8. Растворы. Способы выражения концентрации растворов

Раствором называется однородная система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов.

Всякий раствор состоит из растворенных веществ и растворителя.

Растворитель – это компонент раствора, находящийся в том же агрегатном состоянии, что и раствор.

В случае же растворов, образующихся при смешивании газа с газом, жидкости с жидкостью, твердого вещества с твердым, растворителем считается тот компонент, количество которого в растворе преобладает. Растворы бывают га-зовыми, жидкими и твердыми.

Раствор, находящийся в равновесии с растворяющимся веществом, называется насыщенным, а растворы, близкие к состоянию насыщения, называются концентрированными.

В большинстве случаев употребляют растворы ненасыщенные, т.е. с мень-шей концентрацией растворенного вещества, чем в насыщенном растворе.

Концентрация раствора – это содержание растворенного вещества в опреде-ленной массе или определенном объеме раствора или растворителя.

Определение массовой доли вещества в растворе

Массовая доля – это отношение массы компонента m_B к массе раствора m:

_В = m_B/m. (1)

Массовая доля выражается в долях единицы или процентах (5%-ный раствор серной кислоты содержит 5 г Н₂SO₄ в 100 граммах раствора или в 95 г раствори-теля - воды).

Пример 1. В 220 г воды растворили 30 г хлорида натрия. Вычислите массовую долю хлорида натрия в растворе.

Решение. Масса раствора m складывается из массы растворителя m_H2O и массы растворенного вещества m_NaCl:

m = m_H2O + m_NaCl; m = 220 + 30 =250 г.

По уравнению (1) находим

_NaCl = m_NaCl / m; _NaCl = = 0,12 или 12 %.

Пример 2. Определите массу хлорида натрия, который надо растворить в воде, чтобы получить 100 мл раствора с массовой долей NaCl 20 %. Плотность раствора  = 1,5 г/мл.

Решение. Масса раствора, который необходимо приготовить,

m = V,

где V – объем раствора;

m = 1001,15 = 115 г.

Из уравнения (1) следует

m_NaCl = m_NaCl; m_NaCl = 1150,2 = 23 г.

Определение молярной концентрации раствора

Молярная концентрация или молярность (С_м или М) – число молей рас-творенного вещества, содержащихся в 1 л раствора. Предположим, что имеет-ся раствор фосфорной кислоты: 1,5М Н₃РО₄ или С_м = 1,5 моль/л Н₃РО₄; это означает, что в 1 л или в 1000 мл такого раствора содержится в количестве 1,5 моля Н₃РО₄ или 1,598 = 147 г, где 98 г/моль – молярная масса фосфорной кис-лоты.

Пример 3. Определите массу нитрата натрия, которая требуется для при-готовления 2 л децимолярного (0,1М) раствора.

Решение. В 1 л раствора содержится С_мМ = 0,185 = 8,5 г нитрата натрия.

Составим пропорцию: в 1 л раствора содержится 8,5 г NaNO₃;

в 2 л раствора содержится х г NaNO₃.

Тогда х = =17 г NaNO₃ нужно взять, чтобы приготовить 2 л 0,1М раствора.

В общем виде решение можно представить как

m = VС_мМ, (2)

где V – объем, л;

С_м – молярная концентрация, моль/л;

М – молярная масса, г/моль.

Пример 4. Определите массовую долю азотной кислоты (в процентах) в 4,3М растворе НNO₃, плотность которого составляет  = 1,14 г/мл.

Решение. Определим массу кислоты, содержащейся в 1 л раствора по формуле (2):

m_НNO3 = VС_мМ = 14,363 = 271 г.

Определим массу 1 литра (1000 мл) раствора азотной кислоты:

m = V = 10001,14 = 1140 г.

Следовательно, массовая доля кислоты составит

_НNO3 = m_НNO3/ m = 271/1140 = 0,238 или 23,8 %.