7. Растворы. Способы выражения концентрации растворов. Молярная масса эквивалента кислоты, основания и соли.

Водный раствор содержит 354 г H₃PO₄ в 1 л. Плотность раствора ρ = 1,18 г/мл. Вычислить: а) массовую долю (%) H₃PO₄ в растворе; б) молярную концентрацию; в) молярную концентрацию эквивалентов.

Раствор - гомогенная система, состоящая из растворенного вещества, растворителя и продуктов взаимодействия между ними.  Растворы бывают газообразные (атмосфера), жидкие (природная вода), твердые (сплавы). Свойства растворов зависят от природы растворителя (вода, ацетон, керосин и др.), от природы растворенных веществ (кислоты, основания, соли, газы и др.), а также от концентрации растворенного вещества в растворе. В настоящем практикуме рассматриваются,  в основном, свойства водных растворов. Идеальные растворы – растворы, которые образуются  без изменения объема растворителя и без теплового эффекта, т.е. DV_р-ра = 0 и DН_р-ра = 0. В этом случае предполагается, что между молекулами растворителя и молекулами растворенного вещества отсутствует межмолекулярное  взаимодействие. К идеальным растворам с некоторым приближением относят разбавленные растворы органических веществ и газов в воде (растворы  неэлектролитов).

Реальные растворы - растворы кислот, оснований, солей в воде (электролиты), образование которых сопровождается взаимодействием молекул растворителя и растворенного вещества, изменением объема растворителя и выделением или поглощением тепла. К реальным - относятся также концентрированные растворы  неэлектролитов.

 СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

В зависимости от содержания растворенного вещества растворы бывают разбавленные, концентрированные, насыщенные и перенасыщенные. Количественная характеристика способности вещества растворяться до образования насыщенного раствора называется  растворимостью. Растворимость определяется как:

а) количество вещества в граммах, которое необходимо растворить в 100 г растворителя для получения насыщенного раствора (m(г) / 100 (г));

б) количество молей растворенного вещества, которое содержится   в 1 л насыщенного раствора (моль / л).

В химической практике применяются растворы с различным содержанием растворенного вещества.  Для таких растворов используют следующие способывыражения концентрации растворенного вещества: массовая доля и  мольная доля растворенного вещества, молярная и моляльная концентрации, молярная концентрация эквивалента. Для представления расчетных формул в настоящем практикуме введены следующие обозначения:                         раствор(y) = растворенное вещество (x) + растворитель (z),  тогда,

-параметры растворенного вещества - m(x) масса, M(x) молярная масса, Э(х)  эквивалент, n_м(х)- число молей, n_э(х) – число эквивалентов;

-параметры  раствора - m(y)– масса, V(y) - объем,  r(y) -  плотность;

-параметры растворителя - m(z) - масса, V(z) - объем, n_м(z) - число молей, r(z)-   плотность. 

Массовая доля (С_%)

или процентная концентрация определяет, какую часть масса растворенного вещества  составляет от массы раствора (обычно в процентах), и рассчитывается как отношение:

 С_%  =   m(х)  •100%    или    С_% =           m(х)       •100%

 m(у) )              m(х)+m(z)

Определение процентной концентрации можно сделать конкретной, если принять массу раствора за 100 г,

 тогда  С_%  = m(х)  т.е. процентная концентрация (в %) показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в каждых 100 г раствора.  Рассмотрим   5% раствор KCI.   

                  в 100 г (у) раствора    -   содержится  5 г  растворенного вещества (х)   или

                  в   95 г (z) растворителя   -      содержится  5 г  (х).

Очевидно, что полученный результат будет справедлив для любого растворенного веществ, независимо от его природы (соль, кислота, основание и т.д.), так как концентрация не включает индивидуальную характеристику растворенного вещества – молярную массу (М г/моль).

