Способы выражения концентрации растворов

Концентрацией раствора называют количество растворенного вещества, содержащегося в определенном количестве раствора или растворителя.

Количественный состав растворов выражают чаще с помощью массовой доли (ω или С%), молярной концентрации (С_м), мольной доли растворенного вещества и объемной доли растворенного вещества (φ).

1. Массовая доля выражается как в долях единицы, так и в %:

ω (х)= m(x)/ m(р-ра) или ω (х)% = m(x)·100% / m (р-ра)

m (x)- масса растворенного вещества в г

m (раствора)= m(x) + m(растворителя) в г

2. С_м - молярная концентрация, отношение количества вещества (Х), в молях к объему раствора, в литрах:

С_м= m (x)/ V (x) V (моль/л); С_м(х)= n(x) / V (р-ра), где

m (x) – масса растворенного вещества в г

М (х) – молярная масса растворенного вещества в г/моль

V- Объем раствора в л

n – Число молей растворенного вещества

3. Для газовых смесей, объемная доля растворенного вещества равна:

φ (х)= V (x) / V

V(x) –объем растворенного вещества в л

V- объем раствора в л

φ – объемная доля растворенного вещества (для газовых смесей).

4. Молярная концентрация эквивалента или нормальная концентрация 

С_э- это количество эквивалента, находящиеся в литре раство ра:

           С_э= m / 1/ z (Мх)· V (л), моль/л

Молярная масса эквивалента: М(1/ z)- это масса эквивалента вещества Х. Она равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества:

М(f экв.х) = f экв.х·М(х) = 1/z(М(х),г/ моль, например:

М(1/zNaOH) = M·1/1=40/1=40 г/мольx

М(1/z K₂Cr₂O₇) = M /2 = 294,2 / 2 =147,1 г/моль в кислотно-основных реакциях.

Определение молярной массы эквивалента окислителя в реакции окисления -восстановления:

K₂Cr₂O₇ + 3H₂C₂O₄ + 4H₂SO₄=Cr₂(SO₄)₃ +6 CO₂+ 7H₂O + K₂SO₄

1│Cr₂O₇^2- + 14H⁺ +6e→ 2Cr³⁺ +7HOH

3│H₂C₂O₄ – 2e → 2CO₂ +2H⁺

М(1/z K₂Cr₂O₇) = M /6 = 49,03 г/моль – как окислителя.

В медицинской практике удобно пользоваться титром (Т) раствора, это масса вещества в г, содержащаяся в 1 см³ (мл) раствора, г/мл.

Т= m _в-ва/V мл; Т HNO₃= 0,006354 г/мл- это значит, что в одном мл раствора содержится 0,006354 г азотной кислоты.

5. Титр раствора по определяемому веществу – это масса вещества в г, взаимодействующая с одним мл титранта. Например, Т НС1/NaOH -0,003954 г/мл – это означает, что 1 мл раствора НС1(титранта) реагирует с 0,003954 г NaOH (определяемого вещества).

6. Моляльная концентрация – это отношение количества молей растворенного вещества к 1000 г растворителя:

С_м = m (х)· 1000 / М(х)· m _р-ля

В основе всех расчетов лежит закон эквивалентности: вещества взаимодействуют между собой в количествах, пропорциональных их химическим эквивалентам.

Задачи и эталоны решений

 Задача 1. 12.6 Г HNO₃ СОДЕРЖИТСЯ В 0,5 Л РАСТВОРА АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ, ПЛОТНОСТЬ КОТОРОГО 1,2 Г/МЛ. РАССЧИТАТЬ С_М; С% АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ.

