Растворы и их концентрация.

(Задачи №№ 1 – 20)

Раствор представляет собой гомогенную смесь веществ переменного состава, состоящую из растворителя и растворённых веществ. В зависимости от агрегатного состояния растворителя раствор может быть жидким или твёрдым. Жидкими являются растворы газов, жидкостей или твёрдых веществ в жидких растворителях. В зависимости от природы растворителя различают водные и неводные растворы. Наиболее распространёнными и имеющими наибольшую важность являются водные растворы, которые и рассматриваются в контрольной работе.

Важнейшей характеристикой любого раствора является его концентрация. Концентрация представляет собой отношение количества растворённого вещества к общему количеству раствора или растворителя. Существуют несколько способов выражения концентрации растворов, из которых в контрольной работе рассматриваются молярная, нормальная и процентная концентрации.

Для кислоты H_nA_m: M_э=M/n, где n – число ионов Н⁺ в кислоте. Например, эквивалентная масса соляной кислоты HCl находится: М_э=М/1, т.е. численно равна молярной массе; эквивалентная масса фосфорной кислоты Н₃РО₄ равна: М_э=М/3, т.е. в 3 раза меньше её молярной массы.

Для основания K_n(OH)_m: М_э=М/m, где m – число гидроксид-онов ОН^- в формуле основания. Например, эквивалентная масса гидроксида аммония NH₄OH равна его молярной массе: М_э=М/1; эквивалентная масса гидроксида меди (II) Cu(OH)₂ в 2 раза меньше его молярной массы: М_э=М/2.

Для соли K_nA_m: М_э=М/(n×m), где n и m, соответственно, количество катионов и анионов соли. Например, эквивалентная масса сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃ равна: М_э=М/(2×3)=M/6.

Процентной концентрацией раствора называется массовая доля растворённого вещества, выраженная в процентах. Массовая доля растворённого вещества w равна отношению его массы m_в к общей массе раствора (m_в+m_р):

w =(m_в/(m_в+m_р))100% (1.3)

Пример 1.1. V миллилитров раствора, полученного путём растворения m_в грамм вещества в воде, имеет плотность, равную r г/см³. Рассчитать молярную, нормальную и процентную концентрацию раствора.

Численные значения V, m_в и r: V=200мл., m_в=52,6г., r=1,16г/см³.

Растворённое вещество – серная кислота H₂SO₄.

Находим значение молярной и эквивалентной массы серной кислоты.

Молярная масса: М=2×1+32+4×16=98г/моль.

Эквивалентная масса: М_э=М/n=98/2=49г/моль-экв.

Определяем молярность и нормальность раствора.

По формуле (1.1): С_М=m_в/(M×V)=52,6/(98×200×10^-3)=2,7моль/л. [2]

По формуле (1.2): С_н=m_в/(M_э×V)=52,6/(49×200×10^-3)=5,4моль-экв/л.

Для определения процентной концентрации находим массу заданного объёма раствора: (m_в+m_р)= r×V=1,16×200=232г.

По формуле (1.3): w=(m_в/(m_в+m_р))100%=(52,6/232)100%=22,67%.

Пример 1.2. Раствор, процентная концентрация которого равна w, имеет плотность r. Определить молярность и нормальность раствора.

Численные значения w и r: w=18%, r=1,1г/см³.

Растворённое вещество – сульфат аммония (NH₄)₂SO₄.

Находим значение молярной и эквивалентной массы сульфата аммония.

Молярная масса: М=2(14+4×1)+32+4×16=132г/моль.

Эквивалентная масса: М_э=М/(n×m)=132/(2×1)=132/2=66г/моль-экв.

Выбираем произвольный объём раствора, например V=1см³, и определяем его массу: (m_в+m_р)=r×V=1,1×1=1,1г.

Из формулы (1.3) находим массу растворённого вещества: m_в=(m_в+m_р) w/100% =1,1×18%/100% =0,198г.

Определяем молярность и нормальность раствора.

По формуле (1.1): С_М=m_в/(M×V)=0,198/(132×1×10^-3)=1,5моль/л. [3]

По формуле (1.2): С_н=m_в/(M_э×V)=0,198/(66×1×10^-3)=3моль-экв/л.

Пример 1.3. Раствор, молярная концентрация которого равна С_М, имеет плотность r. Определить нормальную и процентную концентрацию раствора.

Численные значения С_М и r: С_М=0,5моль/л, r=1,025г/см³.

Растворённое вещество – фосфорная кислота Н₃РО₄.

Находим значение молярной и эквивалентной массы фосфорной кислоты.

Молярная масса: М=3×1+31+4×16=98г/моль.

Эквивалентная масса: М_э=М/n=98/3=32,67г/моль-экв.

Выбираем произвольный объём раствора, например V=500мл., и из формулы (1.1) находим массу растворённого в нём вещества: m_в=C_M×M×V=0,5×98×500×10^-3=24,5г. [4]

По формуле (1.2) определяем нормальность раствора: С_н=m_в/(M_э×V)=24,5/(32,67×500×10^-3)=1,5моль-экв/л.

Находим массу выбранного объёма раствора: (m_в+m_р)=r×V=1,025×500=512,5г.

Из формулы (1.3) определяем процентную концентрацию раствора:

w=(m_в /(m_в+m_р)100%=(24,5/512,5)100%=4,8%.

Пример 1.4. Раствор, нормальная концентрация которого равна С_н, имеет плотность r. Определить молярную и процентную концентрацию раствора.

Численные значения С_н и r: С_н=3 моль-экв/л, r=1,17г/см³.

Растворённое вещество – карбонат калия К₂СО₃.

Задача решается так же, как в примере 1.3. Можно использовать и другой вариант решения, который заключается в следующем.

Определяем соотношение между молярной и эквивалентной массой карбоната калия: М_э=М/(n×m)=M/(2×1)=M/2. C учётом этого соотношения по формуле (1.1) находим значение молярности раствора: С_М=m_в/(M×V)= m_в/(2M_э×V).

Согласно формуле (1.2) С_н=m_в/(M_э×V). Поэтому молярность раствора может быть выражена через его нормальность: С_М= m_в/(2M_э×V)=С_н/2=3/2=1,5моль/л.

Далее, как и в примере 1.3., для определения процентной концентрации выбираем произвольный объём раствора, например 1л., и находим его массу: (m_в+m_р)=r×V=1,17×1×10³=1170г. [5]

Из формулы (1.1.) находим массу растворённого вещества: m_в=C_M×M×V=1,5×138×1=207г, где М=138г/моль – молярная масса К₂СО₃.

И, наконец, по формуле (1.3) определяем процентную концентрацию раствора:

w=(m_в/(m_в+m_р))100%=(207/1170)100%=17,7%.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: