1.8. Растворы. Способы выражения концентрации растворов

Раствор – гомогенная (однородная) система, состоящая как минимум из двух компонентов, один из которых растворитель, другой – растворенное вещество. То есть состав раствора = растворитель + растворенное вещество. Например, водный раствор хлорида натрия состоит из двух компонентов: воды (растворителя) и хлорида натрия (растворенного вещества).

Существует несколько способов выражения концентрации растворов.

Молярная концентрация, или молярность (С_M) – количество вещества (ν) растворенного компонента, содержащееся в 1 литре (дм³) раствора:

[моль/л], (14)

Молярная концентрация эквивалентов (С_экв), (нормальная концентрация или нормальность N) – количество вещества эквивалентов (ν_экв) растворенного компонента, содержащееся в 1 литре (дм³) раствора:

С_экв (N) = ν_экв / V [моль-экв/л] (15)

Моляльная концентрация или моляльность (b) – количество вещества (ν) растворенного компонента в 1 кг раствора:

[моль/кг], (16)

Массовая доля (ω) – отношение массы растворенного вещества (m_р.в.) к массе раствора (m_р-ра) Ее рассчитывают, выражая в долях единицы или в процентах. Массовая доля, выраженная в процентах, называется процентной концентрацией:

(17)

Процентная концентрация показывает массу растворенного вещества, содержащегося в 100 г раствора. Например, ω(KOH) = 3% означает, что в 100 г этого раствора содержится 3 г KOH и 97 г H₂O.

Молярная доля (N_i) – отношение количества вещества растворенного компонента (_в-ва) (или растворителя, _р-ля) к суммарному количеству вещества всех компонентов раствора. Например, в системе, состоящей из растворителя и одного растворенного вещества, молярная доля растворенного вещества равна:

, (18)

Молярная доля растворителя:

(19)

Примеры решения задач

Пример 1. Определить молярную концентрацию раствора NaOH с массовой долей 10% и плотностью  =1,1 г/см³.

Р е ш е н и е. 1) Записываем выражение для молярной концентрации раствора NaOh :

2) 10%-ный раствор – это 10г NaOH в 100г раствора. Находим количество вещества NaOH, содержащееся в 10 г:

, m_NaOH = 10 г, M_NaOH = 23 + 16 +1 = 40 г/моль

, т.е. 0,25 моль NaOH содержится в 100 г раствора.

3) Находим объем раствора массой 100 г:

m=V, = 0,091 л

4) Рассчитываем молярную концентрацию:

Ответ: молярная концентрация раствора гидроксида натрия с массовой долей 10% составляет 2,74 моль/л

Пример 2. Найти молярную долю растворенного вещества в растворе сахарозы с массовой долей 67%.

Р е ш е н и е. 1) Вспомним, что молярная доля растворенного вещества равна:

67%-ный (по массе) раствор означает, что в 100 г раствора содержится 67 г сахарозы и 33 г воды.

2) Определяем количество вещества сахарозы и количество вещества воды:

_в-ва = 67/342 = 0,196 моль, _р-ля = 33/18 = 1,83 моль

Следовательно, молярная доля сахарозы равна:

Ответ: молярная доля сахарозы в растворе сахарозы с массовой долей 67% составляет 0,097.

Пример 3. Какой объем серной кислоты с массовой долей 96% (плотностью 1,84 г/см³) и какую массу воды нужно взять для приготовления 100 мл 15%-ного (по массе) раствора H₂SO₄ ( = 1,10 г/см³).

Р е ш е н и е. 1) Найдем массу 100 мл 15% раствора h2so4:

m_{H2SO4-р-ра} = V = 1001,10 =110 г

2) Из формулы массовой доли находим массу серной кислоты, содержащейся в этом растворе:

; m_H2SO4 =

3) Найдем массу 96% раствора, содержащего 16,5 г H₂SO₄:

4) Находим объем 96 %-ного раствора серной кислоты:

Ответ: для приготовления 100мл 15%-ного раствора H₂SO₄ потребуется 9,3 мл 96%-ного раствора серной кислоты и 110 – 16,5 = 93,5 г воды.