Модуль 4. Растворы Способы выражения состава растворов

Раствораминазывают гомогенные системы, состоящие из двух и более компонентов. Компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора, принято называтьрастворителем, а другой компонент –растворенным веществом. При одинаковом агрегатном состоянии компонентов растворителем считают то вещество, которое преобладает в растворе.

Способы выражения состава раствора:

Массовая доля С(Х) илиW(X) – число граммов растворенного вещества, содержащееся в 100 г раствора.

С(Х) =100% илиС(Х) =100%,

где m(Х) – масса растворенного вещества Х, г

m(раствора) - масса раствора, г

V- объем раствора, см

- плотность раствора, г/см.

Молярная концентрация С илиС(Х) – число моль растворенного вещества Х, содержащееся в 1дмили 1 л раствора ( молярность М ).

С(Х) = или С(Х) =[],

где n(Х) – количество растворенного вещества, моль

V– объем раствора, дмили л

М(Х) – молярная масса растворенного вещества, г/моль.

Раствор, содержащий 1 моль растворенного вещества в 1 дм, называется одномолярным (1М), содержащий 0,1 моль вещества – децимолярным (0,1М), содержащий 0,01 моль вещества – сантимолярным (0,01М) и т. д..

Молярная концентрация эквивалента С илиС (Х) –число моль эквивалентов растворенного вещества, содержащееся в 1 дмили 1 л раствора (нормальность раствора Н).

С (Х) =или С (Х) =,

где n(X) – количество эквивалентов вещества Х, моль;

V- объем раствора, дм(л);

М (Х) – молярная масса эквивалента вещества Х, г/моль.

Раствор, содержащий 1 моль эквивалентов растворенного вещества в 1 дмраствора, называется однонормальный (1Н), содержащий 0,1 моль эквивалентов – децинормальным (0,1Н) и т.д..

Для перевода одного способа выражения концентрации раствора в другой используются соотношения:

С(Х) = ; С(Х) =; С(Х) =z C(X).

Мольная доля– отношение числа моль данного вещества к сумме числа моль всех веществ, находящихся в растворе.

=,

где n(X) – количество вещества Х в растворе, моль

N(X) – общее количество всех веществ в растворе, моль.

Моляльная концентрация С_m- число моль растворенного вещества Х приходящееся на 1 кг чистого растворителя.

С_m =, []

Если для расчетов используются массы всех веществ в граммах, то формула имеет вид С_m = , []

Пример 1.Вычислить массу гидроксида натрия и воды, необходимые для приготовления 2 л 10% раствора гидроксида натрия (плотность раствора равна 1,109 г/мл).

Решение: а) Зная объем и плотность, находим массу раствора, который необходимо приготовитьm=V

m= 2000 мл ∙1,109 г/мл = 2218 г

10% раствор NaOHв 100 г раствора содержит 10 гNaOH,

следовательно в 2218 г раствора содержится х г NaOH

x== 221,8 (г)

Массу воды, в которой необходимо растворить 221,8 г NaOH, находим по формулеm(HO) =m(раствора) –m(NaOH) = 2218 – 221,8 = 1996,2 (г).

б) Задачу можно решить, используя формулу массовой доли

C(NaOH) = 100%, откуда

m(NaOH) =

m(NaOH) = = 221,8 г

m(HO) =m(раствора) –m(NaOH) = 2000 мл ∙ 1,109 г/мл – 221,8 г = 1996,2 г.

Ответ:221,8 гNaOHи 1996,2 гHO

Пример 2.К 200 мл 28 % раствора соляной кислоты (плотность раствора равна 1,142 г/мл) добавили 500 мл воды. Вычислить молярную концентрацию полученного раствора и определить массовую долюHClв растворе.

Решение:Находим массу 28 % раствора соляной кислоты

m=V= 200 мл ∙1,142 г/мл = 228,4 г

Исходя из формулы массовой доли C(HCl) = 100%,

находим m(HCl) = = = 63,952 г.

После добавления 500 мл воды количество HClне изменилось.

С(HCl) = =

С(HCl) = = 2,5 моль/л

В 1 л раствора соляной кислоты содержится 2,5 моль HCl.

Массовую долю HClв полученном растворе находим по формуле

C(HCl) = 100%, =100% = 8,78 %, в т.ч.m(воды) =V(воды)(воды) = 500 мл ∙1 г/мл = 500 г.

В 100 г полученного раствора содержится 8,78 г HCl.

Ответ:С(HCl) = 2,5 моль/л,C(HCl) = 8,78 %

Пример 3.Сколько мл 96 % серной кислоты (плотность равна 1,84 г/мл) нужно взять для приготовления 500 мл 0,1Hраствора серной кислоты?

