Способы выражения содержания растворенного вещества в растворе. Растворимость

Содержание растворенного вещества в растворе может быть выражено либо безразмерными величинами-долями или процентами, либо величинами размерными - концентрациями. Далее приведены употребляемые в химии способы выражения содержания растворенного вещества в растворе:

 

Способ выражения содержания растворенного вешества в растворе	Определение
Массовая доля (С)	Процентное отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора (С= 9,2 %)
Мольная доля (N )	Отношение количества растворенного вещества (или растворителя) к сумме количеств всех веществ, находящихся в растворе. Например, в системе, состоящей из растворителя и единственного растворенного вещества, мольная доля последнего (N2) равна N = n /(n + n ), а мольная доля растворителя N = 1 - N , где n и n - соответственно количество растворителя и количество растворенного вещества.
Молярная концентрация или молярность (С или М)	Отношение количества растворенного вещества к объему раствора; например, 1,5 М раствор или С =1,5 моль/ л.
Моляльная концентрация или моляльность (m)	Отношение количества растворенного вещества к массе растворителя; например, m = 2 моль/кг (Н О).
Эквивалентная концентрация или нормальность (СН или н.)	Отношение числа эквивалентов растворенного вещества к объему раствора; например: 0,75 н. раствор или СН = 0,75 моль/ л.

 

ПРИМЕР 1. Найти массы воды и медного купороса CuSO₄× 5Н₂О, необходимые для приготовления одного литра раствора, содержащего 8% (масс.) безводной соли. Плотность 8% раствора СuSO₄ равна 1,084 г/ мл.

Решение. Масса 1 л полученного раствора будет составлять

1,084 × 1000 = 1084 г. В этом растворе должно содержаться 8% безводной соли, т. е. 1084 × 0,08 = 86,7 г. Массу CuSO × 5 Н О (мольная масса 249,7 г/ моль), содержащую 86,7 г безводной соли (мольная масса 159,6 г/ моль), найдем из пропорции:

249,7: 159,6 = Х: 86,7; Х = 249, 7 × 86,7 / 159,6 = 135,6 г.

Необходимая для приготовления масса воды составит:

1084 - 135,6 = 948,4 г.

ПРИМЕР 2. Найти моляльность, нормальность и молярность

15%-ного (по массе) раствора Н SO (r=1,10 г/ мл).

Решение. Для вычисления моляльности найдем сначала массу серной кислоты, приходящуюся на 100 г воды:

1000: 85 = Х: 15; X = 15 × 1000/ 85 = 176,5 г.

Мольная масса серной кислоты равна 98г/ моль; следовательно:

m = 176,5 / 98 = 1,80 моль/ кг.

Для расчета нормальности и молярности раствора найдем массу серной кислоты, содержащуюся в 1000 мл (т.е. в 1000 × 1,1 = 1100 г) раствора:

1100: 100 = У: 15; У = 1100 × 15/ 100 = 165 г

Эквивалентная масса серной кислоты равна 49 г./ моль. Следовательно:

С = 165/ 49 = 3,37 н. и См = 165/ 98 = 1,68 моль/ л.

Растворимость вещества измеряется содержанием вещества в его насыщенном растворе. Обычно растворимость твердых веществ и жидкостей выражают значением коэффициента растворимости, т.е. массой вещества, растворяющегося при данных условиях в 100 г растворителя с образованием насыщенного раствора.

Растворимость газов часто характеризуют коэффициентом абсорбции, который выражает объем газа, растворяющегося в одном объеме растворителя с образованием насыщенного раствора. Согласно закону Генри, объем растворяющегося газа (а, значит, и коэффициент абсорбции) не зависит при данной температуре от парциального давления газа.

ПРИМЕР 3. Коэффициенты абсорбции кислорода и азота при 273 К равны соответственно 0,049 и 0,023. Газовую смесь, содержащую 20% (об.) кислорода и 80% (об.) азота, взболтали с водой при 273 К до получения раствора. Найти процентное соотношение по объему растворенных в воде газов.

Решение. По условию задачи в 1 л воды растворяется 49 мл кислорода и 23 мл азота. Однако непосредственно сравнивать эти объемы нельзя, так как парциальные давления растворенных газов различны и составляют соответственно 0,2 и 0,8 от общего давления газовой смеси. Если принять последнее за единицу, то объемы растворенных кислорода и азота, приведенные к этому давлению, будут равны:

49 × 0,2= 9,8 мл О и 23 × 0,8 = 18,4 мл N ;

тогда общий объем растворенных газов составит:

9,8 + 18,4 = 28,2 мл.

Находим процентное содержание каждого газа:

9,8 × 100 / 28,2 = 35 % (об.) O и 18,4 × 100/ 28,2 = 65 % (об.) азота.

ЗАДАЧИ 37-42

37. Сколько граммов Na SO потребуется для приготовления 5 л 8%-ного (по массе) раствора (плотность r= 1,075 г/ мл)?

38. Сколько граммов 30%-ного (по массе) раствора NaCl нужно добавить к 300 г воды, чтобы получить 10%-ный раствор соли?

39.Плотность 26%-ного (по массе) раствора КОН равна 24 г/ мл. Сколько молей КОН находится в 5 л раствора?

40. Растворимость хлорида кадмия при 293 К равна 114,1 г в 100 г воды. Вычислить массовую долю и моляльность CdCl в насыщенном растворе.

41. Сколько граммов Na CO содержится в 500 мл 0,25 н. раствора?

42. Газовую смесь, содержащую 40% (об.) N О и 60% (об.) NO, растворяли при 290 К и постоянном давлении в воде до полного насыщения ее. Рассчитать процентный состав (по объему) газовой смеси после выделения ее из воды, если при 290 К коэффициенты абсорбции N O и NO составляют соответственно 0,690 и 0,050.