Как найти молекулы растворенного вещества

Количество растворенного вещества : = c•V, где c – молярная концентрация растворенного вещества в моль/л, V – объем раствора в л. где m(р-ра) – масса раствора в г, – массовая доля растворенного вещества.

Как найти количество вещества через массовую долю?

Перемножив массовую долю с массой раствора: m = m(рра) × ω.

Для его нахождения нужно основываться на условии задачи, так как вычислить количество вещества можно по трём формулам:

  1. По массе. n=m/M — Массу вещества (в граммах) разделить на его молярную массу (в г/моль).
  2. По объёму. …
  3. По числу молекул.

Как найти массу вещества для приготовления раствора?

Масса раствора определяется по формуле m (раствора)= m (масса растворенного вещества)/ w (массовая доля растворенного вещества). Или m = r (плотность раствора — г/см3) * V (объем раствора).

Как вычислить концентрацию вещества в растворе?

Определяется по формуле: СМ= ν / V, (моль/л). Величина молярной концентрации показывает, сколько моль вещества содержится в 1 литре раствора.

Как найти массу если есть объем?

Масса тела зависит от его объема и плотности вещества, из которого состоит данное тело. — Как найти объем тела, если известна его масса и вещество, из которого состоит тело? Чтобы найти массу тела нежно его плотность умножить на объем. Чтобы найти объем тела, нужно его массу разделить на плотность.

Как найти массу вещества формула?

И наоборот, массу вещества определяют как произведение молярной массы на количество вещества: m = n . M. Так, масса 0,1 моля Na составляет 0,1 моль×23 г/моль = 2,3 Молярная масса численно всегда совпадает с молекулярной массой (или атомной массой — если вещество состоит не из молекул, а из атомов).

Как найти количество вещества газа?

n ( X ) = V ( X ) V m — химическое количество газа можно вычислить, если его объём разделить на молярный объём.

Как сделать процентный раствор?

Если вы хотите получить 1-процентный раствор любого вещества, то растворяете 10 г вещества в литре воды (или 100 г в 10 литрах). Соответственно, 2-процентный раствор содержит 20 г вещества в литре воды (200 г в 10 литрах) и так далее.

Как приготовить водный раствор вещества определенной концентрации?

ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРА ЗАДАННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ СМЕШИВАНИЕМ РАСТВОРОВ БОЛЕЕ ВЫСОКОЙ И БОЛЕЕ НИЗКОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ. Раствор можно готовить, непосредственно вводя рассчитанное количество вещества в растворитель, или путем разбавления более концентрированных растворов до требуемого значения концентрации.

Как определить количество сухого вещества в растворе?

По определению концентрации чистого вещества в растворе – это количество граммов в 100мл. Следовательно, для расчета количества вещества в 1мл раствора необходимо имеющуюся массу чистого вещества в растворе разделить на 100. Ответ: 0,125г – доза сухого вещества в растворе.

Как определить процентное содержание вещества в растворе?

Таким образом расчет ведется по простой формуле:

  1. C (грамм) = (P * V) / 100, где
  2. P — процентное содержание, %,
  3. V — объем, мл

Как найти массу если известен объем и?

Вес можно рассчитать по формуле: m=V*p, где р – плотность, V – объем материала. Например, 10 м3 речного песка весят 13 тонн. Если известна масса материала, то объем можно узнать по формуле: V = m/ p.


Загрузить PDF


Загрузить PDF

Молярность — это соотношение между молями растворенного вещества и объемом раствора.[1]
Чтобы получить подробное представление о том, как найти молярность раствора, когда даны моли, литры, граммы и/или миллилитры, читайте далее.

  1. Изображение с названием Find Molarity Step 1

    1

    Запомните основную формулу для вычисления молярности. Молярность равна количеству молей вещества, поделенному на объем раствора в литрах.[2]
    Следовательно, ее можно записать в следующем виде: молярность = моли растворенного вещества / литры раствора.

    • Пример: какова молярность раствора, содержащего 0,75 моль NaCl в 4,2 литрах?
  2. Изображение с названием Find Molarity Step 2

    2

    Проанализируйте пример. Чтобы найти молярность, нужно знать количество молей и литров. Если в задаче даны оба этих значения, никаких предварительных расчетов делать не нужно.

    • Пример:
      • Моли = 0,75 моль NaCl
      • Объем = 4,2 л
  3. Изображение с названием Find Molarity Step 3

    3

    Разделите количество молей на количество литров. Получившееся соотношение даст вам количество молей на литр раствора, также известное как молярность.

    • Пример: молярность = моли растворенного вещества / литры раствора = 0,75 моль / 4,2 л = 0,17857142
  4. Изображение с названием Find Molarity Step 4

    4

    Запишите ответ. Округлите получившееся число до сотых или тысячных, в зависимости от требований вашего преподавателя. Когда вы записываете ответ, сокращайте «молярность» буквой «M» и указывайте химическую формулу растворенного вещества.

    • Пример: 0,179 M NaCl

    Реклама

  1. Изображение с названием Find Molarity Step 5

    1

    Запомните основную формулу для вычисления молярности. Молярность выражают отношением количества молей растворенного вещества к литрам раствора, или его объему. В виде формулы молярность выражается следующим образом: молярность = моли растворенного вещества / литры раствора.[3]

    • Пример: какова молярность раствора, полученного растворением 3,4 г KMnO4 в 5,2 л воды?
  2. Изображение с названием Find Molarity Step 6

    2

    Проанализируйте задачу. Чтобы найти молярность, необходимо знать количество молей и количество литров. Если количество молей не дано, но известны объем раствора и масса растворенного вещества, то для того, чтобы продолжить решение, вам нужно рассчитать количество молей растворенного вещества.

    • Пример:
      • Масса = 3,4 г KMnO4
      • Объем = 5,2 л
  3. Изображение с названием Find Molarity Step 7

    3

    Найдите молярную массу растворенного вещества. Чтобы найти число молей, зная массу, или граммы, использованного растворенного вещества, нужно сначала определить его молярную массу.[4]
    Это можно сделать, сложив отдельные молярные массы всех элементов, входящих в состав растворенного вещества. Найдите молярные массы элементов с помощью таблицы Менделеева.[5]
    Сделайте это с каждым элементом.

    • Пример:
      • Молярная масса K = 39,1 г
      • Молярная масса Mn = 54,9 г
      • Молярная масса O = 16,0 г
      • Общая молярная масса = K + Mn + O+ O +O + O = 39,1+ 54,9 + 16,0 + 16,0 + 16,0 + 16,0 =158,0 г
  4. Изображение с названием Find Molarity Step 8

    4

    Преобразуйте граммы в моли. Теперь, когда у вас есть молярная масса растворенного вещества, вам нужно умножить количество граммов растворенного вещества на коэффициент пересчета его формульной (молярной) массы.[6]

    • Пример: граммы растворенного вещества * (1/молярная масса растворенного вещества) =3,4 г * (1 моль / 158 г) = 0,0215 моль
    • Как видно в приведенном примере выше, граммы сокращаются и остаются только моли.
  5. Изображение с названием Find Molarity Step 9

    5

    Разделите количество молей на количество литров. Теперь, когда у вас есть количество молей, вы можете разделить это значение на количество литров раствора для того, чтобы найти молярность.

    • Пример: молярность = моли растворенного вещества / литры раствора = 0,0215 моль / 5,2 л = 0,04134615
  6. Изображение с названием Find Molarity Step 10

    6

    Запишите полученный ответ. Следует округлить число до такого количества знаков после запятой, которого требует от вас ваш преподаватель. Обычно это два или три знака. Кроме того, когда вы записываете ответ, сокращайте «молярность» буквой «M» и указывайте растворенное вещество.

    • Пример: 0,004 M KMnO4

    Реклама

  1. Изображение с названием Find Molarity Step 11

    1

    Запомните основную формулу. Чтобы найти молярность, нужно вычислить количество молей растворенного вещества в литре раствора. Миллилитры использовать нельзя. Общая формула, используемая для выражения молярности, имеет следующий вид: молярность = моли растворенного вещества / литры раствора.[7]

    • Пример: какова молярность раствора, содержащего 1,2 моля CaCl2 в 2905 миллилитрах?
  2. Изображение с названием Find Molarity Step 12

    2

    Проанализируйте задачу. Для вычисления молярности нужно знать количество молей и количество литров. Если объем дан в миллилитрах, а не в литрах, тогда вам придется перевести объем в литры, прежде чем продолжить расчет.

    • Пример:
      • Моли = 1,2 моль CaCl2
      • Объем = 2905 мл
  3. Изображение с названием Find Molarity Step 13

    3

    Переведите миллилитры в литры.[8]
    Найдите количество литров, разделив количество миллилитров на 1000, так как в 1 литре содержится 1000 миллилитров. Обратите внимание, что вы также можете переместить запятую на три знака влево.

    • Пример: 2905 мл * (1 л / 1000 мл) = 2,905 л
  4. Изображение с названием Find Molarity Step 14

    4

    Разделите количество молей на количество литров. Теперь, когда у вас есть количество литров, вы можете разделить количество молей растворенного вещества на это значение, чтобы получить молярность раствора.

    • Пример: молярность = моли растворенного вещества / литры раствора = 1,2 моль CaCl2 / 2,905 л = 0,413080895
  5. Изображение с названием Find Molarity Step 15

    5

    Запишите ответ. Округлите ответ в соответствии с требованиями вашего преподавателя (обычно до второго или третьего знака). Когда вы записываете ответ, сокращайте «молярность» буквой «M» и указывайте растворенное вещество.

    • Пример: 0,413 M CaCl2

    Реклама

  1. Изображение с названием Find Molarity Step 16

    1

    Найдите молярность раствора, полученного растворением 5,2 г NaCl в 800 мл воды. Определите значения, данные в задаче: масса в граммах и объем в миллилитрах.

      • Масса = 5,2 г NaCl
      • Объем = 800 мл воды
  2. Изображение с названием Find Molarity Step 17

    2

    Найдите молярную массу NaCl. Для этого сложите молярную массу натрия, Na, и хлора,Cl.

    • Молярная масса Na = 22,99 г
    • Молярная масса Cl = 35,45 г
    • Молярная масса NaCl = 22,99 + 35,45 =58,44 г
  3. Изображение с названием Find Molarity Step 18

    3

    Умножьте массу растворенного вещества на коэффициент пересчета его молярной массы. В данном примере молярная масса NaCl равна 58,44 г, соответственно, коэффициент пересчета будет равен 1 моль / 58,44 грамм.

    • Моли NaCl = 5,2 г NaCl * (1 моль / 58,44 г) = 0,08898 моль = 0,9 моль
  4. Изображение с названием Find Molarity Step 19

    4

    Разделите 800 мл воды на 1000. Поскольку в литре содержится 1000 мл, то, чтобы найти количество литров, вам нужно будет разделить количество миллилитров в этой задаче на 1000.

    • Это действие также можно рассмотреть как умножение 800 мл на коэффициент пересчета 1 л / 1000 мл.
    • Для ускорения процесса вы можете просто переместить десятичную запятую на три знака влево, ничего не перемножая и не деля.
    • Объем = 800 л * (1 л / 1000 мл) = 800 мл / 1000 мл = 0,8 л
  5. Изображение с названием Find Molarity Step 20

    5

    Разделите количество молей растворенного вещества на количество литров раствора. Чтобы найти молярность, вам необходимо разделить 0,09 моль, количество молей растворенного NaCl, на объем растворенного вещества в литрах.

    • молярность = моли растворенного вещества / литры раствора = 0,09 моль / 0,8 л =0,01125 моль/л.
  6. Изображение с названием Find Molarity Step 21

    6

    Приведите ответ в порядок. Округлите полученный ответ до двух или трех знаков после запятой и сократите молярность буквой «M».

    • Ответ: 0,11 M NaCl

    Реклама

Об этой статье

Эту страницу просматривали 112 031 раз.

Была ли эта статья полезной?

Содержание:

  1. Растворы
  2. Численное выражение состава растворов
  3. Растворимость веществ в воде
  4. Тепловые явления при растворения
  5. Электролиты и неэлектролиты
  6. Теория электролитической диссоциации
  7. Механизм диссоциации
  8. Гидратация ионов
  9. Диссоциация кислот, оснований и солеи в водных растворах
  10. Степень дмссоциации
  11. Сильные и слабые электролиты
  12. Реакции ионного обмена
  13. Диссоциация воды. рН
  14. Протолитическая теория кислот и оснований
  15. Растворы и растворимость
  16. Растворение веществ в воде
  17. Решение задач на тему: растворимость веществ
  18. Определение  масс  растворенного  вещества  и  растворителя  для приготовления насыщенного раствора при определенной температуре
  19. Расчет  масс  растворяемого  вещества  и    для  приготовления насыщенного раствора по известной массе растворителя
  20. Расчет массы растворителя, необходимого для растворения определенной массы вещества при определенной температуре
  21. Определение растворимости вещества выпариванием
  22. Массовая доля растворенного вещества
  23. Молярная концентрация вещества в растворе
  24. Расчет молярной концентрации раствора
  25. Расчет массы вещества, необходимой для приготовления раствора
  26. Массовые доли растворенного вещества
  27. Расчет  массы  вещества  и  массы  растворителя,  необходимых  для приготовления раствора определенной концентрации
  28. Расчет массы (объема) раствора по известной концентрации раствора и по массе растворенного вещества
  29. Расчет массы растворенного вещества по известной массе растворителя и концентрации раствора
  30. Расчет объема раствора
  31. Пересчет процентной концентрации раствора на молярную
  32. Расчет объема раствора процентной концентрации для приготовления раствора молярной концентрации
  33. Расчётные задачи по уравнениям реакций с использованием концентрации раствора
  34. Способы изменения концентрации раствора
  35. Определение концентрации раствора, полученного смешением двух растворов с известными концентрациями
  36. Определение концентрации раствора после разбавления
  37. Определение концентрации после увеличения массы растворенного вещества в растворе

Растворы – это однородные гомогенные системы, состоящие из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия. Растворенное вещество равномерно распределено в растворителе. Раствор может состоять из двух и более компонентов.

На странице -> решение задач по химии собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам химии.

Растворы

Раствор — это однородная (гомогенная) смесь двух или более компонентов (составных частей, или веществ).

Численное выражение состава растворов

В природе и технике растворы имеют огромное значение. Растения усваивают вещества в виде растворов. Усвоение пищи связано с переводом питательных веществ в раствор. Все природные воды являются растворами. Растворами являются важнейшие физиологические жидкости — кровь, лимфа и др. Многие химические реакции протекают в растворах.

Растворы — это однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух и более компонентов (составных частей) и продуктов их взаимодействия.

Так, например, раствор серной кислоты состоит из растворителя — воды (первый компонент), растворенного вещества — кислоты (второй компонент) и продуктов их взаимодействия — гидратированных ионов: Растворы, Растворы, Растворы; раствор гидроксида калия — из воды, гидроксида калия и гидратированных ионов Растворы и Растворы (см. § 5.7).

По агрегатному состоянию растворы бывают жидкие, твердые и газообразные. Примером жидких растворов могут быть растворы солей в воде; примером твердых — сплав никеля и меди (из которых делают разменную монету) или сплав серебра и золота; примером газообразных — смеси газов, воздух. Наибольшее значение имеют жидкие (водные) растворы.

Важной характеристикой любого раствора является его состав.

Существуют различные способы численного выражения состава растворов: массовая доля растворенного вещества, молярная концентрация и др.

Массовая доля растворенного вещества — это безразмерная физическая величина, равная отношению массы растворенного вещества к общей массе раствора, т. е.

Растворы

где Растворы — массовая доля растворенного вещества; Растворы — масса растворенного вещества и m — общая масса раствора.

Массовую долю растворенного вещества Растворы обычно выражают в долях единицы или в процентах. Например, массовая доля растворенного вещества — серной кислоты в воде равна 0,05 или 5%. Это означает, что в растворе серной кислоты массой 100 г содержится серная кислота массой 5 г и вода массой 95 г.

Молярная концентрация или молярность — это величина, равная отношению количества растворенного вещества к объему раствора, т. е.

Растворы

где с(Х) — молярная концентрация частиц X, п(Х) — количество вещества частиц X, содержащихся в растворе, V — объем раствора. Основной единицей молярной концентрации является моль/л. Примеры записи молярной концентрации: с(НСl) = 0,1 моль/л, с(Растворы)= =0,5 моль/л, c(Растворы)=10 моль/л, с(Растворы) = Растворы моль/л.

Раствор, в 1 л которого содержится 1 моль растворенного вещества, называется молярным.

Если в 1 л раствора содержится 0,1 моль вещества, то он называется децимолярным, 0,01 моль — сантимолярным, 0,001 моль — миллимолярным. Молярность раствора обычно обозначается буквой М. Например, 1MNaOH — молярный раствор гидроксида натрия, 1 л такого раствора содержит 1 моль вещества или 1 мольРастворы40 г/моль = 40 г NaOH; 0,01 М NaOH — сантимолярный раствор, 1 л его содержит 0,01 моль, т. е. 0,01Растворы40 г = 0,4 г NaOH, и т. д.

