, раствор молярной концентрации эквивалента серной кислоты равной 1 моль/л может быть обозначен как 1н. Н₂SО_4.

Пример 8. Определите молярную концентрацию эквивалента раствора сульфата хрома (III), используемого в реакциях полного обмена, если в растворе объемом 400 мл растворено соли массой 7,84г.

Решение. Напишем уравнение реакции:

Cr₂(SO₄)₃+ 6NaOH= 2Cr(OH)₃+ 3Na₂SO₄

Рассчитываем молярную концентрацию эквивалента:

Задачи к разделу 5.1:

«Растворы. Способы выражения концентрации»

101 К раствору серной кислоты объемом 1,2 л и концентрацией 0,5 М прибавлено 2,4 л воды. Найдите нормальную концентрацию Н₂SO₄ в полученном растворе.

102 В воде массой 256 г растворили метиловый спирт объемом 82,2 мл и плотностью 0,81 г/мл. Определите молярную концентрацию полученного раствора, если его плотность равна 0,97 г/мл.

103 Определите массовую долю (%) хлорида кальция в растворе с концентрацией 1,45 М СаСl₂и плотностью 1,12 г/мл.

104 Вычислите, какой объем раствора с массовой долей серной кислоты 98,0 % и плотностью 1,84 г/мл потребуется для приготовления раствора с концентрацией 0,55 М объемом 100 мл.

105 К воде объемом 400 мл прилили раствор с концентрацией 2,00 М хлорида калия объемом 80,6 мл и плотностью 1,09 г/мл. Определите молярную концентрацию полученного раствора.

106 Определите молярную концентрацию раствора, полученного смешением 0,65 М раствора нитрата калия объемом 300 мл с 0,04М раствором этого вещества объемом 200 мл.

107 Вычислите нормальную концентрацию раствора серной кислоты, полученного при разбавлении 5,08 М раствора объемом 400 мл водой объемом 300 мл.

108 Определите нормальную концентрацию раствора сульфата хрома (III), если в растворе объемом 600 мл содержится Сr₂(SO₄)₃массой 40,6 г.

109 Определите, какая масса фосфорной кислоты содержится в растворе объемом 1,5 л, если нормальная концентрация равна 0,4 моль/л.

110 Вычислите массовую долю (%) серной кислоты в растворе, 1,00 л которого содержит 0,50 эквивалента Н₂SO₄, плотность раствора равна 1,03 г/мл.

111 Растворы одного и того же вещества молярной концентрации 0,4; 0,8 и 1,2 моль/л смешаны в объемных соотношениях 1,0:2,0:4,0. Определите молярную концентрацию полученного раствора.

112 Рассчитайте, какой объем раствора азотной кислоты с массовой долей HNO₃50,0 % и плотностью 1,32 г/мл необходимо взять для приготовления раствора объемом 2,00 л с концентрацией 0,69 моль/л.

113 Смешаны два раствора серной кислоты нормальной концентрации 0,2 и 1,2 моль/л, взятые объемом соответственно 2,5 и 1,5 л. Определите молярную и нормальную концентрации полученного раствора.

114 Вычислите объем воды, который необходимо прибавить к раствору сульфата калия объемом 100 мл для того, чтобы уменьшить его молярную концентрацию от 2,00 до 0,50 моль/л.

115 Определите молярную концентрацию раствора гидроксида натрия с массовой долей NaOH30,0 % и плотностью 1,33 г/мл.

116 Рассчитайте, какой объем раствора с массовой долей гидроксида калия 16,0 % и плотностью 1,15 г/мл необходимо взять, чтобы приготовить раствор объемом 350 мл с молярной концетрацией КОН 1,20 моль/л.

117 Определите молярную концентрацию раствора, полученного смешением 0,45 М раствора нитрата серебра объемом 100 мл с 0,18 М раствором объемом 300 мл.

118 Найдите массовую долю серной кислоты в растворе, для которого нормальная концентрация равна 4,00 моль/л, а плотность 1,14 г/мл.

119 Растворы хлорида кальция нормальной концентрации 0,6 и 1,2 моль/л смешаны в объемном отношении 1:2. Вычислите молярную концентрацию полученного раствора.

120 Вычислите, какой объем раствора серной кислоты с массовой долей Н₂SO₄90,0 % и плотностью 1,82 г/мл надо взять для приготовления раствора объемом 800 мл нормальной концентрации 0,25 моль/л.