7. Способы выражения количественного состава растворов

При изучении данной темы нужно усвоить наиболее часто употребляемые в химии способы выражения содержания растворенного вещества в растворе: массовая доля, титр раствора, моляльная концентрация, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалентов; научиться практически рассчитывать количество реагентов и продуктов.

Концентрация раствора – это относительное содержание растворенного вещества в единице объема, массы раствора или растворителя [1 – 5, 8].

7.1. Массовая доля, титр, моляльная и молярная концентрации

Пример 1. Рассчитайте а) массовую долю (ω, %); б) титр раствора (Т); в) моляльную концентрацию (С_m); г) молярную концентрацию (С) раствора Н₃PO₄, полученного при растворении 80 г ортофосфорной кислоты Н₃PO₄ в 320 см³ воды (плотность раствора 1,020 г/см³).

Решение

а) Рассчитываем массовую долю ортофосфорной кислоты Н₃PO₄.

Массовая доля ω_х растворенного вещества х – это безразмерная физическая величина, равная отношению массы растворенного вещества к общей массе раствора, т.е. , (1)

где ω_х – массовая доля растворенного вещества;

m_x – масса растворенного вещества;

m_p – общая масса раствора.

Итак, определяем массу растворителя (воды): ,

где – объем воды;

– плотность воды = 1 г/см³;

= 320 см³ · 1 г/см³ = 320 г.

Масса полученного раствора:

= 80 + 320 = 400 г.

Рассчитываем массовую долю ортофосфорной кислоты в растворе по уравнению (1):

= = 0,2, или 20%.

б) Рассчитываем титр раствора.

Титр (Т) раствора – это масса вещества (в г), содержащаяся в 1 мл раствора (размерность г/мл).

Массовая доля ортофосфорной кислоты равна 20%. Вычислим, какой объем занимают 100 г 20%-ного раствора H₃PO₄.

, мл.

Определим титр 20%-ного раствора H₃PO₄:

в 98 мл раствора H₃PO₄ содержится 20 г H₃PO₄;

в 1 мл раствора H₃PO₄ содержится х г H₃PO₄,

х = г/мл H₃PO₄; = 0,2040 г/мл.

в) Рассчитываем моляльную концентрацию.

Моляльность вещества х в растворе выражается количеством растворенного вещества (х) n_x, содержащегося в 1 кг растворителя (размерность моль/кг).

Определим массу H₃PO₄ в 1000 г Н₂О из пропорции:

в 320 г Н₂О растворено 80 г H₃PO₄;

в 1000 г Н₂О растворено х г H₃PO₄,

х = г.

Количество растворенного вещества получаем делением числа граммов H₃PO₄ в 1000 г растворителя на молярную массу H₃PO₄ (98 г/моль):

=2,6 моль.

Моляльность H₃PO₄ равна С_m (H₃PO₄, Н₂О) = 2,6 моль/кг, или 2,6 М_Н.

Обратите внимание на то, что при вычислении моляльной концентрации учитывается масса растворителя, а не раствора.

г) Рассчитываем молярную концентрацию.

Молярная концентрация выражается количеством растворенного вещества (х), n_x, содержащегося в 1 л раствора.

Масса 1 л раствора H₃PO₄ равна 1,020 г/см³ · 1000 мл = 1020 г. Массу кислоты в литре раствора определяем из пропорции:

в 400 г раствора H₃PO₄ содержится 80 г H₃PO₄;

в 1020 г раствора H₃PO₄ содержится х г H₃PO₄,

х = г.

Количество растворенного вещества (моль) равно отношению числа граммов H₃PO₄ в 1 л раствора на молярную массу H₃PO₄ (98 г/моль):

 2 моль.

Молярная концентрация H₃PO₄ в растворе  2 моль/л, т.е. получили 2М H₃PO₄.