Растворы

Чтобы приготовить, например, децимолярный раствор гидроксида натрия, надо отвесить 4 г его, внести в литровую мерную колбу, на горлышке которой отмечен объем, точно равный 1 л (рис. 5.1, а), добавить дистиллированной воды до полного растворения вещества и затем раствор довести до метки [нижняя часть мениска должна касаться метки (рис. 5.1, б)].

Пользоваться молярной концентрацией удобно, так как известно число молей (количество вещества), содержащееся в определенном объеме раствора. Например, для нейтрализации 1 л 1М раствора NaOH необходимы в соответствии с уравнениями реакций:

a) Растворы; б) Растворы

следующие объемы растворов кислот: 1 л 1М НСl или 0,5 л 1М Растворы. Очевидно, на нейтрализацию 0,5 л 2М раствора NaOH потребуется 0,5 л 2М НСl, или 0,5 л 1М Растворы, или 0,25 л 2М Растворы и т. д.

Растворимость веществ в воде

Растворимость — это свойство вещества растворяться в воде или другом растворителе. В воде могут растворяться твердые, жидкие и газообразные вещества.

По растворимости в воде все вещества делятся на три группы: 1) хорошо растворимые, 2) мало растворимые и 3) практически нерастворимые. Последние называют также нерастворимыми веществами. Однако следует отметить, что абсолютно нерастворимых веществ нет. Если опустить в воду стеклянную палочку или кусочек золота или серебра, то они в ничтожно малых количествах все же растворяются в воде. Как известно, растворы серебра или золота в воде убивают микробов.

Стекло, серебро, золото — это примеры практически нерастворимых в воде веществ (твердые вещества). К ним следует также отнести керосин, растительное масло (жидкие вещества), благородные газы (газообразные вещества). Примером малорастворимых в воде веществ могут служить гипс, сульфат свинца (твердые вещества), диэтиловый эфир, бензол (жидкие вещества), метан, азот, кислород (газообразные вещества). Многие вещества в воде растворяются весьма хорошо. Примером таких веществ могут служить сахар, медный купорос, гидроксид натрия (твердые вещества), спирт, ацетон (жидкие вещества), хлороводород, аммиак (газообразные вещества).

Из приведенных примеров следует, что растворимость прежде всего зависит от природы веществ. Кроме того, она зависит также от температуры и давления. Сам процесс растворения обусловлен взаимодействием частиц растворимого вещества и растворителя; это самопроизвольный процесс.

Процесс растворения твердых веществ в жидкостях можно представить так: под влиянием растворителя от поверхности твердого вещества постепенно отрываются отдельные ионы или молекулы и равномерно распределяются по всему объему растворителя. Если растворитель соприкасается с большим количеством вещества, то через некоторое время раствор становится насыщенным.

Насыщенным называется такой раствор, который находится в динамическом равновесии с избытком растворенного вещества.

Чтобы приготовить насыщенный раствор, надо в воду при данной температуре добавлять при перемешивании вещество до тех пор, пока не образуется осадок, т. е. избыток вещества останется нерастворенным. В этом случае наступит динамическое равновесие между раствором и избытком растворяемого вещества: сколько частиц вещества будет переходить в раствор, столько их будет выделяться (кристаллизоваться) из раствора. В насыщенном растворе при данной температуре содержится максимально возможное количество растворенного вещества.

В ненасыщенном растворе содержится меньше вещества, а в пересыщенном — больше, чем в насыщенном. Пересыщенные растворы весьма неустойчивы. Легкое сотрясение сосуда или введение в раствор кристалла соли вызывает выпадение в осадок избытка растворенного вещества. Пересыщенные растворы образуют сахароза, Растворы, Растворы, Растворы, Растворы и др.

Часто малорастворимые и практически нерастворимые вещества объединяют одним названием — малорастворимые. Тогда говорят только о растворимых и малорастворимых веществах.

Количественно растворимость выражается концентрацией насыщенного раствора. Чаще всего ее выражают максимальным числом граммов вещества, которое можно растворить в 100 г растворителя при данной температуре. Это количество иногда называют коэффициентом растворимости или просто растворимостью вещества. Так, например, при 18°С в 100 г воды растворяется 51,7 г соли нитрата свинца (II) Растворы (т. е. растворимость этой соли при 18°С равна 51,7). Если при той же температуре сверх этого количества добавить еще соли нитрата свинца (II), то она не растворится, а выпадет в виде осадка.

Растворы

Говоря о растворимости вещества, следует указывать температуру при растворении. Чаще всего растворимость твердых веществ с увеличением температуры возрастает. Это наглядно изображается с помощью кривых растворимости (рис. 5.2). По оси абсцисс откладывают температуру, а по оси ординат — коэффициент растворимости. Однако растворимость некоторых веществ при увеличении температуры возрастает незначительно (например, NaСl, Растворы) или даже уменьшается [например, Растворы, Растворы, Растворы]. На коэффициент растворимости твердого тела в воде давление влияет весьма незначительно, так как при растворении не происходит заметного изменения объема системы.

Растворы

С помощью кривых растворимости легко рассчитать, сколько соли выпадет из раствора при его охлаждении. Например, если взять 100 г воды и приготовить при 45°С насыщенный раствор нитрата калия, а затем его охладить до 0°С, то, как следует из кривой растворимости (рис. 5.2), должно выпасть 60 г кристаллов соли. По кривым растворимости легко определяют коэффициент растворимости веществ при разных температурах.

Выделение вещества из раствора при понижении температуры называется кристаллизацией. Если в растворе содержались примеси, то при кристаллизации вещество всегда получается чистым, так как по отношению к примесям раствор остается ненасыщенным даже при понижении температуры и примеси не выпадают в осадок. На этом основан метод очистки веществ, называемый перекристаллизацией.

При растворении газов в воде выделяется теплота. Поэтому в соответствии с принципом Ле Шателье при повышении температуры растворимость газов уменьшается, а при понижении — увеличивается (рис. 5.3). Растворимость газов увеличивается при повышении давления. Так как объем газа, растворяющийся в данном объеме воды, не зависит от давления, то растворимость газа обычно выражают в мл, растворяющихся в 100 г растворителя (рис. 5.3).

Тепловые явления при растворения

Растворение веществ сопровождается тепловым эффектом: выделением или поглощением теплоты — в зависимости от природы вещества. При растворении в воде, например, гидроксида калия, серной кислоты наблюдается сильное разогревание раствора, т. е. выделение теплоты, а при растворении нитрата аммония — сильное охлаждение раствора, т. е. поглощение теплоты. В первом случае осуществляется экзотермический процесс (Растворы < 0), во втором — эндотермический (Растворы > 0). Теплота растворения Растворы — это количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при растворении 1 моль вещества. Так, для гидроксида калия Растворы = —55,65 кДж/моль, а для нитрата аммония Растворы = +26,48 кДж/моль.

В результате химического взаимодействия растворенного вещества с растворителем образуются соединения, которые называют сольватами (или гидратами, если растворителем является вода). Образование таких соединений роднит растворы с химическими соединениями.

Великий русский химик Д. И. Менделеев создал химическую теорию растворов, которую он обосновал многочисленными экспериментальными данными, изложенными в его книге «Исследования водных растворов по их удельному весу», вышедшей в 1887 г. «Растворы суть химические соединения, определяемые силами, действующими между растворителем и растворенным веществом»,— писал он в этой книге. Теперь известна природа этих сил. Сольваты (гидраты) образуются за счет донорно-акцепторного, ион-дипольного взаимодействий, за счет водородных связен, а также дисперсионного взаимодействия (в случае растворов родственных веществ, например бензола и толуола).

Особенно склонны к гидратации (соединению с водой) ионы. Ионы присоединяют полярные молекулы воды, в результате образуются гидратированные ионы (см. § 5.4); поэтому, например, в растворе ион меди (II) голубой, в безводном сульфате меди он бесцветный. Многие из таких соединений непрочны и легко разлагаются при выделении их в свободном виде, однако в ряде случаев образуются прочные соединения, которые можно легко выделить из раствора кристаллизацией. При этом выпадают кристаллы, содержащие молекулы воды.

Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды, называются кристаллогидратами, а вода, входящая в состав кристаллогидратов, называется кристаллизационной. Кристаллогидратами являются многие природные минералы. Ряд веществ (в том числе и органические) получаются в чистом виде только в форме кристаллогидратов. Д. И. Менделеев доказал существование гидратов серной кислоты, а также ряда других веществ. В химических формулах гидратов и кристаллогидратов формулу воды пишут отдельно (через точку), например Растворы, Растворы, Растворы, Растворы, Растворы, Растворы и т. д. 

