8. Способы выражения концентрации растворов

Растворы – это однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух или более компонентов (составных частей), относительные количества которых могут изменяться в широких пределах. Компонентами раствора являются растворенные вещества и растворитель. Растворитель – это компонент, который в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем является вода).

Важной характеристикой любого раствора является его состав, который определяется количеством растворенного вещества и растворителя. Отношение количества или массы вещества, содержащегося в системе, к объему или массе этой системы называется концентрацией. Известно несколько способов выражения концентрации растворов.

Молярная концентрация вещества В или молярность (с_В или М) – отношение количества растворенного вещества к объему раствора:

, моль/л, (1)

где n_B – количество вещества В; m_B – масса вещества, г; М_В –молярная масса вещества, г/моль; V – объем раствора, л.

Молярная концентрация эквивалентов вещества В или нормальность ((В) или н.) – отношение количества эквивалентов растворенного вещества к объему раствора:

, моль/л, (2)

где n_эк(В) – количество вещества эквивалентов; m_B – масса вещества, г; М_э(В) – молярная масса эквивалентов вещества, г/моль; V – объем раствора, л.

Моляльная концентрация вещества В или моляльность () - отношение количества растворенного вещества к массе растворителя:

, моль/кг, (3)

где n_В – количество растворенного вещества В; m_B – масса растворенного вещества, г; m_S – масса растворителя, кг; М_В - молярная масса растворенного вещества, г/моль.

Массовая доля вещества В (ω) – отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Массовая доля ─ безразмерная величина, ее выражают в долях единицы или процентах:

, (4)

где m_B – масса растворенного вещества, г; m – масса раствора, г.

Если выражать массу раствора через его плотность(ρ) и объем(V), то

(5)

Молярная (мольная) доля вещества В (х_В) ─ отношение количества растворенного вещества (или растворителя) к сумме количеств всех веществ, содержащихся в растворе:

, (6)

где х_B – молярная доля растворенного вещества, n_B – количество растворенного вещества; n_S – количество растворителя.

, (7)

где х_S – молярная доля растворителя, n_B и n_S – количества растворенного вещества и растворителя.

Титр раствора вещества В (Т_В) показывает число граммов растворенного вещества, содержащегося в 1 мл (см³) раствора. Титр рассчитывается по формулам:

, г/мл, (8)

где М_э(В) – молярная масса эквивалентов вещества, (В) – молярная концентрация эквивалентов;

, г/мл, (9)

где ω_В – массовая доля растворенного вещества, ρ – плотность раствора.

Примеры решения задач

Пример 8.1. Водный раствор содержит 354 г H₃PO₄ в 1 л. Плотность раствора ρ = 1,18 г/см³. Вычислить: а) массовую долю (%)H₃PO₄ в растворе; б) молярную концентрацию; в) молярную концентрацию эквивалентов; г) моляльность; д) титр; е) молярные доли H₃PO₄ и Н₂О.

Решение. а) Для расчета массовой доли воспользуемся формулой (5):

%

б) Молярная масса H₃PO₄ равна 98 г/моль. Молярную концентрацию раствора находим из соотношения (1):;

= 3,61 моль/л.

в) Молярная масса эквивалентов H₃PO₄ равна 32,7 г/моль. Молярную концентрацию эквивалентов рассчитываем по формуле (2):

= 10,83 моль/л.

г) Для определения моляльности по формуле (3) необходимо рассчитать массу растворителя в растворе. Масса раствора составляет 1,18 ∙ 1000 = 1180 г.

Масса растворителя в растворе m_S = 1180 – 354 = 826 г.

Моляльная концентрация раствора равна: