Как найти массовую долю раствора с плотностью

Как вычислить массовую долю, если известна плотность

Массовая доля – это величина, показывающая, каково отношение массы какого-либо компонента, входящего в состав раствора или сплава, или смеси к общей массе всех компонентов. Она может выражаться либо в долях единицы, либо в процентах. Легко понять, что чем ближе массовая доля к единице, тем больше содержание этого компонента в растворе, сплаве или смеси.

Инструкция

Давайте рассмотрим пример с веществом – хлоридом натрия, или, по-другому, поваренной солью. Предположим, у вас есть 200 миллилитров водного раствора поваренной соли, и вам надо вычислить ее массовую долю.

Есть разные способы решения этой задачи. Для начала рассмотрите самый простой. Если бы у вас было 200 миллилитров чистой воды, сколько бы весило такое ее количество? Разумеется, 200 граммов или 0,2 килограмма. Ведь плотность пресной воды практически равна единице. А сколько весит раствор поваренной соли? Взвесьте сначала емкость с раствором, желательно на лабораторных весах для большей точности.

Предположим, общий вес составил 320 граммов. Перелейте раствор в какую-то другую посуду, и взвесьте пустую емкость. Оказалось, что она весит ровно 100 граммов. Следовательно, вес раствора соли составит: 320 – 100 = 220 граммов. То есть его плотность равна: 220/200 = 1,1 граммов/мл.

Для простоты вычислений допустим, что при растворении соли в воде ее объем увеличился настолько незначительно, что этим можно пренебречь. Получается, что в 200 миллилитрах раствора содержится: 200 граммов чистой воды и 20 граммов хлористого натрия, составляя суммарно те самые 220 граммов. Какова же массовая доля хлористого натрия? Задача решается в одно действие: 20/220 = 0,909. Или, если считать в процентах, 9,09%. Можно принять округленное значение: 9,1%.

Ну, а если бы вы по какой-то причине не смогли ни измерить объема раствора хлористого натрия, ни узнать его массу? Как тогда определить массовую долю раствора? Очень просто. Сначала вам надо измерить плотность раствора соли специальным прибором – плотномером. А потом с помощью специальных таблиц (они есть во многих химических или физических справочниках) определить, какой процентной концентрации раствора поваренной соли соответствует такая плотность. Процентная же концентрация, как вам известно, одно из выражений массовой доли. Вот так вы нашли ответ на поставленный вопрос.

Источники:

• плотность поваренной соли

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

Определение массовой доли, молярности и мольной доли

Задача 4. 
Определите массовую долю NаС1 в 0,5 М водном растворе (плотность раствора принять равной 1,000 г/мл).
Дано:
молярная концентрация NаС1 в р-ре: С_м(NаС1) = 0,5 моль/л.;
плотность раствора: р_р-ра = 1,000 г/мл.
Найти:
массовую долю NаС1 в растворе.
Решение:
Схематично алгоритм решения можно представить так:

Наиболее удобно выбрать именно объем раствора, т.к. известная концентрация выражена в моль/л. Причем разумнее всего взять объем равный 1 л.

По записи концентрации (0,5 моль/л) видно, что в этом 1 л раствора содержится 0,5 моль чистой соли NаС1.
Определим массу 0,5 моль NаС1:

 m(NаС1) = n(NаС1) ^. М(NаС1) = 0,5 . 58,5 = 29,25 г.

Определим массу раствора:

 m_р-ра =  V_р-ра ^. p_р-ра = 1000мл . 1 г/мл = 1000 г.

Массовую долю NаС1 в растворе определяем, пользуясь соотношением:

Ответ:  (NaCl) = 2,925%.

---

Задача 5. 
Определить молярность 18%-ного раствора Н₂SО₄ в воде (р_р-ра = 1,124 г/мл).
Дано:
массовая доля Н₂SО₄ в растворе: (Н₂SО₄) = 18% ;
плотность раствора: р_р-ра = 1,124 г/мл.
Найти:
молярную концентрацию Н₂SО₄ в растворе.
Решение:
Схематично алгоритм решения можно представить так:

Наиболее удобно выбрать именно массу раствора, т.к. известна массовая доля. Причем разумнее всего взять массу 100 г.

1. Находим массу серной кислоты в выбранной массе раствора:
100 г составляют 100%
х г составляют 18%

в 100 г 18% -ного раствора.

 2. Определяем количество вещества в 18 г Н₂SО₄

 3. Используя плотность, находим объем 100 г раствора:

4. Объем переводим в литры, т.к. молярная концентрация измеряется в моль/л: V_р-ра = 89 мл = 0,089 л.

 5. Определяем молярную концентрацию:

 Ответ: С_М(Н₂SО₄) = 2,07 моль/л.

