Способы выражения концентраций

 

Одной из важнейших характеристик раствора является его состав (концентрация компонентов), который может быть выражен несколь- кими способами. В физической химии для выражения состава раствора чаще всего используют: молярную концентрацию, моляльную концен- трацию, массовый процент, массовую долю, мольную долю.

 

Молярная концентрация

C =  количество моль растворенноговещества  .

1 л (дм 3) раствора

Размерность:  моль/л или М.

 

Моляльная концентрация

m =  количество моль растворенноговещества   .

 

 

Размерность:  моль/кг.

1 кг

ра с т в ори т е ля

 

Массовый процент (процентная концентрация):

w =  масса растворенноговещества  .

100 г

Размерность:  г/100 г раствора.

 

Мольная доля:

ра с т в ор a

x =  количество моль i - огокомпонента  .

су мм а моль всех компонентов

Величина безразмерная.

 

 

Примеры решения задач

П р имер.

При  15ºС  20%-ый  раствор  серной  кислоты  имеет  плотность

1,145г/мл. Рассчитайте молярную, моляльную концентрации раствора и мольную долю серной кислоты.

Р ешение:

Расчет молярной концентрации

В 20%-ом растворе содержится 20 г серной кислоты в 100 г рас-

твора.  Для  расчета  молярной  концентрации,  необходимо  рассчитать количество моль кислоты и объем раствора.

 mH    SO             20 г

n    =   2        4    =               = 0,204

 

M    = 98 г / моль.

H   2  S O 4

M H 2  S O 4

98 г / моль

моль;

H   2  S O 4

 

V р - р а

m р   - ра 

=

r  р   -  р а  

=   100 г     = 87,3 мл.

1,145 г / мл

Составляем пропорцию:

0,204 моль серной кислоты содержится в 87,3 мл раствора,

х моль серной кислоты содержится в 1000 мл раствора

C =  1000 × 0, 20 4  = 2,34

87,3

 

моль/л.

 

Расчет моляльной концентрации

Для расчета моляльной концентрации необходимо рассчитать ко-

личество моль серной кислоты и массу растворителя (воды):

 mH    SO              20 г

n    =   2         4    =              = 0,204

 

моль;

H   2  S O 4

M H   2  S O 4

98 г / моль

m р -  л я   =  m p -  p a -  m H  SO

= 100 - 20 = 80 г.

2  4

Составляем пропорцию:

0,204 моль серной кислоты содержится в 80 г растворителя,

х моль серной кислоты   содержится в 1000 г растворителя

m =  1000 × 0, 20 4  = 2,55

80

 

моль/1000 г Н2О.

 

Расчет мольной доли

Для  расчета  мольной  доли  необходимо  рассчитать  количество

моль серной кислоты и количество моль растворителя (воды):

 mH    SO              20 г

n    =   2         4    =              = 0,204;   n

 m р   -   ля

=

=   8 0  = 4, 4 моль.

H   2  S O 4

M H   2  S O 4

98 г / моль

p - ля

M р - л я     18

Мольная доля серной кислоты равна:

   n                   0,204

x =     H 2 SO 4               =               = 0,044.

n H  SO

+  n H  O

0,204 + 4,4

2   4                 2

Задачи для самостоятельного решения

 

1-30.  Рассчитайте  молярную,  моляльную  концентрации  водного раствора указанного растворенного вещества и его мольную долю.

 

 

Номер задачи	Растворенное вещество	Процентная кон- центрация, % (мас.)	Плотность раствора, г/мл
1.	HF	3	1,021
2.	HCl	10	1,050
3.	KOH	5	1,045
4.	H3PO4	15	1,085
5.	H2SO4	40	1,305
6.	HNO3	50	1,310
7.	AgNO3	50	1,668
8.	AlCl3	30	1,242
9.	Al2(SO4)3	20	1,226
10.	BaCl2	10	1,092
11.	CaBr2	25	1,250
12.	CaCl2	30	1,282
13.	Ca(NO3)2	30	1,259
14.	H3PO4	60	1,426
15.	NH4Cl	10	1,029
16.	HNO3	10	1,055
17.	H2SO4	20	1,140
18.	AgNO3	20	1,494
19.	AlCl3	14	1,129
20.	BaCl2	24	1,253
21.	CaCl2	12	1,101
22.	Ca(NO3)2	16	1,128
23.	CdSO4	18	1,198
24.	FeCl3	17	1,234
25.	Cu(NO3)2	18	1,189
26.	CuCl2	20	1,205
27.	FeCl2	20	1,200
28.	CuSO4	18	1,206
29.	FeSO4	20	1,213
30.	NaBr	25	1,238

Законы предельно разбавленных растворов

 

Давление насыщенного пара компонента над раствором

Из термодинамики растворов следует, что в предельно разбавлен-

ном растворе растворитель подчиняется законам идеальных растворов, а растворенное вещество им не подчиняется.

За к о н  Рауля  для  предельно  разбавленных  растворов:   относи- тельное понижение давления насыщенного пара растворителя над рас-

твором равно мольной доле растворенного вещества:

p o   -  p

=

x

 1       1

p

2                o

1

,                                (13.1)

 

где

p 1   – парциальное давление насыщенного пара растворителя

 

p

1

над раствором;

o   – давление насыщенного пара чистого растворите-

 

ля;

x 2  – мольная доля растворенного вещества.

Из уравнения (13.1) можно определить молярную массу раство- ренного вещества, если известно давление насыщенного пара раство- рителя над раствором:

g   ×  p 0

M   =  M

×   2   1       ,                                (13.2)

2        1   g ×

p   0 -  p

1  ( 1      1)

где

M 1   – молярная масса растворителя;

M   2   – молярная масса рас-

 

творенного вещества;

p 1   – парциальное давление насыщенного пара

o

растворителя над раствором;

p 1   – давление насыщенного пара чисто-

го растворителя;

вещества.

g 1   – масса растворителя;

g   2   – масса растворенного