Таким образом, растворение — не только физический, но и химический процесс. Растворы образуются путем взаимодействия частиц растворенного вещества с частицами растворителя. Ученик Д. И. Менделеева Д. П. Коновалов всегда подчеркивал, что между химическими соединениями и растворами нет границ.

Жидкие растворы занимают промежуточное положение между химическими соединениями постоянного состава и механическими смесями. Как и химические соединения, они однородны и характеризуются тепловыми явлениями, а также часто наблюдающейся контракцией — сокращением объема при смешивании жидкостей. С другой стороны, в отличие от химических соединений растворы не подчиняются закону постоянства состава. Они, как и смеси, могут быть легко разделены на составные части. Процесс растворения есть физико-химический процесс, а растворы — физико-химические системы.

Много внимания изучению растворов уделял М. В. Ломоносов. Он провел исследования по установлению зависимости растворимости веществ от температуры, изучал выделение и поглощение теплоты при растворении и открыл охлаждающие смеси. М. В. Ломоносов впервые установил, что растворы замерзают (кристаллизуются) при более низкой температуре, чем растворитель. Он же дал молекулярно-кинетическое объяснение растворению, близкое к современному, полагая, что частицы растворенного вещества равномерно распределяются среди частиц растворителя.

Около 40 лет научной работы посвятил изучению растворов Д. И. Менделеев. Его химическая теория растворов оказалась исключительно плодотворной. На ее основе возникли новые научные дисциплины — такие, как физико-химический анализ, химия комплексных соединений, электрохимия неводных растворов. Ныне эта теория общепризнана.

Большой вклад в развитие химической теории растворов сделали известные русские ученые Д. П. Коновалов, И. А. Каблуков, Н. С. Курнаков.

Электролиты и неэлектролиты

Хорошо известно, что одни вещества в растворенном или расплавленном состоянии проводят электрический ток, другие в тех же условиях ток не проводят. Это можно наблюдать е помощью простого прибора (рис. 5.4). Он состоит из угольных стержней (электродов), присоединенных проводами к электрической сети. В цепь включена электрическая лампочка, которая показывает присутствие или отсутствие тока в цепи. Если опустить электроды в раствор сахара, то лампочка не загорается. Но она ярко загорится, если их опустить в раствор хлорида натрия.

Растворы

Вещества, распадающиеся на ионы в растворах или расплавах и потому проводящие электрический ток, называются электролитами.

Вещества, которые в тех же условиях на ионы не распадаются и электрический ток не проводят, называются неэлектролитами.

К электролитам относятся кислоты, основания и почти все соли, к неэлектролитам — большинство органических соединений, а также вещества, в молекулах которых имеются только ковалентные неполярные или малополярные связи.

Электролиты — проводники второго рода. В растворе или расплаве они распадаются на ионы, благодаря чему и протекает ток. Очевидно, чем больше ионов в растворе, тем лучше он проводит электрический ток. Чистая вода электрический ток проводит очень плохо.

Распад электролитов на ионы при растворении их в воде называется электролитической диссоциацией.

Так, хлорид натрия NaCl при растворении в воде полностью распадается на ионы натрия Растворы и хлорид-ионы Растворы. Вода образует ионы водорода Растворы и гидроксид-ионы Растворы лишь в очень незначительных количествах.

Теория электролитической диссоциации

Для объяснения особенностей водных растворов электролитов шведским ученым С. Аррениусом в 1887 г. была предложена теория электролитической диссоциации. В дальнейшем она была развита многими учеными на основе учения о строении атомов и химической связи. Современное содержание этой теории можно свести к следующим трем положениям:

1. Электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы — положительные и отрицательные.

Ионы находятся в более устойчивых электронных состояниях, чем атомы. Они могут состоять из одного атома — это простые ионы (Растворы, Растворы, Растворы и т. д.) — или из нескольких атомов — это сложные ионы (Растворы, Растворы, Растворы и т.д.). Многие ионы окрашены. Например, ион Растворы имеет малиновый цвет, ион Растворы — желтый, ионы Растворы и Растворы бесцветны. Само название «ион» в переводе с греческого означает «странствующий». В растворе ионы беспорядочно передвигаются («странствуют») в различных направлениях.

2.  Под действием электрического тока ионы приобретают направленное движение: положительно заряженные ионы движутся к катоду, отрицательно заряженные — к аноду. Поэтому первые называются катионами, вторые — анионами.

Направленное движение ионов происходит в результате притяжения их противоположно заряженными электродами.

3. Диссоциация — обратимый процесс: параллельно с распадом молекул на ионы (диссоциация) протекает процесс соединения ионов (ассоциация).

Поэтому в уравнениях электролитической диссоциации вместо знака равенства ставят знак обратимости. Например, уравнение диссоциации молекулы электролита КА на катион Растворы и анион Растворы в общем виде записывается так:

Растворы

Теория электролитической диссоциации является одной из основных теорий в неорганической химии и полностью согласуется с атомно-молекулярным учением и теорией строения атома.

Механизм диссоциации

Существенным является вопрос о механизме электролитической диссоциации. В самом деле, почему электролиты диссоциируют на ионы? Учение о химической связи атомов помогает ответить на этот вопрос.

Легче всего диссоциируют вещества с ионной связью. Как известно, эти вещества состоят из ионов (см. § 3.3). При их растворении

Растворы

диполи воды ориентируются вокруг положительного и отрицательного ионов. Между ионами и диполями воды возникают силы взаимного притяжения. В результате связь между ионами ослабевает, происходит переход ионов из кристалла в раствор. При этом, как показано на рис. 5.5, образуются гидротированные ионы, т. е. ионы, химически связанные с молекулами воды.

Аналогично диссоциируют и электролиты, молекулы которых образованы по типу полярной ковалентной связи (полярные молекулы). Вокруг каждой полярной молекулы вещества также ориентнруются диполи воды, которые своими отрицательными полюсами притягиваются к положительному полюсу молекулы, а положительными полюсами — к отрицательному полюсу. В результате этого взаимодействия связующее электронное облако (электронная пара) полностью смещается к атому с большей электроотрицательностью, полярная молекула превращается в ионную и затем легко образуются гид-ратированные ионы (рис. 5.6). Диссоциация полярных молекул может быть полной или частичной.

Растворы

Таким образом, электролитами являются соединения с ионной или полярной связью — соли, кислоты и основания. И диссоциировать на ноны они могут в полярных растворителях.

Гидратация ионов

Известный русский химик И. А. Каблуков показал, что электролитическую диссоциацию нельзя объяснить без химической теории растворов Д. И. Менделеева. Как известно, Д. И. Менделеев экспериментально обосновал образование химических соединении при взаимодействии растворенного вещества с растворителем. Действительно, при растворении происходит химическое взаимодействие растворенного вещества с водой, которое приводит к образованию гидратов, а затем они диссоциируют на ионы (см. рис. 5.6). Эти ионы связаны с молекулами воды, т. е. гидратированы. И. А. Каблуков полагал, что в водном растворе содержатся только гидратирован-ные ионы. В настоящее время это представление общепринято.

Итак, гидратация ионов (в общем случае сольватация — химическая связыюнов с молекулами неводного растворителя) — основная причина диссоциации. Она отчасти затрудняет их обратное соединение (ассоциацию).

Гидратированные ионы содержат как постоянное, так и переменное число молекул воды. Гидрат постоянного состава образует ион водорода Растворы, удерживающий одну молекулу воды,— это гидратированный протон Растворы. В научной литературе его изображают формулой Растворы (или Растворы) и называют ионом гидроксония.

Следует помнить, что в растворах нет иона Растворы, а есть ион Растворы, который иногда для простоты условно обозначают символом Растворы. Говоря об ионе водорода в растворах, всегда имеют в виду ион гидроксония.

Механизм возникновения прочной ковалентной связи в ионе Растворы донорно-акцепторный:

Растворы

Молекула воды — донор, протон — акцептор.

Однако мнения химиков разделились. Одни полагают, что в растворе существуют только ионы гидроксония Растворы, а другие считают, что помимо иона Растворы имеются также ионы Растворы (который можно представить как Растворы или Растворы и Растворы или Растворы). Ни то, ни другое предположение экспериментально не подтверждено. Большинство других ионов также образуют гидраты переменного состава. Поэтому лучше изображать нон водорода как Растворы (водн.), что означает гидратированный ион водорода. Аналогично следует поступать и при написании других гндратированных ионов. Например:

Растворы

Но обычно для простоты написания указания в скобках опускают.

Диссоциация кислот, оснований и солеи в водных растворах

С помощью теории электролитической диссоциации дают определения и описывают свойства кислот, оснований и солей.

Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только катионы водорода.