---

Задача 6. 
Определите мольную долю NаОН в водном растворе, если его концентрация равна 9,96 моль/л, а плотность 1,328 г/мл.
Дано:
молярная концентрация NаОН в растворе: С_м(NаОН) = 9,96 моль/л;
плотность раствора: рр-ра = 1,328 г/мл.
Найти:
мольную долю NаОН в растворе.
Решение:
Схематично алгоритм решения можно представить так:

 Наиболее удобно выбрать именно объем раствора, т.к. известная концентрация выражена в моль/л. Причем разумнее всего взять объем равный 1 л.

По записи концентрации (9,96 моль/л) видно, что в этом 1 л раствора содержится 9,96 моль чистого NаОН.

 Для определения мольной доли NаОН еще необходимо выявить количество вещества (n, моль) воды в выбранной порции раствора (1л). Для этого определим массу раствора и вычтем из нее массу NаОН.

 Ответ^1:  NaOH = 0,16.

---

Задача 7. 
Мольная доля водного раствора Н₃РО₄ в воде составляет 7,29%(мольн.) Определите молярность этого раствора, если его плотность 1,181 г/мл.
Дано:
мольная доля Н₃РО₄ в растворе: Z(Н₃РО₄) = 7,29%;
плотность раствора: р_р-ра= 1,181 г/мл.
Найти:
молярную концентрацию Н₃РО₄ в растворе.
Решение:
Схематично алгоритм решения можно представить так:

Наиболее удобно выбрать такое количество раствора, в котором:

n(Н₃РО₄) + n(Н₂О) = 100 моль.

В этой порции раствора количество вещества Н₃РО₄ численно совпадает с мольной долей: Z(Н₃РО₄) = 7,29 моль.

Для определения молярности нам осталось выявить объем выбранной порции раствора. Его можно вычислить, используя плотность раствора. Но для этого необходимо знать его массу. Массу же раствора можно рассчитать исходя из количеств веществ компонентов (Н₃РО₄ и Н₂О) раствора. 

1. Выбранная нами порция содержит суммарно 100 моль. Количество вещества Н₃РO₄ нам известно. Используя эти данные, находим n(Н₂О).

п(Н₂О) = 100 – 7,29 = 92,71 моль.

2. Определим массу 92,71 моль воды:

m(Н₂О) = n(Н₂О) ^. М(Н₂О) = 92,71 ^. 18 = 1669 г.

3. Определим массу 7,29 моль Н₃РО₄:

m(Н3РO4) = n(Н₃РО₄) ^. М(Н₃РО₄) = 7,29 ^. 98 = 714,4 г.

4. Находим массу выбранной порции раствора:

m_р-ра = m(Н₂О) + m(Н₃РО₄) = 1669 + 714,4 =2383 г.

5. Используя данные о плотности раствора, находим его объем:

6. Теперь определим молярную концентрацию:

Ответ: С_М(Н₃РО₄) = 3,612моль/л.

---

Задача 8. 
Определите мольные доли веществ в водном растворе КОН, если массовая доля гидроксида калия в нем составляет 10,00%.
Дано:
массовая доля КОН в растворе:  (КОН) = 10,00%;
Найти:
мольную долю КОН и Н₂O(в растворе: Z(КОН) = ?; Z(H₂O) = ?
Решение:
Схематично алгоритм решения можно представить так:

Наиболее удобно выбрать именно массу раствора, т.к. известна массовая доля. Причем разумнее всего взять массу 100 г. В этом случае массы каждого компонента совпадут с численным значением массовой доли:

m(КОН) = 10 г, m(Н₂О) = 100 – m(КОН) = 100 – 10 = 90 г.

1. Определим количество вещества (n, моль) воды и КОН.

2. Определяем мольную долю КОН

3. Определяем мольную долю воды:

Z(Н₂O) = 1 – Z(КОН) = 1 – 0,035 = 0,965.

Ответ:  Z(КОН) = 0,035 (доли от 1) или 3,5%(мольн.);

---

Задача 9. 
Определите массовые доли веществ в водном растворе Н2SО4, если мольная доля серной кислоты в нем составляет 2,000%.
Дано:
мольная доля Н₂SО₄ в растворе: Z (Н₂SО₄)= 2,000%;
Найти:
массовые доли Н₂SО₄ и Н₂О в растворе:  (Н₂SО₄) = ?;   (Н₂O) г ?
Решение:
Схематично алгоритм решения можно представить так:

Наиболее удобно выбрать такое количество раствора, в котором n(Н₂SО₄) + n(Н₂О) = 100 моль. В этой порции раствора количество вещества Н₂SО₄ численно совпадает с мольной долей: nН₂SО₄= 2 моль.

1. Находим количество вещества воды в выбранной порции 

n(Н₂О) = 100 моль – 2 моль = 98 моль.

2. Определяем массы Н₂SО₄ и Н₂О по найденным значениям количеств веществ.

m (Н₂SО₄) = n(Н₂SО₄) ^. М(Н₂SО₄) = 2 ^. 98 = 196 г.

m(Н₂О) = n(Н₂О) ^. М(Н₂О) = 98 ^. 18 = 1764 г.

3. По массам компонентов раствора находим их массовые доли.

Ответ:   = 10%;  (Н2О) = 90%.

---

Комментарии; 
1 Мольная доля выражена в долях от единицы.

---

Отношение количества
или массы вещества, содержащегося в
системе, к объему или массе этой системы
называется концентрацией.

Рассмотрим несколько
способов выражения концентрации.

Процентная
концентрация
(массовая доля растворенного вещества)
(ω) показывает, сколько единиц массы
растворенного вещества содержится в
100 единицах массы раствора. Массовая
доля – безразмерная величина, ее выражают
в долях единицы или процентах:

,

где ω – массовая
доля (%) растворенного вещества; m₁
– масса растворенного вещества, г; m
– масса раствора, г.

Масса раствора
равна произведению объема раствора V
(мл) на его плотность r
(г/см³):

,
тогда
.

Молярная
концентрация (молярность)
раствора – показывает, сколько молей
растворенного вещества содержится в
1л раствора.

Молярную концентрацию
(моль на литр) выражают формулой

,

где m₁
– масса растворенного вещества, г; М –
молярная масса растворенного вещества,
г/моль; V
– объем раствора, л.

Количество вещества
в молях определяется по формуле:

n
= m₁
/М, тогда

Нормальная
концентрация (нормальность раствора)
показывает, сколько грамм-эквивалентов
растворенного вещества содержится в 1
л раствора (моль на литр):

,

где m₁
– масса растворенного вещества, г; V
– объем раствора, л.

Э – эквивалентная
масса растворенного вещества (г/моль),
которую рассчитывают по формуле:

Э=(г/моль),

где М – мольная
масса вещества, n
– количество катионов (анионов), В
– валентность. Валентность – это
способность атомов элемента присоединять
определенное число атомов другого
элемента. Эквивалент кислоты можно
определить по формуле: Э = М (кислоты)
/ основность (число атомов водорода).

Например: Э
Н₂SO₄==49г/моль;
эквивалент основания по формуле: Э = М
(основания) / кислотность (число ОН^—
групп), так Э
Fe(OH)₃==35,6г/моль;
эквивалент соли по формуле: Э = М(соли)
/ число атомов металла * валентность
металла,

Э Al₂(SO₄)₃==114г/моль.

Моляльность
раствора С_m
показывает
количество растворенного вещества,
находящееся в 1 кг растворителя:

,

где m₂
– масса растворителя, кг; n
– количество растворенного вещества,
моль.

Пример
1.
Вычислить молярность и нормальность
40 %-го раствора фосфорной кислоты,
плотность которого 1,25 г/см³.
Объем раствора 1л.

Решение.
Для расчета молярности и нормальности
раствора найдем массу фосфорной кислоты
в 1 л (1000 мл) 40 %-го раствора:

w
= m₁
· 100/V
∙ r;

.Молярная
масса Н₃РO₄
равна 98 г/моль, следовательно,
=
500/98 = 5,1 моль/л.

Молярная
масса эквивалента Н₃РO₄
равна 98/3 = 32,7 г/моль.

Тогда
С_Н
= 500/32,7 =
1,53 моль/л.

Пример
2.
Вычислить
массовую долю КОН в 2н. растворе, плотность
которого 1,08 г/см³.

Решение.
Поскольку
нормальность рассчитывается на 1 л
раст­вора, найдем массу растворенного
вещества в 1 л:

С_Н=
m₁/Э∙V;

Э_KOH
= 56 г/моль;

m_КОН=2∙56∙1=112
г.

Теперь
вычислим массовую доли КОН в растворе,
содержащем 112
г
гидроксида калия:

w=
m₁∙100/V∙r=112∙100/1000∙1,08=10,4
%.

Пример 3.
На нейтрализацию 50 см³
раствора кислоты израсходовано 25 см³
0,5 н. раствора щелочи. Чему равна молярная
концентрация эквивалентов кислоты?

Решение.
Так как вещества взаимодействуют между
собой в эквивалентных соотношениях, то
растворы равной молярной концентрации
эквивалентов реагируют в равных объемах.
При разных молярных концентрациях
эквивалентов объемы растворов реагирующих
веществ обратно пропорциональны их
нормальностям, т.е.

V₁:
V₂
= С₂
: С₁
или V_1∙
С₁
= V_2
∙
С₂

50С₁
= 25 • 0,5; откуда С₁
= 25 • 0,5 / 50 = 0,25н.

