Переход от одного способа выражения состава раствора

Переход от одного способа выражения состава раствора

Состав раствора можно передать, указав:

1) перечень растворенных веществ;
2) концентрацию — относительное количество растворенных веществ.

Существуют различные способы выражения состава растворов. Вот некоторые из них:

Различные способы выражения концентраций связаны между собой, что позволяет осуществлять переход от одного способа к другому (связь между различными способами выражения концентрации).

Молярная концентрация С(х) – отношение количества растворенного вещества (в молях) к объему раствора. Единица измерения – моль/л.

Массовая доля растворенного вещества – отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора. Массовая доля – величина безразмерная, иногда ее выражают в процентах.

Моляльная концентрация – отношение числа молей растворенного вещества к массе растворителя.

Концентрация моль-эквивалента (старое название — нормальная концентрация или нормальность) — отношение числа эквивалентов вещества к объему раствора.

Источник

Растворы. Способы выражения концентрации растворов

Материалы портала onx.distant.ru

Растворы. Способы выражения концентрации растворов

Способы выражения концентрации растворов

Существуют различные способы выражения концентрации растворов.

Массовая доля ω компонента раствора определяется как отношение массы данного компонента Х, содержащегося в данной массе раствора к массе всего раствора m. Массовая доля – безразмерная величина, её выражают в долях от единицы:

Массовый процент представляет собой массовую долю, умноженную на 100:

ω(Х) = m(Х)/m · 100% (0%

где ω(X) – массовая доля компонента раствора X; m(X) – масса компонента раствора X; m – общая масса раствора.

Мольная доля χ компонента раствора равна отношению количества вещества данного компонента X к суммарному количеству вещества всех компонентов в растворе.

Для бинарного раствора, состоящего из растворённого вещества Х и растворителя (например, Н₂О), мольная доля растворённого вещества равна:

Мольный процент представляет мольную долю, умноженную на 100:

Объёмная доля φ компонента раствора определяется как отношение объёма данного компонента Х к общему объёму раствора V. Объёмная доля – безразмерная величина, её выражают в долях от единицы:

φ(Х) = V(Х)/V (0

Объёмный процент представляет собой объёмную долю, умноженную на 100.

Молярность (молярная концентрация) C или C_м определяется как отношение количества растворённого вещества X, моль к объёму раствора V, л:

C_м(Х) = n(Х)/V (6)

Основной единицей молярности является моль/л или М. Пример записи молярной концентрации: C_м(H₂SO₄) = 0,8 моль/л или 0,8М.

Нормальность С_н определяется как отношение количества эквивалентов растворённого вещества X к объёму раствора V:

Основной единицей нормальности является моль-экв/л. Пример записи нормальной концентрации: С_н(H₂SO₄) = 0,8 моль-экв/л или 0,8н.

Титр Т показывает, сколько граммов растворённого вещества X содержится в 1 мл или в 1 см 3 раствора:

T(Х) = m(Х)/V (8)

где m(X) – масса растворённого вещества X, V – объём раствора в мл.

Моляльность раствора μ показывает количество растворённого вещества X в 1 кг растворителя:

μ(Х) = n(Х)/m_р-ля (9)

где n(X) – число моль растворённого вещества X, m_р-ля – масса растворителя в кг.

Мольное (массовое и объёмное) отношение – это отношение количеств (масс и объёмов соответственно) компонентов в растворе.

Необходимо иметь ввиду, что нормальность С_н всегда больше или равна молярности С_м. Связь между ними описывается выражением:

Для получения навыков пересчёта молярности в нормальность и наоборот рассмотрим табл. 1. В этой таблице приведены значения молярности С_м, которые необходимо пересчитать в нормальность С_н и величины нормальности С_н, которые следует пересчитать в молярность С_м.

Пересчёт осуществляем по уравнению (10). При этом нормальность раствора находим по уравнению:

Результаты расчётов приведены в табл. 2.

Таблица 1. К определению молярности и нормальности растворов

Тип химического превращения	См	Сн	Сн	См
Реакции обмена	0,2 M Na2SO4	?	6 н FeCl3	?
	1,5 M Fe2(SO4)3	?	0,1 н Ва(ОН)2	?
Реакции окисления-восстановления	0,05 М KMnO4 в кислой среде	?	0,03 М KMnO4 в нейтральной среде	?

Значения молярности и нормальности растворов

Тип химического превращения	См	Сн	Сн	См
Реакции обмена	0,2M Ma2SO4	0,4н	6н FeCl3	2М
1,5M Fe2(SO4)3	9н	0,1н Ва(ОН)2	0,05М
Реакции окисления-восстановления	0,05М KMnO4 в кислой среде	0,25н	0,03М KMnO4 в нейтральной среде	0,01М

Между объёмами V и нормальностями С_н реагирующих веществ существует соотношение:

Примеры решения задач

Задача 1. Рассчитайте молярность, нормальность, моляльность, титр, мольную долю и мольное отношение для 40 мас.% раствора серной кислоты, если плотность этого раствора равна 1,303 г/см 3 .

Решение.

Масса 1 литра раствора равна М = 1000·1,303 = 1303,0 г.

