Способы выражения количественного состава растворов

Массовая доля - w%, равна отношению массы растворенного вещества к массе раствора, выраженная в процентах: w% = (m(x) / m_р-ра) • 100%, массу раствора можно выразить через объем и плотность m_р-ра = V_р-ра•r_р-ра, тогда w% = (m(x)/ V_р-ра•r_р-ра) • 100%.

Массовая доля показывает количество грамм растворенного вещества, содержащегося в 100 г раствора. 0,9% раствор натрия хлорида означает, что в 100 граммах данного раствора содержится 0,9 г NaCl и 99,1 г воды. В медицине и фармации используется выражение – процентная концентрация – как синоним массовой доли.

Задание: Рассчитайте массу вещества и массу растворителя, содержащегося в: 500 мл 5% раствора глюкозы; 200 мл 4% раствора гирокарбоната натрия; 10 мл 2% раствора лидокаина (плотность раствора считать равной 1 г/мл); 50 мл 5% спиртового раствора йода (плотность спирта 0,810 г/мл)

Молярная концентрация – С(х), равна отношению количества вещества к объему раствора: С(х) = n(x) / V_р-ра, моль/л. Молярная концентрация показывает количество молей растворенного вещества в 1литре раствора. Зная, что n(x) = m(x) / М(х), формулу для расчета молярной концентрации можно представить следующим образом: С(х) = m(x) / М(х)•V_р-ра. Если использовать выражение массовой доли, то С(х) = w %•10•r_р-ра / М(х).

С(NaCl) = 0,5 моль/л говорит о том, что в 1 литре раствора содержится 0,5 молей или 0,5 моль•58,5 г/моль = 29,25 г хлорида натрия. Молярную концентрацию раствора также называют молярностью, обозначают - М. Для раствора С(NaCl) = 0,5 моль/л обозначение молярности - 0,5 М.

Молярная концентрация эквивалента – С(1/z x), равна отношению количества вещества эквивалента к объему раствора: С(1/z х) = n(1/z x) / V_р-ра, моль/л.

Под эквивалентом (z) понимается некая реальная (молекула, атом, ион) или условная частица (УЧ) вещества, которая может присоединять, отдавать или быть каким либо образом эквивалентна одному протону водорода в кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции.

Например, молекула H₂SO₄ содержит два эквивалента вещества, z(H₂SO₄) = 2; молекула NaOH – один эквивалент, z(NaOH) = 1. Смысл понятия эквивалент заключается в том, что в реакции участвует равное число эквивалентов веществ. Так, в реакции: H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O с двумя эквивалентами серной кислоты будет взаимодействовать два эквивалента гидроксида натрия. Для расчетов чаще используют понятие фактора эквивалентности.

Фактор эквивалентности – f_экв(х) = 1/z, - число, обозначающее какая часть реальной частицы вещества х эквивалентна одному протону водорода в кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции.

Расчет факторов эквивалентности:

1. По формуле вещества

f_экв(кислоты) = 1 / основность кислоты; f_экв(HCl) = 1; f_экв(H₂SO₄) = 1/2

f_экв(основания) = 1 / кислотность основания; f_экв(KOH) = 1; f_экв(Cu(OH)₂) = 1/2; f_экв(Al(OH)₃) = 1/3;

f_экв(соли) = 1 / количество атомов металла•степень окисления металла; f_экв(KCl) = 1; f_экв(K₂ SO₄) = 1/2; f_экв(Cr₂(SO₄)₃) = 1/6;

f_экв(оксида) = 1 / количество атомов элемента•валентность элемента; f_экв(K₂O) = 1/2; f_экв(SO₃) = 1/6; f_экв(Cr₂O₃) = 1/6;

1. По уравнениям реакции

Для кислотно-основных реакций:

H₂SO₄ + 2NaOH ® Na₂SO₄ + 2H₂O; f_экв(H₂SO₄) = 1/2, так как в реакции участвовали два протона водорода, следовательно одному протону водорода эквивалентна ½ часть молекулы H₂SO₄; f_экв(NaOH) = 1 потому что одна молекула гидроксида натрия взаимодействует с одним протоном водорода, или с одним эквивалентом кислоты.

