Способы выражения концентрации растворов.

Количественный состав раствора определяется его концентрацией, т.е. относительным содержанием компонентов, составляющих раствор.

Концентрацией называется содержание растворенного вещества в единице массы или объема раствора.

Существует много способов выражения концентраций. Наиболее применяемы следующие:

1) Массовая доля выражается числом, показывающим какую долю составляет масса растворенного вещества (m_в) от массы раствора (m_р). Эта безразмерная величина выражается в долях единицы или в процентах. Если обозначить массовую долю  (%), то можно записать:

Если масса раствора находится по его объему V (мл) и плотность р (г/мл), то есть m_в=V_*p

 

2) Молярная концентрация (молярность) С_м показывает количество растворенного (число молей) вещества, содержащегося в 1 л раствора (моль/л):

        

 

3) Молярная концентрация эквивалентов (нормальность) С_н показывает число моль эквивалентов растворенного вещества (число эквивалентов Н_экв), содержащегося в 1 л раствора (моль/л) или (моль экв./л)

 

Произведение эквивалентной концентрации раствора на его объем в литрах показывает общее число эквивалентов, содержащихся в данном объеме раствора. Обозначив эквивалентные концентрации двух реагирующих растворов через Сн₁ и Сн₂, а их объемы через V₁ и V₂, получим:

           

Объемы реагирующих друг с другом растворов обратно пропорциональны их эквивалентным концентрациям.

 

4) Титр (Т) – масса растворенного вещества (г) в 1 мл раствора.

Т=m/V, T=N_*Э/1000, отсюда N=T_*1000/Э, где

N – молярная концентрация эквивалента.

Э – эквивалент.

 

5) Моляльность раствора (с _m) - концентрация раствора, выраженная числом молей растворённого вещества, содержащегося в 1000 г растворителя

 

Вычисляется как отношение с _m= υ/ m_2,

где:

ν — количество растворённого вещества, моль;

m₂ — масса растворителя, кг.

Измеряется в молях на кг, также распространено выражение в «моляльности». Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/кг называют 0,5-мольным.

Следует обратить особое внимание, что, несмотря на сходство названий, молярная концентрация и моляльность — величины различные. Прежде всего, в отличие от молярной концентрации, при выражении концентрации в моляльности расчёт ведут на массу растворителя, а не на объём раствора. Моляльность, в отличие от молярной концентрации, не зависит от температуры.

Пример приготовления растворов необходимой концентрации различными способами.

Пример 1. Определите массовую долю (в %) хлорида натрия в растворе, содержащем 80 г соли в 500 г раствора.

Решение: Массовая доля выражается соотношением:

Следовательно  = (80/500)_*100= 16 %.

 

Пример 2. Сколько граммов воды надо прибавить к 800 г 60 % раствора H₂SO₄ для получения 40 % раствора?

Решение: Обозначим массу воды, которую требуется прибавить, через Х. Тогда исходя из формулы

запишем: [800_*0,6/(800 + Х)]_*100, откуда Х = 400 г Н₂О.

 

Пример 3. 500 мл раствора H₂SO₄ содержит 196 г H₂SO_4. Определите молярную и эквивалентную концентрацию раствора H₂SO_4.

Решение:        

 = 98 г/моль,

М – молярная масса,

С_м= 196/(98_*0.5)= 4 моль/л, где = 49 г/моль,

С_н= 196/(49_*0.5)= 8н, то есть 8 эквивалентов в 1 л раствора.

Пример 4. Определите эквивалентную и молярную концентрации 10% раствора Na₂CO₃, плотность которого 1,102 кг/м³.

Решение: Молярная и эквивалентная массы составляют: =106 г/моль, =54 г/моль. Поскольку молярная и эквивалентная концентрации относятся к 1 л раствора, определим массу 1 л раствора:

m_в=V_*p=1102_*10^-3=1,102 кг в этом растворе содержится 1,102_*0,1=0,1102 кг Na₂CO₃, или 110,2г что составляет: С_м=110,2/106=104 моль/л, С_н=110,2/53=2,08н

 

Пример5. Для нейтрализации 50 мл раствора серной кислоты израсходовано 25 мл 0,4 н раствора щелочи. Определите эквивалентную концентрацию раствора серной кислоты.

Решение: Из закона эквивалентов следует:

Отсюда  0,2 эквивалента в 1 л раствора.

Задания для контрольной работы.