Задание:
решить следующие задачи, принимая объем
раствора равным
1 л:

Вариант	Вещество	Концентрация раствора	Плотность раствора, г/см3	Вычислить
121	Na2CO3	0,30 М	1,030	Процентную концентрацию
122	HNO3	9,0 н	1,275	Процентную концентрацию
123	NH4Cl	10 %	1,028	Молярную концентрацию
124	Al2(SO4)3	0,55 М	1,176	Процентную концентрацию
125	HNO3	2 м	—	Нормальную концентрацию
126	HCl	15,0 %	1,073	Нормальную концентрацию
127	H2SO4	13,0 М	1,680	Процентную концентрацию
128	H3PO4	44,0 %	1,285	Нормальную концентрацию
129	HClO4	9,0 н	1,150	Процентную концентрацию
130	H2SO4	2 М	—	Нормальную концентрацию
131	CH3COOH	34,0 %	1,043	Молярную концентрацию
132	BaCl2	2,30 н	1,203	Процентную концентрацию
133	K2CO3	4 М	—	Нормальную концентрацию
134	CuSO4	14,0 %	1,155	Нормальную концентрацию
135	FeCl3	1,90 М	—	Нормальную концентрацию
136	K2CO3	6,0 М	1,567	Процентную концентрацию
137	NaCl	3 н	—	Молярную концентрацию
138	NaCl	20 %	1,148	Молярную концентрацию
139	HClO4	4,0 н	1,230	Процентную концентрацию
140	K2CO3	3 М	—	Нормальную концентрацию

Задание: решить
следующие задачи

№ задачи
141	На нейтрализацию 31 см3 0,16 н. раствора щелочи требуется 217 см3 раствора H2SO4. Чему равны молярная концентрация эквивалента и титр раствора H2SO4? Ответ: 0,023 н.
142	Смешали 300 г 20%-ного раствора и 500 г 40%-ного раствора NaCl. Чему равна массовая доля полученного раствора: Ответ: 32,5%.
143	Определить массовую долю сульфата натрия в растворе, полученном при растворении 0,3 моль соли в 150 г воды.
144	Смешали 100 г 15% и 200 г 30% раствора глюкозы. Определить процентную концентрацию полученного раствора.
145	Для осаждения в виде AgCl всего серебра, содержащегося в 100 см3 раствора AgNO3, потребуется 50 см3 0,2 н. раствора НС1. Какова молярная концентрация эквивалента раствора AgNO3? Ответ: 0,1 н.
146	Смешали 247 г 62 %-ного и 145 г 18 %-ного раствора серной кислоты. Какова массовая доля полученного раствора? Ответ: 45,7%.
147	На нейтрализацию 20 см3 0,2 н. раствора щелочи требуется 40 см3 раствора H2SO4. Чему равна молярная концентрация эквивалента H2SO4?
148	Смешали 300 г 10% и 500 г 20% раствора хлорида натрия. Определить процентную концентрацию полученного раствора.
149	На нейтрализацию 60 см3 0,16 н. раствора щелочи требуется 250 см3 раствора H2SO4. Чему равна молярная концентрация эквивалента H2SO4?
150	Вычислить объем 0,1 н раствора КОН, необходимый для нейтрализации 40 мл 0,18 н раствора азотной кислоты.
151	Определить массу воды, в которой необходимо растворить навеску хлорида натрия, чтобы получить 200 г 40 % раствора.
152	Вычислить объем 0,3 н раствора NaОН, необходимый для нейтрализации 60 мл 0,20 н раствора хлороводородной кислоты.
153	Определить массовую долю сульфата калия в растворе, полученном при растворении 0,2 моль соли в 150 г воды.
154	Определить массу воды, в которой необходимо растворить навеску сульфата калия, чтобы получить 500 г 10 % раствора.
155	Вычислить объем 0,2 н раствора NaОН, необходимый для нейтрализации 40 мл 0,35 н раствора азотной кислоты.
156	Вычислить объем 0,4 н раствора КОН, необходимый для нейтрализации 15 мл 0,3 н раствора азотной кислоты.
157	Определить массу воды, в которой необходимо растворить навеску сульфата натрия, чтобы получить 200 г 30 % раствора.
158	Смешали 100 г 10% и 250 г 20% раствора хлорида натрия. Определить процентную концентрацию полученного раствора.
159	Определить массовую долю нитрата натрия в растворе, полученном при растворении 0,5 моль соли в 200 г воды.
160	Вычислить объем 0,4 н раствора КОН, необходимый для нейтрализации 20 мл 0,25 н раствора азотной кислоты.

Соседние файлы в папке му по химии

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

ПОДГОТОВКА К ЭКЗАМЕНУ

«Вычисление массы растворенного вещества, содержащегося в определенной массе раствора с известной массовой долей»

Алгоритмы решения задач:

Пример 1. Вычисление массовой доли растворенного вещества

Определите массовую долю нитрата калия в растворе, полученном растворением 50 г нитрата калия в 200 г воды.

