Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая, неорганическая и аналитическая химия. Учебное пособие
.pdf
71
воде. Русский естествоиспытатель, физиолог И.М.Сеченов
(1859) установил взаимосвязь между растворимостью газа в
воде и растворимостью его в растворе электролита:
С
эл.
= Сж∙℮к·С,
где С
эл.
– растворимость газа в растворе электролита; Сж
– растворимость газа в воде; ℮ – основание натурального логарифма; С– концентрация электролита; к – константа Сеченова, значение которой зависит от природы газа, электролита
и температуры.
V.VII.IIСПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ
КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ
1. Массовая доля(ω)представляет собой отношение мас-
сы растворенного вещества, содержащегося в растворе, к общей массе раствора. Массовая доля может быть выражена в
процентах ( % ):
ω =( mв / m
р-ра
) ∙ 100%,
где mв – масса растворенного вещества, m
р-ра
– масса
раствора, г.
m
р-ра
= mв + m
р-ля
,г (m
р-ля
– масса растворителя, г)
Массовая доля, выраженная в %, (процентная или весо-
вая) – это масса растворенного вещества в 100 г раствора.
Например, если раствор 10%-ный, то 10 г вещества содержится в 100 г раствора (m
р-ля
= m
р-ра
– mв = 100г – 10г = 90 г).
2. Молярная концентрация (Cм) (молярность) – число
молей растворенного вещества в 1 л раствора (моль/л):
См = n / V или См = m/(MV),
где n – количество вещества (моль), V – объем в лит-
рах, М – молярная масса, m – масса растворенного вещества.
Например, раствор, содержащий в 1л 4,00г NaOH (М
NaOH
=40 г/моль), называют децимолярным (0,1М).
72
3. Нормальная концентрация (Сн, N) (нормальность) –
число эквивалентных масс растворенного вещества в
одном литре раствора (моль/л):
Сн = m/(Э V),
где m -масса растворенного вещества, V – объем в лит-
рах, Э – эквивалентная масса.
Э = М/ (n∙В), где (n∙В)– общая валентность.
Практически, чтобы рассчитать эквивалентную массу
кислоты, нужно разделить её молярную массу на основность:
( Э (HNO3) = М/1, Э (H2SO4) = М/2, Э (H3PO4) = М/3 ).
Для определения эквивалентной массы основания необ-
ходимо разделить его молярную массу на число гидроксогрупп, участвующих в реакции:
( Э (NaOH) = М/1, Э (Ca(OH)2) = М/2, Э (Al(OH)3) = М/3 ).
Эквивалент соли рассчитывается как частное от деления
молекулярной массы соли на произведение валентности металла на число его атомов:
( Э (NaCl) = М/1, Э (Na2SO4) = М/2, Э (FeCl3) = М/3,
Э (Al2(SO4)3) = М/6 ).
Например, раствор, содержащий 4,9г H2SO4 в 1л, называется децинормальным (N = 4,9/49 =0,1н ), раствор, содержащий 0,4г NaOH в 1л, – сантинормальным ( N = 0,4/40 =
0,01н ).
4. Моляльная концентрация (Сm)(моляльность) − коли-
чество молей растворенного вещества в 1 кг растворителя
(моль/кг). Сm = n / m
р-ля
Например, моляльность раствора, полученного растворением 0,1моль сахарозы (34,2г) в 1кг воды равна 0,1 моль/кг.
5. Молярная доля (X) (мольная доля) есть отношение ко-
личества вещества (моль) компонента, содержащегося в данной системе, к общему количеству вещества системы (моль).
Её можно выражать в долях единицы и в процентах(%).
73
Например, молярная доля глюкозы (М = 180 г/моль) в
растворе, полученном при растворении 0,1 моль её (18г) в 10
моль (180г) воды (М = 18 г/моль) равна:
X = 0,1 / (0,1+10) = 0,0099 (0,99%).
6. Титр раствора (Т) показывает массу (г) растворенно-
го вещества, содержащегося в 1 мл раствора. Например, в 1л
0,01н. КОН содержится 0,561г КОН. Титр этого раствора равен: Т = 0,561 / 1000 = 0,000561 г/мл
Примеры решения задач
Пример 1. В 150 г воды растворили 50 г KCl. Найти %
концентрацию соли.
Решение. Масса раствора складывается из массы рас-
творенного вещества (KCl) и растворителя (воды).
m
раствора
= m
KCl
+ m
воды
= 5 + 150 = 200 г
Находим массовую доля KCl в растворе
W =m
KCl
/ m р-ра
W =50 /200 = 0,25 или 25%-ый раствор.
81. На реакцию с раствором, содержащим 0,498 г
Na2B4O
7
.
