5. Способы выражения концентрации растворов
Отношение количества или массы вещества, содержащегося в системе, к объему или массе этой системы называется концентрацией.
Рассмотрим несколько способов выражения концентрации.
Процентная концентрация (массовая доля растворенного вещества) (ω) показывает, сколько единиц массы растворенного вещества содержится в 100 единицах массы раствора. Массовая доля – безразмерная величина, ее выражают в долях единицы или процентах:
,
где ω – массовая доля (%) растворенного вещества; m1 – масса растворенного вещества, г; m – масса раствора, г.
Масса раствора равна произведению объема раствора V (мл) на его плотность r (г/см3):
,
тогда
.
Молярная концентрация (молярность) раствора – показывает, сколько молей растворенного вещества содержится в 1л раствора.
Молярную концентрацию (моль на литр) выражают формулой
,
где m1 – масса растворенного вещества, г; М – молярная масса растворенного вещества, г/моль; V – объем раствора, л.
Количество вещества в молях определяется по формуле:
n
= m1
/М, тогда
Нормальная
концентрация (нормальность раствора)
показывает, сколько грамм-эквивалентов
растворенного вещества содержится в 1
л раствора (моль на литр):
,
где m1 – масса растворенного вещества, г; V – объем раствора, л.
Э – эквивалентная масса растворенного вещества (г/моль), которую рассчитывают по формуле:
Э=
(г/моль),
где М – мольная масса вещества, n – количество катионов (анионов), В – валентность. Валентность – это способность атомов элемента присоединять определенное число атомов другого элемента. Эквивалент кислоты можно определить по формуле: Э = М (кислоты) / основность (число атомов водорода).
Например: Э
Н2SO4=
=49г/моль;
эквивалент основания по формуле: Э = М
(основания) / кислотность (число ОН-
групп), так Э
Fe(OH)3=
=35,6г/моль;
эквивалент соли по формуле: Э = М(соли)
/ число атомов металла * валентность
металла,
Э Al2(SO4)3=
=114г/моль.
Моляльность раствора Сm показывает количество растворенного вещества, находящееся в 1 кг растворителя:
,
где m2 – масса растворителя, кг; n – количество растворенного вещества, моль.
Пример 1. Вычислить молярность и нормальность 40 %-го раствора фосфорной кислоты, плотность которого 1,25 г/см3. Объем раствора 1л.
Решение. Для расчета молярности и нормальности раствора найдем массу фосфорной кислоты в 1 л (1000 мл) 40 %-го раствора:
w
= m1
· 100/V
∙ r;
.Молярная
масса Н3РO4
равна 98 г/моль, следовательно,
=
500/98 = 5,1 моль/л.
Молярная масса эквивалента Н3РO4 равна 98/3 = 32,7 г/моль.
Тогда СН = 500/32,7 = 1,53 моль/л.
Пример 2. Вычислить массовую долю КОН в 2н. растворе, плотность которого 1,08 г/см3.
Решение. Поскольку нормальность рассчитывается на 1 л раствора, найдем массу растворенного вещества в 1 л:
СН= m1/Э∙V;
ЭKOH = 56 г/моль;
mКОН=2∙56∙1=112 г.
Теперь вычислим массовую доли КОН в растворе, содержащем 112 г гидроксида калия:
w= m1∙100/V∙r=112∙100/1000∙1,08=10,4 %.
Пример 3. На нейтрализацию 50 см3 раствора кислоты израсходовано 25 см3 0,5 н. раствора щелочи. Чему равна молярная концентрация эквивалентов кислоты?
Решение. Так как вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных соотношениях, то растворы равной молярной концентрации эквивалентов реагируют в равных объемах. При разных молярных концентрациях эквивалентов объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям, т.е.
V1: V2 = С2 : С1 или V1∙ С1 = V2 ∙ С2
50С1 = 25 • 0,5; откуда С1 = 25 • 0,5 / 50 = 0,25н.
