5. Растворы

5.1. Концентрации растворов

Раствором называется гомогенная (однородная) система, состоящая из двух или более компонентов, состав которой может непрерывно изменяться в определенных пределах. По агрегатному состоянию растворы могут быть газообразными, жидкими и твердыми.

В растворах выделяют растворитель и растворенное вещество. Растворителемназывают компонент, который образует непрерывную среду.остальные компоненты, которые распределены в среде растворителя в виде дискретных частиц, называютсяраствореннымивеществами. Состав раствора (концентрация) чаще всего выражается следующими способами.

Массовая доля или процентное содержание– соотношение масс растворенногоm_ввещества и раствораm_р-р, выраженное в долях или процентах.

.

(34)

Концентрация, выраженная в граммах на литр, С_г/л – показывает, какая масса растворенного веществаm_в, выраженная в граммах, содержится в единице объема раствораV_р-р:

, г/л.

(35)

Молярная концентрацияилимолярность,С_М–число молей растворенного веществаn_вв одном дм³ (л) раствора:

, моль/л.

(36)

Моляльная концентрацияилимоляльность,С_m– число молей растворенного вещества, приходящееся на одинкилограммрастворителя:

, моль/кг.

(37)

Мольнаядоляили мольные процентыx_i – число молей компонента (растворителя или растворенного вещества) содержащееся в одном моле раствора:

.

(38)

5. Нормальная концентрацияилинормальность, C_N– количество эквивалентов,n_эврастворенного вещества, содержащееся в одном литре раствора:

, экв/л,

(39)

где z– количество обменных эквивалентов растворенного вещества, содержащееся в одном его моле.

Для кислот zсоответствует основности кислоты, т. е. числу атомов водорода в составе кислоты, обмениваемых в данной реакции на металл или нейтрализуемых основанием.

Для оснований zсоответствует кислотности основания, т.е. числу гидроксильных групп в составе основания, обмениваемых на кислотный остаток или нейтрализуемых кислотой.

Для солей zрассчитывают как произведение числа атомов и степени окисления металла в составе соли.

Для окислителей и восстановителей в окислительно-восстановительных реакциях z– изменение их степени окисления в ходе реакции.

5.1.1. Примеры решения задач

Пример 1. Раствор серной кислоты в воде с концентрацией 16 % (мас.) имеет плотностьd= 1,109 г/см³. Выразить концентрацию этого раствора всеми способами.

Решение.1. Выделим мысленно 1 кг раствора и найдем его объем:.

2. Найдем массу растворенного вещества (H₂SO₄) по формуле (34):

3. По формуле (35) вычислим концентрацию раствора серной кислоты в г/л:

4. Найдем количество молей серной кислоты:

5. По формуле (36) вычислим молярную концентрацию раствора серной кислоты:

6. Найдем массу растворителя (Н₂О):

7. По формуле (37) вычислим моляльную концентрацию раствора серной кислоты:

8. Найдем количество молей воды:

9. По формуле (38) найдем мольную долю серной кислоты:

10. По формуле (39) определим нормальную концентрацию раствора серной кислоты (для серной кислоты количество обменных эквивалентов в одном моле вещества z= 2):

Пример 2.Какой объем раствора серной кислоты концентрацией 10 % (d= 1,066 г/см³) требуется для приготовления 200 мл 1 н. раствора?

Решение. 1.найдем массу серной кислоты, содержащейся в 200 мл 1 н. раствора. Для этого вычислим молярную концентрацию раствора по формуле (39):количество вещества серной кислоты по формуле (36)

и ее массу .

2. Подставим найденную массу серной кислоты в уравнение (34) и вычислим объем 10 % раствора

Пример 3. Какой объем воды следует прибавить к 500 мл раствора, содержащего 40 г сульфата никеля, чтобы понизить его концентрацию до 0,05 моль/л?

Решение. 1. По уравнению (36) найдем объем 0,05 М раствора (V₂):.

2. Найдем объем воды: .

Пример 4. Найти молярную концентрацию раствора карбоната натрия, полученную при смешивании 600 мл 2,15 % раствора (d = 1,02 /см³) и 200 мл 8,82 % раствора (d= 1,09 г/см³).

Решение. 1. Найдем количество вещества карбоната натрия в каждом из смешиваемых растворов:

2. Вычислим молярную концентрацию полученного раствора:

Пример 5.Какой объем раствора серной кислоты концентрацией 0,42 моль/л потребуется для нейтрализации 20 мл раствора гидроксида калия концентрацией 6 % (d= 1,053 г/см³)?

Решение. 1. Составим уравнение реакции:

2KOH+H₂SO₄K₂SO₄+ 2H₂O

2. По уравнению (34) найдем количество вещества KOH

3. По уравнению реакции на 2 моль KOHприходится 1 моль Н₂SO₄, следовательно, для реакции с 0,02 моль гидроксида калия требуется 0,01 моль серной кислоты.

4. По уравнению (36) найдем объем раствора серной кислоты: