Способи вираження концентрації розчинів

Способи вираження концентрації розчинів

Найчастіше застосовуються такі способи вираження концентрації розчинів, як масова, молярна, моляльна і нормальна.

Масова концентрація або масова частка розчиненої речовини (%) виражається числом грамів розчиненої речовини, що знаходиться в 100 г розчину:

W=m(реч)\m(р-ну)X100%

де m(реч) – маса розчиненої речовини; m(р-ну) – маса розчину.
Масова частка у відсотках () показує кількість грамів розчиненої речовини в 100г розчину. Розраховується за рівнянням

,

де m_i – маса розчиненої речовини, г; m_р-ну – маса розчину, г.

Розчин характеризується певною густиною ? (г/мл або кг/дм³), яку беруть до уваги під час переходу від масових концентрацій до об’ємних, і навпаки.



де m_i – маса розчину, г; V_i- об’єм розчину, мл.
 

Молярна концентрація (молярність) виражається числом молів розчиненої речовини, що міститься в 1л розчину (моль/л). Молярність позначається літерою С_М або М. Наприклад, двохмолярний розчин 2М H₂SO₄ містить 2 моль кислоти безводної в 1 л розчину. Розчин, який містить в 1 л розчину 0,1 моль/л і 0,01 моль/л речовини, називаються відповідно децимолярним і сантимолярним.

Моляльна концентрація (моляльність) визначається числом молів розчиненої речовини, що міститься в 1 кг розчинника (моль/кг). Наприклад, якщо в 1000 г води розчинено 98 г H₂SO₄, то такий розчин одномоляльний. Моляльність позначається С_m:

 

Молярна концентрація еквівалентів (нормальна концентрація, нормальність) визначається числом моліі еквівалентів розчиненої речовини, яка міститься в 1 л розчину. По аналогії з молярною концентрацією молярну концентрацію еквівалентів, або нормальність виражають в моль/л і позначають С, н. або N.

 

Молярність і нормальність розчинів співпадають для одноосновних кислот і однокислотних основ. Якщо кислота, наприклад, трьохосновна, то нормальність її втричі більша за молярність. 1 М розчину H₃РO₄ відповідає нормальність цієї кислоти, що дорівнює 3, тобто 1 моль Н₃РО₄ = 3 моль еквівалентів Н₃РО₄.

Особливістю еквінормальних розчинів (еквінормальні – це розчини однакової нормальності) є те, що однакові об'єми їх взаємодіють без залишку. Так 20 мл 1 н. розчину КОН взаємодіє без залишку з 20 мл 1 н. розчину будь-якої кислоти. Це і зрозуміло, оскільки, у відповідності із законом еквівалентів, розчини взаємодіють між собою в кількостях, пропорційних їх еквівалентам. У разі неоднакових нормальностей реагуючих розчинів останні взаємодіють в об'ємних співвідношеннях, обернено пропорційних їх нормальностям.

Знаючи нормальність і об'єм розчину однієї речовини, а також об'єм  розчину іншої речовини, яка вступає в реакцію з першим, можна розрахувати  нормальність другого розчину

Титр розчину – відношення маси розчиненої речовини до об’єму розчину. Розмірність: г/мл.
Титр розчину (Т) розраховується за рівняннями
, 
де – маса розчиненої речовини, г; - об’єму розчину, мл.
, 
де – молярна концентрація еквівалента речовини, моль-екв/л;

- молярна маса еквівалента речовини, г/моль-екв.
В кількісному аналізу часто використовують поняття – титр розчину за речовиною, що визначається (Т_В/А). Вона показує, скільки грамів речовини, що визначається, реагує з 1мл титрованого розчину. Розраховується за рівнянням
, 
де Т_В/А - титр розчину В за речовиною А, що визначається, г/мл; m – маса розчиненої речовини В, г; V_i - об’єм розчину, мл; М_е,А і М_е,В – молярні маси еквівалентів речовин А і В, г.
, 
де – молярна концентрація еквівалента титрованого розчину В, моль-екв/л; - молярна маса еквівалента речовини А, г/моль-екв.

Масові концентрації – це кількість одиниць маси розчиненої речовини в одиниці маси розчинника (розчину). Ці концентрації не залежать від температури, але не дуже зручні у роботі, бо потребують тривалої операції зважування.