Например:

Растворы

Основность кислоты определяется числом катионов водорода, которые образуются при диссоциации. Так, HCl, Растворы — одноосновные кислоты — образуется один катион водорода; Растворы, Растворы, Растворы — двухосновные, a Растворы, Растворы —трехосновные, так как образуются соответственно два и три катиона водорода. Из четырех атомов водорода, содержащихся в молекуле уксусной кислоты Растворы, только один, входящий в карбоксильную группу — СООН, способен отщепляться в виде катиона Растворы, — уксусная кислота одноосновная.

Двух- и многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато (постепенно). Например:

Растворы

Диссоциация многоосновной кислоты протекает главным образом по первой ступени, в меньшей степени по второй и лишь в незначительной степени — по третьей. Поэтому в водном растворе, например, фосфорной кислоты наряду с молекулами Растворы имеются ионы (в последовательно уменьшающихся количествах) Растворы, Растворы и Растворы.

Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы.

Например,

Растворы

Основания, растворимые в воде, называются щелочами. Их немного. Это основания щелочных и щелочноземельных металлов: LiOH, NaOH, КОН, RbOH, CsOH, FrOH и Растворы, Растворы, Растворы, Растворы, а также Растворы. Большинство оснований в воде малорастворимо.

Кислотность основания определяется числом его гидроксильных групп (гидроксогрупп). Например, Растворы — однокислотное основание, Растворы — двухкислотное, Растворы — трехкислотное и т. д. Двух- и многокислотные основания диссоциируют ступенчато

Растворы

Однако имеются электролиты, которые при диссоциации одновременно образуют катионы водорода, и гидроксид-ионы. Эти электролиты называются амфотерными, или амфолитами. К ним относятся вода, гидроксиды цинка, алюминия, хрома и ряд других веществ. Вода, например, диссоциирует на ионы Растворы и Растворы (в незначительных количествах):

Растворы

Следовательно, у нее в равной мере выражены и кислотные свойства, обусловленные наличием катионов водорода Растворы, и щелочные свойства, обусловленные наличием ионов Растворы.

Диссоциацию амфотерного гидроксида цннка Растворы можно выразить уравнением

Растворы

Солями называются электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов (а также катион аммония Растворы) и анионы кислотных остатков.

Например:

Растворы

Так диссоциируют средние соли. Кислые же и основные соли диссоциируют ступенчато. У кислых солей вначале отщепляются ионы металлов, а затем катионы водорода. Например:

Растворы

и далее

Растворы

У основных солей вначале отщепляются кислотные остатки, а затем гидроксид-ионы. Например:

Растворы

и далее

Растворы

Степень дмссоциации

Поскольку электролитическая диссоциация — процесс обратимый, то в растворах электролитов наряду с их ионами присутствуют и молекулы. Поэтому растворы электролитов характеризуются степенью диссоциации (обозначается греческой буквой альфа Растворы).

Степень диссоциации — это отношение числа распавшихся на ионы молекул п к общему числу растворенных молекул N:

Растворы

Степень диссоциации электролита определяется опытным путем и выражается в долях единицы или в процентах. Если Растворы = 0, то диссоциация отсутствует, а если Растворы = 1 или 100%, то электролит полностью распадается на ионы. Так диссоциируют сильные электролиты (см. § 5.10.). Если же Растворы = 20%, то это означает, что из 100 молекул данного электролита 20 распалось на ионы.

Различные электролиты имеют различную степень диссоциации. Опыт показывает, что она зависит от концентрации электролита и от температуры. С уменьшением концентрации электролита, т. е. при разбавлении его водой, степень диссоциации всегда увеличивается. Как правило, увеличивает степень диссоциации и повышение температуры. По степени диссоциации электролиты делят на сильные и слабые (см. ниже).

Рассмотрим смещение равновесия, устанавливающегося между недиссоциированными молекулами и ионами при электролитической диссоциации слабого электролита — уксусной кислоты:

Растворы

При разбавлении раствора уксусной кислоты водой равновесие сместится в сторону образования ионов, — степень диссоциации кислоты возрастает. Наоборот, при упаривании раствора равновесие смещается в сторону образования молекул кислоты — степень диссоциации уменьшается.

Сильные и слабые электролиты

Различают сильные и слабые электролиты.

Сильные электролиты при растворении в воде полностью диссоциируют на ионы.

К ним относятся:

1)    почти все соли;

2)    многие минеральные кислоты, например Растворы, Растворы, HCI, HBr, HI, Растворы, Растворы, Растворы;

3)    основания щелочных и щелочноземельных металлов.

Диссоциация сильного электролита, например NaCl, обычно изображается уравнением

Растворы

Как отмечалось выше, в кристалле хлорида натрия отсутствуют молекулы NaCl. При растворении кристаллическая структура разрушается, гидратированные ноны переходят в раствор. Молекулы в растворе также отсутствуют. Поэтому о недиссоциированных молекулах в растворах сильных электролитов можно говорить лишь условно. Их скорее можно представлять как ионные пары (Растворы), т. е. находящиеся близко друг около друга противоположно заряженные ионы (сблизившиеся до расстояния, равного сумме радиусов ионов). Это якобы недиссоциированные молекулы или, как их называют, квазимолекулы. Тогда уравнение реакции (а) следовало бы записать так:

Растворы

Однако для простоты его пишут как уравнение (а), под символом NaCl понимая ионную пару (квазимолекулу). Концентрация квазимолекул в растворе всегда очень мала, а концентрация ионов велика.

Слабые электролиты при растворении в воде лишь частично диссоциируют на ионы.

К ним относятся;

1)    почти все органические кислоты;

2)    некоторые минеральные кислоты, например Растворы, Растворы, Растворы, Растворы, Растворы;

3)    многие основания металлов (кроме оснований щелочных и щелочноземельных металлов), а также Растворы, который можно изображать как гидрат аммиака Растворы (см. § 10.3).

К слабым электролитам относится вода.

Слабые электролиты не могут дать большой концентрации ионов в растворе.

Реакции ионного обмена

Согласно теории электролитической диссоциации все реакции в водных растворах электролитов являются реакциями между ионами. Они называются ионными реакциями, а уравнения этих реакций — ионными уравнениями. Они проще уравнений реакций, записанных в молекулярной форме, и имеют более общий характер.

При составлении ионных уравнений реакций следует руководствоваться тем, что вещества малодиссоциированные, малорастворимые (выпадающие в осадок) и газообразные записываются в молекулярной форме. Знак Растворы, стоящий при формуле вещества, обозначает, что это вещество уходит из сферы реакции в виде осадка, знак Растворы обозначает, что вещество удаляется из сферы реакции в виде газа. Сильные электролиты, как полностью диссоциированные, записывают в виде ионов. Сумма электрических зарядов левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов правой части.

Для закрепления этих положении рассмотрим два примера.

Пример 1. Напишите уравнения реакций между растворами хлорида железа (III) и гидроксида натрия в молекулярной и ионной формах,

Разобьем решение задачи на четыре этапа.

1. Запишем уравнение реакции в молекулярной форме:

Растворы

2.    Перепишем это уравнение, изобразив хорошо диссоциирующие вещества в виде ионов, а уходящие из сферы реакции — в виде молекул:

Растворы

Эго ионное уравнение реакции.

3.    Исключим из обеих частей ионного уравнения одинаковые ионы, т. е. ионы, не участвующие в реакции (они подчеркнуты):

Растворы

4.    Запишем уравнение реакции в окончательном виде:

Растворы

Это сокращенное ионное уравнение реакции. Как видно из этого уравнения, сущность реакции сводится к взаимодействию ионов Растворы и Растворы, в результате чего образуется осадок Растворы. При этом вовсе не имеет значения, в состав каких электролитов входили эти ионы до их взаимодействия.

Пример 2. Напишите уравнения реакций между растворами хлорида калия и нитрата натрия. Так как продукты взаимодействия хорошо растворимы в воде и не уходят из сферы реакции, то данная реакция обратима.

Как и в примере 1, записываем по этапам:

Растворы

Уравнения для следующих этапов написать нельзя, так как с точки зрения теории электролитической диссоциации реакция не происходит. Однако если выпаривать этот раствор, то будут возникать новые химические связи между ионами и получится смесь четырех солей: Растворы, Растворы, Растворы, Растворы.

Ионными уравнениями могут быть изображены любые реакции, протекающие в растворах между электролитами. Если при таких реакциях не происходит изменения зарядов ионов (не изменяется степень окисления), то они называются ионообменными.

Диссоциация воды. рН

Вода как слабый электролит в незначительной степени диссоциирует на ионы Растворы и Растворы, которые находятся в равновесии с недис-социированными молекулами:

Растворы

Концентрацию ионов обычно выражают в молях ионов в 1 л. Как видно из уравнения диссоциации воды, в ней величины [Растворы] и [Растворы] одинаковы. Опытом установлено, что в одном литре воды при комнатной температуре (22°С) диссоциации подвергается лишь Растворы моля воды и при этом образуется Растворы моль/л ионов Растворы и Растворы моль/л ионов Растворы.