 Молярная концентрация (С_м)

или молярность определяет, сколько молей растворенного вещества содержится в каждом литре данного раствора, и рассчитывается как отношение количества растворенного вещества в молях  n_м(х), содержащегося в растворе, к объему этого раствора:

                  n_м(х) моль                 m(х)                     m(х) • ρ(у)

  С_М   =   —————   =   —————   =   ————————             

                  V(y)  л                М(х) V(y)             М(х)•[(m(z)+m(х)]

Рассмотрим пример: пусть дан 0,8 молярный раствор K₂SO₄ , плотность которого равна 1,02 г/мл. В соответствии с определением С_М,   это значит_:

                                         в 1л раствора содержится  -  0,8 моля соли,  или

                                          в 1л раствора содержится   - 0,8 _* 174 г/моль = 139,2 г соли, или

                                         в (1 л _*1,02 кг/л) кг  раствора содержится - 0,8 моля (139,2 г) соли.

Моляльная концентрация  (C_m)

или  моляльность определяет, сколько молей растворенного вещества приходятся на каждый килограмм растворителя, и рассчитывается как отношение количества растворенного вещества в молях  n(х)  к массе растворителя:                               

 n_м(х) моль         m(х)                   m(х)  

  С_m     ————— =  ———— =   ———————                  

                  m(z) кг        М(х) m(z )         М(х)•[m(y)-m(х)]

 

Рассмотрим пример: пусть дан 0,8 моляльный раствор K₂SO₄ , плотность которого равна 1,01 г/мл. В соответствии с определением  С_m , это значит:

                           на  1кг растворителя  приходится   -  0,8 моля соли,  или

                           на  1кг растворителя  приходится  -   0,8 _* 174 г/моль (139,2 г) соли, или

                           в [1000 г(z) +139,2г(х)] (л) раствора  содержится - 0,8 моля (139,2 г) соли.

                              1,01 г/мл 10^-3 мл/л

 Молярная концентрация  эквивалента  (С_N)

или нормальность определяет, сколько молей эквивалента растворенного вещества содержится  в каждом литре раствора, и рассчитывается как отношение количества растворенного вещества в молях эквивалента n_э(х), содержащегося в растворе, к объему этого раствора:

 

          n_э(х)  моль                 m(х)                         С_М

С_N = ————— =   ———————    =  ————

          V(у)  л              Э(х) М(х) • V (y)             Э(х)

 

Пример: для 1,6 N раствор K₂SO₄ , плотность которого равна 1,02 г/мл или 1,02 кг/л. В соответствии с определением  С_N , известно:             в 1л раствора содержится  -  1,6 эквивалентов  соли,  или

               в 1л раствора содержится   - 1,6 моль ( экв.) _* ½ _*174 г/моль = 139,2 г соли, или                                                               в (1 л _*1,02 кг/л) кг  раствора содержится - 1,6 (n_э) эквивалентов  соли.

Мольная доля (Сm) показывает, какую часть число молей растворенного вещества составляет от суммы числа молей растворенного вещества и растворителя в растворе. Для двухкомпонентного раствора состоящего из растворителя и одного растворенного вещества  мольная доля рассчитывается по уравнению:

             n(х)                   m(x)/M(х) Сm   =    ——————  =     ———————————,

        n(х) + n(z)            m(х)/M(x) + m(z)/M(z)

где n_м(z) - число молей растворителя, в котором растворили n_м(х) молей растворенного вещества. Очевидно, численное значение Сm  всегда  меньше  единицы ( или 100% ).

Эквивалентная масса кислоты будет равна отношению молярной массы ккислоты к ее основности. Например, молярная масса серной кислоты - 98 г/моль, а ее основность - 2. Тогда эквивалентная масса будет98/2 = 49гЭ/моль. Эквивалентая масса основания будет равна отношению молярной массы основания к ее кислотности. Например у гидроксида натрия молярная масса 40, а кислотность1, значит молярная масса совпадает с эквивалентной Экввалентая масса соли будет равна отношению молярной массы соли к произведению валентности металла на количество атомов металла. Например Na2SO4 эквивалентая масса будет 142/(1*2) = 71

Задача

зная плотность и объем раствора,можем найти массу раствора:

mр-ра=1,18*1000=1180 г

Вычислим массовую долю H3PO4 :

w=mр.в./mр-ра*100% w=354/1180 *100%=30%

осталось найти молярную концентрацию:

с=w*p/M = 30*1,18/98 =0,361-здесь сомневаюсь, но думаю что так, уточнить