Мои Конспекты
Главная | Обратная связь

...

Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Молярная концентрация





Помощь в ✍️ написании работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

В химии широко используется молярная концентрация (моль/л).

Молярная концентрация - это отношение количества вещества в растворе к объему раствора:

где с(Х) - молярная концентрация вещества X. При малой величине молярной концентрации она может быть выражена в ммоль/л (1 моль/л = 1000 ммоль/л). Молярная концентрация численно равна количеству растворенного вещества в 1 л раствора. В контексте молярную концентрацию обычно называют простоконцентрацией, а способ ее выражения понятен из единицы измерения.

Применение молярной концентрации для расчетов в химии очень удобно, так как по ней непосредственно вычисляется количество вещества в данном объеме раствора:

пример 4.7.Какая масса соды Na2C03 необходима для уничтожения разлившейся серной кислоты объемом 5 л с концентрацией 6 моль/л? Соду следует взять с избытком 50% от стехиометрического количества. решение.Напишем уравнение реакции:

По стехиометрическому правилу п1 = n2. Делаем подстановку в соответствии с данными условия и искомой величиной:

С учетом требуемого избытка соды будет взято в 1,5 раза больше:

Полученный результат имеет смысл округлить, т. е. необходимо взять 4800-5000 г соды.

Концентрацию одного и того же раствора можно выражать разными способами. Поэтому часто возникают задачи на переход от одного способа к другому.

пример 4.8.Рассчитайте молярную концентрацию раствора карбоната натрия с массовой долей 14% (см. пример 4.4).

РЕШЕНИЕ.Для расчета молярной концентрации по формуле (4.2) надо знать количество вещества и объем раствора. Концентрация не зависит от взятого объема, так как свойства раствора одинаковы и в малом, и в большом объеме. Поэтому для простоты будем считать V = 1 л (1000 мл). Количество вещества вычисляют по формуле п = т/М. Поэтому необходимо вычислить молярную массу соды:

Масса вещества в растворе вычисляется по формуле

В этом выражении неизвестна масса раствора. Ее рассчитывают так:

Подставляем числовые значения, переходя от последней формулы к первой. Плотность раствора берем из примера 4.4:

т. е. молярная концентрация раствора

На основе примера 4.8 можно вывести также общие формулы для пересчета массовых долей в молярную концентрацию:

Данный пример показывает общий подход к решению задач, начиная от результата. Тогда становится более ясной очередность дальнейших действий.

Одной из важнейших прикладных задач химии является анализ, т. е. определение, из каких элементов и веществ состоят те или иные растворы, смеси, горные породы, диагностические пробы и т. д. При этом требуется определять и качественный состав, и количественный. Одна из простейших аналитических задач состоит в определении неизвестной концентрации вещества в растворе методом титрования (с. 86). При этом измеряют объемы растворов, а сам анализ получил название титриметрического.

пример 4.9.Раствор гидроксида натрия объемом 25,0 мл титровали раствором с концентрацией c(H2S04) = 0,062 моль/л. При добавлении 20,3 мл

кислоты окраска изменилась: синяя-> фиолетовая.

Рассчитайте молярную концентрацию раствора гидроксида натрия.

РЕШЕНИЕ.При титровании протекала реакция нейтрализации

В момент, когда раствор стал нейтральным (лакмус фиолетовый), оба вещества прореагировали без остатка. Применяем стехиометрическое правило:

т. е. концентрация NaOH в данном растворе равна 0,1007 моль/л.

В заключение этого раздела рассмотрим на примерах, как готовят растворы с заданной молярной концентрацией.

пример 4.10. Как приготовить 2 л раствора с концентрацией c(NaCl) = 0,155 моль/л?

РЕШЕНИЕ.Следует рассчитать массу вещества, которая будет содержаться в этом растворе:

Рис. 4.2. Приготовление раствора хлорида натрия заданной концентрации

Навеску вещества рассчитанной массы берут на точных весах. Дальнейшее приготовление раствора показано на рис. 4.2.

пример 4.11.Как приготовить 0,5 л соляной кислоты с концентрацией с(НС1) = 0,10 моль/л, имея соляную кислоту с массовой долей 20% (плотность 1,10 г/мл)?

РЕШЕНИЕ. Вычислим молярную концентрацию исходной кислоты по формуле (4.4):

с = 10 • 20 • 1,1/36,5 = 6,03 моль/л.

Концентрация этого раствора оказалась больше заданной, поэтому раствор следует разбавить.

Рассчитаем количество вещества НС1 в растворе, который будет приготовлен:

л = cV; п =0,1 (моль/л) • 0,5 л = 0,05 моль.

Найдем массу НС1:

т = пМ; т = 0,05 моль • 36,5 г/моль = 1,825 г.

Определим массу исходного раствора, в которой содержится эта же масса HCI:

mp.p = m(НСl) • 100% /ω(%);

тр.р= 1,825 г-100%/20% =9,125 г.

Рис. 4.3. Приготовление соляной кислоты заданной концентрации

Вычислим объем раствора, который требуется взять для разбавления:

V = 9,125 г/1,1 г/мл = 8,3 мл Рассчитанный объем берут мерным цилиндром и разбавляют, как показано на рис. 4.3.

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Можно ли рассчитывать молярную концентрацию для индивидуальных веществ? Попробуйте сделать это для воды и железа.

2. Рассчитайте молярную концентрацию 49% -й серной кислоты (р .= 1,385 г/мл).

3. Соляную кислоту с массовой долей НС1 24% (р = = 1,12 г/мл) разбавили тройным количеством воды по объему. Найдите молярную концентрацию НС1 в полученном растворе.

4. Рассчитайте массовую долю гидроксида натрия в растворе с концентрацией c(NaOH) = 3,52 моль/л (р = 1,135 г/мл).

5. Какой объем азотной кислоты с массовой долей 67% (р = 1,400 г/мл) требуется взять для приготовления 5 л раствора с концентрацией c(HN03) = 0,15 моль/л?

6. К 110 мл раствора серной кислоты с концентрацией c(H2S04) =1,2 моль/л добавили 170 мл раствора гидроксида бария с концентрацией с(Ва(ОН)2) = 0,8 моль/л. Найдите концентрации веществ в полученном растворе. Объем его считать равным сумме объемов взятых растворов.

единиц растворенных веществ. Во-вторых, растворитель, рассматриваемый как среда, определяет агрегатное состояние раствора: если раствор жидкий, то это значит, что сама среда жидкая. Растворяя в воде различные твердые вещества, например соли, считают само собой разумеющимся, что получаются водные растворы солей, а не солевые растворы воды.

Из жидких растворителей наиболее широко применяется вода. Она хорошо растворяет большинство кислот, многие основания, соли, некоторые типы органических веществ. Водные растворы очень широко распространены в природе. Можно сказать и так: в природе вообще нет воды, а есть только водные растворы. Вода как растворитель служит основой всех жидких сред организмов - цитозолей, крови, межклеточных жидкостей. Для многих типов растений и животных природная вода (водные растворы!) является средой обитания.

Частицы вещества в водных растворах не только распределены среди молекул воды, но и образуют с ней более или менее прочные соединения. Выделение кристаллогидратов из растворов означает, что и в самих растворах вещества соединены с водой. Безводный сульфат меди CuS04 представляет собой белый порошок, а кристаллогидрат CuS04 • 5Н20 - синие кристаллы. Такого же цвета и раствор сульфата меди. Отсюда ясно, что в растворе эта соль тоже соединена с водой. Этот вывод относится и к другим солям.

