Глава 6. Способы выражения концентраций растворов

После изучения этой темы вы должны усвоить:

- основные понятия: раствор, растворитель, растворенное вещество;

- способы выражения концентраций растворов.

Растворы представляют собой гомогенную (однородную) систему, состоящую из двух или более компонентов и продуктов их взаимодействия. Растворителем считают тот компонент, количество которого в растворе преобладает.

Концентрацией раствора называется содержание растворенного вещества в определенной массе или определенном объеме раствора (или растворителя). Существует несколько способов выражения концентрации раствора: процентная концентрация, молярная, моляльная, нормальная, т.е. концентрация моль-эквивалентов.

Процентная концентрация (w) раствора показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в 100 г раствора. Математическое выражение для расчета процентной концентрации раствора:

Растворы характеризуются еще одной важной величиной – плотностью раствора. Плотность (r) – это масса одной единицы объема. Плотность обычно измеряют в г/см³ или г/мл.

Молярная концентрация (См) – показывает число молей растворенного вещества, содержащихся в 1 литре раствора.

1 Моль это такое количество вещества (n), которое содержит 6,02^.10²³ структурных единиц (атомов, молекул, ионов). 6,02 10²³- число Авогадро. Молярная масса ( М ) вещества (масса одного моля) численно равна молекулярной массе. Она рассчитываетсякак отношение массы вещества (m) к его количеству: М = m/n (г/моль).

Моляльная концентрация (Cm) – показывает число молей растворенного вещества содержащихся в 1000 г растворителя.

Вещества вступают в реакции в эквивалентном количестве. Например, 1 моль H₂SO₄ эквивалентен 2 молям NaOH в реакции

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O

Нормальная концентрация (Сн) – показывает число моль-эквивалентов растворенного вещества, содержащегося в 1 литре раствора.

Эквивалентом (Э) вещества (атом, молекула, ион)называют такое его количество, которое соединяется с 1молем атомов или ионов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химической реакции. Масса одного эквивалента вещества выражается в граммах, называется эквивалентной массой. Для вычисления эквивалентной массы элемента его атомную массу (А) делят на валентность (В):

Э_m(эл-та) = А\В, например Э_Са = 40\2 = 20 г/моль^.экв.

Эквивалентные массы сложных веществ:

Э_m(кислоты) = М\кол-во атомов Н

Э_m(основания) = М\кол-во групп ОН

Э_m(соль) = М \ В(Ме)^.n(Ме), где n – число атомов металла в молекуле

В случае окислительно-восстановительных процессов молекулярную (атомную) массу вещества делят на число отданных или принятых электронов, например Э_mKMnO4 = M/5, если KMn⁺⁷O₄ Mn⁺².

Закон эквивалентов. Массы реагирующих веществ прямопропорциональны их эквивалентным массам: m₁\m₂= Э_m1\Э_m2

Примеры расчета

Задача 1. Провести расчет массы кристаллогидрата СuSO₄ ^. 5H₂O и объем воды для приготовления 500 г раствора с w_CuSO4 5% (r=1,1г/cм³).

Þ m (безводного в-ва) = = = 25г CuSO₄ (безводного в-ва)

Расчет массы кристаллогидрата СuSO₄ ^. 5H₂O:

1 моль СuSO₄ ^. 5H₂O – 250г

1 моль СuSO₄^. – 160г Þ составим пропорцию:

160г безводного СuSO₄^.содержится в 250г СuSO₄ ^. 5H₂O

25г---------//------------//------------//-------х г-

х = = 39,06 г СuSO₄ ^. 5H₂O

Расчет объема воды:

V_H2O = m_H2O. r_H2O (r_H2O = 1);

m_H2O = m_р-ра – m_в-ва= 500 – 39,06 = 460,94 г или» 461мл.

Ответ: Для приготовления 5% раствора из кристаллогидрата (СuSO₄ ^. 5H₂O) берем навеску вещества 39,06г и растворяем в 461мл воды.

Задача 2. Из данного раствора приготовить 200 мл 0,1 молярного раствора.

Рассчитаем массу СuSO₄^.соответствующую концентрации См = 0,1 моль/л на объем колбы 200 мл:

0,1моль/л соответствует m = nМ = 0,1^.160 = 16 г/л СuSO₄

16 г СuSO₄ содержится в 1000 мл раствора

х г //------- //------- //------ //--- 200 мл

х = =3,2 г.

Найдем объем (V) 5% раствора, который содержит массу 3,2 г СuSO₄:

V_р-ра = = = 90,91мл

5г СuSO₄ содержится в 90,91 мл раствора

3,2 г -----// -------//------//--- х мл

х = = 58,18 мл» 58 мл.

Ответ: Для приготовления 0,1 молярного раствора на объем колбы 200 мл берем мерным цилиндром 58 мл (5% раствора СuSO₄) и доводим раствор до метки водой.

Задача 3. Провести расчет нормальной концентрации данного 5% раствора СuSO₄.

Найдем число моль эквивалентов 5% раствора:

Масса одного моля эквивалента равна Эm = г

1моль эквивалент СuSO₄ содержит 80 г

х моль эквивалент //------ // ----- //-----// -5 г (5%)

х = = 0,06 моль-^.экв./100г р-ра или 0,06моль^.-экв./ 90,91 мл (см. выше)

0,06 моль эквивалентов содержится в 90,91 мл раствора

х (Сн) //------// -----// -----// ------// ----- 1000мл

х = = 0,66 моль·экв/л

Ответ: Данный 5% раствор СuSO₄ соответствует Сн =0,66 моль·экв/л.

Рекомендуемая литература: [1], с.216-221