Пример 2. Вычисление массы растворенного вещества

Вычислите массу гидроксида калия в растворе объемом 600 мл и плотностью 1,082 г/мл, если массовая доля гидроксида калия составляет 10 %.

Пример 3. Смешивание растворов с разными концентрациями одного вещества Смешали 300 г раствора с массовой долей хлорида натрия 20 % и 500 г раствора того же вещества с массовой долей 40 %. Вычислите массовую долю хлорида натрия в полученном растворе.

Пример 4. Разбавление водой

ω2 = 0, т.к. в воде не содержится вещество, находящееся в первом растворе.

Какую массу воды надо добавить к раствору гидроксида натрия массой 150 г с массовой долей 10 %, чтобы получить раствор с массовой долей 2 %?

Пример 5. Концентрирование (добавление твердого вещества)

ω2 = 100 %, или 1, т.к. добавляемое вещество чистое.

Какую массу хлорида бария надо добавить к раствору хлорида бария массой 150 г с массовой долей 10 %, чтобы получить раствор с массовой долей 25 %?

Пример 6. Упаривание раствора (частичное выпаривание воды)

Вычислите массовую долю хлорида натрия в растворе, если из 200 г 30 %-го раствора испарилось 50 г воды.

ПРИМЕРЫ ЗАДАЧ

1. Какая масса карбоната натрия (в граммах) потребуется для приготовления 0,5 л 13%-го раствора плотностью 1,13 г/мл?

а) 73,45; б) 50; в) 72; г) 75.

2. Из раствора хлорида бария массой 100 г с массовой долей соли 3 % выпарили 25 г воды и до- бавили в него 15 г соли. Массовая доля соли (в %) в полученном растворе равна:

а) 12; б) 15; в) 18; г) 20.

3. Смешали 120 г раствора серной кислоты с массовой до лей 20 % и 40 г 50%-го раствора того же вещества. Определите массовую долю кислоты (в %) в полученном растворе.

а) 25; б) 27,5; в) 27; г) 29,5.

4. Какая масса азотной кислоты (в граммах) содержится в 1 л ее 20%-го раствора с плотностью 1,05 г/мл?

а) 105; б) 63; в) 210; г) 176.

5. Какая масса соли (в граммах) вводится в организм человека при вливании 353 г 0,85%-го физиологического раствора?

а) 3; б) 6; в) 4; г) 2 г.

6. К 180 г 8%-го раствора хлорида натрия добавили 20 г NaCl. Найдите массовую долю (в %) хлорида натрия в образовавшемся растворе.

а) 17,2; б) 17,4; в) 18; г) 12,7.

7. К раствору хлорида кальция массой 140 г с массовой долей соли 5 % добавили 10 г этой же соли. Определите массовую долю (в %) хлорида кальция в полученном растворе.

а) 13,1; б) 14; в) 11,3; г) 25.

8. Какую массу соли (в граммах) надо добавить к 60 г раствора с массовой долей этой соли 10 %, чтобы получить раствор с массовой долей 40 %?

а) 15; б) 22; в) 17; г) 30.

9. Смешали 200 г 15%-го раствора нитрата хрома(III) и 300 г 20%-го раствора той же соли. Вычислите массовую долю (в %) ни- трата хрома(III) в полученном растворе.

а) 24; б) 18; в) 17,9; г) 18,1.

10. Из 150 г раствора хлорида натрия с массовой долей 5 % выпарили 10 г воды и добавили 5 г той же соли. Вычислите массовую долю (в %) соли в полученном растворе.

а) 8,4; б) 8,6; в) 9; г) 11,2.

11. Смешали 200 г 5%-го и 400 г 12,5%-го растворов серной кислоты. Найдите массу кислоты в полученном растворе (в граммах).

а) 60; б) 98; в) 49; г) 58.

12. При растворении 16 г гидроксида натрия получили 10%- й раствор. Определите массу (в граммах) взятой для этого воды.

а) 126; б) 144; в) 151; г) 164.

13. К 200 г 10%-го раствора ни- трата калия добавили некоторую порцию нитрата калия и получи- ли 20%-й раствор. Найдите массу (в граммах) добавленной порции твердого вещества. а) 2,5; б) 5; в) 25; г) 15.

14. Найдите массу воды (в граммах), которую нужно добавить к 300 г 8%-го раствора сульфата натрия для получения 5%-го раствора.

а) 90; б) 45; в) 18; г) 180.

15. Какая масса раствора (в граммах) получится при упаривании 200 г 5%-го раствора гидроксида калия до 20%-го раствора?

а) 10; б) 45; в) 100; г) 50.

16. 92 мл 10%-го раствора серной кислоты (плотность 1,066 г/мл) полностью нейтрализовали 40%-м раствором гидроксида натрия. Найдите массу затраченного на нейтрализацию раствора гидроксида натрия (в граммах).

а) 10; б) 55; в) 20; г) 30.