10H2O, израсходовано 25,2 мл раствора HCl. Вычис-
лите молярную концентрацию эквивалента (нормальную концентрацию) раствора соляной кислоты. Ответ: 0,1032 N.
82. К 250 г 10%-ного раствора кислоты добавили 500 г
раствора той же кислоты с неизвестной массовой долей и получили 25%-ный раствор. Определите массовую долю кислоты в добавленном растворе. Ответ: 32,5%.
83. Какой объём 3 N раствора должен быть прибавлен к
900 мл 0,5 N раствора этого же вещества, чтобы концентрация
стала 1 N? Ответ: 225 мл.
74
84. Вычислите нормальную концентрацию и титр Н3РО4
в 13%-ном растворе, плотность которого 1,07 г/мл. Раствор
предназначен для реакции, идущей до конца.
Ответ: 4,26 N; 0,139174 г/мл.
85. В какой массе эфира надо растворить 3,04 г анилина
C6H5NH2, чтобы получить раствор, моляльность которого
равна 0,3 моль/кг? Ответ: 109 г.
86. Сколько (мл) 20%-ного раствора соляной кислоты с
плотностью 1,098 г/мл потребуется для приготовления 1 л 2
М раствора? Ответ: 332,4 мл
87. Сколько (мл) 0,5 N раствора ВaСl2 можно пригото-
вить из 24,4 г ВаСl
2
.
2Н2О?Ответ: 400 мл.
88. В каком объёме 1 М раствора серной кислоты со-
держится 4,9 г H2SO4? Ответ: 50 мл.
89. Сколько (моль) FeSO
4
.
7H2O надо прибавить к 100 мл
воды, чтобы получить 10%-ный раствор FeSO4?
Ответ: 0,08 моль.
90. 125 л хлороводорода (н.у.) растворили в 500 мл во-
ды. Определите массовую долю HCl в полученном растворе.
Ответ: 29%.
75
Лабораторная работа №2
Приготовление раствора заданной концентрации
Задание: приготовить 100 г (100 мл) раствора сульфата
натрия W% (СМ СН) концентрации:
Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Массы или
объем р-ра
100г
100г
100
мл
100
мл
100
мл
100
мл
100
мл
Концентр.
2%
0,2М
0,4н
Раствор состоит из растворителя и растворенного веще-
ства, поэтому для приготовления раствора необходимо:
1. Рассчитать массу обоих компонентов.
2. Взвесить навеску растворяемого вещества.
3. Отмерить, если это необходимо, объем растворителя.
4. Растворить вещество.
5. Определить плотность () приготовленного раствора.
6. Уточнить концентрацию раствора.
7. Вычислить погрешность (Δ).
1. Расчет навески растворяемого вещества зависит от ти-
па задания.
А) Задана процентная (W%) концентрация рас-
твора.
76
Поскольку процентная концентрация выражает содер-
жание массы (г) вещества в 100 г раствора, то расчет очень
прост: масса навески равна процентной концентрации.
Б) Задана молярная (СМ) концентрация раствора.
Молярность раствора определяется числом молей рас-
творенного вещества в 1 л раствора, поэтому вначале вычисляют молярную массу (М) вещества. Массу навески находят
по формуле:
М СМ
рра
мл где
М – мол. масса вещества;
СМ– молярность раствора;
рра
– объем раствора, мл (100 мл).
В) Задана нормальная концентрация раствора.
Нормальность раствора определяется числом эквивален-
тов растворенного вещества в 1л раствора, поэтому в первую
очередь находят эквивалентную массу (Э) соли по формуле:
Э=М/(n ), где
М - мол. масса соли;
- число атомов металла в молекуле;
B- валентность металла.
Массу навески находят по формуле:
Э
рра
/ 1000 мл, где
Э – эквивалентная масса соли;
– нормальность раствора;
рра
– объем раствора, мл (100 мл).
2. Взвешивание навески производят на заранее уравно-
вешенных технических весах с точностью до 0,01 г.
3-4. Для растворения соли навеску высыпают в одну из
2-х стеклянных колб:
а) коническую - в случае приготовления раствора про-
центной концентрации. Необходимое количество воды отме-
77
ряют при помощи мерного цилиндра. Массу воды определяют
по формуле:
воды
рра
вва
вва
,
т.к. плотность воды =1 г/мл, то
воды
воды
воды
б) мерную – в случае приготовления раствора молярной
или нормальной концентраций. Приготовление раствора в
мерной колбе не требует отмеривания воды. Дистиллированную воду приливают на 2/3 от общего объема колбы и растворяют соль. После полного растворения уровень жидкости
в колбе доводят до метки.