Кроме воды, широко применяются и другие растворители. Характерно, что при обычных условиях из неорганических жидкостей только вода устойчива и неопасна в обращении. Остальные практически используемые растворители - это органические жидкости: углеводороды (гексан С6Н14, бензол С6Н6 и др.), галогенированные углеводороды (дихлороэтан С2Н4С12), спирты (метанол СН3ОН, этанол С2Н5ОН), ацетон СН3СОСН3. Специфический запах многих красок и лаков доказывает, что они приготовлены на ор-

ганических растворителях. Необходимость применения разнообразных растворителей связана с растворимостью веществ.

Растворимость - это способность данного вещества растворяться в данном растворителе.

Вещество, нерастворимое в воде, может оказаться растворимым в каких-либо других жидкостях. Бывает, что человек сталкивается с досадным фактом: на одежде появилось жирное пятно. Оно не выводится при протирании водой. Но ватный тампон, смоченный бензином, вбирает это пятно, так как бензин растворяет жиры. Чаще в быту используют не индивидуальные вещества, а смешанные растворители, выпускаемые промышленностью и предназначенные для определенных целей1.

Явление растворимости очень сложное и поддается лишь ориентировочному прогнозу. Нередко используют довольно старое правило: подобное раство ряется в подобном. В воде растворяются преимущественно другие кислородсодержащие вещества, а также бинарные соли. В органических жидкостях растворяются всевозможные органические вещества. Среди них можно особо отметить спирты, содержащие углеводородный фрагмент и гидроксил ОН. Из-за наличия гидроксила спирты хорошо растворяются и в воде.

задание4.2. Исходя из состава спиртов, можно ли сделать обоснованное предположение о их способности растворяться в углеводородах?

Способность веществ растворяться упрощенно характеризуют так: хорошо растворимо, плохо растворимо, умеренно растворимо, не растворимо. Что при этом подразумевается? Это разъясняют понятияненасыщенные и насыщенные растворы.

1 Комзалова Т. А. Химия в быту. Смоленск, Русич. 1998. С.52.

Индивидуальное вещество, внесенное в его собственный ненасыщенный раствор, продолжает растворяться. Порция сахара в стакане чая сразу же образует ненасыщенный раствор, концентрация которого увеличивается, пока не растворится весь сахар. Всем известно, что этот процесс ускоряется при перемешивании. Можно добавить еще несколько порций сахара, и он тоже растворится. Менее растворима пищевая соль. Если взять 200 г 20%-го раствора хлорида натрия и внести в него еще 20 г этой соли, то через некоторое время останется небольшое количество осадка - 2,4 г, который уже не растворяется. Образовался раствор с максимальной концентрацией данного вещества, и растворение прекратилось. Этот раствор называется насыщенным. Можно сделать дополнительное исследование. К полученному раствору добавить еще 10 г (или любую другую массу) хлорида натрия. Масса осадка увеличивается, но концентрация раствора остается без изменения. Растворение не идет. Масса растворившегося вещества не зависит от массы имеющегося осадка. В этом и состоит сущность насыщения. По концентрации насыщенного раствора можно судить о растворимости вещества.

Количественной мерой растворимости служит концентрация насыщенного раствора.

Растворимость чаще всего выражают через коэффициент растворимости Ks - это масса вещества, образующая насыщенный раствор в 100 г воды или другого растворителя. Так, Ks хлорида натрия при 20 °С составляет 36,0. Величины Ks приводятся в справочных таблицах.

пример 4.12.Рассчитайте ω (%) хлорида натрия в насыщенном растворе при 20 °С.

решение. Ks хлорида натрия приведен выше. Сделаем расчет массовой доли, взяв 100 г воды. Тогда масса NaCl будет 36,0 г:

ω = 36 г/(36 г + 100 г) = 0,265 (26,5%).

пример 4.13. В каком объеме воды следует растворить 50 г Na2S04 • 10Н2О, чтобы получить насыщенный раствор при 20 °С? Коэффициент растворимости 19,4.