17. Определите, какую массу гидроксида калия (в граммах) нужно добавить к 150 г 20%-го раствора гидроксида калия для получения 40%-го раствора.

а) 5; б) 50; в) 56; г) 78.

18. К 200 г 8%-го раствора хлорида натрия добавили 50 г воды. Вычислите массовую долю (в %) соли в образовавшемся растворе.

а) 6,4; б) 6,5; в) 6,1; г) 6,2.

19. Определите массу воды (в граммах), которую надо добавить к 20 г 70%-го раствора уксусной кислоты для получения 5%-го раствора уксуса.

а) 260; б) 130; в) 26; г) 258.

20. Определите массу сахара (в граммах), необходимую для приготовления 0,5 кг 45%-го раствора.

а) 245; б) 225; в) 345; г) 500.

21. Вычислите массовую долю соляной кислоты (в %) в растворе, полученном при растворении 11,2 л (н.у.) хлороводорода в 1 л воды.

а) 1,3; б) 1,6; в) 1,8; г) 3,6.

22. Вычислите массу 40%-го раствора уксусной кислоты (в граммах), которую необходимо добавить к 500 г воды для получения 15%-го раствора.

а) 29; б) 32; в) 48; г) 300.

23. Массовая доля соли в морской воде составляет 3,5 %. Найдите массу соли (в граммах), которая останется после выпаривания 5 кг морской воды.

а) 175; б) 170; в) 167; г) 163.

24. Смешали 250 г раствора гидроксида натрия с массовой долей 16 % и 300 мл раствора (ρ = 1,2 г/мл) с массовой долей того же вещества 20 %. Рассчитайте массу гидроксида натрия (в граммах) в полученном растворе:

а) 120; б) 112; в) 11; г) 115.

25. Какова масса поваренной соли (в граммах), которую следует растворить в 250 г раствора этой соли с массовой долей 10 % для получения раствора с массовой долей 18 %?

а) 22; б) 42,4; в) 24,4; г) 44.

26. К 50 г раствора хлорида кальция с массовой долей 3,5 % добавили 5 г этой же соли и 20 г воды. Определите массовую долю (в %) соли в полученном растворе.

а) 6; б) 7; в) 8; г) 9.

27. Какая масса серной кисло ты (в граммах) содержится в 0,6 л ее 40%-го раствора с плотностью 1,3 г/мл?

а) 63; б) 26; в) 60; г) 312.

28. Найдите массу хлорида натрия (в граммах), который необходимо растворить в 50 г воды для приготовления раствора с массовой долей соли 20 %.

а) 20; б) 12,5; в) 5; г) 24.

29. К 350 г водного раствора этанола с массовой долей 20 % добавили 120 мл спирта (плотность 0,8 г/мл). Рассчитайте массу спирта (в граммах) в полученном растворе.

а) 167; б) 156; в) 166; г) 170.

30. Из 50 г раствора хлорида натрия с массовой долей 2 % выпарили 10 г воды и добавили 5 г этой же соли. Определите массовую долю соли (в %) в полученном растворе.

а) 6,3; б) 13,3; в) 8,9; г) 9,4

Ответы. 1–а, 2–г, 3–б, 4–в, 5–а, 6–а, 7–в, 8–г, 9–б, 10–б, 11–а, 12–б, 13–в, 14–г, 15–г, 16–в, 17–б, 18–а, 19–а, 20–б, 21–в, 22–г, 23–а, 24–б, 25–в, 26–г, 27–г, 28–б, 29–в, 30–б.

Материалы из методички: Сборник задач по теоретическим основам химии для студентов заочно-дистанционного отделения / Барботина Н.Н., К.К. Власенко, Щербаков В.В. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. -155 с.

Растворы. Способы выражения концентрации растворов

Способы выражения концентрации растворов

Существуют различные способы выражения концентрации растворов.

Массовая доля ω компонента раствора определяется как отношение массы данного компонента Х, содержащегося в данной массе раствора к массе всего раствора m. Массовая доля – безразмерная величина, её выражают в долях от единицы:

ω_р.в. = m_р.в./m_р-ра (0 < ω_р.в. < 1)                (1)

Массовый процент представляет собой массовую долю, умноженную на 100:

ω(Х) = m(Х)/m · 100% (0% < ω(Х) < 100%)                (2)

где ω(X) – массовая доля компонента раствора X; m(X) – масса компонента раствора X; m – общая масса раствора.

Мольная доля χ компонента раствора равна отношению количества вещества данного компонента X к суммарному количеству вещества всех компонентов в растворе.

