Теорія електролітичної
дисоціації
Концентрація розчинів.
Способи вираження концентрації розчинів.
Існують різні способи вираження складу
розчину. Найбільш часто використовують масову частку розчиненої речовини,
молярна і нормальну концентрацію.
Масова частка розчиненої речовини w (B) - це безрозмірна величина, що дорівнює відношенню
маси розчиненої речовини до загальної маси розчину m:
w (B) = m (B)/m
Масову частку розчиненої речовини w (B) зазвичай
виражають у частках одиниці або у відсотках. Наприклад, масова частка розчиненого
речовини - CaCl2 у воді дорівнює 0,06 або 6%. Це означає, що в
розчині хлориду кальцію масою 100 г міститься хлорид кальцію масою 6 г і
вода масою 94 г.
Приклад.
Скільки грам сульфату натрію і води потрібно для
приготування 300 г 5% розчину?
Рішення.
m (Na2SO4)
= W (Na2SO4)/100 = (5 • 300)/100 = 15 г
де w (Na2SO4) - масова частка в
%,
m - маса розчину в м
m (H2O) = 300 г - 15 г = 285 г.
Таким чином, для приготування 300 г 5% розчину
сульфату натрію треба взяти 15 г Na2SO4 і 285 г води.
Молярна концентрація C (B) показує, скільки моль розчиненої речовини
міститься в 1 літрі розчину.
C (B) = n (B)/V =
m (B)/(M (B) • V),
де М (B) - молярна маса розчиненої речовини
г/моль.
Молярна концентрація вимірюється в моль/л і
позначається "M". Наприклад, 2 M NaOH - двухмолярний розчин
гідроксиду натрію. Один літр такого розчину містить 2 моль речовини або 80 г
(M (NaOH) = 40 г/моль).
Приклад.
Яку масу хромату калію K2CrO4
потрібно взяти для приготування 1,2 л 0,1 М розчину?
Рішення.
M (K2CrO4) = C (K2CrO4)
• V • M (K2CrO4) = 0,1 моль/л • 1,2 л • 194 г/моль »23,3 г.
Таким чином, для приготування 1,2 л 0,1 М розчину
потрібно взяти 23,3 гK2CrO4 і розчинити у воді, а обсяг
довести до 1,2 літра.
Концентрацію розчину можна виразити кількістю молей
розчиненої речовини в 1000 г розчинника. Таке вираження концентрації
називають молярність розчину.
Нормальность
розчину позначає число грам-еквівалентів даної речовини в одному літрі
розчину або число міліграм-еквівалентів в одному мілілітрі розчину.
Г --
еквівалентом речовини називається кількість грамів речовини, чисельно рівне
його еквіваленту. Для складних речовин - це кількість речовини, відповідне
прямо або побічно при хімічних перетвореннях 1 граму водню або 8 грам
кисню.
Еоснованія = Моснованія/число
заміщаються у реакції гідроксильних груп
Екіслоти = Мкіслоти/число
заміщаються у реакції атомів водню
Есолі = Мсолі/твір
числа катіонів на його заряд
Приклад.
Розрахуйте значення грам-еквівалента (г-екв.) сірчаної
кислоти, гідроксиду кальцію та сульфату алюмінію.
Е H2SO4 = М H2SO4/2 = 98/2 = 49 г
Е Ca (OH) 2 = М Ca (OH) 2/2 = 74/2 = 37 г
Е Al2 (SO4) 3 = М Al2 (SO4) 3/(2 • 3)
= 342/2 = 57 г
Величини нормальності позначають буквою "Н".
Наприклад, децінормальний розчин сірчаної кислоти позначають "0,1 Н розчин
H2SO4 ". Так як нормальність може бути визначена
тільки для даної реакції, то в різних реакціях величина нормальності одного і
того ж розчину може виявитися неоднаковою. Так, одномолярний розчин H2SO4
буде однонормальним, коли він призначається для реакції з лугом з
освітою гідросульфату NaHSO4, і двухнормальним у реакції з
утворенням Na2SO4.
Приклад.
Розрахуйте молярність і нормальність 70%-ного
розчину H2SO4 (r = 1,615 г/мл).
Рішення.
