Способы выражения концентрации растворов

ЖИДКИЕ РАСТВОРЫ

В зависимости от природы растворителя:

· Водные растворы - растворитель Н₂О

· Неводные растворы - все другие растворители: NH₃, CCl₄, CH₃COOH…

По способности проводить электрический ток:

· Растворы электролитов - проводят

· Растворы неэлектролитов - не проводят.

Концентрация и растворимость -основные характеристики растворов.

Концентрация – содержание компонента раствора в единице объема или массы раствора или растворителя

1. Молярная концентрация, С -количество растворенного вещества в единице объема этого раствора

, [моль/л, моль/м³]

Задача 1.

Вычислите молярную (с) концентрацию 1,3-пропандиола НОСН₂-СН-СН₂ОН в растворе, в 1 литре которого содержится m = 8 г вещества.

Решение

Молярная массавещества: МНОС₃Н₆ОН = 76 г/моль

= 8/(76^.1) = 0,105 моль/л

2. Молярная концентрация эквивалента, С_эк -количество молей эквивалента растворенного вещества в единице объема этого раствора

, [моль экв/л, моль экв/м³], где f_э - фактор эквивалентности

Задача 2:

Вычислите молярную концентрацию эквивалентов Н₂SО₄, если молярная концентрация Н₂SО₄ в растворе С = 2 моль/л

Решение

Эквивалент Н₂SО₄ равен ½ молекулы Н₂SО₄: Э(Н₂SО₄) = ½Н₂SО₄ и фактор эквивалентности f_э = ½.

С _эк = = 4 моль/л.

3. Титр, Т - масса растворенного вещества (в граммах) в 1 мл раствора

, [г/мл]

Задача 3.

Вычислите титр раствора, в 1 литре которого содержится m = 8 г вещества - 1,3-пропандиола НОСН₂-СН-СН₂ОН..

Решение

= 0,008 г/мл

Задача 4.

Вычислите титр раствора серной кислоты с молярной концентрацией С = 2 моль/л

Решение

Молярная массасерной кислоты: М(Н₂SО₄) = 98 г/моль

4. Массовая доля вещества, w -отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора

, [доли единицы или %],

здесь r_р-ра - плотность раствора [г/см³, кг/дм³]

Задача 5.

Рассчитайте массовую долю (ω%) 1,3-пропандиола НОСН₂-СН-СН₂ОН в водном растворе, в 1 литре которого содержится m =8 г данного вещества. Плотность раствора примите равной 1 г/см³.

Решение

Массовая доля растворенного вещества (%)

Определим массу раствора, приняв его плотность равной 1 г/см³: m_р-ра = V^.ρ^.1000 = 1^.1^.1000= 1000 г

Массовая доля 1,3-пропандиола равна:

Задача 6.

Рассчитайте массовую долю (ω) серной кислоты в водном растворе с молярной концентрацией С = 2 моль/л. Плотность раствора примите равной 1 г/см³.

Решение

Молярная массасерной кислоты: М(Н₂SО₄) = 98 г/моль

Массовая доля растворенного вещества: или ω_% =0,196^.100 = 19,6 %

Задача 7.

Рассчитайте массовую долю (ω) серной кислоты в водном растворе, титр которого Т = 0,196 г/мл. Плотность раствора примите равной 1 г/см³.

Решение

или ω_% =0,196^.100 = 19,6 %

Задача 8.

Вычислите титр раствора 1,3-пропандиола НОСН₂-СН-СН₂ОН с массовой долей 0,008. Плотность раствора примите равной 1 г/см³.

Решение

, а

Масса раствора: m_р-ра = V^.ρ^.1000, г (где V, л – объем раствора, ρ, г/см³, кг/дм³ – плотность раствора), тогда

.

Принимая ρ= 1 г/см³ рассчитаем титр раствора НОСН₂-СН-СН₂ОН: Т=ω^.ρ=0,008^.1= 0,008 г/мл

5. Моляльность, С_m -количество растворенного вещества приходящееся на 1 кг растворителя

, [моль/кг растворителя]

Задача 9.

Вычислите моляльную концентрацию вещества в растворе (с _m ), в 1 литре которого содержится m = 8 г вещества - 1,3-пропандиола НОСН₂-СН-СН₂ОН.

Решение

Молярная массавещества: МНОС₃Н₆ОН = 76 г/моль

Масса 1 л раствора (ρ = 1 г/см³ = 1 кг/дм³): m_р-ра = V^.ρ^.1000 = 1^.1^.1000= 1000 г

Масса растворителя в 1 л раствора: mН₂О = m_р-ра –m_в-ва = 1000 – 8 =992 г

= 0,106 моль/кг Н₂О

6. Молярная доля вещества, x _В -отношение числа молей одного из компонентов раствора к сумме молей всех компонентов раствора. .

Молярная доля может быть выражена в долях единицы или в процентах (%).

Задача 10.

Вычислите молярную долю 1,3-пропандиола НОСН₂-СН-СН₂ОН в растворе (х_в), в 1 литре которого содержится m = 8 г НОС₃Н₆ОН.

Решение

Молярная массавещества: МНОС₃Н₆ОН = 76 г/моль

Количество растворенного вещества

Масса 1 л раствора (ρ = 1 г/см³ = 1 кг/дм³): m_р-ра = V^.ρ^.1000 = 1^.1^.1000= 1000 г

Масса растворителя в 1 л раствора: mН₂О = m_р-ра –m_в-ва = 1000 – 8 =992 г

Молярная массарастворителя: МН₂О = 18 г/моль

Количество растворителя

Молярная доля вещества в растворе

Задача 11.

Имеется раствор Аl₂(SО₄)₃ с массовой долей w = 10% и плотностью r = 1,105 г/см³. Каковы молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента с _эк, титр Т, моляльность с _m и молярная доля вещества этого раствора?

Решение.

1. Масса 1л раствора равна: m _р-ра = r_р-ра ^. V _р-ра = 1,105×1000 = 1105г. По определению массовой доли, в 100г раствора содержится 10г Аl₂(SО₄)₃, следовательно, в 1105г (т. е. в 1л) соответственно (1105×10)/100 = 110,5г. Молярная масса Аl₂(SО₄)_{3 (SО4)3} = 342г/моль. Таким образом, в 1л раствора содержится 110,5/342 = 0,32моль Аl₂(SО₄)₃ и молярная концентрация раствора равна 0,32моль/л.

2. Эквивалент молекулы Аl₂(SО₄)₃ равен 1/6 молекулы:

Э(Аl₂(SО₄)₃) = 1/6 Аl₂(SО₄)₃. Соответственно, 1моль-эквивалент составляет 1/6 часть моля Аl₂(SО₄)₃. Следовательно, в одном моле Аl₂(SО₄)₃ содержится 6 моль-эквивалентов, а в 1л данного раствора 0,32×6 = 1,92моль-экв Аl₂(SО₄)₃. Молярная концентрация эквивалента с _эк (или нормальная концентрация) равна 1,92моль/л или 1,92н.

3. Поскольку выше было найдено, что в 1000мл раствора содержится 110,5г растворенного вещества, то в 1мл находится 110,5/1000 = 0,1105г Аl₂(SО₄)₃ и титр раствора Т = 0,1105г/мл.

4. По условию, в 100г раствора содержится 10г Аl₂(SО₄)₃ и 90г Н₂О. Тогда на 1000г Н₂О приходится (1000×10)/90 = 111,11г Аl₂(SО₄)₃. Это составляет 111,11/342 = 0,325моля. Следовательно, в 1000г растворителя Н₂О содержится 0,325моля растворенного вещества Аl₂(SО₄)₃ и моляльность раствора с _m, по определению, равна 0,325моль/1000г Н₂О.

5. Из данных п. 1 следует, что в 1л раствора (1105г) содержится 110,5 г Аl₂(SО₄)₃ и 1105-110,5=994,5г Н₂О. Это составляет 994,5/18 = 55,25молей. Откуда молярная доля Аl₂(SО₄)₃ в растворе x _Аl2(SО4)3 = 0,32/(0,32 + 55,25) = 0,0058.