Исходя из аналогичных рассуждений, значения факторов эквивалентности для реакций

H₂SO₄ + NaOH ® NaHSO₄ + H₂O;

Na₂B₄O₇ + 2HCl + 5H₂O ® 4H₃BO₃ + 2NaCl

будут следующими: f_экв(H₂SO₄) = 1; f_экв(NaOH) = 1; f_экв(Na₂B₄O₇) = 1/2; f_экв(HCl) = 1

Для окислительно-восстановительных реакций:

f_экв(окислителя) = 1 / количество принятых электронов;

f_экв(восстановителя) = 1 / количество отданных электронов;

В реакции 2KMnO₄+ 5H₂O₂ + 3H₂SO₄ ® 2MnSO₄ + 5O₂+ 8H₂O + K₂SO₄

MnO₄^- + 8H⁺ +5е ® Mn²⁺ + 4H₂O; MnO₄^- – окислитель. f_экв(KMnO₄)=1/5.

H₂O₂ - 2е ® O₂ + 2H⁺; H₂O₂ – восстановитель. f_экв(H₂O₂)=1/2.

Зная способы расчета факторов эквивалентности можно рассчитать количество вещества эквивалента n(1/z x) = z•n(x). Масса количества вещества эквивалента выражается молярной массой эквивалента вещества М(1/z х) = 1/z•М(х), г/моль. Поскольку, С(1/z х) = n(1/z x) / V_р-ра, данную формулу можно представить следующим образом: С(1/z х) = n(x)•z / V_р-ра или С(1/z х) = m(x)•z / М(х)•V_р-ра. Так как m(x) / М(х)•V_р-ра = С(х), то можно проследить взаимосвязь между молярной концентрацией эквивалента и молярной концентрацией: С(1/z х) = С(х)•z; С(х) = С(1/z х) / z.

Молярная концентрация эквивалента показывает количество вещества эквивалента в 1 литре раствора. Раствор серной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л подразумевает, что в 1 л данного раствора содержится 0,1 моль эквивалента серной кислоты или m(H₂SO₄) = С(1/2 H₂SO₄)•М(H₂SO₄)•V_р-ра / 2 = 0,1•98•1/2 = 4,9 г.

Молярную концентрацию эквивалента называют нормальной или эквивалентной концентрацией. Обозначают буквами – н или N. Для раствора С(1/2 H₂SO₄) = 0,1 моль/л обозначение нормальной или эквивалентной концентрацией – 0,1 н или 0,1 N.

Моляльная концентрация вещества, или моляльность b(x), - величина, измеряемая отношением количества вещества к массе растворителя. b(x) = n(x) / m_{растворителя}, моль/кг.

Молярная доля вещества - c,показывает отношение количества этого вещества к суммарному количеству вещества всех компонентов раствора. c_i = n_i / ån_i. Для раствора, состоящего из трех компонентов А,В,С молярную долю, например, компонента А рассчитывают по формуле: c_А = n(A) / (n(A)+n(B)+n(C))

Титр – Т(x), величина, равная отношению массы растворенного вещества к 1 мл раствора. Единица измерения - г/мл. Значение титра можно рассчитать по формулам: Т(x) = m(x) / V_р-ра; Т(x) = С(x)•М(х) / 1000; Т(x) = С(1/z х)•М (1/z х) / 1000. Т(НСl) = 0,00365 г/мл говорит о том, что в 1мл данного раствора содержится 0,00365 г НСl.

Массовая концентрация – γ(х) – отношение массы растворенного вещества, содержащегося в растворе к объему раствора. γ(х) = m(x) / V_р-ра, г/л, г/мл.

Миллиграмм процент – мг % -показывает количество миллиграммов растворенного вещества в 100 мл раствора.

Промиле – ⁰/₀₀ – показывает количество миллиграммов растворенного вещества в 1000 мл раствора.

Закон эквивалентов: Вещества, растворы которых имеют одинаковую молярную концентрацию эквивалента, реагируют в равных объемах, то есть в равных количествах вещества эквивалента. С(1/z х₁)•V₁ = С(1/z х₂)•V₂; так как С(1/z х₁)•V₁ = n(1/z х₁); С(1/z х₂)•V₂ = n(1/z х₂), то n(1/z х₁) = n(1/z х₂). С₁(1/z х)•V₁ = С₂(1/z х)•V₂

Дата добавления: 2014-01-04