СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА

Раствор - гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, соотношения между которыми могут изменяться.

Различают газообразные, твердые и жидкие растворы. На практике чаще всего приходится встречаться с жидкими растворами. В растворе обычно различают растворитель и растворенное вещество.

m_ра-ра = m_{р-ого в-ва} + m_р-ля (1)

где m_ра-ра – масса раствора (г); m_{р-ого в-ва} – масса растворенного вещества (г); m_р-ля масса растворителя (г).

V_ра-ра = V_{р-ого в-ва} + V_р-ля (2)

где V_ра-ра – объем раствора (мл); V_{р-ого в-ва} – объем растворенного вещества (мл); V_р-ля объем растворителя (мл).

Важнейшей характеристикой всякого раствора является концентрация.

Концентрация - это содержание растворенного вещества в единице массы или объема раствора или растворителя.

Существует несколько способов выражения концентрации растворов.

1) ω- Массовая доля (процентная концентрация) показывает содержание массы растворенного вещества в 100 г раствора.

ω = m_{р-ого в-ва}·100 / m_ра-ра (3)

где ω- процентная концентрация (%), m_{р-ого в-ва} – масса растворенного вещества (г), m_ра-ра – масса раствора (г);

2) С_М- Молярная концентрация- отношение количества растворенного вещества к объему раствора.

С_М = ν_{р-ого в-ва} / V_ра-ра (4)

где С_М- Молярная концентрация (моль/л); V_ра-ра – объем раствора (л);

ν_{р-ого в-ва} – количество растворенного вещества (моль), которое рассчитывается по формуле:

ν_{р-ог в-ва} = m_{р-ого в-ва} / М_{р-ого в-ва} (5)

где m_{р-ого в-ва} – масса растворенного вещества (г), М_{р-ого в-ва}- молярная масса растворенного вещества (г/моль).

Подставив выражение (5) в (4), получаем:

С_М = m_{р-ого в-ва} / М_{р-ого в-ва}· V_ра-ра (6)

3)С_Н - Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация или нормальность раствора) - отношение число моль-эквивалентов растворенного вещества к объему раствора.

С_Н = n_Э / V_ра-ра (7)

где С_Н - нормальная концентрация (моль-экв/л); V_ра-ра – объем раствора (мл);

n_Э – число эквивалентов растворенного вещества, которое можно рассчитать по формуле:

n_Э = m_{р-ого в-ва} / М_Э (8)

Подставив выражение (8) в (7), получим:

С_Н = m_{р-ого в-ва} / М_Э · V_ра-ра (9)

М_Э – эквивалентная масса растворенного вещества, которую определяют по формуле:

М_Э = М_{р-ого в-ва} / n·В (10)

где n – число функциональных групп; В – валентность функциональной группы.

4) Титр раствора - масса растворенного вещества, которое содержится в 1 мл раствора

Т = m_{р-ого в-ва} / V_ра-ра (11)

где Т –титр раствора (г/мл); m_{р-ого в-ва} – масса растворенного вещества (г); V_ра-ра – объем раствора (мл).

ПРИМЕР 1:Сколько граммов гидроксида натрия необходимо взять для приготовления 4л 12%-го раствора, плотность (ρ) которого равна 1,37 г/мл. Рассчитайте молярную концентрацию этого раствора.

РЕШЕНИЕ. 1) Вычисляем массу 4л раствора: m_ра-ра = ρ·V_ра-ра = 1,37·4000 = 4548 г.

Из формулы (3) выражаем массу растворенного вещества: m_{р-ого в-ва} = ω· m_ра-ра / 100.

m_NaOH = 12·4548 / 100 = 545,8 г.

2) Рассчитаем молярную массу гидроксида натрия: М(NaOH) = 23+16+1 = 40 г/моль.

Молярную концентрацию рассчитываем по формуле (6): С_М = m_{р-ого в-ва} / М_{р-ого в-ва}· V_ра-ра

С_М = 545,8 / 40·4 = 3,41 моль/л.

ОТВЕТ: m_NaOH = 545,8 г; С_М = 3,41 моль/л.

ПРИМЕР 2:Определить нормальность раствора серной кислоты, в 250 мл которого содержится 24,5 г H₂SO₄. Рассчитайте титр раствора.

РЕШЕНИЕ. 1) Найдем эквивалентную массу серной кислоты по формуле (10): М_Э = М(H₂SO₄) / n·В = 98 / 2 = 49 г/моль.

Нормальность раствора рассчитаем, используя формулу (9). С_Н = m(H₂SO₄) / М_Э · V_ра-ра = 24,5 / 49·0,250 = 2 моль-экв/л.

2) Вычислим титр раствора по формуле (11). Т = m(H₂SO₄) / V_ра-ра = 24,5 / 250 = 0,098 г/мл.

ОТВЕТ: С_Н = 2 моль/л; Т = 0,098 г/мл.

ПРИМЕР 3:На нейтрализацию 50 мл раствора кислоты израсходовано 25 мл 0,5н раствора щелочи. Чему равна нормальность кислоты?

РЕШЕНИЕ. Так как вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных соотношениях, то растворы равной нормальности реагируют в равных объемах. При разных нормальностях объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям, т.е.V₁ / V₂ = С_Н2 / С_Н1 или V₁·C_Н1 = V₂·C_Н2. Отсюда С_Н1 = V₂·C_Н2 / V₁.

С_Н1 = 25·0,5 / 50 = 0,25 моль-экв/л.

ОТВЕТ: С_Н1 = 0,25 моль-экв/л.