Термодинамика процесса растворения

_{растворение}

Растворение - самопроизвольный, обратимый процесс D G_{растворения} < 0 А_(к) А_(р-р)

^{кристаллизация}

Растворение протекает, пока не установится равновесие: D G_раст =0, J_раст=J _кр.

Насыщенный раствор - раствор, в котором в данных условиях дальнейшее самопроизвольное растворение невозможно.

Ненасыщенный раствор - самопроизвольное растворение вещества еще возможно: D G_раств < 0, J_раств > J_кр.

Растворимость вещества (С _р) в данных условиях = концентрации насыщенного раствора, выражается в моль/л. Абсолютно нерастворимых веществ нет.

Растворимость в жидком растворителе

· Твердых веществ -зависит от природы вещества, растворителя, Т: при ↑Т в процессах с DН > 0 С_р ↑, в процессах с DН < 0 С_р ↓.

· Жидкостей - зависит от природы вещества, растворителя, Т (при ↑Т С_р ↑, т.к. DН_{растворения} > 0).

В зависимости от природы жидкостей:

А) неограниченная растворимость - жидкости смешиваются в любых соотношениях («подобное растворяется в подобном») и DН = 0 или при образовании прочных связей - DН < 0. Температура, начиная с которой имеет место неограниченная растворимость – критическая температура растворения (КТР) – табличная величина);

Б) ограниченная растворимость – жидкости растворяются друг в друге лишь частично и прочные связи не образуются.

С внесением третьего вещества С_р ↓.

· Газов -зависит от природы вещества, растворителя, Т, Р_газа:

- при ↑Р_газа С_р ↑ (по закону Генри m _i = kP_i, k –постоянная Генри, г/Па, P_i - давление газа над раствором)

- при ↑Т в процессах с DН < 0 (полярные растворители) С_р ↓, в процессах сDН >0 (органические малополярные растворители) С_р ↑

Чем прочнее связи газ-растворитель, тем лучше растворимость (полярное в полярном, неполярное в неполярном).

С внесением 3 – го вещества ↓ С_р

Современная физико-химическая теория растворов (Ломоносов, Нернст, Оствальд, Аррениус, Вант-Гофф, Менделеев, Каблуков)рассматривает процесс растворения как совокупность нескольких стадий.

Основные стадии процесса растворения:

1) разрушение химических и межмолекулярных связей: D Н₁ > 0 (для газов и жидкостей D Н ₁- очень мала);

2) сольватация (гидратация) – химическоевзаимодействие растворителя с растворяющимся веществом с образованием комплексов переменного состава – сольватов (гидратов): D Н₂ < 0;

3) самопроизвольное перемешивание (диффузия) сольватов по всему объему раствора: D Н₃ = D Н_дифф > 0

D Н _раств = D Н ₁ + D Н ₂ + D Н ₃ > или < 0 [кДж/моль], D Н _раств зависит от массы растворителя

D S _раств = D S ₁ + D S ₂ + D S ₃ > или < 0 [Дж/(моль K)],

Например:

при растворении NaCl_к в Н₂О (Т=298 К):

D Н⁰_раств. =335 кДж> 0 (доминирует D Н₁); D S⁰_раств =142 кДж/К (большое значение)

т.к D G⁰_{растворения} = D Н⁰_раств. - TD S⁰_раств < 0, то хорошая растворимость

ОБЩИЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ

- зависят от концентрации (числа частиц) и практически не зависят от природы растворенных веществ, могут проявляться в полной мере в идеальных растворах.

Идеальный раствор - гипотетический раствор, в котором нет химического взаимодействия между компонентами, образование его не сопровождается тепловыми и объемными изменениями ( DН_р= 0 и DV_р = 0) и каждый компонент ведет себя в растворе независимо от других компонентов. (Реально к идеальным приближаются очень разбавленные растворы неэлектролитов).

Законы идеальных растворов

Дата добавления: 2014-11-18