Для бинарного раствора, состоящего из растворённого вещества Х и растворителя (например, Н₂О), мольная доля растворённого вещества равна:

χ(X) = n(X)/(n(X) + n(H₂O))                (3)

Мольный процент представляет мольную долю, умноженную на 100:

χ(X), % = (χ(X)·100)%                (4)

Объёмная доля φ компонента раствора определяется как отношение объёма данного компонента Х к общему объёму раствора V. Объёмная доля – безразмерная величина, её выражают в долях от единицы:

φ(Х) = V(Х)/V  (0 < φ(Х) < 1)             (5)

Объёмный процент представляет собой объёмную долю, умноженную на 100.

φ(X), % = (φ(X)·100)%                

Молярность (молярная концентрация) C или C_м определяется как отношение количества растворённого вещества X, моль к объёму раствора V, л:

C_м(Х) = n(Х)/V                   (6)

Основной единицей молярности является моль/л или М. Пример записи молярной концентрации: C_м(H₂SO₄) = 0,8 моль/л или 0,8М.

Нормальность С_н определяется как отношение количества эквивалентов растворённого вещества X к объёму раствора V:

C_н(Х) = n_экв.(Х)/V                   (7)

Основной единицей нормальности является моль-экв/л. Пример записи нормальной концентрации: С_н(H₂SO₄) = 0,8 моль-экв/л или 0,8н.

Титр Т показывает, сколько граммов растворённого вещества X содержится в 1 мл или в 1 см³ раствора:

T(Х) = m(Х)/V                   (8)

где m(X) – масса растворённого вещества X, V – объём раствора в мл.

Моляльность раствора μ показывает количество растворённого вещества X в 1 кг растворителя:

μ(Х) = n(Х)/m_р-ля                   (9)

где n(X) – число моль растворённого вещества X, m_р-ля – масса растворителя в кг.

Мольное (массовое и объёмное) отношение – это отношение количеств (масс и объёмов соответственно) компонентов в растворе.

Необходимо иметь ввиду, что нормальность С_н всегда больше или равна молярности С_м. Связь между ними описывается выражением:

С_м = С_н · f(Х)               (10)

Для получения навыков пересчёта молярности в нормальность и наоборот рассмотрим табл. 1. В этой таблице приведены значения молярности С_м, которые необходимо пересчитать в нормальность С_н и величины нормальности С_н, которые следует пересчитать в молярность С_м.

Пересчёт осуществляем по уравнению (10). При этом нормальность раствора находим по уравнению:

С_н = С_м/f(Х)                   (11)

Результаты расчётов приведены в табл. 2.

Таблица 1. К определению молярности и нормальности растворов

Тип химического превращения	См	Сн	Сн	См
Реакции обмена	0,2 M Na2SO4	?	6 н FeCl3	?
1,5 M Fe2(SO4)3	?	0,1 н Ва(ОН)2	?
Реакции окисления-восстановления	0,05 М KMnO4 в кислой среде	?	0,03 М KMnO4 в нейтральной среде	?

Таблица 2

Значения молярности и нормальности растворов

Тип химического превращения	См	Сн	Сн	См
Реакции обмена	0,2M Ma2SO4	0,4н	6н FeCl3	2М
	1,5M Fe2(SO4)3	9н	0,1н Ва(ОН)2	0,05М
Реакции окисления-восстановления	0,05М KMnO4 в кислой среде	0,25н	0,03М KMnO4 в нейтральной среде	0,01М

Между объёмами V и нормальностями С_н реагирующих веществ существует соотношение:

V₁ С_н,1 =V₂ С_н,2                    (12)

Примеры решения задач

Задача 1. Рассчитайте молярность, нормальность, моляльность, титр, мольную долю и мольное отношение для 40 мас.% раствора серной кислоты, если плотность этого раствора равна 1,303 г/см³.

Решение.

Масса 1 литра раствора равна М = 1000·1,303 = 1303,0 г.

Масса серной кислоты в этом растворе: m = 1303·0,4 = 521,2 г.

Молярность раствора С_м = 521,2/98 = 5,32 М.

Нормальность раствора С_н = 5,32/(1/2) = 10,64 н.

Титр раствора Т = 521,2/1000 = 0,5212 г/см³.

Моляльность μ = 5,32/(1,303 – 0,5212) = 6,8 моль/кг воды.

Обратите внимание на то, что в концентрированных растворах моляльность (μ) всегда больше молярности (С_м). В разбавленных растворах наоборот.

Масса воды в растворе: m = 1303,0 – 521,2 = 781,8 г.

Количество вещества воды: n = 781,8/18 = 43,43 моль.

Мольная доля серной кислоты: χ = 5,32/(5,32+43,43) = 0,109. Мольная доля воды равна 1– 0,109 = 0,891.

Мольное отношение равно 5,32/43,43 = 0,1225.

Задача 2. Определите объём 70 мас.% раствора серной кислоты (r = 1,611 г/см³), который потребуется для приготовления 2 л 0,1 н раствора этой кислоты.

Решение.

2 л 0,1н раствора серной кислоты содержат 0,2 моль-экв, т.е. 0,1 моль или 9,8 г.