Масса серной кислоты в этом растворе: m = 1303·0,4 = 521,2 г.

Молярность раствора С_м = 521,2/98 = 5,32 М.

Нормальность раствора С_н = 5,32/(1/2) = 10,64 н.

Титр раствора Т = 521,2/1000 = 0,5212 г/см 3 .

Моляльность μ = 5,32/(1,303 – 0,5212) = 6,8 моль/кг воды.

Обратите внимание на то, что в концентрированных растворах моляльность (μ) всегда больше молярности (С_м). В разбавленных растворах наоборот.

Масса воды в растворе: m = 1303,0 – 521,2 = 781,8 г.

Количество вещества воды: n = 781,8/18 = 43,43 моль.

Мольная доля серной кислоты: χ = 5,32/(5,32+43,43) = 0,109. Мольная доля воды равна 1– 0,109 = 0,891.

Мольное отношение равно 5,32/43,43 = 0,1225.

Задача 2. Определите объём 70 мас.% раствора серной кислоты (r = 1,611 г/см 3 ), который потребуется для приготовления 2 л 0,1 н раствора этой кислоты.

Решение.

2 л 0,1н раствора серной кислоты содержат 0,2 моль-экв, т.е. 0,1 моль или 9,8 г.

Масса 70%-го раствора кислоты m = 9,8/0,7 = 14 г.

Объём раствора кислоты V = 14/1,611 = 8,69 мл.

Задача 3. В 5 л воды растворили 100 л аммиака (н.у.). Рассчитать массовую долю и молярную концентрацию NH₃ в полученном растворе, если его плотность равна 0,992 г/см 3 .

Решение.

Масса 100 л аммиака (н.у.) m = 17·100/22,4 = 75,9 г.

Масса раствора m = 5000 + 75,9 = 5075,9 г.

Массовая доля NH₃ равна 75,9/5075,9 = 0,0149 или 1,49 %.

Количество вещества NH₃ равно 100/22,4 = 4,46 моль.

Объём раствора V = 5,0759/0,992 = 5,12 л.

Молярность раствора С_м = 4,46/5,1168 = 0,872 моль/л.

Задача 4. Сколько мл 0,1М раствора ортофосфорной кислоты потребуется для нейтрализации 10 мл 0,3М раствора гидроксида бария?

Решение.

Переводим молярность в нормальность:

Используя выражение (12), получаем: V(H₃P0₄)=10·0,6/0,3 = 20 мл.

Задача 5. Какой объем, мл 2 и 14 мас.% растворов NaCl потребуется для приготовления 150 мл 6,2 мас.% раствора хлорида натрия?

Плотности растворов NaCl:

С, мас.%	2	6	7	14
ρ, г/см 3	2,012	1,041	1,049	1,101

Решение.

Методом интерполяции рассчитываем плотность 6,2 мас.% раствора NaCl:

Определяем массу раствора: m = 150·1,0426 = 156,39 г.

Находим массу NaCl в этом растворе: m = 156,39·0,062 = 9,70 г.

Для расчёта объёмов 2 мас.% раствора (V₁) и 14 мас.% раствора (V₂) составляем два уравнения с двумя неизвестными (баланс по массе раствора и по массе хлорида натрия):

Решение системы этих двух уравнений дает V₁ =100,45 мл и V₂ = 49,71 мл.

Задачи для самостоятельного решения

3.1. Рассчитайте нормальность 2 М раствора сульфата железа (III), взаимодействующего со щёлочью в водном растворе.

3.2. Определите молярность 0,2 н раствора сульфата магния, взаимодействующего с ортофосфатом натрия в водном растворе.

3.3. Рассчитайте нормальность 0,02 М раствора KMnO₄, взаимодействующего с восстановителем в нейтральной среде.

3.4. Определите молярность 0,1 н раствора KMnO₄, взаимодействующего с восстановителем в кислой среде.

3.5. Рассчитать нормальность 0,2 М раствора K₂Cr₂O₇, взаимодействующего с восстановителем в кислой среде.

3.6. 15 г CuSO₄·5H₂O растворили в 200 г 6 мас.% раствора CuSO₄. Чему равна массовая доля сульфата меди, а также молярность, моляльность и титр полученного раствора, если его плотность составляет 1,107 г/мл?

0,1; 0,695М; 0,698 моль/кг; 0,111 г/мл.

3.7. При выпаривании 400 мл 12 мас.% раствора KNO₃ (плотность раствора 1,076 г/мл) получили 2М раствор нитрата калия. Определить объём полученного раствора, его нормальную концентрацию и титр.

255 мл; 2 н; 0,203 г/мл.

3.8. В 3 л воды растворили 67,2 л хлороводорода, измеренного при нормальных условиях. Плотность полученного раствора равна 1,016 г/мл. Вычислить массовую, мольную долю растворённого вещества и мольное отношение растворённого вещества и воды в приготовленном растворе.

0,035; 0,0177; 1:55,6.

