Тема 7. Растворы. Способы выражения концентрации растворов.

Раствор – многокомпонентная однородная равновесная система, состоящая из растворителя и растворенных веществ. Растворы делятся на твердые (сплавы), жидкие, газообразные. Наиболее важным видом растворов являются жидкие растворы, характеристикой которых является их концентрация. Концентрация выражает содержание растворенного вещества в определенном количестве раствора или растворителя.

Существуют следующие способы выражения концентрации растворов: массовая, молярная, моляльная, нормальная, титр и т.д.

I. Массовая концентрация (процентная концентрация по массе) выражается отношением массы растворенного вещества к массе раствора:

; m_{раствора} = m_{вещества} + m_{растворителя ;}

т.к. m_{раствора =} V_{раствора} · ρ , следовательно .

II. Молярная концентрация определяется числом моль растворенного вещества в 1дм³ (1000 см ³⁾ раствора:

или ; [моль/ дм³]

III. Моляльная концентрация выражается числом моль растворенного вещества, содержащегося в 1 кг (1000 г) растворителя:

или

IV. Нормальная концентрация выражается числом моль-эквивалентов растворенного вещества, содержащегося 1дм³ раствора.

или ; [моль-экв/дм³]

V. Титр определяется содержанием массы растворенного вещества в 1 см³ раствора:

; [г/мл]

При решении задач необходимо помнить закон эквивалентов (см. тему 2): объёмы реагирующих друг с другом растворов обратно пропорциональны их концентрации, выраженным в единицах нормальности.

С_{н 1} V₁ = С_{н 1}V₁

Пример 1.Какой объем (см³) воды необходимо прибавить к 150 см³ 30,0 % -ного раствора NaOH (ρ = 1,33 г/см³) для получения 12,0 %-ного раствора щелочи?

Решение: Масса исходного раствора равна m_р-р = V ^. ρ = 150 ^. 1,33 = 199,5 г.

В этом 30,0% -ном растворе NaOH содержится . По условию задачи эта масса NaOH должна содержаться в 12,0 % растворе NaOH.

Следовательно к исходному раствору необходимо прибавить

т.к. ρ _H2O=1 г/см³, отсюда V _H2O=299 см³.

Пример 2. Определить молярную, нормальную концентрации и титр 20,0 %-ного раствора серной кислоты (ρ=1,14 г/см³)

Решение: Пусть объём раствора кислоты равен 1,00 дм³ (1000см³), тогда масса серной кислоты в нем . Вычисляем молярную концентрацию раствора:

[моль/ дм³], т.к. молярная масса эквивалента серной кислоты равна г/моль-экв, следовательно нормальная концентрация раствора равна моль-экв/дм³. Определяем титр раствора серной кислоты г/мл.

Пример 3. Для нейтрализации 50 см³ раствора серной кислоты потребовалось добавить 23 см³ 0,15Н раствора щелочи. Вычислите нормальную концентрацию раствора серной кислоты.

Решение: По закону эквивалентов вещества взаимодействуют в эквивалентных количествах: С_{н(кислоты)}·V_{р-ра(кислоты)}= С_{н(щелочи)}·V_{р-ра(щелочи)} , следовательно

Контрольные задачи

1. Сколько граммов Na₂SO₃ потребуется для приготовления 2дм³ 6%-ного раствора (ρ=1,075 г/см³)? Вычислите нормальную концентрацию этого раствора.

2. Сколько см³ 0,01 Н раствора нитрата серебра потребуется для реакции обмена с 1 см³ 10%-ного раствора HBr (ρ=1,073 г/см³)?

3. Какой объём воды надо прибавить к 100 см³ 20%-ного раствора серной кислоты (ρ=1,14 г/см³), чтобы получить 5%-ный раствор?

4. Какой объём раствора кислоты нормальной концентрацией равной 0,2 моль-экв/дм³ требуется для нейтрализации раствора, содержащего 0,4 г NaOH в 50 см³?