Для обчислення молярність і нормальності треба знати
число грамів H2SO4 в 1 л розчину. 70%-ий розчин H2SO4
містить 70 г H2SO4 в 100 г розчину. Це вагове
кількість розчину займає обсяг
V = 100/1,615 = 61,92 мл
Отже, в 1 л розчину міститься 70 • 1000 /
61,92 = 1130,49 г H2SO4
Звідси молярність даного розчину дорівнює: 1130,49/М
(H2SO4) = 1130,49/98 = 11,53 M
Нормальность цього розчину (вважаючи, що кислота
використовується в реакції як двоосновний) дорівнює 1130,49/49 = 23,06 H
Перерахунок концентрацій розчинів з одних одиниць в
інші.
При перерахуванні відсоткової концентрації в молярна і
навпаки, необхідно пам'ятати, що процентна концентрація розраховується на
певну масу розчину, а молярна і нормальна - на обсяг, тому для
перерахунку необхідно знати щільність розчину. Якщо ми позначимо: с --
процентна концентрація; M - молярна концентрація; N - нормальна концентрація;
е. - еквівалентна маса, r - щільність розчину; m - мольна маса, то формули
для перерахунку з відсоткової концентрації будуть наступними:
M = (c • p • 10) /
m
N = (c • p • 10)/е
Цими ж формулами можна скористатися, якщо потрібно
перерахувати нормальну або молярна концентрація на процентну.
Приклад.
Яка молярна і нормальна концентрація 12%-ного
розчину сірчаної кислоти, густина якого р = 1,08 г/см3?
Рішення.
мольна маса сірчаної кислоти дорівнює 98. Отже,
m (H2SO4) = 98 і е (H2SO4)
= 98: 2 = 49.
Підставляючи необхідні значення у формули, отримаємо:
а) Молярна концентрація 12% розчину сірчаної кислоти
дорівнює
M = (12 • 1,08 • 10)/98 = 1,32 M
б) Нормальна концентрація 12% розчину сірчаної кислоти
дорівнює
N = (12 • 1,08 • 10)/49 = 2,64 H.
Іноді в лабораторній практиці доводиться
перераховувати молярна концентрація в нормальну і навпаки. Якщо еквівалентна
маса речовини дорівнює мольної масі (Наприклад, для HCl, KCl, KOH), то нормальна
концентрація дорівнює молярної концентрації. Так, 1 н. розчин соляної кислоти
буде одночасно 1 M розчином. Однак для більшості сполук
еквівалентна маса не дорівнює мольної і, отже, нормальна концентрація
розчинів цих речовин не дорівнює молярної концентрації.
Для перерахунку з однієї концентрації в іншу можна
використовувати формули:
M = (N • Е)/m
N = (M • m)/Е
Приклад.
Нормальна концентрація 1 М розчину сірчаної кислоти
N = (1 • 98)/49 = 2 H.
Приклад.
Молярна концентрація 0,5 н. Na2CO3
M = (0,5 • 53)/106 = 0,25 M.
упарювання, розбавлення, концентрування, змішування
розчинів.
Є mг вихідного розчину з масовою
часткою розчиненої речовини w1 і щільністю r1.
упарювання розчину.
У результаті упарювання вихідного розчину його маса
зменшилася на Dm р. Визначити масову частку розчину після
упарювання w2
Рішення.
Виходячи з визначення масової частки, отримаємо вирази
для w1 і w2 (w2> w1):
w1 = m1/m
(де m1 - маса розчиненої речовини в
вихідному розчині)
m1 = w1
• m
w2 = m1
/ (M - Dm) = (w1
• m)/(m - Dm)
Приклад.
Упарілі 60 г 5%-ного розчину сульфату міді до 50 г.
Визначте масову частку солі в отриманому розчині.
m = 60 г; Dm = 60 - 50 = 10 г;
w1 = 5% (або 0,05)
w2 = (0,05 • 60)/(60 - 10) = 3/50 =
0,06 (або 6%-ний)
Концентрування розчину.
Яку масу речовини (X г) треба додатково
розчинити у вихідному розчині, щоб приготувати розчин з масовою часткою
розчиненої речовини w2?
Рішення.