3.9. Сколько граммов NaCl надо добавить к 250 г 6 мас.% раствору NaCl, чтобы приготовить 500 мл раствора хлорида натрия, содержащего 16 мас.% NaCl? Плотность полученного раствора составляет 1,116 г/мл. Определить молярную концентрацию и титр полученного раствора.

74,28 г; 3,05 М; 0,179 г/мл.

3.10. Определить массу воды, в которой следует растворить 26 г ВaCl₂·2H₂O для получения 0,55М раствора ВaCl₂ (плотность раствора 1,092 г/мл). Вычислить титр и моляльность полученного раствора.

Источник

Переход от одних способов выражения концентраций к другим

1. Массовая доля (процентная концентрация) ω% ® молярная концентрация С(X):

или ,

где − плотность раствора; − молярная масса.

2. Массовая доля (процентная концентрация) ω% ® молярная концентрация эквивалента C[(1/z)X] (нормальная концентрация C_н):

или ,

где − плотность раствора; − молярная масса эквивалента.

3. Массовая доля (процентная концентрация) ω% ® моляльная концентрация B(X):

,

где − молярная масса.

4. Молярная концентрация С(X) − молярная концентрация эквивалента C[(1/z)X] (нормальная концентрация C_н):

, z – эквивалентное число.

Для растворов веществ с z = 1 молярная концентрация С(X) и молярная концентрация эквивалента C[(1/z)X] совпадают.

Решение задач

Приготовление растворов

Приготовить раствор заданной концентрации можно растворени-ем вещества в воде, разбавлением концентрированного раствора, смешиванием растворов разных концентраций. Как правило, задаются объем раствора и его концентрация. Необходимо рассчитать массу растворяемого вещества или объем концентрированного раствора, добавлением воды к которому до заданного объема получают раствор требуемой концентрации. Если концентрация раствора − массовая доля (ω%), то для расчета необходимо знать его плотность.

При решении задачи необходимо:

1. Рассчитать количество растворенного вещества, содержаще-гося в объеме раствора заданной концентрации. Это может быть масса (г), количество молей или эквивалентов, необходимое для приготовления раствора.

2. При растворении вещества определяют массу вещества, необ-ходимого для приготовления раствора (см. примеры 1, 2).

3. В случае приготовления раствора разбавлением рассчитывают объем концентрированного раствора, содержащий столько же веще-ства, сколько содержит заданный раствор (см. примеры 3, 4).

Пример 1. Приготовить 500 мл 10% раствора карбоната калия (K₂CO₃), плотность раствора . Рассчитать молярную концентрацию полученного раствора.

1. Масса раствора

.

2. Масса растворенного вещества

.

3. Молярная концентрация полученного раствора.

,

Вывод. Для приготовления заданного раствора навеску карбоната калия m = 54,5 г растворить в воде и довести объем раствора до
500 мл. Молярная концентрация полученного раствора С(K₂CO₃) = = 0,79 моль/л.

Пример 2. Приготовить 1 л 0,1 н. раствора карбоната натрия (Na₂CO₃). Рассчитать процентную концентрацию полученного рас-твора. Плотность раствора .

Так как 0,1 н. раствор º молярная концентрация эквивалента C[(1/2)Na₂CO₃] = 0,1 моль/л, можно рассчитать массу растворенного вещества в 1 л раствора 0,1 н.

1. Расчет массы Na₂CO₃: 1 л раствора соли содержит 0,1 моль эквивалентов Na₂CO₃

,

2. Процентная концентрация полученного раствора

Вывод. Для приготовления заданного раствора навеску карбоната натрия m = 5,3 г растворить в воде и довести объем раствора до 1 л. Массовая доля Na₂CO₃ ω% = 0,5%.

Пример 3. Приготовить 200 мл 2 М раствора серной кислоты разбавлением 96% раствора с плотностью .

Так как 2М раствор ≡ молярная концентрация серной кислоты С(H₂SO₄) = 2 моль/л, следовательно, 1 л раствора кислоты содержит
2 моль H₂SO₄.

1. Масса растворенного вещества (H₂SO₄) в 200 мл 2 М раствора:

где V − объем раствора в литрах.

2. Масса серной кислоты:

где М(H₂SO₄) = 98 г/моль − молярная масса серной кислоты.

3. Масса раствора H₂SO₄ при ω% = 96%:

® .

Объем раствора H₂SO₄ при ω% = 96%:

см 3 .

Вывод. Для приготовления заданного раствора 22,2 мл H₂SO₄ ω% = 96 % растворить в воде и довести объем раствора до 200 мл.

Данную задачу можно решить другим способом. Если перейти
от массовой концентрации к молярной = , то можно воспользоваться условием равенства количества молей серной кислоты в концентрированном и заданном растворе:

.

Пример 4. Приготовить 500 мл 10% раствора соляной кислоты разбавлением концентрированного раствора ω% = = 35% с плотностью .

1. Масса раствора 10%

.

2. Масса растворенного вещества (HCl)

.

3. Масса раствора 35%

® .

Объем раствора HCl ω% = 35 %

см 3 .

Вывод. Для приготовления заданного раствора растворить 127,5 мл HCl с концентрацией ω% = 35 % в воде и довести объем раствора до 500 мл.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Источник