5. Для определения плотности раствор из колбы выли-
вают в цилиндр и опускают ареометр. По глубине погружения
определяют
эксп
.
6. Пользуясь калибровочным графиком находят
эксп
(%).
7. Зная
эксп
и
эксп
вычисляютмолярностьСМ и нор-
мальность приготовленного раствора по формулам:
С
Мэксп
эксп
эксп
;
эксп
эксп
эксп
Э
Находят абсолютную и относительную погрешности
(Δ), допущенные при приготовлении раствора и делают вывод.
Δ
абс
С
эксп
С
теор
;
Δ
отн
Δ
абс
С
теор
V.VII.III КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА
РАСТВОРОВ
Растворы играют большую роль в жизни и практической
деятельности человека и животных. Так, процессы усвоения
пищи человеком и животными связаны с переводом пита-
78
тельных веществ в раствор. Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости: кровь, лимфа, желудочный сок и т.д.
У растворов имеется ряд свойств, названных коллига-
тивными, которые не зависят от природы растворенного вещества, а только от числа растворенных частиц в определенном количестве данного растворителя. Такими свойствами
являются осмотическое давление, понижение давления насыщенного пара над раствором, повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания раствора.
Давление пара растворов
При данной температуре давление насыщенного пара
над каждой жидкостью – величина постоянная. При растворении в жидкости какого-либо вещества давление насыщенного
пара этой жидкости понижается.
Таким образом, давление пара над раствором нелетучего
вещества в растворителе всегда ниже давления пара над чистым растворителем при той же температуре. Согласно зако-
ну Рауля относительное понижение давления пара раствори-
теля над раствором равно мольной доле растворенного вещества и выражается соотношением:
pо - р n
――― ═ ――― ,
poN + n
где po – давление пара над чистым растворителем;
р – давление пара растворителя над раствором;
n - количество растворенного вещества, моль
N – количество растворителя, моль.
79
Замерзание и кипение растворов
Индивидуальные вещества характеризуются строго
определенными температурами переходов из одного агрегатного состояния в другое. Так, вода при нормальном атмосферном давлении (101,3 кПа) кристаллизуется при 00С и кипит при 1000С. Иначе обстоит дело с растворами. Присутствие растворенного вещества повышает температуру кипения и понижает температуру замерзания растворителя.
Рауль установил, что для разбавленных растворов неэлектролитов повышение температуры кипения и понижение
температуры замерзания пропорциональны концентрации
раствора:
Δtкип. ═ Е∙Сm, Δtзам. ═ К∙С
m
где Δtкип. – повышение температуры кипения раствора,
т.е. разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя; Сm – моляльная концентрация раствора
(моль/кг), Е – эбуллиоскопическая константа растворителя.
Она численно равна повышению температуры кипения раствора, содержащего 1 моль растворенного вещества в 1 кг
растворителя;
Δtзам. ─ понижение температуры замерзания раствора в
сравнении с температурой замерзания чистого растворителя,
К – криоскопическая константа растворителя. Она численно
равна понижению температуры замерзания раствора, содержащего 1 моль растворенного вещества в 1 кг растворителя.
Е и К зависят только от природы растворителя, но не зависят от природы растворенного вещества.
Осмос
В гомогенном растворе частицы растворенного вещества и растворителя равномерно распределяются по всему
объему раствора. Если поместить в цилиндр концентрированный раствор сахара, а поверх него осторожно налить чистую
воду, то вначале сахар и вода будут распределены в объеме
80
раствора не равномерно. Через некоторое время вследствие
теплового движения – диффузии сахар и вода равномерно
распределятся по всему объему жидкости.
Вместо цилиндра используем U ─ образную трубку,
снабженную внизу мембраной (полупроницаемой перегородкой), через которую могут проникать только молекулы воды
(растворителя), но не молекулы (ионы) растворенного вещества. Заполним правое колено водой (чистым растворителем),
а левое – раствором сахарозы в воде так, чтобы уровни жидкости в обоих коленах были одинаковыми. Выравнивание
концентраций осуществляется в одностороннем порядке,
только за счет перехода части молекул воды из правой части
прибора в левую, где концентрация сахарозы выше. В итоге
уровень жидкости в правом колене начнет снижаться, а в левом возрастать, пока не установится некоторая разность столбов, отвечающая давлению, при котором односторонняя диффузия прекратится.
Процесс самопроизвольного перехода (диффузии) растворителя через полупроницаемую перегородку из той части
системы, где концентрация растворенного вещества ниже, в
другую, где она выше, называется осмосом. Давление, которое нужно приложить к раствору, чтобы прекратить осмос,
т.е. проникновение в него через полупроницаемую перегородку чистого растворителя, называется осмотическим давлением (рис. 10).
Рис.10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]