Концентрация растворов

Концентрация — величина, выражающая относительное содержание данного компонента (составная часть) в системе (смеси, растворе). Различные способы выражения концент­раций можно разделить на две группы в зависимости от того, выражается ли характеристика компонента и осталь­ной части системы или всей системы в целом одной и той же величиной (например, массой, г/г) или разными (например, кг/м³, моль/л). В первом случае концентрация оценивается безразмерными величинами (доли, отношения, которые вы­ражаются в долях единицы или в процентах).

Из концентраций, которые выражаются размерными ве­личинами, наибольшее применение находят следующие.

1. Массовая доля (процентная концентрация) компонента — отношение массы растворенного вещества к массе раствора: .

2. Молярная концентрация (концентрация количества вещества) — отношение количества вещества, содержаще­гося в системе, к объему системы:

Единица СИ — моль/м³, обычно применяют моль/л.

3. Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) — отношение количества вещества эквивалента к объему раствора: . Единица СИ — моль/м³, обыч­но применяется моль/л.

Например, если КМnO₄ массой 15,8 г находится в растворе объемом 5 л, то

4. Моляльность раствора — отношение количества растворенного ве­щества к массе раст­ворителя: . Единица СИ—моль/кг.

5. Молярная доля – отношение количества растворенного вещества к сумме количеств всех веществ, составляющих раствор: .

6. Титр раствора – число граммов растворенного вещества в 1 см³ (мл) раствора: . Единица СИ — г/см³.

Например, если в 1 л раствора содержится 61,86 г кислоты, то .

Пример 1. Какой массы кристаллогидрат BaCl₂·2H₂O надо взять для приготовления раствора объемом 0,5 л, в котором массо­вая доля BaCl₂ составляет 0,1 (10%-ный раствор)?

Решение: а) Если ω(ВаС1₂)=0,1, или 10%, то плотность раствора ρ= 1,090 г/мл (из справочных таблиц). Тогда масса раствора BaCl₂ заданного объема равна 500·1,090=545,0 г. Масса BaCl₂ в этом растворе находится из пропорции:

m(BaCl₂) – m(р-ра BaCl₂)

10 г 100 г

x » 545 » x=54,5 г,

Масса кристаллогидрата:

m(ВаС1₂·2Н₂O) — m (BaCl₂)

244,2 г 208,4

х » 54,5 » х=64,0 г.

При определении нужного объема воды учитывается масса введенной в раствор кристаллизационной воды.

Пример 2. Вычислите молярную, эквивалентную молярную концентрации и моляльность раствора серной кислоты с ω (H₂SО₄)=10% и ρ= 1,066 г/см³.

Решение 1. Определяем молярную и эквивалентную мо­лярную концентрации раствора серной кислоты.

Определим массу 1 л раствора серной кислоты по известной плотности:

т _(р-ра) = 1,066 г/см³·1000 см³ =1066 г.

Определим массу кислоты по известной массовой доле:

Разделив найденную массу кислоты на ее молярную массу, найдем молярную концентрацию раствора; при делении массы кислоты на ее эквивалентную массу определим эквивалентную молярную концентрацию раствора: ; .

2. Определим моляльность раствора:

Пример 3. Определите объем раствора щелочи с эквивалент­ной молярной концентрацией С_Н(Щ.) =0,1 моль/л, необходимый для полной нейтрализации раствора фосфорной кислоты объемом 20 мл и C_Н=0,05 моль/л.

Решение. Эквивалентные количества прореагировавших кислоты (К.) и щелочи (Щ.) должны быть одинаковыми, т. е. ν_экв(К.) = ν_экв(Щ.). Из соотношения следует ν_экв(К.)·V(K.) = ν_экв(Щ.) ·V(Щ.).

Пользуясь отношением, определим объем раствора щелочи, необходимый для нейтрализации раствора Н₃РО₄:

Задачи

1. Водный раствор содержит 577 г H₂SO₄ в 1 л. Плотность раствора 1335 кг/м³. Вычислите процентную концентрацию раствора, а также его нормальность, молярность, моляльность и мольные доли H₂SO₄ и H₂O.

