Лекция 9. Растворы. Способы выражения концентрации растворов. Свойства растворов
Ключевые слова: растворы, растворенное вещество, растворитель, растворимость, насыщенные и ненасыщенные растворы, массовая доля растворенного вещества, молярность, нормальность, моляльность, мольная доля, титр, осмотическое давление, понижение давления пара над раствором, эбулиоскопическая постоянная, криоскопическая постоянная.
Раствор — это твердая, жидкая или газообразная гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов (составных частей), относительные количества которых могут изменяться в широких пределах. Всякий раствор состоит из растворенных веществ и растворителя, т. е. среды, в которой эти вещества равномерно распределены в виде молекул или ионов.
Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, т.е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом, называют насыщенным, а раствор, в котором еще можно растворить дополнительное количество данного вещества, ненасыщенным.
Концентрацию растворов можно выражать следующими способами:
1. Процентная концентрация по массе (ω, %) — число единиц массы (например, число граммов) растворенного вещества (mр.в.), содержащихся в 100 единицах массы (например, в 100 граммах) раствора (mр-ра):
ω= (mр.в.·100%)/mр-ра.Например, 15% раствор хлорида натрия – это такой раствор, в 100 г которого содержится 15 г NaCl и 85 г воды.
2. Молярность(См) — числомоль (n) растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора: См = n/V. Так, 2МH2SO4 обозначает раствор серной кислоты, в каждом литре которого содержится два моля H2SO4, 196 г.
3. Молярная концентрация эквивалента (нормальность)(СН):— число моль эквивалентов (nэкв) растворенного вещества, содержащихся в одном литре раствора: Так, 2н. H2SO4 означает раствор серной кислоты, в каждом литре которого содержится два эквивалента, т. е. 98 г H2SO4.
4. Моляльность(Сm) — число молей растворенного вещества, приходящихся на 1000 г растворителя. Так, 2m H2SO4 означает раствор серной кислоты, в котором на 1000 г воды приходится два моля H2SO4. Мольно-массовая концентрация раствора – моляльность, в отличие от его молярности, не изменяется при изменении температуры.
5. Мольная доля(Ni) — отношение числа молей данного вещества (n1) к общему числу молей всех веществ (n1, n2), имеющихся в растворе: N1=n1/(n1+n2).
Пользуясь растворами, концентрация которых выражена нормальностью, легко заранее рассчитать, в каких объемных отношениях они должны быть смешаны, чтобы растворенные вещества прореагировали без остатка:
СН1V1= СН2V2, где СН1, СН2 – молярные концентрации эквивалента (моль) растворенного вещества 1 и 2 соответственно; V1, V2 – объемы растворов (л) 1 и 2 соответственно. Таким образом, объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям.
Свойства растворов. Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворённого вещества (закон Рауля, 1887 г.): N2 = [(Pо — P) / Pо], где N2 — мольная доля растворённого вещества; P0 — давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем (кПа), P — давление насыщенного пара растворителя над раствором (кПа).
Односторонняя диффузия растворителя в раствор через полупроницаемую перегородку называется осмосом.Объём раствора в результате осмоса увеличивается, при этом возникает давление на стенки сосуда, в котором находится раствор. Это давление называется осмотическим(Pосм,, кПа): Pосм = i·См·R·T, где См – молярная концентрация, R – универсальная газовая постоянная, T – температура, К
Изотонический коэффициент i (коэффициент Вант-Гоффа) —поправочный коэффициент, отражающий увеличение числа частиц в растворах электролитов по сравнению с растворами неэлектролитов той же концентрации.
Криоскопия— физико-химический метод исследования жидких растворов нелетучих веществ, основанный на измерении понижения температуры замерзания раствора по сравнению с температурой замерзания чистого растворителя.Понижение температуры (Δtзам) замерзания раствора:
Δtзам = i·K·Cm, где К — криоскопическая постоянная растворителя -величина понижения температуры замерзания раствора, в котором содержится 1 моль растворенного вещества в 1 кг растворителя, Cm — моляльная концентрация раствора.
Эбуллиоскопия— метод изучения жидких растворов нелетучих веществ, основанный на измерении повышения температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения чистого растворителя. Повышение температуры кипения (Δtкип) раствора:Δtкип = i·E·Cm, где Е — эбуллиоскопическая постоянная (константа) растворителя—величина повышения температуры кипения раствора, в котором содержится 1 моль растворенного вещества в 1 кг растворителя. Изотонический коэффициент (i) связан со степенью диссоциации (α) электролита соотношением α =[(i — 1) / (k — 1)], где k — число ионов, на которые распадается при диссоциации молекула электролита (для KCl k=2, для ВаС12 и Na2SO4 k = 3 и т. д.).