Произведение концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов в воде называется ионным произведением воды (обозначается Кв). При определенной температуре Растворы — величина постоянная, численно равная при 22°С Растворы:

Растворы

Постоянство произведения [Растворы][Растворы] означает, что в любом водном растворе ни концентрация ионов водорода, ни концентрация гидроксид-ионов не может быть равна нулю. Иными словами, любой водный раствор кислоты, основания или соли содержит как Растворы-, так и Растворы-ионы. Действительно, для чистой воды [Растворы] = [Растворы] = Растворы моль/л. Если в нее добавить кислоту, то [Растворы] станет больше Растворы, а [Растворы] меньше Растворы моль/л. И наоборот, если к воде добавить щелочи, то [Растворы] становится меньше Растворы, а [Растворы] — больше Растворы моль/л.

Из постоянства произведения [Растворы][Растворы] следует, что при увеличении концентрации одного из ионов воды соответственно уменьшается концентрация другого иона. Это позволяет вычислить концентрацию Растворы-ионов, если известна концентрация Растворы-ионов, и наоборот. Например, если в водном растворе [Растворы] = Растворы моль/л, то [Растворы] определится так:

Растворы

Таким образом, кислотность и щелочность раствора можно выражать через концентрацию либо ионов Растворы, либо ионов Растворы. На практике пользуются первым способом. Тогда для нейтрального раствора [Растворы] = Растворы, для кислого [Растворы]>Растворы и для щелочного [Растворы]<Растворы моль/л.

Чтобы избежать неудобств, связанных с применением чисел с отрицательными показателями степени, концентрацию водородных ионов принято выражать через водородный показатель, обозначаемый символом рН (читается «пэ-аш»).

Водородным показателем рН называется десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком:

Растворы

или

Растворы

где [Растворы] — концентрация ионов водорода, моль/л.

Понятие «водородный показатель» было введено датским химиком Сёренсеном в 1909 г.: буква р — начальная буква датского слова potenz — математическая степень, буква Н — символ водорода.

С помощью рН реакция растворов характеризуется так: нейтральная — рН 7, кислая — рН<7, щелочная — рН>7. Наглядно зависимость между концентрацией ионов водорода, величиной рН и реакцией раствора можно выразить схемой

Растворы

Из схемы видно, что чем меньше рН, тем больше концентрация ионов Растворы, т. е. выше кислотность среды; и наоборот, чем больше рН, тем меньше концентрация ионов Растворы, т. е. выше щелочность среды.

Приведем значения рН некоторых наиболее известных растворов и укажем соответствующую им реакцию среды: желудочный сок — рН 1,7 (сильнокислая реакция), торфяная вода — рН 4 (слабокислая), дождевая вода — рН 6 (слабокислая), водопроводная вода — рН 7,5 (слабощелочная), кровь — рН 7,4 (слабощелочная), слюна — рН 6,9 (слабокислая), слезы — рН 7 (нейтральная).

Исключительно велика роль рН в самых различных явлениях и процессах — и в природе, и в технике. Многие производственные процессы в химической, пищевой, текстильной и других отраслях промышленности протекают лишь при определенной реакции среды. Столь же необходима для нормального развития сельскохозяйственных культур и получения высоких урожаев и определенная реакция почвенного раствора. В зависимости от значения рН почвенного раствора почвы подразделяются на сильнокислые (рН 3—4), кислые (рН 4—5), слабокислые (рН 5—6), нейтральные (рН 6—7), слабощелочные (рН 7—8), щелочные (рН 8—9) и, наконец, сильнощелочные (рН 9—11).

Чаще всего растения страдают от повышенной кислотности, для устранения которой применяется известкование почв — внесение в них известняков — карбонатов кальция или магния. Если же почвы отличаются повышенной щелочностью (солонцеватые и солончаковые почвы), то для ее устранения производят гипсование — внесение размолотого гипса Растворы.

Необходимость в известковании или гипсовании почв устанавливается с учетом водородного показателя раствора (солевой вытяжки); в зависимости от величины рН устанавливается по таблицам и доза вносимых веществ.

Протолитическая теория кислот и оснований

Теория электролитической диссоциации объяснила многочисленные явления и процессы, протекающие в водных растворах электролитов. Так, например, в разных реакциях нейтрализации

Растворы

одно и то же значение теплового эффекта (57,3 кДж/моль) объясняется образованием малодиссоцнированных молекул воды из Растворы— и Растворы-ионов:

Растворы

При смешении растворов NaCI и Растворы

Растворы

тепловой эффект не наблюдается. Это объясняется тем, что химического взаимодействия между ионами Растворы, Растворы, Растворы, Растворы не происходит, как это видно из ионного уравнения.

Электролитическая диссоциация явилась основой успешного развития теории растворов и изучения процессов, протекающих в них.

В этом заключается ее большое значение в химии. Однако эта теория не объясняет процессов, протекающих в неводных растворах. Так, например, если хлорид аммония в водном растворе ведет себя как соль (диссоциирует на ионы Растворы и Растворы), то в жидком аммиаке он проявляет свойства кислоты, — растворяет металлы с выделением водорода. Как основание ведет себя азотная кислота, растворенная в жидком фтороводороде или в безводной серной кислоте. Эти факты не согласуются с теорией электролитической диссоциации. Их объясняет протолитическая теория кислот и оснований, предложенная в 1923 г. независимо датским ученым Бренстедом и английским ученым Лоури.

Согласно этой теории

кислотами являются вещества, молекулы или ионы, отщепляющие при данной реакции протоны. Основаниями являются вещества, молекулы или ионы, присоединяющие протоны. Как те, так и другие получили общее название протолитов.

Реакция отщепления протона изображается уравнением

Растворы

Кислота и основание такого процесса называются сопряженными. Это кислотно-основная пара. Например, ион Растворы — кислота, сопряженная основанию Растворы, а хлорид-ион Растворы — основание, сопряженное кислоте HCl.

Свободные протоны в растворах самостоятельно не существуют. Они переходят от кислоты к какому-либо основанию. Поэтому в растворе всегда протекают два процесса:

Растворы

и равновесие между ними изображают уравнением

Растворы

Например, реакцию нейтрализации уксусной кислоты аммиаком можно представить так:

Растворы

Здесь уксусная кислота является кислотой (отдает протоны Растворы), аммиак — основанием (принимает протоны), ионы Растворы играют роль основания (в этом обратимом процессе они могут принять протоны и превратиться обратно в уксусную кислоту), а ионы аммония Растворы играют роль кислоты (могут отдать протоны).

Аналогично можно изобразить проявление основных свойств азотной кислоты, растворенной в жидком фтороводороде:

Растворы

Таким образом, из кислоты и основания всегда получаются новые сопряженные кислота и основание. Протолитическая теория рассматривает реакцию нейтрализации как переход протона кислоты к основанию.

Как видно, протолитическая теория расширила круг кислот и оснований по сравнению с представлениями теории электролитической диссоциации: ими могут быть и ионы. Одно и то же вещество в зависимости от того, с чем оно реагирует, может быть или кислотой, или основанием. Теория вскрыла относительность понятий о кислотах и основаниях и показала, что продукты их взаимодействия следует рассматривать как новые кислоты и основания. Протолитическая теория является современной и более общей теорией кислот и оснований.

Раствором называют жидкую или твердую гомогенную систему, состоящую из двух или большего числа исходных веществ (компонентов), относительное содержание которых в системе может изменяться в широких пределах.

Растворы и растворимость

Растворимостью называют способность вещества образовывать растворы — одни вещества могут растворяться друг в друге неограниченно; другие — только в ограниченных количествах или же практически не растворяться вообще. Растворимость конкретного вещества зависит от его природы и природы растворителя, а также условий, при которых происходит процесс растворения: температура, давление, наличие третьих веществ.

Растворение веществ в воде

Вода  –  основная  биологическая  жидкость, инертный  растворитель  для  многих  органических  и неорганических  веществ.  Вода  необходима  для  всех живых организмов (рис. 49). Поваренная соль (NaCl) хорошо растворяется в воде (рис. 50).

РастворыРастворы

Способность  веществ  переходить  в  раствор  называется  растворимостью.  На  растворимость  веществ влияют различные факторы.

Растворимость многих твердых веществ увеличивается  при  повышении  температуры.  Для  газообразных веществ растворимость повышается с увеличением давления и уменьшается с повышением температуры. Растворимость  жидких  веществ  зависит  от  их  химической  природы.  Спирт  и  серная  кислота  неограниченно растворяются в воде, бензин и растительное масло с ней даже не смешиваются.

