33

Министерство образования Республики Беларусь

УО Могилевский государственный университет продовольствия

Кафедра химии

Концентрация растворов

Методические указания и задания к самостоятельной работе

для студентов технологических специальностей

Могилев 2004

УДК – 09–26

Рассмотрены и утверждены

на заседании кафедры химии

19 марта 2004 г. протокол N9

Составитель профессор Ясинецкий В.В.

Рецензент доцент Сухарева Н.И.

©Могилевский государственный университет продовольствия

Введение

Большинство химических, биохимических реакций протекают в растворах, поэтому тема “Концентрация растворов” относится к важнейшим в курсе химии. Без знаний и определенных навыков по этой теме невозможно приготовить растворы для проведения заданного эксперимента, невозможно контролировать протекание как отдельной реакции, так и технологического процесса в целом, т. к. различными методами анализа (и чисто химическими, и инструментальными) чаще всего определяются концентрации веществ.

1 Основные понятия и определения

Растворами называют гомогенные многокомпонентные системы (жидкие, газообразные, твердые), в которых соотношение между компонентами может меняться в широких пределах.

Один из компонентов раствора называют растворителем – чаще это то вещество, которое при образовании раствора не меняет своего агрегатного состояния (если таких веществ несколько, то за растворитель обычно принимают тот компонент, которого больше).

Концентрация показывает соотношение компонентов в растворе. В зависимости от того, в каких размерностях показано это соотношение, различают способы выражения концентрации растворов: массовая (мольная, объемная) доля растворенного вещества, титр, молярность, моляльность, нормальность и др.

Прежде чем приступать к решению задач на тему «Концентрация растворов», следует помнить, что жидкие или газообразные вещества обычно измеряют в единицах объема, а не массы; соотношение между объемом и массой определяется плотностью ρ = m(X)/V(X). Плотность в СИ измеряется в кг/м³; на практике используются и другие размерности (г/мл, кг/л, т/м³ и др.)

Следует иметь в виду, что выражение плотности в г/мл, кг/л или т/м³ дает одну и ту же величину, но для перевода в СИ ее необходимо умножить на "1000".

Масса и химическое количество какого-либо вещества, n(Х), связаны молярной массой этого вещества, M(X): m(X) = n(X)M(X)

Объем газообразного вещества V(Х) и его химическое количество связаны молярным объемом V_M: V(X) = n(X)×V_M

Плотность газов, состоящих из неполярных или малополярных молекул (H₂, O₂, N₂, CO, CO₂ и др.), с точностью, достаточной для технических расчетов, можно определить с помощью молярного объема и молярной массы: ρ (X) = M(X)/V_М.

При решении учебных задач обычно предполагается, что при нормальных условиях V_М = 22,4 дм³/моль (или л/моль).

Массовая доля растворенного вещества (или концентрация в процентах) показывает соотношение массы растворенного вещества и массы раствора; это безразмерная физическая величина, выражают ее в долях единицы или в процентах (%): w(X) = m(X)/m_р–ра или

w(X)% = w(X)100% = m(X)×100%/m_р-_ра (1.1)

где m(X) – масса растворенного вещества, m_р-_ра – масса раствора.

Например, в растворе КОН с массовой долей растворенного вещества w(КОН) = 0,2 (или, 20%) соотношение масс КОН и раствора m(KOH)/m_{р–ра =} 0,2 (или, другими словами, в 100 граммах такого раствора содержится 20 г KOH)

Обратите внимание, что массовая доля – относительная величина, поэтому в уравнениях (I) масса, как раствора, так и отдельных его компонентов, может выражаться в любых, но одинаковых единицах измерения (г, кг, т).

Коэффициент растворимости. Растворимость – Эти характеристики часто приводят в справочной (особенно технической) литературе:

коэффициент растворимости (k_s) показывает соотношение масс растворенного вещества и растворителя: k_s = m(X)/m_р–ля (1.2)

растворимость вещества (s) показывает максимальную массу вещества, которую можно растворить в 100 г растворителя: s = (m(X)/m_р–ля×100 (1.3)

Молярная концентрация растворенного вещества или молярность раствора.

Молярность раствора, c(X), показывает, какое количество растворенного вещества (моль) содержится в 1литре (дм³) раствора; она равна отношению химического количества растворенного вещества, n(X), к объему раствора V_р–ра:

c(X) = n(X)/V_р–ра, моль/дм³, моль/л или М. (1.4)

Например, c(H₂SO₄) = 2 моль/л или 2М означает, что в одном литре такого раствора содержится 2 моля серной кислоты.

Формулы (1.1 – 1.4) являются базовыми и в зависимости от условия конкретной задачи могут преобразовываться в другие уравнения, более удобные для использования вычислительной техники (см. примеры ниже).