Тема 5. Концентрации растворов
Цель изучения темы — ознакомиться с важнейшими способами выражения концентрации растворов, научиться рассчитывать концентрации и готовить растворы заданной концентрации.
Концентрацией раствора называется количество вещества, содержащееся в единице массы или объема раствора. Концентрации выражаются многими способами. Наиболее часто пользуются следующими:
1) процентная (массовая доля вещества) выражается числом граммов растворенного вещества, содержащегося в 100 г раствора;
2) молярная концентрация выражается числом моль растворенного вещества, содержащегося в 1 л раствора;
3) моляльная концентрация выражается числом моль растворенного вещества в 1 кг растворителя;
4)молярная концентрация эквивалента выражается числом моль эквивалентов вещества в 1 л раствора;
5) титр выражается числом граммов растворенного
вещества в 1 мл раствора.
Плотность ρ — это масса единицы объема раствора (г/мл). Практически плотность раствора измеряется ареометром, использование которого основано на законе Архимеда. В расширенной части ареометра находится груз, а в верхней узкой трубке — шкала с делениями в единицах плотности. Ареометр погружается в раствор на глубину, которая зависит от плотности раствора (чем выше плотность, тем меньше глубина погружения). Поверхность жидкости «показывает» на шкале ареометра величину плотности раствора.
q ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
Приготовление раствора поваренной соли (NaCl)
Заданной концентрации
Решение типовых задач
Задача. Сколько миллилитров 24%-го раствора NaCl (ρ = l,184 г/мл) нужно взять, чтобы приготовить 250 мл 8%-го раствора (ρ = 1,059 г/мл)?
Решение. 1. Находим массу NaCl, которая будет содержаться в 250 мл 8% - го раствора: mр-ра= V • ρ = 250 мл • 1,059 г/мл = 264,75 г.
8 г NaCl — 100 г р-ра
X г NaCl — 264,75 г р-ра
Х= 8 ×264,75 =21,18 г (NaCl)
2. Сколько граммов 24%-го р-ра NaCl потребуется для приготовления 250 мл 8%-го р-ра?
24 г NaCl — 100 г р-ра
21,18 г NaCl — X г р-ра
х = 21,18 ×100 = 88,25 г (р-ра) 24
3. Найти объем 24%-го р-ра NaCl делением массы р-ра на
плотность:
Vр-ра=
mр-ра = 88,25г
=74,54мл
r 1,184г / мл
Данный объем 74,54 мл р-ра NaCl (24%-го) замерить маленьким цилиндром и перенести в большой цилиндр, довести объем водой до 250 мл. Раствор хорошо перемешивать.
Замерить ареометром плотность полученного раствора и рассчитывать относительную ошибку:
П = rТ - rп ×100 ,
rт
где П — относительная ошибка по удельному весу, %.
Для полученного раствора определить молярную, эквивалентную концентрации и титр раствора.
Вопросы для самостоятельной работы
1. Растворы, их место среди других многокомпонентных систем.
2. Физическая и химическая теории растворов.
3. Коллигативные свойства растворов. Закон Рауля. Эбулиоскопическая и криоскопическая константы.
4. Осмотическое давление. Роль осмотического давления в биологических системах.
5. Роль водных растворов в биологических системах.
6. Способы выражения процентной, моляльной и молярной концентрации эквивалента растворов (нормальной). Титр раствора.
В химии применяют следующие концентрации растворов: процентная, молярная концентрация эквивалента (нормальная).
Процентнаяконцентрация выражается числом граммов растворенного вещества, содержащихся в 100 г
раствора. Например, 12%-й раствор поваренной соли — это раствор, в 100 г которого содержится 12 г соли и 88 г Н2О.
Молярнаяконцентрация выражается числом молей растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора. Концентрация растворенного вещества в молях на 1000 г растворителя называется моляльной.
Молярная концентрация эквивалента вещества в растворе — это количество моль эквивалентов вещества, находящихся в 1 л раствора, обозначается Сэк (β)= 0,1 моль/л, где β — формула вещества (в данном случае β = H2SO4).Это значит, что в 1 л раствора содержится 0,1 моль
• экв. серной кислоты. Так как молярная масса эквивалента серной кислоты Мэк(H2SO4) = 49 г/моль, данный раствор содержит 4,9 г H2SO4.
Молярную концентрацию эквивалента вещества в растворе можно рассчитать из соотношения Сэк(В)=mв/Мэк(В).V, где mв — масса вещества, г; Мэк(В) — молярная масса его эквивалента, г-моль; V — объем раствора, л.
Единицей измерения молярной концентрации эквивалента в системе СИ является моль/л, иногда ее записывают как моль-экв/л, сокращенно обозначают «Н».
Например, 0,1 Н раствор — это раствор, в 1 л которого содержится 0,1 моль-экв. вещества.
Раствор, в 1 л которого 1 м-экв. растворенного вещества, называется однонормальным, 0,1 м-экв. - децинормальным, 0,01 М-экв. в 1 л раствора- сантинормальным.
При решении задач на концентрации растворов иногда необходимо переводить единицы массы раствора в объемные, и наоборот. Для этого надо помнить формулу плотности раствора.
Решение типовых задач
Пример 1. Сколько граммов NaOH необходимо для приготовления 3 л 10%-го раствора?
Решение. По таблице плотности растворов найти плотность 10%-го раствора NaOH (ρ = 1,115 г/мл). Вычислить массу 3 л раствора:
m = ρ • V = 3000 мл • 1,115 г/мл = 3345 г. 100 г раствора — 10 г NaOH
3345 г раствора — х г NaOH
Следовательно, для приготовления 3 л 10%-го раствора необходимо 334,5 г NaOH.
Пример 2.Сколько граммов КОН нужно взять для приготовления 500 мл 0,1 М раствора?
Решение. 1 моль КОН имеет массу 56 г, 0,1 моля составляет 5,6 г.
Следовательно, 1000 мл 0,1 М раствора — 5,6 г КОН;
500 мл 0,1 М раствора — 2,8 г КОН.
Для приготовления 500 мл 0,1 М раствора надо взять 2,8 г КОН, поместить в мерную колбу и довести объем до 500 мл.
Нормальные растворы удобно использовать для осуществления реакций между растворенными веществами. Обусловливается это тем, что растворы одинаковой нормальности взаимодействуют равными объемами, так как последние содержат эквивалентные количества реагирующих веществ. Если концентрации растворов не равны, их расходуемые объемы обратно пропорциональны концентрациям реагирующих веществ. Указанную зависимость можно выразить пропорцией
V1 • H1 = V2 • H2.
Пример 3. Определить нормальность раствора Н2SО4, 15
мл которого реагируют без остатка с 30 мл 0,5н раствора
ВаСl2.
Решение. Обозначить нормальность Н2SО4 через Н, написать
15 • НН2SО4 = 30 • 0,5, откуда НН2SО4 =
серной кислоты однонормальный.
30 × 0,5
15
= 1,0 . Раствор
По известной эквивалентной концентрации раствора можно определить титр. Титр раствора (Т) — количество граммов растворенного вещества, содержащегося в 1 мл раствора:
Т= H × Э .
1× 49
Например, титр 1 н раствора H2SO4 равен Т=
=
1000
0,049 г/мл, следовательно, в 1 мл 1 н раствора 0,049 г
H2SO4.