Способы выражения концентрации растворов

Теоретические сведения

 

Растворы – однородные (гомогенные) системы переменного состава, состоящие из растворённого вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.

Отношение количества или массы вещества, содержащегося в системе, к объему или массе этой системы, называется концентрацией.

Известны несколько способов выражения концентрации [2].

Массовая доля ω – отношение массы m(x) растворенного вещества к массе раствора m (р-ра):

 

        ,                                    (8.1)

 

если известны плотность r и объем раствора , то:

 

.                                        (8.2)

 

Массовая доля показывает содержание растворенного вещества как часть единицы, причем за единицу принимается масса всего раствора.

Наиболее часто всю массу раствора принимают за 100 %, и тогда концентрацию растворенного вещества выражают в масс, %. Для перевода массовой доли растворенного вещества, %, величину w умножают на 100.

Процентная концентрация (масс.%) показывает число граммов растворенного вещества на 100 г раствора.

Молярная концентрация с(х), моль/ , или молярность М, – выражается отношением числа моль растворенного вещества к объему раствора в дм³ (л):

 

,                            (8.3)

 

где  – количество вещества х, моль;  – масса вещества х, г;  – молярная масса вещества х, г/моль;  – объем раствора, дм³.

Таким образом, молярная концентрация показывает число молей растворенного вещества на 1 л раствора.

Молярная концентрация эквивалента вещества , моль/дм³, или нормальность Н, – выражается отношением моль эквивалентов вещества к объему раствора 1 дм³ (л):

 

,                                               (8.4)

 

где  – количество моль эквивалентов вещества х;  – молярная масса эквивалента вещества х, г/моль; z – число эквивалентности;  – объем раствора,  (л).

Моляльная концентрация , моль/кг – отношение количества растворенного вещества, (n (x) моль), к массе растворителя (m_Р-ЛЯ 1 кг):

 

.                                       (8.5)

 

Следовательно, моляльная концентрация, это число молей растворенного вещества на 1 кг растворителя. Этот способ выражения концентрации используется реже, чем молярная концентрация.

Титр раствора вещества , г/см³, – отношение массы растворенного вещества, г, к объему раствора, см³ (мл):

 

.                               (8.6)

 

Концентрация растворов определяется разными способами:

· по плотности раствора – с помощью ареометра;

· методом титрования;

· по оптической плоскости (фотоколориметрически) и другими методами.

 

Примеры решения задач

 

Задача 1. Определить молярную концентрацию эквивалента кислоты, содержащего 9,8 г H₃PO₄ в 2  (л) раствора.

Решение. Находим молярную массу эквивалента кислоты в граммах:

 г/моль.

Используя формулу (8.4), рассчитаем молярную концентрацию эквивалента кислоты:

 моль/дм³.

Задача 2. Определить титр, г/см³, раствора гашеной извести с молярной концентрацией гидроксида кальция 0,01 моль/дм³.

Решение. Из формулы (8.3) найдем массу гидроксида кальция:

;

;

 г.

Из формулы (8.6) найдем титр

 г/см³.

 

Задача 3. Вычислить массу хлорида натрия, необходимую для приготовления 10%-ного раствора в воде объемом 270 см³.

Решение. Массу  вычисляем по формуле (8.1)

.

Откуда  или .

Так как  = 1 г/см³ , массу воды находим по формуле

,

тогда .

 

8.3. Индивидуальные задания

 

211. Какова должна быть массовая доля хлороводорода в соляной кислоте, чтобы в ней на 10 моль приходился 1 моль хлороводорода?

212. Определите молярную концентрацию раствора KOH, в котором массовая доля KOH составляет 8 % (ρ = 1,064 ).

213. Слили 325 г раствора азотной кислоты с массовой долей 30 % и 125 г раствора азотной кислоты с массовой долей 60 %. Определить массовую долю азотной кислоты в новом растворе.

214. Из раствора соли (ω = 16 %) массой 640 г выпарили воду массой 160 г и при этом из раствора выпал осадок массой 8 г. Вычислите содержание соли в растворе в массовых долях.

215. Какова будет массовая доля азотной кислоты в растворе, если к 40 мл 96%-ного раствора  (плотность 1,5 ) прилить 30 мл
48%-ного  (плотность 1,3 )?

