Способи вираження концентрації розчинів

Важливою характеристикою будь-якого розчину є відносний вміст у ньому розчиненої речовини і розчинника, що називається концентрацією. На практиці використовують такі способи вираження концентрації:

1. Молярна частка – відношення кількості даного компонента до загальної кількості речовин у розчині. Для двокомпонентних розчинів: ; х₁ + х₂ = 1.

2. Масова (об’ємна) частка – відношення маси (об’єму) розчиненої речовини до загальної маси (об’єму) розчину: 100 %; 100 %.

Частки виражають у частинах від одиниці або у відсотках.

3. Молярна концентрація – відношення кількості розчиненої речовини до об’єму розчину:

. [моль/л], (скорочено М).

4. Моляльна концентрація (моляльність) – відношення кількості розчиненої речовини до маси розчинника (кількість молів розчиненої речовини, що припадає на 1 кг (1000 г) розчинника):

(моль/кг).

5. Молярна концентрація еквівалентів (нормальна концентрація) – відношення кількості еквівалентів розчиненої речовини до об’єму розчину: C_E (моль/л, або н),

6. Титр Т – маса розчиненої речовини в 1см³ (1 мл) розчину:

, г/мл

де M_E – молярна маса еквівалентів розчиненої речовини, m₁ (m₂) – маса розчиненої речовини (розчинника), г; M₁ – молярна маса розчиненої речовини, г/моль; V – об'єм розчину, л; n₁ (n₂) – кількість молів розчиненої речовини (розчинника).

Колігативні властивості розчинів

 

Властивості розбавлених розчинів, які залежать тільки від кількості нелеткої розчиненої речовини, називаються колігативними властивостями. До них належать зниження тиску пари розчинника над розчином, підвищення температури кипіння та зниження температури замерзання, а також осмотичний тиск.

Осмотичний тиск π в розбавлених розчинах неелектролітів обчислюють за рівнянням Вант-Гоффа: π = С_MRT, де С_M – молярна концентрація розчину.

Зниження тиску пари розчинника над розчином, Dр (закон Рауля):

p₁ = x₁p₀: Δp = p₀ – p₁ = x₂p₀ = p₀

Зниження температури замерзання і підвищення температури кипіння розчинів неелектролітів відносно чистого розчинника:

ΔT_зам = T_зам(розчинника) – T_зам(розчину) = K_крC_m

ΔT_кип = T_кип(розчину) – T_кип(розчинника) = K_ЕC_m,

де К_кр – кріоскопічна стала розчинника, К_Е – ебуліоскопічна стала розчинника, С_m – моляльна концентрація розчину.

Для розчинів електролітів в рівняння, що описують колігативні властивості неелектролітів, вводять поправочний (ізотермічний) коефіцієнт Вант-Гоффа (і):

π = iC_МRT; ΔT_зам = iK_крC_m; ΔT_кип = iK_ЕC_m.

Приклад 1. В 1 кг води розчинено 55 г сульфатної кислоти. Густина розчину дорівнює 1,220 г/мл. Знайти: а) масову частку сульфатної кислоти у розчині; б) молярну концентрацію кислоти; в) моляльну концентрацію кислоти; г) молярну концентрацію еквівалентів кислоти (нормальність); д) молярну частку кислоти у розчині.

Розв’язання

а) Масову частку знаходимо за формулою: ω , = + .

ω . Обчислюємо: ω .

б) Молярну концентрацію кислоти знаходимо за формулою: ; ;

; звідси ;

;

в) Моляльну концентрацію кислоти знаходимо за формулою:

; в 1000 .

г) Молярну концентрацію еквівалентів кислоти знаходимо за формулою:

;

моль/л.

д) Молярну долю кислоти у розчині знаходимо за формулою:

;

Відповідь: а) 5,2 %; б) 0,65 моль/л; в) 0,56 моль/л; г) 1,5 моль/л; д) 1 %.

*1000 – переведення мілілітрів у літри

** .

Контрольні питання і задачі

1. Що називається розчином?

2. Наведіть способи вираження концентрації розчинів.

3. Які властивості розчинів називаються колігативними?

4. Знайдіть масову частку глюкози в розчині, що містить 280 г води і 40 г глюкози. (12,5 %)

5. Визначте маси натрій тіосульфату Na₂S₂O₃ та води, які необхідні для приготування 300 г розчину з масовою часткою натрій тіосульфату 5 %. (15 г; 285 г)

6. Визначте масову частку оцтової кислоти в розчині, який утвориться при змішуванні 120 г її розчину з масовою часткою 10 % та 40 г розчину з масовою часткою 90 %. (30 %)

7. Визначте молярну концентрацію, молярну концентрацію еквівалентів розчину натрій гідроксиду з масовою часткою 36 %, густина якого дорівнює 1,39 г/см³. (12,5 моль/л; 12,5 моль/л)