161. Вычислите молярную и моляльную концентрацию эквивалента 20%-ного раствора хлорида кальция плотностью 1,178 г/см³. Ответ: 2,1 М; 4,2 н.

162. Чему равна нормальность 30%-ного раствора NaOH плотностью 1,328 г/см³? К 1 л этого раствора прибавили 5 л воды. Вычислите массовую долю полученного раствора. Ответ: 9,96 н; 6,3%.

163. К 3 л 10-ного раствора HNO₃ плотностью 1,054 г/см³ прибавили 5 л 2%-ного раствора той же кислоты плотностью 1,009 г/см³. Вычислите массовую долю в процентах и молярную концентрацию полученного раствора, объем которого равен 8 л. Ответ: 5,0%; 0,82 М.

164. Вычислите эквивалентную и моляльную концентрацию 20,8%-ного раствора HNO₃ плотностью 1,12 г/см³. Сколько граммов кислоты содержится в 4 л этого раствора? Ответ: 3,70 н; 4,17 м; 931,8 г.

165. Вычислите молярную, эквивалентную и моляльную концентрации 16%-ного раствора хлорида алюминия плотностью 1,149 г/см³. Ответ: 1,38 М; 4,14 н; 1,43 м.

166. Сколько и какого вещества останется в избытке, если к 75 см³ 0,3 н раствора H₂SO₄ прибавить 125 см³ 0,2 н раствора KOH? Ответ: 0,14 г KOH.

167. Для осаждения в виде AgCl всего серебра, содержащегося в 100 см³ раствора AgNO₃, потребовалось 50 см³ 0,2 н раствора HCl. Какова нормальность раствора AgNO₃? Какая масса AgCl выпала в осадок? Ответ: 0,1 н; 1,433 г.

168. Какой объем 20,01%-ного раствора HCl (пл. 1,100 г/см³) требуется для приготовления 1 л 10,17%-ного раствора (пл. 1,050 г/см³)? Ответ: 485,38 см³.

169. Смешали 10 см³ 10%-ного раствора HNO₃ (пл. 1,056 г/см³) и 100 см³ 30%-ного раствора HNO₃ (пл. 1,184 г/см³). Вычислите процентную концентрацию полученного раствора. Ответ: 28,38 %.

170. Какой объем 50%-ного раствора KOH (пл. 1,538 г/см³) требуется для приготовления 3 л 6%-ного раствора (пл. 1,048 г/см³)? Ответ: 245,5 см³.

171. Какой объем 10%-ного раствора карбоната натрия (пл. 1,105 г/см³) требуется для приготовления 5 л 2%-ного раствора (пл. 1,02 г/см³)? Ответ: 923,1 см³.

172. На нейтрализацию 31 см³ 0,16 н раствора щелочи требуется 217 см³ раствора H₂SO₄. Чему равны нормальность и титр раствора H₂SO₄. Ответ: 0,023 н; 1,127*10^-3 г/см³.

173. Какой объем 0,3 н раствора кислоты требуется для нейтрализации раствора, содержащего 0,32 г NaOH в 40 см³? Ответ: 25,6 см³.

174. На нейтрализацию 1 л раствора, содержащего 1,4 г KOH, требуется 50 см³ раствора кислоты. Вычислите нормальность раствора кислоты. Ответ: 0,53 н.

175. Какая масса HNO₃ содержалась в растворе, если на нейтрализацию его потребовалось 35 см³ 0,4 н раствора NaOH? Каков титр раствора NaOH? Ответ: 0,882 г; 0,016 г/см³.

176. Какую массу NaNO₃ нужно растворить в 400 г воды, чтобы приготовить 20%-ный раствор? Ответ: 100 г.

177. Смешали 300 г 20%-ного раствора и 500 г 40%-ного раствора NaCl. Чему равна процентная концентрация полученного раствора? Ответ: 32,5%.

178. Смешали 247 г 62%-ного и 145 г 18%-ного раствора серной кислоты. Какова процентная концентрация полученного раствора? Ответ: 45,72%.

179. Из 700 г 60%-ной серной кислоты, выпариванием удалили 200 г воды. Чему равна процентная концентрация оставшегося раствора? Ответ: 84%.

180. Из 10 кг 20%-ного раствора при охлаждении выделилось 400г соли. Чему равна процентная концентрация охлажденного раствора? Ответ: 16,7%.