Молярная концентрация (молярность), Сm – это характеристика раствора, способ выражения концентрации растворенного вещества в растворе. Молярная концентрация равна отношению количества растворенного вещества к объему раствора:
где νр.в. – количество растворенного вещества, моль
Vр-ра – объем раствора, л
Иногда молярную концентрацию вещества А обозначают так: [A].
Молярная концентрация измеряется в моль/л или М.
Несколько задач на молярную концентрацию.
1. Определите молярную концентрацию раствора азотной кислоты, если в 500 мл раствора содержится 6,3г азотной кислоты. Ответ: 0,2М
Решение: молярная концентрация — это отношение количества растворенного вещества к объему раствора в литрах. Количество азотной кислоты:
ν(HNO3) = m/M(HNO3) = 6,3 г/ 63 г/моль = 0,1 моль
С(HNO3) = ν(HNO3)/Vр-ра = 0,1 моль/ 0,5 л = 0,2 моль/л
2. Определить молярную концентрацию раствора серной кислоты, если в 2л раствора содержится 0,98г кислоты. Ответ: 0,005М
3. Какую массу хлорида натрия надо растворить в воде, чтобы получить 1л раствора с молярной концентрацией соли 0,02моль/л? Ответ: 1,17г
4. Какое количество вещества (в моль) гидроксида калия содержится в 200мл раствора, если молярная концентрация щёлочи равна 0,9моль/л? Ответ: 0,18моль
5. Какая масса хлороводорода содержится в 250мл раствора соляной кислоты с молярной концентрацией 1 моль/л? Ответ: 9,125г
6. В каком объёме раствора серной кислоты с концентрацией 1 моль/л содержится 4,9г серной кислоты? Ответ: 50мл
7. Смешали 400мл раствора хлорида натрия с молярной концентрацией 1 моль/л и 600мл раствора хлорида натрия с концентрацией соли 2 моль/л. Определить количество вещества хлорида натрия в получившемся растворе и молярную концентрацию этого раствора. Ответ: 1,6М
В уроке 15 «Моляльность и молярность» из курса «Химия для чайников» рассмотрим понятия растворитель и растворенное вещество научимся выполнять расчет молярной и моляльной концентрации, а также разбавлять растворы. Невозможно объяснить что такое моляльность и молярность, если вы не знакомы с понятием моль вещества, поэтому не поленитесь и прочитайте предыдущие уроки. Кстати, в прошлом уроке мы разбирали задачи на выход реакции, посмотрите если вам интересно.
Химикам нередко приходится работать с жидкими растворами, так как это благоприятная среда для протекания химических реакций. Жидкости легко смешивать, в отличие от кристаллических тел, а также жидкость занимает меньший объем, по сравнению с газом. Благодаря этим достоинствам, химические реакции могут осуществляться гораздо быстрее, так как исходные реагенты в жидкой среде часто сближаются и сталкиваются друг с другом. В прошлых уроках мы отмечали, что вода относится к полярным жидкостям, и потому является неплохим растворителем для проведения химических реакций. Молекулы H2O, а также ионы H+ и OH—, на которых вода диссоциирована в небольшой степени, могут способствовать запуску химические реакций, благодаря поляризации связей в других молекулах или ослаблению связи между атомами. Вот почему жизнь на Земле зародилась не на суше или в атмосфере, а именно в воде.
Содержание
- Растворитель и растворенное вещество
- Расчет концентрации раствора
- Молярная концентрация
- Моляльная концентрация
- Разбавление растворов
Растворитель и растворенное вещество
Раствор может быть образован путем растворения газа в жидкости или твердого тела в жидкости. В обоих случаях жидкость является растворителем, а другой компонент — растворенное вещество. Когда раствор образован путем смешивания двух жидкостей, растворителем считается та жидкость, которая находится в большем количестве, иначе говоря имеет бОльшую концентрацию.
Расчет концентрации раствора
Молярная концентрация
Концентрацию можно выражать по разному, но наиболее распространенный способ — указание его молярности. Молярная концентрация (молярность) — это число молей растворенного вещества в 1 литре раствора. Единица молярности обозначается символом M. Например два моля соляной кислоты на 1 литр раствора обозначается 2 М HCl. Кстати, если на 1 литр раствора приходится 1 моль растворенного вещества, тогда раствор называется одномолярным. Молярная концентрация раствора обозначается различными символами:
- cx, Смx, [x], где x — растворенное вещество
Формула для вычисления молярной концентрации (молярности):
- См = n/V, моль/л
где n — количество растворенного вещества в молях, V — объем раствора в литрах.
Пару слов о технике приготовления растворов нужной молярности. Очевидно, что если добавить к одному литру растворителя 1 моль вещества, общий объем раствора будет чуть больше одного литра, и потому будет ошибкой считать полученный раствор одномолярным. Чтобы этого избежать, первым делом добавляем вещество, а только потом доливаем воду, пока суммарный объем раствора не будет равным 1 л. Полезно будет запомнить приближенное правило аддитивности объемов, которое гласит, что объем раствора приближенно равен сумме объемов растворителя и растворенного вещества. Растворы многих солей приближенно подчиняются данному правилу.