5. Вычислите молярную и моляльную концентрацию и титр раствора ортофосфорной кислоты, содержащего 49 г H₃PO₄ в 100 г раствора (ρ=1,33 г/см³).

6. К 300 см³ 18%-ного раствора Na₂CO₃ (ρ=1,19 г/см³) добавили 500 см³ 6%-ного раствора H₂SO₄ (ρ=1,04 г/см³). Сколько см³ 2,5 Н раствора соляной кислоты потребуется для взаимодействия с оставшейся содой?

7. Сколько граммов Na₂SO₄·10H₂O надо растворить в 800 г воды, чтобы получить 10%-ный раствор Na₂SO₄?

8. Сколько граммов 5%-ного раствора AgNO₃ потребуется для обменной реакции со 120 см³ 0,3 М раствора хлорида алюминия?

9. Какой объём в см³ 38%-ного раствора соляной кислоты

(ρ=1,19 г/см³), нужно взять для приготовления 1 литра 2Н раствора?

10. Сколько миллилитров 4,7М раствора NaOH требуется для взаимодействия с 7,6 л H₂S (при 15^оС и 96 кПа), если известно, что образуется средняя соль?

11. В какой массе воды нужно растворить 25 граммов медного купороса (CuSO₄·5H₂O), чтобы получить 8%-ный раствор CuSO₄?

12. Смешали 1,2 дм³ 3.5%-ного раствора КОН (ρ=1,033 г/см³) и 0,8 дм³ 2,5%-ного раствора КОН (ρ=1,027 г/см³). Вычислить нормальность полученного раствора щелочи.

13. Какой объём 15%-ного раствора H₂SO₄ (ρ=1,10 г/см³) потребуется для полного растворения 2,7 г алюминия?

14. Раствор нитрата калия содержит 192,6 г соли в 1 дм³ (ρ=1,14 г/см³). Рассчитайте массовую концентрацию, молярную концентрацию, моляльность и титр раствора.

15. Сколько граммов карбоната кальция выпадает в осадок, если к 400 см³ 0,5Н раствора хлорида кальция прибавить избыток раствора соды?

16.К какому объёму 0,2Н раствору аммиака следует добавить 20 см³

35%-ного раствора аммиака (ρ=0,88 г/см³) для получения 0,5Н раствора?

17. В каком объёме 25%-ного раствора уксусной кислоты (ρ=1,035 г/см³) содержится 1 моль этой кислоты? Рассчитайте титр и нормальную концентрацию этого раствора.

18. Какой объём 0,5Н раствора серной кислоты следует добавить к 1 дм³

0,11Н раствора той же кислоты для получения 0,1М раствора?

19. Смешали 100 см³ 20%-ного раствора азотной кислоты (ρ=1,12 г/см³)

и 500 см³ воды. Определите процентную концентрацию азотной

кислоты в полученном растворе.

20. Вычислите процентную концентрацию гидроксида натрия в 9,28Н

раствора NaOH если плотность раствора равна 1,310 г/см³.

21.Сколько граммов AlCl₃·6H₂O потребуется для приготовления 300 см³ 4%-ного раствора AlCl₃ (ρ =1,03 г/см³)? Вычислить молярную концентрацию этого раствора.

22.Сколько см³ 0,1Н раствора хлорида бария потребуется для реакции обмена с 100 см³ 15%-ного раствора H₂SO₄ (ρ=1,10 г/см³)?

23.Какой объём воды необходимо прибавить к 10 см³ 36,5%-ного раствора соляной кислоты (ρ=1,18 г/см³), чтобы получить 0,1Н раствор соляной кислоты (ρ=1,002г/см³)?

24.Какой объём 0,2Н раствора щелочи потребуется для осаждения в виде Fe(OH)₃ всего железа, содержащегося в 100 см³ 0,5Н раствора хлорида железа (III)?

25.Вычислить массу воды, необходимую для приготовления раствора хлорида натрия, содержащего 1,50 моль NaCl на 100 г воды, если имеется 10 г NaCl?