2. Определите нормальность, моляльность, процентную кон­центрацию и титр 0,8 М Fe₂(SO₄)₃, если плотность раствора равна 1000 кг/м³.

3. Вычислите процентную концентрацию и моляльность 8 н. НNО₃, плотность равна 1246 кг/м³. Каковы мольные доли НNО₃ и H₂O в этом растворе?

4. Вычислите грамм-эквивалент двуосновной кислоты, 37%-ный раствор которой 12,5 н. и имеет плотность 1664 кг/м³. Какая это кислота? Чему равны молярная, моляльная концентрации и титр раствора этой кислоты?

5. Сколько литров 0,1 н. HNO₃ можно приготовить из 0,07 л 30%-ного раствора HNO₃ (ρ = 1180 кг/м³)?

6. Сколько 50-литровых бутылей аккумуляторной 30%-ной серной кислоты (ρ = 1219 кг/м³) можно приготовить из 12 т 60%-ной серной кислоты?

7. Из 5 л 50%-ного раствора гидроксида калия плотностью 1538 кг/м³ надо приготовить 18%-ный раствор. Сколько литров воды надо взять?

8. Какой объем 35%-ного раствора Н₃РО₄ (ρ = 1216 кг/м³) требуется для приготовления 13 л 0,15 н. Н₃РО₄?

9. Сколько литров 5 н. NaOH можно приготовить из 4 л 50%-ного раствора NaOH (ρ = 1525 кг/м³)?

10. Сколько литров 24%-ного раствора КОН (ρ =1218 кг/м³), необходимого для заливки щелочных аккумуляторов, можно приго­товить из 125 л 48%-ного раствора КОН (ρ =1510 кг/м³)?

11. Какой объем 96%-ной серной кислоты нужно взять для при­готовления 5л 0,5 М H₂SO₄? Плотность 96%-ной H₂SO₄ равна 1835 кг/м³.

12. К 0,5 л 98%-ного раствора серной кислоты, плотность ко­торой 1837 кг/м³, прибавлено 3 л воды. Какова процентная концент­рация полученного раствора?

13. Сколько воды нужно прибавить к 0,1 л 40%-ного раствора гидроксида калия, плотность которого 1411 кг/м³, чтобы получить 18%-ный раствор?

14. Какой объем 4%-ного раствора НСl (ρ = 1018 кг/м³) не­обходимо прибавить к 0,5 л 0,02 н. AgNO₃ для полного осаждения иона Ag+ в виде AgCl?

15. В каких соотношениях надо взять 90%-ный и 8%-ный раст­воры серной кислоты для приготовления 48%-ного раствора?

16. В каких объемных соотношениях надо смешивать соляную кислоту (ρ =1189 кг/м³) и воду для приготовления раствора, имею­щего плотность 1098 кг/м³?

17. К 0,80 л 30%-ного раствора гидроксида натрия (ρ = 1328 кг/м³) прибавлено 0,40 л 14%-ного раствора NaOH (ρ = 1153 кг/м³). Определите процентную концентрацию полученного раствора и его плотность.

18. Определите, в каких объемных соотношениях необходимо взять растворы КОН плотностью 1100 кг/м³ и 1411 кг/м³ для приго­товления раствора КОН плотностью 1240 кг/м³.

19. Плотность раствора Na₂CO₃ равна 1102 кг/м³. Из 4 л этого раствора при действии соляной кислоты получено 66,6 л CO₂ при н. у. Вычислите процентное содержание Na₂CO₃ в растворе.

20. Каким объемом 4 н. H₂SO₄ можно полностью разложить, 0,65 л 20%-ного раствора К₂СО₃ (ρ = 1189 кг/м³)? Какой объем зай­мет выделившийся газ при н. у.?