Задание: решить следующие задачи, принимая объем раствора равным 1 л:
|
Вариант |
Вещество |
Концентрация раствора |
Плотность раствора, г/см3 |
Вычислить |
|
121 |
Na2CO3
|
0,30 М
|
1,030
|
Процентную концентрацию |
|
122 |
HNO3
|
9,0 н
|
1,275
|
Процентную концентрацию |
|
123 |
NH4Cl
|
10 %
|
1,028
|
Молярную концентрацию |
|
124 |
Al2(SO4)3
|
0,55 М
|
1,176
|
Процентную концентрацию |
|
125 |
HNO3
|
2 м |
- |
Нормальную концентрацию |
|
126 |
HCl
|
15,0 %
|
1,073 |
Нормальную концентрацию |
|
127 |
H2SO4
|
13,0 М
|
1,680
|
Процентную концентрацию |
|
128 |
H3PO4
|
44,0 %
|
1,285 |
Нормальную концентрацию |
|
129 |
HClO4 |
9,0 н |
1,150 |
Процентную концентрацию |
|
130 |
H2SO4 |
2 М |
- |
Нормальную концентрацию |
|
131 |
CH3COOH |
34,0 %
|
1,043 |
Молярную концентрацию |
|
132 |
BaCl2
|
2,30 н
|
1,203
|
Процентную концентрацию |
|
133 |
K2CO3
|
4 М |
- |
Нормальную концентрацию |
|
134 |
CuSO4
|
14,0 % |
1,155
|
Нормальную концентрацию |
|
135 |
FeCl3
|
1,90 М
|
- |
Нормальную концентрацию |
|
136 |
K2CO3
|
6,0 М
|
1,567 |
Процентную концентрацию |
|
137 |
NaCl
|
3 н |
- |
Молярную концентрацию |
|
138 |
NaCl
|
20 % |
1,148
|
Молярную концентрацию |
|
139 |
HClO4
|
4,0 н
|
1,230
|
Процентную концентрацию |
|
140 |
K2CO3
|
3 М |
- |
Нормальную концентрацию |
Задание: решить следующие задачи
|
№ задачи |
|
|
141 |
На нейтрализацию 31 см3 0,16 н. раствора щелочи требуется 217 см3 раствора H2SO4. Чему равны молярная концентрация эквивалента и титр раствора H2SO4? Ответ: 0,023 н. |
|
142 |
Смешали 300 г 20%-ного раствора и 500 г 40%-ного раствора NaCl. Чему равна массовая доля полученного раствора: Ответ: 32,5%. |
|
143 |
Определить массовую долю сульфата натрия в растворе, полученном при растворении 0,3 моль соли в 150 г воды. |
|
144 |
Смешали 100 г 15% и 200 г 30% раствора глюкозы. Определить процентную концентрацию полученного раствора. |
|
145 |
Для осаждения в виде AgCl всего серебра, содержащегося в 100 см3 раствора AgNO3, потребуется 50 см3 0,2 н. раствора НС1. Какова молярная концентрация эквивалента раствора AgNO3? Ответ: 0,1 н. |
|
146 |
Смешали 247 г 62 %-ного и 145 г 18 %-ного раствора серной кислоты. Какова массовая доля полученного раствора? Ответ: 45,7%. |
|
147 |
На нейтрализацию 20 см3 0,2 н. раствора щелочи требуется 40 см3 раствора H2SO4. Чему равна молярная концентрация эквивалента H2SO4? |
|
148 |
Смешали 300 г 10% и 500 г 20% раствора хлорида натрия. Определить процентную концентрацию полученного раствора. |
|
149 |
На нейтрализацию 60 см3 0,16 н. раствора щелочи требуется 250 см3 раствора H2SO4. Чему равна молярная концентрация эквивалента H2SO4? |
|
150 |
Вычислить объем 0,1 н раствора КОН, необходимый для нейтрализации 40 мл 0,18 н раствора азотной кислоты. |
|
151 |
Определить массу воды, в которой необходимо растворить навеску хлорида натрия, чтобы получить 200 г 40 % раствора. |
|
152 |
Вычислить объем 0,3 н раствора NaОН, необходимый для нейтрализации 60 мл 0,20 н раствора хлороводородной кислоты. |
|
153 |
Определить массовую долю сульфата калия в растворе, полученном при растворении 0,2 моль соли в 150 г воды. |
|
154 |
Определить массу воды, в которой необходимо растворить навеску сульфата калия, чтобы получить 500 г 10 % раствора. |
|
155 |
Вычислить объем 0,2 н раствора NaОН, необходимый для нейтрализации 40 мл 0,35 н раствора азотной кислоты. |
|
156 |
Вычислить объем 0,4 н раствора КОН, необходимый для нейтрализации 15 мл 0,3 н раствора азотной кислоты. |
|
157 |
Определить массу воды, в которой необходимо растворить навеску сульфата натрия, чтобы получить 200 г 30 % раствора. |
|
158 |
Смешали 100 г 10% и 250 г 20% раствора хлорида натрия. Определить процентную концентрацию полученного раствора. |
|
159 |
Определить массовую долю нитрата натрия в растворе, полученном при растворении 0,5 моль соли в 200 г воды. |
|
160 |
Вычислить объем 0,4 н раствора КОН, необходимый для нейтрализации 20 мл 0,25 н раствора азотной кислоты. |