Поиск:  




ЦУ (ценные указания)

Задачник по общей и неорганической химии

6. Общие свойства растворов. 6.1. Состав и приготовление растворов

Смотрите задания >>>

Теоретическая часть

Растворы – это гомогенные (однофазные) химические системы переменного состава, образованные двумя или несколькими веществами. Жидкие растворы (в дальнейшем будем называть просто «растворы») состоят из жидкого растворителя (в неорганической химии чаще всего из воды) и одного или нескольких растворенных веществ, которые до смешения с растворителем могли быть твердыми, жидкими или газообразными. Далее будем рассматривать растворы с одним растворенным веществом.

Состав раствора определяется количествами растворенного вещества и растворителя. Различают разбавленные и концентрированные растворы, которые содержат соответственно меньшее и большее количество растворенного вещества. Концентрированными растворами часто называют такие растворы, в которых количество растворенного вещества значительно превышает количество растворителя.

В неорганической химии для количественного выражения состава растворов используют массовую долю, молярную концентрацию и эквивалентную концентрацию. Все определения, приведенные ниже для водных растворов, легко распространить и на неводные растворы.

Массовая доля wB растворенного вещества В – это отношение его массы mв к сумме масс растворенного вещества и растворителя – воды (т.е. к массе раствора):

wB= mB / m(р)= mB / (mB + mводы) =

= mB / {V(p) ´ ρ(р)} = mB / (mB +Vводы ´ ρводы),

где ρ(р) – плотность раствора; V(p) объем раствора; Vводы – объем воды и ρводы - плотность воды (можно принять, что при комнатной температуре ρводы равна 1 г/мл).

Раствор, в котором массовая доля растворенного вещества равна wB(%), характеризуется тем же значением процентного содержания. Например, раствор с массовой долей хлороводорода wHCl = 0,2 (т.е. 20%) может быть обозначен как 20%-ный раствор HCl (20-процентный раствор хлороводорода в воде).

Пример 1. Определите массовую долю некоторой соли в растворе, приготовленном из 10,07 г соли и 190,12 г воды.

Решение

wB = ?

mB = 10,07 г

mводы =190,12 г

wB= mB /( mB+ mводы) =

=10,07 / (10,07 + 190,12) = 0,05,  или 5%.

Ответ. Массовая доля соли равна 0,05, или 5%

Молярная концентрация сB растворенного вещества В – это отношение количества вещества nB к объему раствора:

сB = nB / V(p)

Единица измерения молярной концентрации – моль/л.

Раствор, в котором молярная концентрация растворенного вещества равна сB (моль/л), характеризуется молярноcтью, численно равной значению сB; обозначение молярности раствора – М (после числа). Например, раствор с молярной концентрацией сульфата калия c(K2SO4) =1 моль/л может быть обозначен как 1М K2SO4 (одномолярный раствор сульфата калия в воде). Аналогичным образом записи 0,1М, 0,01М и 0,001М означают соответственно деци-, санти- и миллимолярный растворы

Пример 2. Определите молярную концентрацию (моль/л) хлорида марганца(II), если в 200 мл раствора содержится 2,52 г растворенного вещества.

Решение

c(MnCl2) =?

V(p)=0,2 л

m(MnCl2) =2,52 г

M(MnCl2) =125,84 г/моль

c(MnCl2) = n(MnCl2) / V(p) =

= m(MnCl2) /{М (MnCl2) V(p)} =

= 2,52/125,84.0,2 = 0,1 моль/л.

Ответ. Молярная концентрация MnCl2 равна 0,1 моль/л

Эквивалентная концентрация сeqB растворенного вещества В – это отношение эквивалентного количества вещества neqB к объему раствора:

сeqB = neqB /V(p).

Единица эквивалентной концентрации – моль/л.

Раствор, в котором эквивалентная концентрация растворенного вещества равна сeqB (моль/л), характеризуется нормальноcтью, численно равной значению сeqB; обозначение нормальности раствора – н. (поcле числа). Например, раствор с эквивалентной концентрацией серной кислоты сeq(H2SO4) = 1 моль/л. может быть обозначен как 1 н. H2SO4 (однонормальный раствор серной кислоты в воде).

Эквивалентная концентрация растворенного вещества и нормальность раствора определяются эквивалентным количеством растворенного вещества и, следовательно, как и последнее, зависят от эквивалентного числа, постоянного только для конкретной реакции, причем сeqB = zBсB

Пример 3. Определите эквивалентную концентрацию (моль/л) сульфата алюминия, если в 250 мл раствора содержится 8,57 г соли. Раствор будет использован для получения гидроксида алюминия по обменной реакции.

Решение

ceqAl2(SO4)3 = ?

V(p) = 0,25 л

mAl2(SO4)3=8,57 г

zeqAl2(SO4)3= 6

MAl2(SO4)3=

= 342,15 г/моль

Al2(SO4)3  ®  2Al(OH)3

ceqAl2(SO4)3 = neqAl2(SO4)3/ V(p)=

mAl2(SO4)3/{MeqAl2(SO4)3´V(p)} =

= mAl2(SO4)3´zeqAl2(SO4)3/{MAl2(SO4)3´V(p)} =

= 8,57´ 6 /(342,15 ´ 0,25) = 0,6 моль/л

Ответ. Эквивалентная концентрация Al2(SO4)3 равна 0,6 моль/л

Пример 4. Определите массу (г) перманганата калия, необходимую для приготовления 0,5 л 0,2 н. раствора, предназначенного для изучения окислительных свойств этого вещества в кислотной среде.

