Свойства растворов

Растворы – это однородные (гомогенные) системы, состоя­щие из двух или более компонентов (составных частей), количества которых могут изменяться в широких пределах. Раствор состоит из растворенного вещества и растворителя, т.е. среды, в которой растворенное веще­ство равномерно распределено в виде молекул или ионов. Однородность растворов делает их сходными с химиче­с­кими соединениями. Отличие растворов от хими­чес­ких соединений состоит в том, что состав растворов может изменяться в широких пределах. Непостоянство состава растворов приближает их к механическим смесям, но от по­следних они резко отличаются своей однородностью. Та­ким образом, растворы занимают промежуточное поло­же­ние между механическими смесями и химичес­кими эле­ментами. Различают газовые, жидкие и твердые раство­­ры. Наибольшее распространение имеют жидкие раство­ры. Растворы, в отличие от химических соедине­ний, имеют не постоянный состав, поэтому необходимо учитывать его концентрацию.

Состав раствора (содержание в нем растворенного вещества) может быть выражен разными способами (способы выражения концентраций раствора). Наиболее распространенными из них являются следующие:

• массовая доля () - отношение массы раство­рен­ного вещества (г, кг) к массе всего раство­ра в про­центах, т.е. показывает, сколько граммов раство­­­­ренного веще­ства содержится в 100 г раствора:

m_р-ра = V_р-ра  _р-ра ;

m_р-ра = m_в-ва + m_{растворителя}

 =  % = 100 % ;

• молярная концентрация (молярность, С_М) показы­вает количество молей растворенного вещества, содер­жа­щихся в 1 л раствора

С_M = = ;

• нормальная концентрация (нормальность, С_H) пока­зывает количество моль-эквивалентов растворенно­го вещества (эквивалентов), содержащихся в 1 л раствора

С_Н = = .

Эквивалентом вещества называется такое его количе­ст­­­во, которое соединяется, вытесняет или замещает 1моль атомов водорода. Масса эквивалента, выражен­ная в граммах, называется эквивалентной массой.

Для определения нормальности раствора необходимо уметь рассчитывать эквивалентную массу нерганичес­ких веществ.

Эквивалентная масса кислоты, основания, соли, уча­ствующих в ионно-обменных процессах, равна частно­му от деления молярной массы этого вещества на произ­ве­дение количества катионов в молекуле на их заряд (или количества анионов на их заряд) для веществ

Э_в-ва = =

где y – число катионов;

+ х – заряд катионов;

х – число анионов;

- у – заряд анионов.

Эквивалентная масса вещества, участвующего в окис­ли­­тельно-восстановительном процессе, равна частному от деления молярной массы вещества на количество отдан­ных (восстановитель) или принятых (окислитель) элект­ро­нов.

Э_{в-ва окисл.-восст.} = М / n_ē

• титр раствора (Т) показывает количество граммов растворенного вещества, содержащихся в 1 мл раствора

Т = .

Примеры решения задач с использованием концентрации растворов

Задача 1. Сколько граммов КОН надо растворить в 100 г воды, чтобы получить раствор с массовой долей 6 %?

Решение. По определению массовой доли () извест­но, что в 100 г раствора будет содержаться 6 г КОН.

m_{раствора} = m_{растворенного в-ва} + m;

следовательно, m= 100 г раствора – 6 г = 94 г,

тогда в 94 г Н₂О содержится 6 г КОН, а

в 100 г Н₂О » х г КОН; х = 6,38 г КОН.

Задача 2. Какой объем 96 %-ной (по массе) серной кислоты (плотность раствора,  = 1,84 г/см³) и какую массу воды надо взять для приготовления 100 мл 15%-ного (по массе) раствора серной кислоты (плотность раствора,  = 1,10 г/см³).

Решение. Найдем массу 100 мл 15%-ного (по массе) раствора Н₂SO₄.

m_{раствора} = V = 1,10100 = 110 г

Массу Н₂SO₄ , содержащуюся в 110 г этого раствора, найдем из пропорции

100 г раствора содержат 15 г Н₂SO₄

110 г раствора » х г Н₂SO₄,

х =16,5 г Н₂SO₄

или m= 110= 16,5 г.