216. Определите массовую долю (ω, %) растворенного вещества в
6-молярном растворе HCl (ρ = 1,100 ).

217. Как приготовить 300 г 2%-ного раствора сульфата цинка из
6%-ного раствора этой соли и воды?

218. Определите массовую долю (ω, %) растворенного вещества в 10-нормальном растворе  (ρ = 1,289 ).

219. Как из 2,00 молярного раствора соды приготовить 0,25-нормаль­ный раствор?

220. Определите молярную и эквивалентную концентрации 20%-ного раствора хлорида кальция плотностью 1,178 .

221. Какой объем 10%-ного раствора карбоната натрия с плотностью 1,105 потребуется для приготовления 5 л 2%-ного раствора с плотностью 1,02 ?

222. Определите массовую долю (ω, %) растворенного вещества в 15-нормальном растворе  (ρ = 1,289 ).

223. Сколько и какого вещества останется в избытке, если к 75 см³ 0,3 н раствора серной кислоты прибавить 125 см³ 0,2 н раствора KOH?

224. В производстве аммиачной селитры применяется раствор с массовой долей азотной кислоты 60 %. Выразите молярную концентрацию этого раствора, если ρ = 1,373 .

225. При растворении серной кислоты массой 66,8 г в воде массой 133,2 г получили раствор (ρ = 1,25 ). Определите: а) молярную концентрацию; б) молярную концентрацию эквивалентов; в) массовую долю в % серной кислоты в полученном растворе.

226. Титр раствора  равен 0,0049 . Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора .

227. Чему равна молярная концентрация эквивалента раствора NaOH с массовой долей 30 % (ρ = 1,328 )? К 1 дм³ этого раствора прибавили 5  воды. Вычислите (ω, %) NaOH в полученном растворе.

228. Какой объем раствора серной кислоты с массовой долей 90 %
(ρ = 1,81 ) надо взять, чтобы получить 250 см³ 2 М раствора?

229. На нейтрализацию 60 см³ 0,24 н раствора серной кислоты израсходовано 180 см³ раствора KOH. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора KOH.

230. Вычислить массу поваренной соли, необходимой для приготовления раствора с массовой долей NaCl 8 % и с плотностью 1,059  объемом 5 .

231. К 3  раствора азотной кислоты с массовой долей 10 %
(ρ = 1,054 ) прибавили 5  раствора той же кислоты с массовой долей 2 % (ρ = 1,009 ). Вычислите массовую долю, %, молярную концентрацию молярную концентрацию эквивалента и титр полученного раствора.

232. Вычислите объем 0,3 нормального раствора соляной кислоты, необходимый для нейтрализации раствора, содержащего 0,32 г NaOH в 40 см³?

233. Определите массу карбоната калия, содержащуюся в 250 см³ раствора с молярной концентрации эквивалентов 0,2 моль/ .

234. На нейтрализацию 60 см³ 0,24 н раствора серной кислоты израсходовано 180 см³ раствора KOH. Рассчитайте эквивалентную концентрацию раствора KOH.

235. Определить молярную концентрацию 60%-ного раствора HNO₃. Сколько потребуется такого раствора для приготовления 1,5 л 20%-ного раствора ?

236. Определить молярную и моляльную концентрации 20%-ного раствора KOH. Сколько надо испарить воды, чтобы получить 2  
30%-ного раствора KOH?

237. Определите процентную концентрацию 0,01 молярного раствора . Сколько надо взять соли, чтобы приготовить 2 л такого раствора?

238. В лаборатории имеется раствор с массовой долей гидроксида натрия 30 %, плотность которого 1,33 г/см³. Какой объем этого раствора надо взять для приготовления раствора объемом 250 см³ с массовой долей гидроксида натрия 14 и плотностью 1,15 г/см³?

239. Из раствора соли (ω = 16 %) массой 640 г выпарили воду массой 160 г и при этом из раствора выпал осадок массой 8 г. Вычислите содержание соли в растворе в массовых долях.

240. Определите массовую долю (ω, %) растворенного вещества в растворах: а) 6М HCl (ρ = 1,100 г/ ); б) 10 н  (ρ = 1,289 г/ );
в) 15 н  (ρ = 1,289 г/ ).