Способы выражения концентраций растворов. Концентрация – количественная характеристика относительного содержания растворенного вещества и растворителя в растворе.
Концентрация – количественная характеристика относительного содержания растворенного вещества и растворителя в растворе.
В химической практике используют пять основных способов выражения концентрации растворов: массовая доля (w), молярная концентрация (СМ), эквивалентная (нормальная) концентрация (Сн), моляльная концентрация (Сm), мольная доля (Ni).
Для представления расчетных формул и выполнения расчетов введем следующие обозначения:
m1, m2, m – соответственно массы растворенного вещества, растворителя и раствора (выраженные в граммах), г;
M1, M2 – соответственно молярные массы растворенного вещества и растворителя, г/моль;
mэ(1) – молярная масса эквивалента (эквивалентная масса) растворенного вещества, г/моль;
Э1 – относительный эквивалент растворенного вещества, безразмерная величина, равная отношению mэ(1) к M1;
n1, n2 – соответственно количество растворенного вещества и растворителя, моль;
nэ(1) – количество эквивалентов растворенного вещества, моль;
V – объем раствора, л (дм3);
r – плотность раствора, г/см3 (г/мл).
6.1.1. Массовая доля (w) или процентная концентрация (С)
Массовая доля показывает, какую часть масса растворенного вещества составляет от массы раствора; выражается обычно в % мас.:
(6.1)
Если принять массу раствора m = 100 г, то процентная концентрация численно равна количеству граммов растворенного вещества, которые содержатся в 100 г раствора. Например, в 100 г раствора с концентрацией 5 % мас. содержится 5 г растворенного вещества, в 100 г раствора с концентрацией 18 % мас. – 18 г растворенного вещества и т. д.
Пример 1. Определить массовую долю (%) хлорида калия в растворе, содержащем 53 г KCl в 0,5 л раствора, плотность которого 1,063 г/см3.
Решение. Определим массу раствора:
m = V×r = 0,5×103 см3×1,063 г/см3 = 531,5 г.
По уравнению (6.1) определим массовую долю, %, KCl в растворе:
6.1.2. Молярная концентрация раствора (СМ)
Молярная концентрация (молярность), моль/л, показывает, сколько молей растворенного вещества содержится в одном литре раствора:
. (6.2)
Для молярной концентрации обычно используют обозначение М. Например, раствор с концентрацией 5 моль/л обозначают как 5 М раствор.
Пример 2. Определить молярную концентрацию раствора NaOH, в 0,2 л которого содержится 1,6 г растворенного вещества.
Решение. Определим молярную массу растворенного вещества:
М1 = (23 + 1 + 16) г/моль = 40 г/моль.
Определим количество вещества в заданном объеме:
Определим молярную концентрацию по уравнению (6.2):
6.1.3. Эквивалентная (нормальная) концентрация (Сн)
Эквивалентная концентрация (нормальность, или молярная концентрация эквивалента) определяет количество эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в одном литре раствора, моль/л:
. (6.3)
Из уравнений (6.2) и (6.3) следует, что эквивалентную концентрацию раствора (Сн) можно определить, если известна его молярная концентрация (СМ):
или 
. (6.4)
Для нормальной (эквивалентной) концентрации обычно используют обозначение н. Например, раствор с нормальной концентрацией 3 моль/л обозначают как 3 н. раствор.
Пример 3. Определить эквивалентную концентрацию раствора хлорида железа (III), если в 0,3 л раствора содержится 32,44 г FeCl3.
Решение. Относительный эквивалент FeCl3 – Э1 = 1/3.
Определим эквивалентную массу хлорида железа (III):
Определим количество эквивалентов FeCl3 в заданном объеме:
Определим эквивалентную концентрацию по уравнению (6.3):
6.1.4. Моляльная концентрация раствора (Сm)
Моляльная концентрация раствора (моляльность) определяет количество растворенного вещества (в молях), содержащихся в 1 кг растворителя (моль/кг растворителя):
(6.5)
Пример 4. Определить объем воды, в котором растворили 4,57 г сахарозы С12H22O11, если моляльная концентрация полученного раствора 0,134 моль/кг. (Плотность воды принять равной 1 г/см3.)
Решение. Определим молярную массу сахарозы:
М1 = (12×12 + 1×22 + 16×11) г/моль = 342 г/моль.
Определим количество растворенного вещества в растворе:
На основании уравнения (6.5) определим массу растворителя (m2) в растворе:
Определим объем растворителя (воды) в растворе:
