Теоретическое введение
Один из методов определения концентрации растворов – объемный анализ. Он сводится к измерению объемов реагирующих веществ, концентрация одного из которых известна.
Такое измерение производится постепенным прибавлением одного раствора к другому до окончания реакции. Этот процесс называется титрованием. Окончание реакции определяется с помощью индикатора.
При определении объемов растворов целесообразно использовать следующие способы выражения концентрации растворов:
Молярная концентрация эквивалентов вещества В или нормальность (с эк (В) или н.) – отношение количества эквивалентов растворенного вещества к объему раствора:
, моль/л,
где n эк (В) – количество эквивалентов вещества В, моль; m B – масса вещества В, г; М эк (В) – молярная масса эквивалентов вещества В, г/моль; V р – объем раствора, л.
Массовая доля растворенного вещества В (ωВ) – отношение (обычно – процентное) массы растворенного вещества к массе раствора:
,
где m B – масса вещества В, г; m р – масса раствора, г.
Если выражать массу раствора через его плотность (ρ) и объем (V р), то
.
Титр раствора вещества В (Т В) показывает массу растворенного вещества, содержащуюся в 1 мл (см3) раствора:
, г/ см3,
где m B – масса растворенного вещества В, г; V p – объем раствора, мл.
Титр также можно рассчитать по формуле
, г/см3,
где М эк (В) – молярная масса эквивалентов вещества В, г/моль; с эк(В) – молярная концентрация эквивалентов, моль/л.
Примеры решения задач
Пример 10.1. Водный раствор содержит 354 г H3PO4 в 1 л. Плотность раствора ρ = 1,18 г/мл. Вычислить: а) массовую долю (%) H3PO4 в растворе; б) молярную концентрацию; в) молярную концентрацию эквивалентов; г) моляльность;
д) титр; е) молярные доли H3PO4 и Н2О.
Решение. а). Для расчета массовой доли воспользуемся формулой
; 
.
б). Молярная концентрация вещества В или молярность(с В или М) – отношение количества растворенного вещества к объему раствора:
, моль/л, (1)
где n B – количество вещества В, моль; m B – масса вещества В, г; М В– молярная масса вещества В, г/моль; V р– объем раствора, л.
Молярная масса H3PO4 равна 98 г/моль. Молярную концентрацию раствора находим из соотношения (1):
= 
3,61 моль/л.
в). Молярную концентрацию эквивалентов рассчитываем по формуле 
. Молярная масса эквивалентов H3PO4 равна 
32,7 г/моль. 
= 
10,83 моль/л.
г). Моляльная концентрация вещества В или моляльность(с m(B)) – отношение количества растворенного вещества к массе растворителя:
, моль/кг, (2)
где n В – количество вещества В, моль; m B – масса вещества В,г; m S – масса растворителя, г; М В − молярная масса вещества В, г/моль.
Для определения моляльности по формуле (2) необходимо рассчитать массу растворителя в растворе. Масса раствора составляет 1,18∙1000 = 1180 г.
Масса растворителя в растворе m S = 1180 – 354 = 826 г.
Моляльная концентрация раствора равна
= 4,37 моль/кг.
д). Титр раствора можно рассчитать по формулам:
; 
= 
= 0,354 г/ см3,
; 
= 0,354 г/ см3,
; 
= 0,354 г/ см3.
е). Молярная (мольная) доля вещества В(х В), безразмерная величина – отношение количества данного вещества к суммарному количеству всех веществ, составляющих раствор, включая растворитель.
Если раствор состоит из одного растворенного вещества и растворителя, то молярная доля вещества (х В) равна
, (3)
а молярная доля растворителя (x S)
, (4)
где n B – количество растворенного вещества, моль; n S – количество вещества растворителя, моль.
Сумма молярных долей всех веществ раствора равна единице.
В 1 л раствора содержится 3,61 моль H3PO4 (см. пункт б). Масса растворителя в растворе 826 г, что составляет 
= 45,9 моль.
Молярные доли H3PO4 и Н2О рассчитываем по формулам (3) и (4):
0,073;
0,927.
Пример 10. 2. Сколько миллилитров 50 %-го раствора HNO3, плотность которого 1,32 г/мл, требуется для приготовления 5 л 2 %-го раствора, плотность которого 1,01 г/мл?
Решение. При решении задачи пользуемся формулой
.
Сначала находим массу азотной кислоты в 5 л 2 %-го раствора:
101 г.
Чтобы ответить на вопрос задачи, надо определить, в каком объеме раствора с массовой долей HNO3 50 % содержится 101 г HNO3:
= 153 мл.
Таким образом, для приготовления 5 л 2 %-го раствора HNO3 требуется 153 мл 50 %-ного раствора HNO3.
Пример 10. 3. На нейтрализацию 50 мл раствора кислоты израсходовано 25 мл 0,5 н. раствора щелочи. Чему равна нормальность кислоты?
Решение. Так как вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных количествах, то можно написать
V A ∙ н. (А) = V B ∙ н. (B);
50∙н. (кислоты ) = 25∙0,5, отсюда
н. (кислоты) = 
0,25 н..
Следовательно, для реакции был использован 0,25 н. раствор кислоты.