Контрольные вопросы:
1. Из каких компонентов состоит раствор?
2. Какие растворы называются насыщенными?
3. Перечислите основные способы выражения концентрации растворов.
4. Что означают записи: 2,5 М NaOH, 0,1 н H2SO4?
Список рекомендуемой литературы:
1. Глинка Н.Л. Общая химия: учеб. пособие для вузов / Н.Л. Глинка. — М.: КНОРУС, 2009. — С. 217 — 236.
2. Коровин Н.В. Общая химия: учебник для технических направл. и спец. вузов — 7-е изд., испр. — М.: Высшая школа, 2006. — С. 204.
Источник
Концентрация растворов. Способы выражения концентрации растворов.
Концентрация раствора может выражаться как в безразмерных единицах (долях, процентах), так и в размерных величинах (массовых долях, молярности, титрах, мольных долях).
Концентрация – это количественный состав растворенного вещества (в конкретных единицах) в единице объема или массы. Обозначили растворенное вещество — Х, а растворитель — S. Чаще всего использую понятие молярности (молярная концентрация) и мольной доли.
Способы выражения концентрации растворов.
1. Массовая доля (или процентная концентрация вещества) – это отношение массы растворенного вещества m к общей массе раствора. Для бинарного раствора, состоящего из растворённого вещества и растворителя:
,
ω – массовая доля растворенного вещества;
mв-ва – масса растворённого вещества;
Массовую долю выражают в долях от единицы или в процентах.
2. Молярная концентрация или молярность – это количество молей растворённого вещества в одном литре раствора V:
,
C – молярная концентрация растворённого вещества, моль/л (возможно также обозначение М, например, 0,2 М HCl);
n – количество растворенного вещества, моль;
V – объём раствора, л.
Раствор называют молярным или одномолярным, если в 1 литре раствора растворено 1 моль вещества, децимолярным – растворено 0,1 моля вещества, сантимолярным – растворено 0,01 моля вещества, миллимолярным – растворено 0,001 моля вещества.
3. Моляльная концентрация (моляльность) раствора С(x) показывает количество молей n растворенного вещества в 1 кг растворителя m:
,
С (x) – моляльность, моль/кг;
n – количество растворенного вещества, моль;
4. Титр – содержание вещества в граммах в 1 мл раствора:
,
T – титр растворённого вещества, г/мл;
mв-ва – масса растворенного вещества, г;
5. Мольная доля растворённого вещества – безразмерная величина, равная отношению количества растворенного вещества n к общему количеству веществ в растворе:
,
N – мольная доля растворённого вещества;
n – количество растворённого вещества, моль;
nр-ля – количество вещества растворителя, моль.
Сумма мольных долей должна равняться 1:
Иногда при решении задач необходимо переходить от одних единиц выражения к другим:
ω(X) — массовая доля растворенного вещества, в %;
М(Х) – молярная масса растворенного вещества;
ρ= m/(1000V) – плотность раствора. 6. Нормальная концентрация растворов (нормальность или молярная концентрация эквивалента) – число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора.
Грамм-эквивалент вещества – количество граммов вещества, численно равное его эквиваленту.
Эквивалент – это условная единица, равноценная одному иону водорода в кислотоно-основных реакциях или одному электрону в окислительно – восстановительных реакциях.
Для записи концентрации таких растворов используют сокращения н или N. Например, раствор, содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.
,
СН – нормальная концентрация, моль-экв/л;
z – число эквивалентности;
Растворимость вещества S — максимальная масса вещества, которая может раствориться в 100 г растворителя:
Коэффициент растворимости – отношение массы вещества, образующего насыщенный раствор при конкретной температуре, к массе растворителя:
Источник
Конспект урока «Способы выражения концентрации растворов»
МКОУ «Новогуровская средняя общеобразовательная школа»
«Способы выражения концентрации растворов»
Урок подготовила и провела:
2011 – 2012 учебный год
Способы выражения концентраций растворов.
Тип урока: Изучение нового материала.
Вид урока: Комбинированный, решение задач, практическая работа.
