Концентрация растворов

Важнейшей характеристикой раствора является относительное содержание в нем растворенного вещества и растворителя, которое называется концентрацией раствора.

Концентрация – физическая величина (размерная или безразмерная), определяющая количественны состав раствора, смеси или расплава.

Известно шесть основных способов выражения концентрации: массовая доля, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента, моляльность, титр и молярная доля.

1. Массовой долей растворенного вещества называется отношение его массы к массе раствора. Массовая доля обозначается символом ω. Формула (при выражении в процентах):

2. Молярной концентрацией растворенного вещества называется отношение его количества к объему раствора, выраженному в литрах. Символ – с (строчная русская «эс»), единица измерения – моль/л. Формула:

Часто встречается обозначение молярной концентрации символом С (прописная русская «эс») и С_М. Не рекомендуется называть этот способ термином «молярность», так как его по созвучию можно спутать с термином «моляльность». Для сокращенного обозначения единицы измерения молярной концентрации широко используется символ М: с = 1 М – одномолярный раствор, с = 0,1 М – децимолярный раствор, с = 0,2 М – двудецимолярный раствор и т.д.

3. Молярной концентрацией эквивалента растворенного вещества называется отношение количества эквивалентных масс этого вещества к объему раствора, выраженному в литрах. Символ – С_эк, единица измерении моль эк/л. Формула:

Часто встречается термин «эквивалентная концентрация». Для сокращенного обозначения единицы измерения можно использовать символ н (строчная русская «эн»): С_эк = 1 н – однонормальный раствор, С_эк = 0,1 н – децинормальный раствор и т.д.

4. Моляльностью растворенного вещества называется отношение его количества к массе растворителя, выраженной в килограммах. Символ С_m, единица измерения – моль/кг H₂O (если растворитель – вода). Формула:

Часто встречается термин «моляльность раствора». Не рекомендуется использовать термин «моляльная концентрация», т.к. его по созвучию можно спутать с термином «молярная концентрация».

5. Титром вещества в растворе называется отношение массы растворенного вещества, выраженной в граммах, к объему раствора, выраженному в миллилитрах. Символ – Т, единица измерения – г/мл. Формула:

6. Молярной долей вещества в растворе называется отношение его количества к общему количеству веществ в растворе. Символ – χ (греческая «хи»), безразмерная величина. Формула:

Эту концентрацию часто называют термином «мольная доля» и обозначают символом N.

Кроме рассмотренных шести способов, имеется еще один способ выражения концентрации растворов, который полезно знать изучающим химию: объемная доля.

Объемной долей растворенного вещества называется отношение объема этого вещества к объему раствора. Символ φ (греческая «фи»), выражается в процентах. Формула:

Этим способом выражают состав растворов, в которых растворенное вещество является жидким, например, водных растворов спирта, глицерина, этиленгликоля и т.д.

Плотность раствора отличается от плотности растворителя. Растворы соединений, молярная масса которых больше молярной массы воды (18 г/моль), имеют плотность больше плотности воды, причем с увеличением концентрации растворов их плотность увеличивается. Но если молярная масса растворенного вещества меньше, чем воды, то плотность раствора меньше плотности воды, и с увеличением концентрации она уменьшается. Взаимосвязь плотности и концентрации раствора выражается в виде справочных таблиц.

C концентрацией растворов связано много различных расчётов, которые проводятся не только в химии и химической технологии, но и в других областях техники, в которых применяются растворы.

Пример 3. В 1 л воды растворено 160 г NaOH. Выразите всеми способами концентрацию раствора, плотность которого равна 1150 кг/м³.

Решение. При решении имеем в виду, что молярная масса и молярная масса эквивалента NaOH одинаковы и равны 40 г/моль, молярная масса воды равна18 г/моль, объем 1 л – это 1000 мл, масса одного литра воды равна 1 кг (или 1000 г), а плотность 1150 кг/м³ – это 1,15 г/мл.

1) Определяем массу полученного раствора:

m = m(H₂O) + m(NaOH) = 1000 + 160 = 1160 = 11,16 кг

2) Находим объем раствора:

3) Вычисляем количества воды и гидроксида натрия в растворе:

4) Определяем массовую долю растворенного вещества:

5) Находим молярную и эквивалентную концентрацию раствора:

= 3,9655 моль/л

6) Вычисляем моляльность раствора:

7) Определяем титр:

8) Находим мольную долю гидроксида натрия:

9) Находим мольную долю воды

Пример 4. Какие объемы воды и 40%-го раствора гидроксида натрия плотностью 1430 кг/м³ потребуются для приготовления 400 мл двумолярного раствора этой щелочи?

Решение. 1) Вычисляем массу NaOH, которая должна содержаться в 400 мл двумолярного раствора этой щелочи:

2) Находим массу 40%-го раствора, содержащего 32 г NaOH:

3) Вычисляем объем раствора:

4) Находим объем воды: V(H₂O) = 400 – 56 = 344 мл

Пример 5. Какой объем 10%-й серной кислоты (r = 1066 кг/м³) потребуется для взаимодействия со 100 мл 13,7%-го раствора карбоната натрия Na₂CO₃ плотностью 1145 кг/м³?

Решение. 1) Масса 100 мл раствора Na₂CO₃ равна 114,5 г. Определяем массу карбоната натрия в этом растворе: m(Na₂CO₃) = 114,5 0,137 = 15,68 г

2) Записываем уравнение реакции и рассчитываем массу серной кислоты, взаимодействующую с 15,68 г карбоната натрия:

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O

3) Вычисляем массу и объем 10%-й серной кислоты:

Дата добавления: 2014-12-16