Далее найдем массу 96 %-ного (по массе) раствора Н₂SO₄, в котором содержится 16,5 г Н₂SO₄,

в 100 г раствора содержится 96 г Н₂SO₄

х г » » 16,5 г Н₂SO₄ ;

х = 17,2 г раствора или m _{96%-ного р-ра} = = 17,2 г. Найдем объем 96 %-ного раствора, масса которого 17,2 г:

; V = 17,2/1,84 = 9,34 мл.

Итак, для приготовления 100 мл 15%-ного раствора Н₂SO₄ потребуется 9,34 мл 96%-ного раствора и 110 г  16,5 г = 93,5 г Н₂О.

Задача 3. Определите молярную концентрацию ра­ство­­ра NaOH, если в 200 мл раствора содержится 1,6 г растворенного вещества.

Решение. Молярная масса NaOH равна 40 г/моль. Определим количество молей NaOH, содержащихся в 200 мл раствора:

 = = 1,6 : 40 = 0,04 моля.

Исходя из определения молярной концентрации, найдем количество молей NaOH, содержащихся в 1 л раствора:

С_M =  / V

С_M = 0,04 : 0,2 = 0,2 моль/л.

Задача 4. Какова нормальность раствора хлорида же­ле­за (III), в 0,3 л которого содержится 32,44 г соли?

Решение. Молярная масса хлорида железа равна 162,3 г/моль. Эквивалентная масса FeCl₃ = 162,3 : 3 = 54,1 г/моль-экв.

Определим количество моль-эквивалентов растворен­ного вещества (FeCl₃), содержащихся в 0,3 л раствора:

 = 32,44 : 54,1 = 0,6 моль-эквивалентов (эквивалентов).

Нормальность определяется количеством моль-эквива­лентов растворенного вещества в 1 л раствора. Следова­тель­но, 0,3 л содержит 0,6 моль-эквивалента

1 л » х моль-эквивалентов;

х = 2 моль-эквивалента (эквивалента).

С_Н = 2 (2н раствор) или С_Н = экв./л.

Задача 5. Определите молярность, нормальность и титр 15%-ного раствора серной кислоты. Плотность раствора  =1,10 г/см³.

Решение. 1. Примем объем раствора, равным 1 л. Оп­ре­деляем массу (г) серной кислоты, содержащуюся в 1 л ее раствора, из пропорции

в 100 г раствора содержится 15 г Н₂SO₄

в 1,10  1000 г » » х г Н₂SO₄ ,

отсюда следует, что в 1л раствора массой 1,10  1000 г содержится х =165 г Н₂SO₄ ;

2. Молярная масса Н₂SO₄ равна 98 г/моль, в 1л раство­ра содержится Н₂SO₄ 165 : 98 = 1,68 моль. Таким образом С_М = 1,68 моль/л;

3. Эквивалент Н₂SO₄ равен 98 : 2 = 49 г/моль-экв. или 49 г/экв. Коли­чество моль-эквивалентов в165 г Н₂SO₄ рав­но 165 : 49 = 3,36 моль-эквивалентов. Следовательно, в 1л раство­ра содержится 3,36 моль-эквивалентов

С_Н = 3,36 моль-экв./л (экв./л);

4. Определим титр раствора. Т = m / v; Т = 165: 1000 = 0,165 г/мл.

Задача 6. В каком объеме 0,5 нормального раствора карбоната натрия содержится 10 г соли? Какова молярность и титр этого раствора?

Решение. 1. Исходя из определения нормальности, в 1 литре раствора содержится 0,5 моль-эквивалентов Na₂CO₃.

Эквивалентная масса Na₂CO₃ = 106 : 2 = 53 г/моль-экв. Следовательно, в 1 л 0,5 н раствора содержится 0,5  53 = 26,5 г Na₂CO₃,