Масса 70%-го раствора кислоты m = 9,8/0,7 = 14 г.

Объём раствора кислоты V = 14/1,611 = 8,69 мл.

Задача 3. В 5 л воды растворили 100 л аммиака (н.у.). Рассчитать массовую долю и молярную концентрацию NH₃ в полученном растворе, если его плотность равна 0,992 г/см³.

Решение.

Масса 100 л аммиака (н.у.) m = 17·100/22,4 = 75,9 г.

Масса раствора m = 5000 + 75,9 = 5075,9 г.

Массовая доля NH₃ равна 75,9/5075,9 = 0,0149 или 1,49 %.

Количество вещества NH₃ равно 100/22,4 = 4,46 моль.

Объём раствора V = 5,0759/0,992 = 5,12 л.

Молярность раствора С_м = 4,46/5,1168 = 0,872 моль/л.

Задача 4. Сколько мл 0,1М раствора ортофосфорной кислоты потребуется для нейтрализации 10 мл 0,3М раствора гидроксида бария?

Решение.

Переводим молярность в нормальность:

0,1 М Н₃РО₄  0,3 н; 0,3 М Ва(ОН)₂  0,6 н.

Используя выражение (12), получаем: V(H₃P0₄)=10·0,6/0,3 = 20 мл.

Задача 5. Какой объем, мл  2 и 14 мас.% растворов NaCl потребуется для приготовления 150 мл 6,2 мас.% раствора хлорида натрия?

Плотности растворов NaCl:

С, мас.%	2	6	7	14
ρ, г/см3	2,012	1,041	1,049	1,101

Решение.

Методом интерполяции рассчитываем плотность 6,2 мас.% раствора NaCl:

_6,2% =_6% + 0,2(_7% —_6% )/(7 – 6) = 1,0410 + 0,0016 = 1,0426 г/см³.

Определяем массу раствора: m = 150·1,0426 = 156,39 г.

Находим массу NaCl в этом растворе: m = 156,39·0,062 = 9,70 г.

Для расчёта объёмов 2 мас.% раствора (V₁) и 14 мас.% раствора (V₂) составляем два уравнения с двумя неизвестными (баланс по массе раствора и по массе хлорида натрия):

156,39 = V₁ 1,012 + V₂ 1,101 ,

9,70 = V₁·1,012·0,02 + V₂·1,101·0,14 .

Решение системы этих двух уравнений дает V₁ =100,45 мл и V₂ = 49,71 мл.

Задачи для самостоятельного решения

3.1. Рассчитайте нормальность 2 М раствора сульфата железа (III), взаимодействующего со щёлочью в водном растворе.

12 н.

3.2. Определите молярность 0,2 н раствора сульфата магния, взаимодействующего с ортофосфатом натрия в водном растворе.

0,1 M.

3.3. Рассчитайте нормальность 0,02 М раствора KMnO₄, взаимодействующего с восстановителем в нейтральной среде.

0,06 н.

3.4. Определите молярность 0,1 н раствора KMnO₄, взаимодействующего с восстановителем в кислой среде.

0,02 M.

3.5. Рассчитать нормальность 0,2 М раствора K₂Cr₂O₇, взаимодействующего с восстановителем в кислой среде.

1,2 M.

3.6. 15 г CuSO₄·5H₂O растворили в 200 г 6 мас.% раствора CuSO₄. Чему равна массовая доля сульфата меди, а также молярность, моляльность и титр полученного раствора, если его плотность составляет 1,107 г/мл?

0,1; 0,695М; 0,698 моль/кг; 0,111 г/мл.

3.7. При выпаривании 400 мл 12 мас.% раствора KNO₃ (плотность раствора 1,076 г/мл) получили 2М раствор нитрата калия. Определить объём полученного раствора, его нормальную концентрацию и титр.

255 мл; 2 н; 0,203 г/мл.

3.8. В 3 л воды растворили 67,2 л хлороводорода, измеренного при нормальных условиях. Плотность полученного раствора равна 1,016 г/мл. Вычислить массовую, мольную долю растворённого вещества и мольное отношение растворённого вещества и воды в приготовленном растворе.

0,035; 0,0177; 1:55,6.

3.9. Сколько граммов NaCl надо добавить к 250 г 6 мас.% раствору NaCl, чтобы приготовить 500 мл раствора хлорида натрия, содержащего 16 мас.% NaCl? Плотность полученного раствора составляет 1,116 г/мл. Определить молярную концентрацию и титр полученного раствора.

74,28 г; 3,05 М; 0,179 г/мл.

3.10. Определить массу воды, в которой следует растворить 26 г ВaCl₂·2H₂O для получения 0,55М раствора ВaCl₂ (плотность раствора 1,092 г/мл). Вычислить титр и моляльность полученного раствора.

192,4 г; 0,111 г/мл; 0,56 моль/кг.