8. Обчисліть молярну концентрацію, молярну концентрацію еквівалентів і моляльність розчину сульфатної кислоти з масовою часткою Н₂SO₄ 20 %, густина розчину 1,14 г/мл. (2,33 моль/л; 4,6 моль/л; 2,55 моль/кг)

9. Визначте молярну концентрацію, молярну концентрацію еквівалентів сульфатної кислоти з масовою часткою 96 %, густина розчину дорівнює 1,84 г/см³. (18 моль/л; 36 моль/л)

10. Знайдіть масу NaNO₃, необхідну для приготування 300 мл розчину з концентрацією 0,2 моль/л. (5,1 г)

11. Скільки грамів Na₂CO₃ міститься в 500 мл розчину з концентрацією солі 0,25 н? (6,63 г)

12. У радіатор автомобіля налили 9 л води і 2 л метилового спирту (ρ = 0,8 г/мл). При якій найнижчій температурі можна залишати автомобіль на відкритому повітрі, не побоюючись, що вода в радіаторі замерзне? К_кр.(Н₂О) = 1,86 К×г/моль. (» – 10 °С)

13. Обчисліть осмотичний тиск 1,5 л розчину, який містить 135 г глюкози C₆H₁₂O₆ при 0 °С. (1,13 кПа.)

14. Обчисліть температуру кипіння розчину, який містить 2 г нафталіну C₁₀H₈ в 20 г ефіру, якщо температура кипіння ефіру 35,5 °C, а ебуліоскопічна константа 2,16. (37,28 °С)

15. При 315 К тиск насиченої пари над водою становить 8,2 кПа (61,5 мм рт. ст.). На скільки понизиться тиск пари при цій температурі, якщо в 540 г води розчинити 36 г глюкози C₆H₁₂O₆?

(54 Па)

16. Чому дорівнює осмотичний тиск 0,5 моль/лрозчину глюкози C₆H₁₂O₆ при 25 °С? (1,24 МПа)

 

Для підготовки до наступної лабораторної роботи розв’язати задачу:

Який об’єм концентрованої сульфатної кислоти (ρ = 1,84 г/см³) з масовою часткою 96 % необхідно взяти для приготування 500 мл розчину з молярною концентрацією еквівалентів 2 моль/л?

 

Лабораторна робота № 3

ПРИГОТУВАННЯ РОЗЧИНІВ. ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЙ

Мета роботи – набуття навичок приготування розчинів із сухої речовини або більш концентрованого розчину та визначенняконцентрації методом титрування.

Теоретична частина. Розчин готується із наважки речовини або розбавленням концентрованого розчину. Для приготування розчину треба знати його концентрацію та скільки його потрібно. Ці величини лежать в основі розрахунків. Для переводу маси розчину в об’єм використовується відносна густина (ρ). Густину розчину можна визначити експериментально відносно води за допомогою ареометра.

Інтерполяцією називають визначення значення функції, що знаходиться між виміряними її значеннями. Коли без великої похибки можна вважати, що функція у лінійно змінюється між двома сусідніми значеннями х, для інтерполяції використовують метод пропорційних частин. Функцію у, що відповідає даному значенню аргументу х, що лежить між двома табличними значеннями x₁, у₁ і х₂, у₂ обчислюють за формулою:

У загальному випадку варто скласти емпіричне рівняння у = f(x) за виміряним значенням у і по цьому рівнянню обчислити шукане значення у.

 

Приклад 1. Який об’єм з масовою часткою сульфатної кислоти 96 % (ρ = 1,84 г/мл) і яку масу води необхідно взяти для приготування 100 мл розчину з масовою часткою Н₂SО₄ 15 % (ρ = 1,10 г/мл).

Розв'язання

1) Визначаємо масу сульфатної кислоти:

, де m_{розчину} = V · ρ, г

2) Обчислимо об’єм розчину з масовою часткою сульфатної кислоти 96 %, який містить 16,5 г Н₂SО₄:

мл. Таким чином, для приготування 100 мл розчину з масовою часткою сульфатної кислоти 15 % необхідно 9,34 мл розчину з масовою часткою Н₂SО₄ 96 % і 100 - 16,5 = 93,5 г води.

Приклад 2. Визначити об’єм розчину фосфатної кислоти з густиною 1,115 г/см³, який треба взяти для приготування розчину об’ємом () 100 мл з молярною концентрацією еквівалентів 0,1 моль/л?

Розв'язання

1) Визначаємо необхідну масу нітратної кислоти (m₁):

C_E => m₁ = ;

2) З таблиці знаходимо у розчині масову частку нітратної кислоти, яка становить 20 %. Визначаємо необхідну масу розчину (m_{розчину}):

100 % => .

3) Знаходимо об’єм розчину:

= 1,46 см³.

Таким чином, для приготування 100 мл розчину фосфатної кислоти з молярною концентрацією еквівалентів 0,1 моль/л необхідно взяти 1,46 см³ розчину H₃РO₄ з густиною 1,115 г/см³ і добавити до 100 мл дистильованої води.

 

Експериментальна частина