Решение: Исходя из формулы молярной концентрации эквивалента,

С(HSO) =

рассчитываем массу серной кислоты в 0,1 Н растворе

m(HSO) =C(HSO)∙M(HSO)∙V

m(HSO) = 0,1моль/л ∙ 49 г/моль 0,5 л =2,45 г

M(HSO) = M(HSO) = 98 г/моль = 49 г/моль

Из определения массовой доли следует, что в 100 г раствора содержится 96 г HSO, а необходимая нам масса кислоты 2,45 г содержится в х г 96 % раствора . 100 г раствора - 96 гHSO

х г раствора - 2,45 г HSO

х = = 2,55 г раствора 96 %HSO

Разделив массу раствора на его плотность, получим объем 96 % раствора HSO.

V= = = 1,39 мл

Если для решения использовать формулу массовой доли

С(HSO) = 100 % , тоV= 100 %

V= = 1,39 мл

Ответ:нужно взять 1,39 мл 96 % раствораHSOи

разбавить водой до 500 мл.

Пример 4.Для нейтрализации раствора, содержащего 0,04 г гидроксида натрия, потребовалось 10 мл раствора соляной кислоты. Вычислить молярную концентрацию эквивалента соляной кислоты.

Решение:NaOH+HCl=NaCl+HO

Cогласно закону эквивалентов, число моль эквивалентов всех веществ, участвующих в химической реакции одинаково:n(NaOH) =n(HCl)

или С(NaOH) ∙V(NaOH) =C(HCl) ∙V(HCl).

Отсюда C(HCl) ==.

Зная массу гидроксида натрия, определяем n(NaOH) ==

= = 0,001 моль.

Следовательно, C(HCl) == 0,1 моль/л.

Ответ: C(HCl) = 0,1 моль/л

Задания для самостоятельного решения:

1. Сколько граммов воды нужно взять для растворения 1 кг сахара, чтобы получить его 5 % раствор?

2. Определить молярную концентрацию эквивалента 8 % раствора серной кислоты (плотность раствора равна 1,06 г/мл).

3. Плотность 30 % раствора хлорида натрия равна 1,18 г/мл. Выразить состав раствора в мольных долях и в молях на 1 л раствора.

4. Плотность 2,3 % раствора аммиака равна 0,99 г/мл. Рассчитать молярную и моляльную концентрации раствора.

5. Сколько хлороводорода растворено в 50 мл 10 % раствора соляной кислоты (плотность раствора равна 1,05 г/мл)? Найти молярную концентрацию эквивалента соляной кислоты.

6. Сколько мл 70 % раствора нитрата калия (плотность раствора равна 1,6 г/мл) нужно взять, чтобы приготовить 500 мл раствора нитрата калия с молярной концентрацией 0,2 моль/л?

7. Вычислить массовую долю гидроксида калия в растворе с молярной концентрацией эквивалента 4,2 моль/л и плотностью 1,176 г/мл.

8. В каком объеме 0,2 Н раствора содержится 16 г сульфата меди (II)?

9. Смешали 100 мл 20 % раствора (плотность равна 1,1г/мл) и 200 мл 10 % раствора соляной кислоты (плотность равна 1,06 г/мл). Вычислить массовую долю и молярную концентрацию полученного раствора соляной кислоты.

10. Какова массовая доля азотной кислоты в растворе с молярной концентрацией 14,8 моль/л и плотностью 1,4 г/мл?

11. К 40 г фосфата натрия прилили 500 г 5 % раствора этого вещества. Вычислить массовую долю фосфата натрия в полученном растворе.

12. Рассчитать молярную концентрацию эквивалента 30 % раствора фосфорной кислоты (плотность раствора равна 1,18 г/мл).

13. Сколько мл раствора щелочи с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л потребуется для осаждения в виде Fe(OH)всего железа, содержащегося в 250 мл раствора хлорида железа (III)cмолярной концентрацией эквивалента 0,2 моль/л?

14. Сколько граммов 5 % раствора нитрата серебра требуется для обменной реакции со 120 мл раствора хлорида алюминия с молярной концентрацией эквивалента 0,6 моль/л?

15. Определить массовую долю, моляльную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента следующих растворов:

а) в 600 мл раствора находится 5 г сульфата алюминия;

б) в 100 г воды растворили 1,71 г гидроксида бария;

в) 50 г хлорида кальция растворили в 250 мл воды;

г) 2,5 г карбоната калия в 400 мл раствора;

д) в воде объемом 300 мл растворили 50 г хлорида хрома (III).

Плотность растворов считать равной 1г/мл.