Решение

1. Определяем количество вещества азотной кислоты

          n(HNO₃)= m(HNO₃) / V (HNO₃) = 12,6 / 63=0,2 (моль)

С_м (HNO₃) = n(HNO₃) / V (р-ра)= 0,2: 0,5=0,4 (моль/л)

2. Определяем массовую концентрацию азотной кислоты:

С% = m(x)·100% / m (раствора); m = V_р·ρ

 ω (HNO₃)= 12,6·100 / 500·1,2 = 2,1%

Ответ: ω (HNO₃)= 2, 1 %

Задача 2. В КАКОМ ОБЪЕМЕ ВОДЫ НАДО РАСТВОРИТЬ 30 Г ПОВАРЕННОЙ СОЛИ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ 5% РАСТВОР?

Решение

1. Зная массовую долю раствора NaCI, определяем массу раствора:

ρ (Н₂О) =1 г/мл;      ω (NaCI) = m(NaCI)·100 / m (раствора)

Отсюда m (раствора)= m(NaCI)·100 / ω (NaCI)=30·100/5=600 (г)

m(H₂O) = m(р-ра) - m(NaCI)= 600 -30=570 (г)

V(H₂O) = m / ρ = 570 /1= 570 (мл)

Ответ: 30 г NaCI надо растворить в 570 мл Н₂О.

Задача 3. ПРИ СОЕДИНЕНИИ 5,6 Г ЖЕЛЕЗА С СЕРОЙ ОБРАЗОВАЛОСЬ 8,8 Г СУЛЬФИДА ЖЕЛЕЗА. НАЙТИ ЭКВИВАЛЕНТНУЮ МАССУ ЖЕЛЕЗА Э_FE И ЕГО ЭКВИВАЛЕНТ, ЕСЛИ ИЗВЕСТНО, ЧТО ЭКВИВАЛЕНТНАЯ МАССА СЕРЫ РАВНА 16 Г/МОЛЬ.

Решение

Из условия задача следует, что в сульфиде железа на 5,6 г железа приходится 8,8 – 5,6 =3,2 г серы. Согласно закону эквивалентов, массы взаимодействующих веществ пропорциональны их эквивалентным массам. Следовательно:

5,6 г железа эквивалентны 3,2 г серы

Э _Fe г/моль «- = -     «16 г/моль

Откуда Э _Fe= 5,6· 16 / 3,2 =28 г/моль.

Мольная масса атомов железа, численно совпадающая с его относительной молекулярной массой, равна 56 г/моль. Поскольку эквивалентная масса железа (28 г/моль) в два раза меньше мольной массы его атомов, то в 1 моле железа содержится 2 эквивалента. Следовательно, эквивалент железа равен ½ моля.

Задача 4. В 250 Г ВОДЫ РАСТВОРЕНО 50 Г КРИСТАЛЛОГИДРАТА FESO₄·7 H₂O. ВЫЧИСЛИТЬ МАССОВУЮ ДОЛЮ КРИСТАЛЛОГИДРАТА И БЕЗВОДНОГО СУЛЬФАТА ЖЕЛЕЗА (П) В РАСТВОРЕ.

Решение

Масса полученного раствора составляет 300 г. Массовую долю кристаллогидрата находим из пропорции:

300 г раствора                            - 100%

50 г кристаллогидрата              - х %

Х= 50·100 /300 = 16,7%

Вычислим массу безводной соли в 50 г кристаллогидрата. Мольная масса

FeSO₄·7 H₂O равна 278 г/моль, а мольная масса FeSO₄ составляет 152 г/моль. Содержание FeSO₄ в 50 г FeSO₄·7 H₂O найдем из пропорции:

278: 152 = 50: х; х= 50·152 /278 = 27,4 г

Отсюда массовая доля безводной соли в 300 г раствора равна:

   С= 27,4·100 /300 =9,1 %

Задача 5. СКОЛЬКО ГРАММОВ NA₂CO₃ СОДЕРЖИТСЯ В 500 МЛ 0,25 Э РАСТВОРА?

Решение

С_э= m (Na₂CO₃) / M 1/z(Na₂CO₃)·V(л); Отсюда: m= 0,25·126·1/2 ·0,5 = 7,875г

Ответ: в 500 г 0,25 э раствора содержится 7,88 г Na₂CO₃.