1. Способы выражения содержания растворенного вещества

Массовая концентрация. Определение: содержание растворенного вещества, выраженное в г на 1 дм³ раствора. Размерность г/дм³.

(1)

Массовая доля. Безразмерная величина, равная отношению массы растворенного вещества к массе раствора, выраженная в процентах

(2)

Молярная концентрация. Содержание растворенного вещества, выраженное в моль на 1 дм³ раствора. Размерность моль/дм³, принятое обозначение М.

(3)

Молярная концентрация эквивалента. Иначе – нормальность раствора или эквивалентная концентрация. Содержание растворенного вещества, выраженное в моль эквивалентов в 1 дм³ раствора. Размерность моль/дм³, принятое обозначение н.

(4)

Моляльность. Содержание растворенного вещества, выраженное в моль на 1 кг растворителя. Размерность моль/кг, принятое обозначение m.

(5)

Мольная доля. Безразмерная величина, равная отношению количества молей данного компонента к общему количеству молей всех компонентов раствора. Принятое обозначение N. Например, для раствора вещества А в воде (двухкомпонентный раствор):

.

(6)

2. Способы приготовления растворов заданной концентрации

Приготовление растворов заданной массовой концентрации растворенного вещества. Растворы готовят в специальной мерной посуде: мерных колбах, мерных цилиндрах, градуированных стаканах (рис. 1, 2).

С помощью технических или аналитических весов (в зависимости от заданной точности приготовления) отвешивают расчетное количество твердого вещества, переносят в мерную посуду, растворяют в небольшом количестве воды и доливают дистиллированную воду до отметки заданного объема (доводят до метки). Растворы можно готовить также разбавлением более концентрированных растворов.

Рис. 1. Мерные колбы (а), пипетки (б)

Рис. 2. Мерный цилиндр (а), мерный стакан (мензурка) (б)

Пример 1. Приготовить 0,5 дм³ 15 г/дм³ раствора гидроксида натрия. Рассчитаем массу вещества по уравнению (1)

г

Навеску 7,5 г растворяем в мерной колбе на 500 см³.

Приготовление растворов с заданной массовой долей. Растворы готовят в химически стойкой посуде без градуировки объема. С помощью технических или аналитических весов отвешивают расчетное количество твердого вещества, переносят в мерную посуду и растворяют в расчетном количестве воды. Такие растворы можно готовить разбавлением концентрированных или смешением концентрированных и более разбавленных (или воды) растворов.

Пример 2. Приготовить 500 г 5% раствора гидроксида натрия. По уравнению (2) рассчитаем массу NaOH

Масса воды равна

.

Таким образом, для приготовления раствора надо растворить 25 г твердого NaOH в 475 г воды.

Пример 3. Приготовить 3 кг 30% раствора серной кислоты из 95% и 10% раствора. Для приготовления необходимо рассчитать массы обоих растворов. Ранее для этого рекомендовали использовать правило «креста», в настоящее время с развитием вычислительной техники проще решить систему двух уравнений или воспользоваться готовой формулой. Введем обозначения x – необходимая масса 95% кислоты; y - необходимая масса 10% кислоты; m – масса конечного раствора, С%(1) – массовая доля 95% кислоты; С%(2) – массовая доля 10% кислоты; С%(к) – массовая доля приготовляемой кислоты.

Сумма масс кислоты в исходных растворах равна массе кислоты в конечном растворе, сумма масс растворов исходных кислот равна массе приготовляемой кислоты. Тогда получим систему из двух уравнений

.

Откуда

; .

Подставив численные значения, получим:

х = 706 г; y = 2294 г.

Часто удобнее пользоваться не массой, а объемом растворов. В этом случае по справочнику определяют плотность исходных растворов и рассчитывают их объемы:

Для 95% кислоты ;

Для 10% кислоты ; .

Таким образом, для приготовления 3 кг 30% раствора серной кислоты необходимо отмерить 385 см³ 95% кислоты и прибавить 2152 см³ 10% кислоты.

Если в качестве второго раствора берут чистую воду, то принимают С%(2) = 0.

Приготовление растворов с заданной молярной концентрацией или молярной концентрацией эквивалента. Растворы готовят в специальной мерной посуде: мерных колбах, мерных цилиндрах (рис. 1, 2). С помощью технических или аналитических весов отвешивают расчетное количество твердого вещества, переносят в мерную посуду, растворяют в небольшом количестве воды и доливают дистиллированную воду до отметки заданного объема (доводят до метки). Такие растворы можно готовить также разбавлением более концентрированных растворов.

Пример 4. Приготовить 250 см³ раствора NaOH с концентрацией 0,5 н из 10% раствора,  = 1,11 г/см³.

Массу NaOH, необходимую для приготовления раствора рассчитаем из уравнения (3)

Такая же масса NaOH должна содержаться в пробе 10% раствора

Приравняв правые части уравнений получим

.

Рассчитаем объем раствора

.

Таким образом, для приготовления раствора необходимо в мерную колбу на 250 см³ отмерить 45,05 см³ раствора NaOH с концентрацией 10%, довести до метки дистиллированной водой, и перемешать.