РЕШЕНИЕ.Кристаллическая соль уже содержит воду, которая тоже будет участвовать в образовании раствора. Поэтому массу добавляемой воды следует вычислить из уравнения

Справа в этом уравнении написано выражение для расчета массовой доли вещества в насыщенном растворе (пример 4.12). Неизвестную массу безводной соли найдем так же, как в примере 4.3:

Подставляем массу Na2S04 в уравнение и вычисляем массу воды: 22,05 г/(m(Н20) + 50 г) = 19,4 г/(19,4 г + 100 г); m(Н20) = 85,7г.

Находим объем воды: V = 85,7 г • 1 г/мл = 85,7 мл.

4.3.1. Растворимость твердых веществ

Из твердых веществ в воде хорошо растворяются многие соли, гидроксиды щелочных металлов, углеводы (сахар, глюкоза и др.), аминокислоты. Обычно вещество считают растворимым (р), если Ksпревышает 1. Если Ks находится в пределах 0,01 - 1, то вещество мало растворимо (м). При Ks < 0,01 вещество практически нерастворимо (H).

Растворимость большинства твердых веществ увеличивается при повышении температуры. На рис. 4.4 приведены графики, характеризующие типичные случаи зависимости растворимости от температуры.

Растворимость хлорида калия довольно быстро увеличивается при повышении температуры, в то вре-

мя как растворимость хлорида натрия остается почти постоянной. Растворимость сульфата натрия до 34 °С увеличивается, а при дальнейшем повышении температуры начинает уменьшаться. Это объясняется тем, что до 34 °С насыщенный раствор сосуществует с декагидратом сульфата натрия, а выше этой температуры Na2S04 • 10Н2О превращается в Na2S04 • Н20, т. е. имеются два твердых вещества с разной зависимостью растворимости от температуры.

В процессе приготовления растворов можно наблюдать как разогревание (температура повышается), так и охлаждение (температура понижается). При растворении СаС12 раствор становится горячим, а при растворении NH4N03 идет такое сильное охлаждение, что снаружи на стенках сосуда из воздуха конденсируется и замерзает вода.

Если приготовление раствора сопровождается понижением температуры (теплота поглощается), то растворимость вещества увеличивается при повышении температуры (нагревании), и наоборот.

Чем это объясняется? При растворении вещества идут химические реакции гидратации, сопровождающиеся выделением энергии (повышением темпера-

туры). Одновременно распадается кристаллическая структура вещества (кристаллы исчезают), имеющая довольно значительный запас прочности. При этом возрастает потенциальная энергия частиц за счет их кинетической энергии, что выражается в понижении температуры. Фактически оба процесса идут одновременно, и окончательный баланс энергии определяется тем, в каком из двух процессов абсолютная величина изменения энергии больше.

Растворение веществ при нагревании и последующая кристаллизация при охлаждении широко используются для очистки от примесей (рис. 4.5).Фильтрованием горячего раствора его очищают от нерастворимых примесей. Остальные примеси распределяются между кристаллами и раствором, причем содержание их в кристаллах обычно уменьшается.

Есть еще одна разновидность растворов - пересыщенные растворы. Обычно они образуются в процессе охлаждения растворов. При некоторой температуре ненасыщенный раствор становится насыщенным, но выделение кристаллов может задерживаться из-за отсутствия первичных центров кристаллизации. Поэтому дальнейшее охлаждение насыщенного раствора не сопровождается кристаллизацией, и раствор оказывается в неустойчивом пересыщенном состоянии.

Рис. 4.5. Очистка вещества перекристаллизацией

Внесение в него даже единственного кристалла растворенного вещества вызывает моментальное выделение в осадок всего избытка вещества. Очень хорошо растворим и легко образует пересыщенный раствор ацетат натрия Na(CH3COO). При нагревании можно приготовить 50%-й раствор этой соли. Ниже 55 °С при осторожном охлаждении он становится пересыщенным. Такой раствор достаточно встряхнуть, и выделяющаяся большая масса кристаллов превращает его в густую кашицу.

Доверь свою работу ✍️ кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.