Любая природная вода является раствором. Воды Каспийского  моря  содержат  13  г/л,  Черного  –  19  г/л, Мертвого – 260 г/л различных солей. Содержание солей в Мертвом море очень велико, поэтому в нем нет жизни. Морская вода является многокомпонентным раствором, так как в ней растворены различные вещества.

Раствор  –  это  однородная  система,  образованная несколькими веществами, между которыми происходят  физические  и  химические  взаимодействия. 
Компоненты – это вещества, которые образуют раствор. Один  из  компонентов  раствора  –  растворитель,  другой  –  растворенное вещество (рис. 51).

При  растворении  веществ  образуются  насыщенные,  ненасыщенные и  перенасыщенные  растворы.  Раствор,  который  содержит  максимальное количество растворенного вещества при данной температуре, называется насыщенным.  В  ненасыщенном  растворе  растворенного  вещества  содержится меньше,  чем  в  насыщенном  при  данной  температуре.  А  в  перенасыщенном растворе растворенного вещества содержится больше, чем в насыщенном при данной температуре. Количественной характеристикой  растворимости  является коэффициент растворимости. 

Коэффициент  растворимости  (S)  показывает, какая максимальная масса вещества 
может раствориться в 100 г (1000 г) воды при данной  температуре  (рис.  52).  Растворимость 
в воде выражается в граммах вещества на 100 или 1000 г воды (г/100 г Растворы).

РастворыРастворы

Лабораторный опыт № 5
«Изучение растворимости веществ».

Цель: исследовать растворимость различных веществ в воде.

Растворы

Ход работы

1. В три химических стакана налейте с помощью цилиндра определенный объем дистиллированной воды.
2. Испытайте растворимость трех веществ: Растворы в воде, перемешивая стеклянными палочками.

Вопросы и задания

1. Сравните свои наблюдения по растворимости с табличными данными в конце учебника.

2. Влияние какого фактора на растворимость вы исследовали на данном опыте?

Практическая работа №4 
Влияние температуры на растворимость твердых веществ 

Цель: уметь рассчитывать растворимость вещества на 100 г воды, используя технику выпаривания, сравнивать полученные результаты со справочными данными. 

Растворы

Ход работы 

1. Взвесьте на технических весах 10 г Растворы 
2. Налейте 20 мл дистиллированной воды в стакан, насыпьте соль, измерьте температуру. 
3. Поставьте на асбестированную сетку и нагрейте до полного растворения, измерьте температуру. 

Растворы Растворы

4. Привяжите на стеклянную палочку нить и подвесьте над стаканом и охладите до комнатной температуры. Следите, чтобы нить висела вертикально посередине стакана.

Решение задач на тему: растворимость веществ

Обычно мы пользуемся водными растворами. Плотность воды 1 г/мл, поэтому масса воды численно равна объему. 

Определение  масс  растворенного  вещества  и  растворителя  для приготовления насыщенного раствора при определенной температуре

Сколько граммов нитрата калия и воды потребуется для  приготовления 500 г насыщенного раствора при температуре 30°C, если растворимость при этой температуре равна 45 г?

Растворы

Растворы

Расчет  масс  растворяемого  вещества  и  Растворы  для  приготовления насыщенного раствора по известной массе растворителя

Сколько  граммов  нитрата  свинца  Растворы  необходимо  растворить  в 700 г Растворы при температуре 30°C для получения насыщенного раствора, если растворимость при этой температуре равна 69 г/100 г Растворы? Определите массу насыщенного раствора.

Растворы

Растворы

Расчет массы растворителя, необходимого для растворения определенной массы вещества при определенной температуре

Сколько воды потребуется для растворения 500 г нитрата калия Растворы при температуре 70°C, если Растворы = 140 г/100 г Растворы? Рассчитайте массу полученного насыщенного раствора.

Растворы

Растворы

Определение растворимости вещества выпариванием

При какой температуре раствор становится насыщенным, если выпарено 50 г воды из 500 г насыщенного раствора нитрата натрия при температуре 40°С (Растворы = 60 г/100 г Растворы Температуру определите, используя кривую растворимости этой соли.

Растворы

Растворы

Массовая доля растворенного вещества

Для обозначения соотношения растворенного вещества и растворителя в растворе используется понятие «концентрация». 

Концентрация — это величина, определяемая количеством или массой растворенного вещества в единице объема или массы раствора.

Рассмотрим массовую долю растворенного вещества, или процентную  концентрацию.  В  зависимости  от  количества растворенного  вещества  растворы  подразделяются  на 
разбавленные и концентрированные. Концентрация веществ выражается  массовой  долей  растворенного  вещества  в  растворе и молярной концентрацией. Вначале рассмотрим процентную  концентрацию  или  массовую  долю  растворенного вещества в растворе.

В разбавленных растворах количество вещества меньше, чем  в  насыщенных  растворах,  а  в  концентрированных  – больше. Массовая доля растворенного вещества – это отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Она обозначается  греческой  буквой  Растворы  (омега).  Массовую  долю растворенного вещества выражают в долях единицы или в процентах.  Процентная  концентрация  показывает,  какая масса растворенного вещества содержится в 100 г раствора.

Растворы

Если взять определенный объем раствора, то его массу можно выразить следующим образом: 

Растворы

где Растворы – плотность раствора в г/мл, г/Растворы

Тогда Растворы

Плотность  раствора  определяют  с  помощью  ареометра (рис. 55, 56).

  Растворы Растворы

По  этой  формуле  можно  определить  следующие  величины:

Растворы

Задача 1. Какова процентная концентрация раствора, если известно, что 20 г вещества содержится в 90 г раствора?

Растворы

Растворы

Задача 2. Определите процентную концентрацию раствора, полученного при растворении 45 г соли в 2200 мл воды Растворы= 1 г/мл).

Растворы

Растворы

Молярная концентрация вещества в растворе

Второй способ выражения концентрации – молярная концентрация.
Молярной концентрацией раствора (С) называется число молей растворенного вещества в одном литре раствора.

Растворы

Преобразуя эту формулу, получим следующую формулу:

Растворы

Молярная концентрация более точна, чем массовая доля растворенного вещества.

Растворы  веществ  с  определенной  молярной  концентрацией  готовят  в специальной посуде (мерных колбах).

По формуле можно определить следующие величины:

Растворы

Расчет молярной концентрации раствора

Задача 1. Рассчитать молярную концентрацию раствора гидроксида натрия, если 0,8 г вещества растворено в 100 мл раствора.

Растворы

Растворы

Растворы

Задача 2. Определите молярную концентрацию, если 5,3 г карбоната натрия содержится в растворе объемом 0,5 л.

Растворы

Растворы

Расчет массы вещества, необходимой для приготовления раствора

Задача 3. Сколько граммов гидроксида калия потребуется для приготовления 250 мл раствора концентрацией 0,1 моль/л?

Растворы

Растворы

Практическая работа №5 
Приготовление растворов с заданной процентной и молярной концентрацией

Растворы

Опыт 1 
Задание 

Приготовить 150 г 5%-ного раствора сахара.

Ход работы

1. Вычислите, какая масса сахара потребуется для приготовления данного раствора.
2. Взвесьте эту массу на технических весах в предварительно взвешенном на технических весах стаканчике. 
3. Рассчитайте объем воды для растворения взятой навески. 
4. Отмерьте мерным цилиндром этот объем воды. 
5. Вылейте воду в стакан, растворите в ней сахар, перемешивая раствор стеклянной палочкой.

Опыт 2 
Задание

Приготовить 250 мл 0,25 молярного раствора поваренной соли.

Ход работы 

1. Рассчитайте, какая масса поваренной соли потребуется для приготовления 250 мл 0,25 молярного раствора соли. 

2. На предварительно взвешенном часовом стекле взвесьте рассчитанную в п. 1 массу соли на электронных весах.

3. Взятую взвешанную массу соли всыпьте через воронку в мерную колбу емкостью 250 мл и тщательно смойте дистиллированной водой с воронки оставшуюся на ней соль. 

4. Долейте в колбу воду до метки, закройте пробкой и хорошо перемешайте.

5. Вылейте раствор в сухой цилиндр (узкий) и определите плотность. 

Вопросы и задания 

1. Какая концентрация более точная? Почему? 
2. Как вы считаете, может ли плотность водного раствора быть меньше плотности воды?

Типовые задачи по теме «Концентрация растворов»

Массовые доли растворенного вещества

Массовая доля растворенного вещества – это отношение массы растворенного вещества m1 к общей массе раствора m, выраженное в процентах. Пример 1. Для лечения гипертонической болезни (повышенное давление) применяют 25%-ный раствор сульфата магния MgSO 4 . Это означает, что в 100 г такого раствора содержится 25 г MgSO 4 . Здесь выделено слово “раствора”.