Решение

m(KMnO4) =?           

V(p)=0,5 л

ceqKMnO4 = 0,2 моль/л

M(KMnO4) =                     = 158,03 г/моль

z(KMnO4) = 5

MnO4- + 8H+ + 5e-  =  Mn2+ + 4H2O

m(KMnO4) = neqKMnO4´ MeqKMnO4 =

= ceqKMnO4´V(p)´ M(KMnO4) / z(KMnO4) =

= 0,2´0,5´158,03 / 5=3,16 г

Ответ. Для приготовления раствора необходимо 3,16 г KMnO4

Кроме величин wB и сB (сeqB ), в химии применяются и другие способы выражения состава растворов: коэффициент растворимости, мольная доля, массовая и моляльная концентрации (см. задачи 6.54, 6.56, 6.58 и 6.60).

На практике часто возникает необходимость в пересчете одного способа выражения состава раствора в другой, например известного процентного содержания в молярность раствора.

Пример 5. Определите молярность для 6% -ного раствора Na2S c плотностью 1067 г/л.

Решение

с (Na2S) =?    

w(Na2S) =0,06

r(р) = 1067 г/л

M(Na2S) =78,05 г/моль

с(Na2S) = n (Na2S) / V(p) =

= m(Na2S)´r(р) / {M (Na2S)´ m(р)}=

= w(Na2S)´r(р) / M(Na2S) =

= 0,06´1067 / 78,05 = 0,82 моль/л

Ответ. Молярность раствора Na2S равна 0,82М

Если для приготовления раствора используют не безводное вещество, а его кристаллогидрат В . nH2O, то следует учитывать при расчетах воду, которая входит в состав кристаллогидрата (кр). Массу кристаллогидрата mкр определяют по формуле

mкр =mB ´ М кр/ МB,

где Мкр – молярная масса кристаллогидрата; mB- расчетная масса вещества в растворе заданного состава. Определение массы воды mводы, которую необходимо добавить к рассчитанной массе кристаллогидрата для получения раствора заданного состава с массой m(р), проводят по формуле mводы= m(р) - mкр.

Пример 6. Определите массу (г) кристаллогидрата сульфата меди состава CuSO4 . 5H2O и объем (мл) воды, необходимые для приготовления 150 г 10%-ного раствора при комнатной температуре.

Решение

m кр = ?

V(H2O) = ?

m(р) = 150 г

wCuSO4 = 0,1

Мкр =149,68 г/моль

М(CuSO4) =                      = 159,61 г/моль

r(H2O)=1 г/мл

mкр = m(CuSO4) ´ М кр / М(CuSO4) =

= w(CuSO4) ´ m(р) ´´ Мкр/ М(CuSO4) =

= 0,1´150´249,68 / 159,61 = 23,46 г

V(H2O) = m (H2O) / r(H2O) =

= (m(р) - mкр)/ρ(H2O) = (150-23,46) / 1 =

= 126,54 мл

Ответ. Для приготовления раствора CuSO4 надо взять 23,46 г кристаллогидрата состава CuSO4 . 5H2O и 126,54 мл воды

В лабораторной практике приходиться готовить разбавленный раствор с массовой долей растворенного вещества wB и массой m(p) из концентрированного раствора того же вещества wB и m(p) разбавлением последнего водой с массой mводы. Тогда все величины связаны между собой отношением

wB ´ m(p) = wB ´ (m(p) + mводы) = wB ´ m(p),

так как масса растворенного вещества остается постоянной при разбавлении концентрированного раствора водой и  m(p) = m(p) + mводы.

Возможен и способ приготовления концентрированного раствора выпариванием некоторой массы mводы из разбавленного раствора. Тогда все величины связаны соотношением:

wB ´ m(p) = wB ´ (m(p) - mводы) = wB ´ m(p),

так как масса растворенного вещества остается постоянной при выпаривании из раствора воды и  m(p) = m(p) - mводы.

На практике иногда появляется необходимость приготовления раствора промежуточного состава – wB, m(p) – при смешивании концентрированного и разбавленного растворов. Тогда все величины связаны соотношением

wB ´ m(p) = wB ´ (m(p) + mводы) = wB ´ m(p) + wB ´ m(p)

так как масса растворенного вещества в приготовленном растворе равна сумме масс этого вещества в концентрированного и разбавленном растворах.

Пример 7. Определите, какой объем воды при комнатной температуре надо добавить к 0,5 л 40%-ного раствора NaOH с плотностью 1430 г/л для приготовления 10%-ного раствора.

Решение

V(H2O) = ?

V(р) = 0,5 л

wNaOH = wB = 0,4

ρ(р) = 1430 г/л

wNaOH = wB = 0,1

ρ(H2O) = 1000 г/л

V(H2O) = m(H2O) / ρ(H2O) =

= {m(р)m(р)} / ρ(H2O) =

= {wB ´ m(p) / wB ´ m - m(p)} / ρ(H2O) =

= m(p) ´ (wB-wB) / {wB ´ ρH2O} =

= {r(р) V(p(wB - wB)} / {wB ´ ρ(H2O)} =

= {1430´0,5(0,4-0,1)} / {0,1´1000} = 2,15 л


Ответ
. Для приготовления раствора NaOH надо добавить 2,15 л воды

 


|| Содержание Задачника || || Содержание раздела "Студгородок" ||


 


Рассылки Subscribe.Ru
Алхимик - новости и советы