Способы выражения концентраций растворов

Цель занятия:

1. Ознакомиться с правилами работы в химической лаборатории и требова­ниями по технике безопасности.

2. Изучить способы выражения концентраций растворов.

План занятия:

1. Организация учебного процесса на кафедре.

2. Правила техники безопасности в химиче­ской лаборатории.

3. Разбор теоретического материала.

4. Решение задач на пересчет концентрации растворов.

Основные вопросы, разбираемые на занятии:

1. Значение водных растворов в биологии и медицине.

2. Истинные растворы. Растворимость вещества, единицы ее выражения.

3. Способы выражения концентрации растворов.

а) массовая доля вещества (ω)

б) молярная концентрация (М,С_м)

в) нормальная концентрация (N, C_N)

г) моляльная концентрация (m,С_m)

д) мольная доля компонента раствора (γ)

е) титр раствора (Т)

4. Вычисление эквивалентов веществ (кислот, оснований, солей, оксидов) в реакциях обмена.

Ключевые вопросы темы

Основные физико-химические величины, необходимые для выражения концентрации растворов:

o Количество вещества (ν). Единицей количества вещества является МОЛЬ. Число частиц в одном моле вещества характеризуется числом Авогадро N_A = 6,02 _* 10²³.

o Молярная масса (М) – это масса одного моля вещества.

Молярная масса выражается в г/моль.

Количество вещества равно:

m N V₀

ν = = =, где

М N_A V_m

N - число частиц,

N_A - число Авогадро,

V₀ - объем газа при нормальных условиях,

V_m - объем одного моля газа при нормальных условиях.

o Эквивалентом любого вещества называется такое его количество, которое в ходе химической реакции замещается одним молем атомов водорода. Масса одного эквивалента называется эквивалентной массой (Э). Число эквивалентов (n) легко определить по формуле:

n = m / Э

 

Определение эквивалентных масс соединений, участвующих в реакциях обмена:

1. Э _{кислоты} = М _{кислоты}/ основность кислоты.

Например, для Н₂SO₄: Э Н₂SO₄ = 98/2 =49 (г/экв).

2. Э _{основания} = М _{основания} / кислотность основания.

Для NaOH: Э NaOH =40/1=40 (г/экв).

3. Э _соли = М _соли / (валентность металла _* число атомов металла).

Например, для карбоната натрия (Na₂CO₃):

Э соли Na₂CO₃ = 106 / 1_*2 =53 (г/экв).

4. Э_{оксида (ХО)} = М _ХО / (валентность элемента Х _* число атомов элемента Х).

Например, для оксида алюминия (Al₂O₃):

Э _оксида = 102 / 3_*2 = 17,2 (г/экв).

 

Способы выражения концентраций растворов

 

Раствором называется гомогенная система переменного состава, состоящая из двух и более компонентов.

 

Количественной характеристикой растворов является их концентрация.

Концентрация раствора выражает содержание растворенного вещества в единице массы раствора (растворителя) или в единице объема раствора.

В практике используются несколько видов концентраций растворов: процентная, молярная, нормальная, моляльная, титр и мольная доля.

 

1. Массовая доля вещества (ω) - это отношение массы вещества к массе того,

в чем это вещество содержится.

Например, если вещество содержится в растворе, то

ω _{вещества} = m _{вещества}/ m _{раствора.}

 

2. Процентная концентрация (С%) вещества в растворе численно равна массовой доле растворенного вещества, выраженной в процентах. Определяется по формуле:

 

С% _{вещества} = (m _{вещества}/ m _{раствора.}) _* 100%.

Величина процентной концентрации показывает, сколько грамм вещества содержится в 100 г раствора.

Например, известно, что С% (NaOH)= 30 % - это означает, что в 100 г щелочного раствора содержится 30 г чистого NaOH.

3. Мол яр ная концентрация (С_М) – это отношение количества вещества (ν, моль) к объему раствора (V, литр), в котором это вещество содержится. Определяется по формуле:

 

С_М = ν / V, (моль/л).

 

Величина молярной концентрации показывает, сколько моль вещества содержится в 1 литре раствора. Например, известно С_М (КСl) = 1,3 (моль/л) – это означает, что в 1 литре такого раствора содержится 1,3 моль хлорида калия.

4.Мол яль ная концентрация (Сm) - это отношение количества вещества (ν, моль) к массе растворителя, в которой это вещество содержится

(m _{растворителя} , кг). Определяется по формуле:

 

Сm = ν / m _{растворителя}, (моль/кг)

 

5. Титр (Т) раствора показывает, сколько грамм вещества содержится в 1 мл раствора. Определяется по формуле:

Т = m _{вещества}/ V, (г /мл)

 

6. Мольная доля (γ) растворенного вещества в растворе показывает отношение количества растворенного вещества к суммарному количеству вещества всех составляющих раствора (и вещества и растворителя). Например: раствор поваренной соли состоит из NaCl и воды, тогда:

γ _NaCl = ν_NaCl /( ν_NaCl + ν_Н2О)

 

7. Нормальная концентрация (С_N, N) – это отношение числа эквивалентов (n) вещества к объему раствора (V, л.), в котором это вещество содержится. Определяется по формуле:

 

N = n / V, (экв/л).

 

Примеры решения задач

1. Вычислить молярную, нормальную, моляльную концентрации и титр 15 %

раствора соды (Na₂CO₃), если плотность такого раствора ρ =1,04 г/мл.

2. Вычислить моляльную концентрацию и мольную долю фосфорной кислоты в растворе, нормальность которого 2 экв/л и ρ =1,03 г/мл.

 

 

Задачи для самостоятельной работы

1. Вычислить моляльную концентрацию и титр 36% раствора HN0₃, если плотность такого раствора ρ =1,22 г/мл.

2. Вычислить моляльную концентрацию и титр 4,85 Н раствора HN0₃ с ρ =1,16 г/мл.

3. Вычислить мольную долю всех компонентов раствора в 10 Н растворе H₂S0₄, ρ =l,29 г/мл.

4. Вычислить мольную долю всех компонентов раствора в 27,1% растворе NH₄C1.

5. Вычислить нормальную и моляльную концентрации 20% раствора серной кислоты, ρ = 1,14 г/мл.

6. Вычислить молярную и процентную концентрации раствора нитрата алюминия (ρ = 1,07 г/мл), который получился после добавления 0,5 моль соли к 350 мл воды.

Литература

 

1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Учебник для медицинских вузов. (Ю.А.Ершов, В.А.Попков, А.С.Берлянд и др. Ред.Ю.А.Ершов), 8 изд., 560 с.- М,: Высш.шк., 2010 г.

2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Учебное пособие для студентов медицинских вузов (Ред. В.А.Попков).- М., Высшая школа, 4 изд., 239 с., 2008 г.

3. Сборник задач и упражнений по общей химии. Учебное пособие. (С.А. Пузаков, В.А. Попков, А.А. Филиппова). М.: Высшая школа, 4 изд., 255 с., 2010г.

4. Общая химия. Учебник для медицинских вузов. (В.А. Попков, С.А. Пузаков), 976 с. - М, ГЭОТАР Медиа, 2007 г.

 

Занятие №2