расширить и систематизировать представления о способах выражения концентрации растворов;
изучить новые способы выражения концентраций растворов;
учиться применять полученные теоретические знания при решении задач;
развивать интеллектуальные умения и навыки.
Оборудование: компьютер, проектор, экран, периодическая система Д.И.Менделеева, карточки с заданиями для учащихся.
Лабораторное оборудование и вещества: На столах учащихся –
лабораторные весы с разновесами,
пробирка с солью (по вариантам).
I .Организация класса к учебной работе.
2. Организационный момент.
3. Создание комфортной доброжелательной обстановки в классе.
II. Объяснение нового материала.
Учитель: -Тема сегодняшнего урока «Способы выражения концентраций растворов» ( слайд №1)
И сегодня вы должны
• расширить и систематизировать представления о способах выражения
• изучить новые способы выражения концентраций растворов;
• учиться применять полученные теоретические знания при решении задач;
• развивать интеллектуальные умения и навыки. (слайд №2)
— Концентрация — величина, характеризующая количественный состав раствора.
Согласно правилам ИЮПАК, концентрацией растворённого вещества (не раствора) называют отношение количества растворённого вещества или его массы к объёму раствора (моль/л, г/л), то есть это соотношение неоднородных величин. Те величины, которые являются отношением однотипных величин (отношение массы растворённого
вещества к массе раствора, отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора) правильно называть долями.
Однако на практике для обоих видов выражения состава применяют термин концентрация и говорят о концентрации растворов. (слайд №3)
— Существуют несколько способов выражения концентраций растворов:
1 Массовая доля (весовые проценты, процентная концентрация)
2 Объёмная доля
3 Молярность (молярная концентрация)
5 Моляльность (моляльная концентрация)
6 Титр раствора
7 Нормальность (молярная концентрация эквивалента)
8 Растворимость вещества (слайд №4)
— Мы с вами рассмотрим массовую долю растворенного вещества в растворе и молярную концентрацию.
Понятие массовой доли растворенного вещества в растворе вы изучали в крсе химии 8 класса и решали задачи. Вспомните определение массовой доли и формулу ее расчета.
Учащиеся: — Массовая доля растворённого вещества — это отношение массы растворённого вещества к массе раствора.
(слайд №5)
Учитель: — В бинарных растворах часто существует однозначная зависимость между плотностью раствора и его концентрацией (при данной температуре). Это даёт возможность определять на практике концентрации важных растворов с помощью денсиметра (спиртометра, сахариметра, лактометра). Некоторые ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора (спирта, жира в молоке, сахара). Часто для выражения концентрации (например, серной кислоты в аккумуляторах) пользуются просто их плотностью. Распространены ареометры предназначенные для определения концентрации растворов веществ. (слайд №6)
— Решим задачу: задача №1 стр. 42 учебника Г.Е.Рудзитиса, Ф.Г.Фельдмана «Химия.11 класс. (Задачу у доски решает ученик)
— Следующий вид выражения концентрации раствора – это молярность или молярная концентрация.
Молярность — число молей растворённого вещества в единице объёма раствора.
где ν — количество растворённого вещества, моль; V — объём раствора, л
Молярность чаще выражают в моль/л или ммоль/л. Возможны следующие обозначения молярной концентрации — С, См, М.
Так, раствор с концентрацией 1,0 моль/л называют одномолярным, можно записать – 1М,
0,1 моль/л – децимолярным – 0,1М, 0,01 моль/л – сантимолярным – 0,01М (слайд №7)
— Решим задачу: задача № 4 стр.2 учебника.
III . Закрепление изученного – выполнение практической работы «Приготовление растворов с заданной молярной концентрацией».
— А теперь выполним практическую работу №1 «Приготовление растворов с заданной молярной концентрацией» стр.42 учебника.
Для этого решите задачу по вариантам. Задания даны на карточках-инструктажах. (слайд10)
Затем приготовьте раствор заданной концентрацией взвесив рассчитанную массу на весах и отмерьте нужный объем воды мерным цилиндром.
Вспомним правила работы с лабораторными весами (слайд №8) и правила измерения объёма жидкости с помощью измерительного цилиндра. (слайд №9)
Составьте отчет о работе в произвольной форме. (слайд №11)
После выполнения работы сдайте тетради на проверку, уберите свое рабочее место (слайд №12) и запишите домашнее задание (слайд №13).
IV . Домашнее задание: §10, вопр. 10-13 стр.41, решить задачи № 2, 3 стр.42.
Источник
