Тема 1. Способы выражения концентрации растворов

После изучения темы студент должен

– знать: способы выражения концентрации веществ в растворах, способы приготовления растворов заданной концентрации;

– уметь: пользоваться физическим и химическим оборудованием; определять концентрации растворов по экспериментальным данным, находить концентрации растворов теоретически (решение задач);

– владеть: навыками самостоятельной работы с учебной, научной и справочной литературой по химии; вести поиск и делать обобщающие выводы;навыками безопасной работы в химической лаборатории с реактивами, посудой, аппаратурой; навыком проведения наблюдений за протеканием химических реакций и представления данных экспериментальных исследований в виде законченного протокола исследований.

 

Важнейшей характеристикой раствора является его состав. Количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или растворителя, называется концентрацией.

Рассмотрим некоторые способы выражения концентрации растворов.

Массовая доля или процентная концентрация компонента (w) –отношение массы растворенного вещества к массе раствора, выраженное в долях или процентах:

 

 

где m _в – масса растворенного вещества, г; m _р-р – масса раствора, г.

Молярная концентрация или молярность (С_М) равна числу моль растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора. Молярная концентрациявыражается в моль/л. Например, раствор, содержащий в 1 л 1 моль растворенного вещества, называется одномолярным и обозначается 1 М; а раствор, содержащий в 1 л 0,1 моль растворенного вещества, называется децимолярным и обозначается 0,1 М. Молярную концентрацию можно рассчитать по формуле:

 

 

где n _в – количество растворенного вещества, моль;

V _р-p – объем раствора, л;

m _в – масса растворенного вещества, г;

М _в – молярная масса растворенного вещества, г/моль.

Эквивалентная концентрация или нормальность (С _н) равна числу моль-эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора и выражается в моль-экв/л. Раствор называется однонормальным, если в 1 л его содержится 1 моль-экв растворенного вещества (1н раствор); а если в 1 л раствора содержится 0,1 моль-экв растворенного вещества, он называется децинормальным (0,1н раствор). Нормальную концентрацию можно рассчитать по формуле:

 

где n _в – количество растворенного вещества, моль;

V _р-р – объем раствора, л;

m _в – масса растворенного вещества, г;

М _в – молярная масса растворенного вещества, г/моль;

f – фактор эквивалентности.

Фактор эквивалентности f – число, показывающее, какая доля реальной или условной частицы вещества эквивалентна одному иону водорода или одному электрону в данной реакции, т.е. доля, которую составляет эквивалент от молекулы, иона, атома или формульной единицы вещества.

Фактор эквивалентности можно рассчитать по следующим формулам:

f (оксида) = 1/(n _Эв_Э)

где n _Э – число атомов элемента, образовавшего 1 молекулу оксида,

в_Э – валентность элемента.

Например, f (Cr₂O₃) = 1/(2×3) = 1/6

f (кислоты) = 1/ n (Н⁺)

где n (Н⁺) – число ионов водорода, входящих в состав одной молекулы кислоты.

Например, f (H₂SO₄) = 1/2

f (основания) = 1/ n (ОН^–)

n (ОН^-) – число гидрокси-групп, входящих в состав 1 молекулы основания.

Например, f (Fe(OH)₃) = 1/3

f (соли) = 1/(n _Ме × в_Ме)

n _Ме – число молекул металла, входящих в состав 1 молекулы соли

в_Ме – валентность металла

Например, f (Fe₂(SO₄)₃) = 1/(2×3) = 1/6

Моляльная концентрация или моляльность (С_m) равна числу моль растворенного вещества в 1 кг растворителя. Ее можно рассчитать по формуле:

 

n _в – количество растворенного вещества, моль;

m _в – масса растворенного вещества, г;

M _в – молярная масса растворенного вещества, г/моль;

m _р-ль – масса растворителя, кг.

Часто для реакций, протекающих в растворах, используют закон эквивалентов, согласно которому количества реагирующих веществ равны:

n₁= n₂⇒ С₁V₁= C₂V₂