 Моляльна концентрація (моляльність) показує кількість молей розчиненої речовини, що міститься в 1кг розчинника. Розмірність: моль/кг.
Моляльна концентрація (С_m) розраховується за рівнянням
, 
де m_i – маса розчиненої речовини, г; m_Р – маса розчинника, кг; М_i – молярна маса розчиненої речовини, г.
Мольна частка (Х_i) показує, яку частину від загальної кількості молей розчину складає розчинена речовина або розчинник. Розраховується за рівнянням
, 
де n_i– кількість молей і-го компонента в розчині, моль; - сума молей усіх компонентів розчину, моль.
Для бінарних розчинів сума мольних часток розчинника (Х_о) і розчиненої речовини (Х_і) дорівнює одиниці.
Х_і + Х_о = 1.
Мольні частки виражають у частинах від одиниці або у відсотках.
Рівняння, що пов’язують масову частку з молярністю, нормальністю та моляльністю розчинів, мають вигляд
, 

.


 Розв’язування типових задач

Задача 1. Визначте молярну и моляльну концентрації 87,69%-го розчину сульфатної кислоти густиною ?=1,86г/мл.
Розв’язування. Розрахуємо молярну концентрацію Н₂SO₄ за рівнянням (1.12)
,
де ? – густина розчину, г/мл; - масова частка розчину, %; М_i – молярна маса кислоти, г. = 98г/моль.
моль/л.
Моляльність розчину розрахуємо за рівнянням 
моль/кг.


Задача 2. Розрахуйте молярну концентрацію еквівалента та масову частку у відсотках розчину НСІ, який утворюється при розчиненні 7,3г НСІ в 150мл води. Густина отриманого розчину дорівнює 1,02г/мл.
Розв’язування. Розрахуємо молярну концентрацію еквівалента розчину хлоридної кислоти за рівнянням
 .
Об’єм розчину розрахуємо за рівнянням
,
де m_i – маса розчину, г; ? – густина розчину, г/мл.
Якщо густина води дорівнює 1г/мл, то її об’єм можна прийняти рівним до маси. Тоді маса розчину становитиме
г.
Знайдемо об’єм розчину
мл.
Молярну масу еквівалента НСІ визначимо за рівняння
г/моль-екв.
Молярна концентрація еквівалента розчину НСІ дорівнюватиме
моль-екв/л.
Масову частку НСІ у відсотках розрахуємо за рівнянням (1.10)
.


Задача 3. Визначте масову частку у відсотках, моляльність, титр розчину і мольну частку розчиненої речовини після розчинення 8г натрій гідроксиду в 200г води. ?=1,01 г/мл.
Розв’язування. Масову частку NaOH у відсотках в отриманому розчині розрахуємо за рівнянням 
.
Маса розчину становитиме
г.
Тоді
.
Моляльність розчину визначимо за рівнянням 
моль/кг.
Знайдемо титр розчину за рівнянням 
.
Оскільки густина розчину дорівнює 1,01г/мл, то
мл.
Тоді
г/мл.
Мольну частку NaOH у розчині розрахуємо за рівнянням (1.8)
.
Кількість молей NaOH дорівнює
,
де М_NaOH – молярна маса NaOH, г/моль. М_NaOH=40г/моль.
моль.
Кількість молей Н₂О дорівнює
моль.
Тоді
.


Задача 4. Обчисліть необхідну кількість силікованадію, який вміщує 48% Ванадію, для отримання 10т сталі із вмістом Ванадію 1,5%.
Розв’язування. Розрахуємо кількість Ванадію, що вміщується в 10т сталі із вмістом Ванадію 1,5%, з відповідної пропорції
100т сталі вміщує 1,5т Ванадію,
10т сталі вміщує Х т Ванадію.
т=кг.
Кількість силікованадію, що вміщуватиме 150кг Ванадію, знаходимо з наступної пропорції
100кг силікованадію містить 48кг Ванадію,
Хкг силікованадію містить 150кг Ванадію.
кг.


Задача 5. Обчисліть масову частку (%) і моляльність розчину, отриманого шляхом змішування 200мл 50%-го розчину сульфатної кислоти густиною 1,4г/мл з 2л 10,6%-го розчину сульфатної кислоти густиною 1,07г/мл.
Розв’язування. Визначимо масу 50%-го і 10,6%-го розчинів H₂SO₄ за рівнянням
г; г.
Тоді загальна маса отриманого розчину становитиме
г.
Розрахуємо вміст H₂SO₄ в 50%-му і 10,6%-му розчинах за рівняннями
,
г,
г.
Загальна маса кислоти в отриманому розчині дорівнюватиме
г.
Масову частку H₂SO₄ у відсотках розрахуємо за рівнянням 
.
Для розрахунку моляльності отриманого розчину знайдемо масу води за рівнянням
г=кг.
Моляльність отриманого розчину обчислимо за рівнянням 
моль/кг.