Виходячи з визначення масової частки, складемо
вираз для w1 і w2:
w1 = m1
/ M2,
(де m1 - маса речовини у вихідному
розчині).
m1 = w1
• m
w2 = (m1 + x)
/ (M + x) = (w1 • m + x)/(m + x)
Вирішуючи отримане рівняння щодо х отримуємо:
w2 • m +
w2 • x = w1 • m + x
w2 • m --
w1 • m = x - w1 • x
(w2 - w1)
• m = (1 - w2) • x
x = ((w2
- W1) • m)/(1 - w2)
Приклад.
Скільки грамів хлористого калію треба розчинити в 90
г 8%-ного розчину цієї солі, щоб отриманий розчин став 10%-вим?
m = 90 г
w1 = 8% (або 0,08), w2 = 10%
(або 0,1)
x = ((0,1 - 0,08) • 90)/(1 - 0,1) = (0,02 • 90) /
0,9 = 2 г
Змішування розчинів з
різними концентраціями.
змішали m1 грамів розчину № 1 c масової
часткою речовини w1 і m2 грамів розчину № 2 c масової
часткою речовини w2. Утворився розчин (№ 3) з масовою часткою
розчиненої речовини w3. Як ставляться один до одного маси вихідних
розчинів?
Рішення.
Нехай w1> w2, тоді w1
> W3> w2. Маса речовини в розчині
№ 1 складає w1 • m1, в розчині № 2 - w2 • m2.
Маса утвореного розчину (№ 3) - (m1 - m2). Сума
мас речовини в розчинах № 1 і № 2 дорівнює масі цієї речовини в
утворився розчині (№ 3):
w1 • m1
+ W2 • m2 = w3 • (m1 + m2)
w1 • m1
+ W2 • m2 = w3 • m1 + w3
• m2
w1 • m1
- W3 • m1 = w3 • m2 - w2
• m2
(w1-w3)
• m1 = (w3-w2) • m2
m1/m2
= (W3 - w2)/(w1-w3)
Таким чином, маси змішуються розчинів m1
і m2 обернено пропорційні різницям масових часток w1
і w2 змішуються розчинів і масової частки суміші w3. (Правило
змішування).
Для полегшення використання правила змішування
застосовують правило хреста:
m1/m2
= (W3 - w2)/(w1 - w3)
Для цього по діагоналі з більшого значення
концентрації віднімають меншу, отримують (w1 - w3), w1
> W3 і (w3 - w2), w3> w2.
Потім складають відношення мас вихідних розчинів m1/m2
і обчислюють.
Приклад.
Визначте маси вихідних розчинів з масовими частками
гідроксиду натрію 5% і 40%, якщо при їх змішуванні утворився розчин масою
210 г з масовою часткою гідроксиду натрію 10%.
5/30 = m1/(210 - m1)
1/6 = m1/(210 - m1)
210 - m1 = 6m1
7m1 = 210
m1 = 30 г; m2 = 210 - m1
= 210 - 30 = 180 г
Розведення розчину.
Виходячи з визначення масової частки, отримаємо вирази
для значень масових часток розчиненої речовини у вихідному розчині № 1 (w1)
і отриманому розчині № 2 (w2):
w1 = m1/(r1 • V1)
звідки V1 = m1/(w1 • r1)
w2 = m2
/ (R2 • V2)
m2 = w2 • r2 • V2
Розчин № 2 одержують, розбавляючи розчин № 1, тому m1
= M2. У формулу для V1 слід підставити вираз для m2.
Тоді
V1 = (w2 • r2 • V2)
/ (W1 • r1)
m2 = w2 • r2 • V2
або
w1 • r1 • V1 = w2 • r2 • V2
m1 (розчин) m2 (розчин)
m1 (розчин)/m2 (розчин) = w2
/ W1
При одній і тій же кількості розчиненого речовини
маси розчинів і їх масові частки обернено пропорційні один одному.
Приклад.
Визначте масу 3%-ного розчину пероксиду водню,
який можна отримати розведенням водою 50 г його 3%-ного розчину.
m1 (розчин)/m2 (розчин) = w2
/ W1
50/x = 3/30
3x = 50 • 30 = 1500
x = 500 г
Останню завдання можна також вирішити, використовуючи
"правило хреста":
3/27 = 50/x
x = 450 г води
450 г + 50 г = 500 г
Список літератури
Для підготовки даної роботи були використані матеріали
з сайту http://schoolchemistry.by.ru/
