7.1. Основные способы выражения концентрации растворов

Количественный состав раствора чаще всего оценивают при помощи понятия концентрации, под которым понимают содержание растворенного вещества (в определенных единицах) в единице массы (объема) раствора (растворителя). Основными способами выражения концентрации растворов являются следующие:

1. Массовая доля вещества (X)  это отношение массы данного компонента X, содержащегося в системе, к общей массе этой системы:

(19)

Так как , где   плотность раствора [г/мл], V  объем раствора [мл], то формулу (19) можно представить в виде:

(19)

Массовая доля выражается в долях единицы или в %. Массовая доля компонента в % показывает, сколько грамм данного компонента содержится в 100 г раствора. Например, раствор NaCl с массовой долей 0,9% содержит 0,9 г NaCl в 100 г раствора.

Пример 1. Вычислить массовую долю NaCl, если 20 г NaCl растворено в 180 г Н₂О.

Решение.

Сначала найдем массу раствора:

Тогда

Пример 2. Найти массу NaHCO₃ в 2 л 10% раствора плотностью 1,1 г/мл.

Решение.

Здесь удобно воспользоваться формулой 19:

220 г.

2. Молярная концентрация раствора С(X)  это отношение количества вещества компонента n(X) к объему раствора V_р-ра:

(20)

Так как , то можем записать:

(20)

Молярная концентрация выражается в моль/л и показывает какое количество растворенного вещества (в молях) содержится в 1 л раствора.

Пример 1. Имеется 200 мл раствора H₂SO₄ с C(H₂SO₄)  0,3 моль/л. Найти n(H₂SO₄) в растворе.

Решение.

Из формулы (20):

Пример 2. В 500 мл раствора содержится 10,6 г Na₂CO₃. Вычислить C(Na₂CO₃).

Решение.

M(Na₂CO₃)  232  12  163  106 г/моль.

По формуле (20):

3. Молярная концентрация эквивалента С( X)  это отношение количества эквивалента вещества n( X) к объему раствора V_р-ра:

(21)

Молярная концентрация эквивалента выражается в моль/л.

Химический эквивалент – это реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять или высвобождать 1 ион водорода в кислотно-основных или ионообменных реакциях.

Так же, как молекула, атом или ион, эквивалент безразмерен.

Масса моля эквивалента называется молярной массой эквивалента М( X). Величина называется фактором эквивалентности. Она показывает, какая доля реальной частицы вещества соответствует эквиваленту. Для правильного определения эквивалента вещества надо исходить из конкретной реакции, в которой это вещество участвует, например, в реакции взаимодействия Н₃РО₄ с NaOH может происходить замещение одного, двух или трех протонов:

1. H₃PO₄ + NaOH  NaH₂PO₄ + H₂O;

2. H₃PO₄ + 2NaOH  Na₂HPO₄ + 2H₂O;

3. H₃PO₄ + 3NaOH  Na₃PO₄ + 3H₂O.

В соответствии с определением эквивалента, в 1-й реакции замещается один протон, следовательно, молярная масса эквивалента вещества равна молярной массе, т. е. z  l и . В данном случае:

.

Во 2-й реакции происходит замещение двух протонов, следовательно, молярная масса эквивалента составит половину молярной массы Н₃РО₄, т. e. z  2, а . Здесь:

.

В 3-й реакции происходит замещение трех протонов и молярная масса эквивалента составит третью часть молярной массы Н₃РО₄, т.е. z  3, a . Соответственно:

.

В реакциях обмена, где непосредственно не участвуют протоны, эквиваленты могут быть определены косвенным путем, введением вспомогательных реакций, анализ результатов которых позволяет вывести правило, что для всех реакций z равен суммарному заряду обменивающихся ионов в молекуле вещества, участвующего в конкретной химической реакции.

Пример 1. Найти молярную массу эквивалента AgNO₃ и AlCl₃, участвующих в реакции:

AlCl₃ + 3AgNO₃ = Al(NO₃)₃ + 3AgCl.

В AlCl₃ обменивается 1 ион Al³⁺ с зарядом +3, следовательно, z = 13 = 3. Таким образом:

Можно также сказать, что обмениваются 3 иона хлора с зарядом 1. Тогда z = 31 = 3 и

Для AgNO₃ z = 11 = 1 (обменивается 1 ион Ag⁺ с зарядом +1 или обменивается 1 ион NO₃^ с зарядом 1).

Пример 2. Найти молярную массу эквивалента Al₂(SO₄)₃, участвующего в реакции:

Al₂(SO₄)₃ + 3BaCl₂ = 3BaSO₄ + 2AlCl₃.

Для Al₂(SO₄)₃ z = 23 = 6 (обменивается 2 иона Al³⁺ с зарядом +3 или 3 иона SO₄^2 с зарядом 2). Следовательно,

Итак, запись С( H₂SO₄) = 0,02 моль/л означает, что имеется раствор, в 1 л которого содержится 0,02 моль эквивалента H₂SO₄, а молярная масса эквивалента H₂SO₄ составляет при этом молярной массы H₂SO₄, т. е. 1 л раствора содержит H₂SO₄.

Если фактор эквивалентности , то молярная концентрация эквивалента равна молярной концентрации раствора.

Пример 3. В 500 мл раствора FeС1₃ содержится 2,7 г соли. Найти C( FeС1₃).