Расчет  массы  вещества  и  массы  растворителя,  необходимых  для приготовления раствора определенной концентрации

Сколько граммов соли и воды потребуется для приготовления 300 г 35%-ного раствора?

Растворы

Растворы

Расчет массы (объема) раствора по известной концентрации раствора и по массе растворенного вещества

Какой объем 14,3%-ного раствора можно приготовить из 30 г сульфата натрия? Растворы= 1,13 г/мл)

Растворы

Растворы

Растворы

Расчет массы растворенного вещества по известной массе растворителя и концентрации раствора

Сколько вещества нужно растворить в 250 мл воды для  приготовления раствора с концентрацией 12%?

Растворы

Растворы

Расчет объема раствора

Какой объем 0,3 молярного раствора гидроксида натрия можно приготовить из 3 г этого вещества?

Растворы

Растворы

Пересчет процентной концентрации раствора на молярную

Определите молярную концентрацию 40%-ного раствора серной кислоты плотностью 1,307 г/мл.

Растворы

Растворы

Растворы

Растворы

Расчет объема раствора процентной концентрации для приготовления раствора молярной концентрации

Рассчитать объем 20%-ного раствора соляной кислоты (r = 1,1 г/мл) необходимый  для  приготовления  0,5  литров  раствора  концентрацией 0,1 моль/л.

Растворы

Растворы

Расчётные задачи по уравнениям реакций с использованием концентрации раствора

Раствор – смесь, состоящая по крайней мере из двух компонентов – растворенное вещество, растворитель. Поэтому при решении задач по уравнению реакции необходимо рассчитать массу чистого вещества в растворе.

Растворы

Растворы

Задача 1
Рассчитать объем (н. у.) и количество вещества водорода по реакции взаимодействия цинка с 12%-ным раствором серной кислоты (r = 1,083 г/мл) объемом 50 мл.

Растворы

Растворы

Задача 2
Рассчитать  объем  раствора  гидроксида  натрия  с  концентрацией 0,25 моль/л, необходимого для нейтрализации 20%-ной (r = 1,12 г/мл) азотной кислоты объемом 25 мл. Сколько нитрата натрия образуется?

Растворы

Растворы

Растворы

Способы изменения концентрации раствора

Существует  несколько  способов  изменения  концентрации  раствора: 
смешение двух растворов с известными концентрациями, разбавление или сгущение путем выпаривания и добавления растворенного вещества.

Определение концентрации раствора, полученного смешением двух растворов с известными концентрациями

Какова концентрация раствора, полученного смешением 400 г 10%-ного и 300 г 25%-ного растворов?

Растворы

Растворы Находим общую массу раствора:
   m (3) = m (1) + m (2) =400 + 300 = 700 г

РастворыНаходим  общую  массу  растворенного  вещества  после  смешения растворов:
 m (общ.) = m (1) + m (2) = 40 + 75 =115 г

РастворыНаходим процентную концентрацию:

Растворы

Растворы

Определение концентрации раствора после разбавления

В  лабораториях  растворы  нужной  концентрации  готовят  путем разбавления концентрированных растворов.
К 500 г 15%-ного раствора соли добавили 200 г воды. Опре делите процентную концентрацию полученного раствора.

Растворы

РастворыРассчитаем массу раствора после разбавления:

Растворы

РастворыОпределим массовую долю соли в растворе после добавления воды:

Растворы

Растворы

Определение концентрации после увеличения массы растворенного вещества в растворе

Концентрацию раствора можно повысить двумя способами:
1) добавлением растворенного вещества;
2) испарением части растворителя Растворы

а) Определите концентрацию раствора после добавления 30 г вещества к 250 г 5%-ного раствора. 

Растворы

Растворы Находим  массы  получившегося  раствора  и  растворенного  в  нем вещества:

Растворы

РастворыРассчитываем  процентную  концентрацию  вещества  в  полученном 
растворе:

Растворы

Растворы

б) Определите процентную концентрацию раствора после испарения 200 г воды из 700 г 15%-ного раствора.

Растворы

РастворыНаходим массу раствора после выпаривания:

Растворы

Растворы Определяем концентрацию раствора:

Растворы

Растворы

ДЕЛАЕМ ВЫВОДЫ

  • 1.    Растворы — однородные системы, состоящие из растворенного вещества и растворителя.
  • 2.    Вещества характеризуются растворимостью.
  • 3.    Растворимость зависит от агрегатного состояния вещества, температуры и давления (для газообразных веществ).
  • 4.    Концентрация растворов выражается массовой долей растворенного вещества и молярной концентрацией.

Услуги по химии:

  1. Заказать химию
  2. Заказать контрольную работу по химии
  3. Помощь по химии

Лекции по химии:

  1. Основные понятия и законы химии
  2. Атомно-молекулярное учение
  3. Периодический закон Д. И. Менделеева
  4. Химическая связь
  5. Скорость химических реакций
  6. Окислительно-восстановительные реакции
  7. Дисперсные системы
  8. Атомно-молекулярная теория
  9. Строение атома в химии
  10. Простые вещества
  11. Химические соединения
  12. Электролитическая диссоциация
  13. Химия и электрический ток
  14. Чистые вещества и смеси
  15. Изменения состояния вещества
  16. Атомы. Молекулы. Вещества
  17. Воздух
  18. Химические реакции
  19. Закономерности химических реакций
  20. Периодическая таблица химических элементов
  21. Относительная атомная масса химических элементов
  22. Химические формулы
  23. Движение электронов в атомах
  24. Формулы веществ и уравнения химических реакций
  25. Химическая активность металлов 
  26. Количество вещества
  27. Стехиометрические расчёты
  28. Энергия в химических реакциях
  29. Вода 
  30. Необратимые реакции
  31. Кинетика
  32. Химическое равновесие
  33. Разработка новых веществ и материалов
  34. Зеленая химия
  35. Термохимия
  36. Правило фаз Гиббса
  37. Диаграммы растворимости
  38. Законы Рауля
  39. Растворы электролитов
  40. Гидролиз солей и нейтрализация
  41. Растворимость электролитов
  42. Электрохимические процессы
  43. Электрохимия
  44. Кинетика химических реакций
  45. Катализ
  46. Строение вещества в химии
  47. Строение твердого тела и жидкости
  48. Протекание химических реакций
  49. Комплексные соединения

Лекции по неорганической химии:

  1. Важнейшие классы неорганических соединений
  2. Водород и галогены
  3. Подгруппа кислорода
  4. Подгруппа азота
  5. Подгруппа углерода
  6. Общие свойства металлов
  7. Металлы главных подгрупп
  8. Металлы побочных подгрупп
  9. Свойства элементов первых трёх периодов периодической системы
  10. Классификация неорганических веществ
  11. Углерод
  12. Качественный анализ неорганических соединений
  13. Металлы и сплавы
  14. Металлы и неметаллы
  15. Производство металлов
  16. Переходные металлы
  17. Элементы 1 (1А), 2 IIA и 13 IIIA групп и соединения
  18. Элементы 17(VIIA), 16(VIA) 15(VA), 14(IVA) групп и их соединения
  19. Важнейшие S -элементы и их соединения
  20. Важнейшие d элементы и их соединения
  21. Важнейшие р-элементы и их соединения
  22. Производство неорганических соединений и сплавов
  23. Главная подгруппа шестой группы
  24. Главная подгруппа пятой группы
  25. Главная подгруппа четвертой группы
  26. Первая группа периодической системы
  27. Вторая группа периодической системы
  28. Третья группа периодической системы
  29. Побочные подгруппы четвертой, пятой, шестой и седьмой групп
  30. Восьмая группа периодической системы
  31. Водород
  32. Кислород
  33. Озон
  34. Водород
  35. Галогены
  36. Естественные семейства химических элементов и их свойства
  37. Химические элементы и соединения в организме человека
  38. Геологические химические соединения

Лекции по органической химии:

  1. Органическая химия
  2. Углеводороды
  3. Кислородсодержащие органические соединения
  4. Азотсодержащие органические соединения
  5. Теория А. М. Бутлерова
  6. Соединения ароматического ряда
  7. Циклические соединения
  8. Карбонильные соединения
  9. Амины и аминокислоты
  10. Химия живого вещества
  11. Синтетические полимеры
  12. Органический синтез
  13. Элементы 14(IVA) группы
  14. Азот и сера
  15. Растворы кислот и оснований

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как найти риторические фигуры в тексте
  • Как составить свою тренировку для похудения
  • Как найти фамилию соседа
  • Как найти производную булевой функции
  • Как найти слова футбол