Пример 1. Химичка дала задание растворить в литре воды 264 г сульфата аммония (NH4)2SO4, а затем вычислить молярность полученного раствора и его объем, основываясь на предположении об аддитивности объемов. Плотность сульфата аммония равна 1,76 г/мл.
Решение:
Определим объем (NH4)2SO4 до растворения:
- 264 г / 1,76 г/мл = 150 мл = 0,150 л
Пользуясь правилом аддитивности объемов, найдем окончательный объем раствора:
- 1,000 л + 0,150 л = 1,150 л
Число молей растворенного сульфата аммония равно:
- 264 г / 132 г/моль = 2,00 моля (NH4)2SO4
Завершающий шаг! Молярность раствора равна:
- 2,000 / 1,150 л = 1,74 моль/л, т.е 1,74 М (NH4)2SO4
Приближенным правилом аддитивности объемов можно пользоваться только для грубой предварительной оценки молярности раствора. Например, в примере 1, объем полученного раствора на самом деле имеет молярную концентрацию равную 1,8 М, т.е погрешность наших расчетов составляет 3,3%.
Моляльная концентрация
Наряду с молярностью, химики используют моляльность, или моляльную концентрацию, в основе которой учитывается количество использованного растворителя, а не количество образующегося раствора. Моляльная концентрация — это число молей растворенного вещества в 1 кг растворителя (а не раствора!). Моляльность выражается в моль/кг и обозначается маленькой буквой m. Формула для вычисления моляльной концентрации:
- m = n/m
где n — количество растворенного вещества в молях, m — масса растворителя в кг
Для справки отметим, что 1 л воды = 1 кг воды, и еще, 1 г/мл = 1 кг/л.
Пример 2. Химичка попросила определить моляльность раствора, полученного при растворении 5 г уксусной кислоты C2H4O2 в 1 л этанола. Плотность этанола равна 0,789 г/мл.
Решение:
Число молей уксусной кислоты в 5 г равно:
- 5,00 г / 60,05 г/моль = 0,833 моля C2H4O2
Масса 1 л этанола равна:
- 1,000 л × 0,789 кг/л = 0,789 кг этанола
Последний этап. Найдем моляльность полученного раствора:
- 0,833 моля / 0,789 кг растворителя = 0,106 моль/кг
Единица моляльности обозначается Мл, поэтому ответ также можно записать 0,106 Мл.
Разбавление растворов
В химической практике часто занимаются разбавлением растворов, т.е добавлением растворителя. Просто нужно запомнить, что число молей растворенного вещества при разбавлении раствора остается неизменным. И еще запомните формулу правильного разбавления раствора:
- Число молей растворенного вещества = c1V1 = c2V2
где с1 и V1 — молярная концентрация и объем раствора до разбавления, с2 и V2 — молярная концентрация и объем раствора после разбавления. Рассмотрите задачи на разбавление растворов:
Пример 3. Определите молярность раствора, полученного разбавлением 175 мл 2,00 М раствора до 1,00 л.
Решение:
В условие задача указаны значения с1, V1 и V2, поэтому пользуясь формулой разбавления растворов, выразим молярную концентрацию полученного раствора с2
- с2 = c1V1 / V2 = (2,00 М × 175 мл) / 1000 мл = 0,350 М
Пример 4 самостоятельно. До какого объема следует разбавить 5,00 мл 6,00 М раствора HCl, чтобы его молярность стала 0,1 М?
Ответ: V2 = 300 мл
Без сомнения, вы и сами догадались, что урок 15 «Моляльность и молярность» очень важный, ведь 90% все лабораторных по химии связаны с приготовлением растворов нужной концентрации. Поэтому проштудируйте материал от корки до корки. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
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 Сm
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
СН
= 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:
СН=
m1/Э∙V;
ЭKOH
= 56 г/моль;
mКОН=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 V1∙
С1
= V2
∙
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 |
Плотность |
Вычислить |
121 |
Na2CO3 |
0,30 |
1,030 |
Процентную |
122 |
HNO3 |
9,0 |
1,275 |
Процентную |
123 |
NH4Cl |
10 |
1,028 |
Молярную |
124 |
Al2(SO4)3 |
0,55 |
1,176 |
Процентную |
125 |
HNO3 |
2 |
— |
Нормальную |
126 |
HCl |
15,0 |
1,073 |
Нормальную |
127 |
H2SO4 |
13,0 |
1,680 |
Процентную |
128 |
H3PO4 |
44,0 |
1,285 |
Нормальную |
129 |
HClO4 |
9,0 |
1,150 |
Процентную |
130 |
H2SO4 |
2 |
— |
Нормальную |
131 |
CH3COOH |
34,0 |
1,043 |
Молярную |
132 |
BaCl2 |
2,30 |
1,203 |
Процентную |
133 |
K2CO3 |
4 |
— |
Нормальную |
134 |
CuSO4 |
14,0 |
1,155 |
Нормальную |
135 |
FeCl3 |
1,90 |
— |
Нормальную |
136 |
K2CO3 |
6,0 |
1,567 |
Процентную |
137 |
NaCl |
3 |
— |
Молярную |
138 |
NaCl |
20 |
1,148 |
Молярную |
139 |
HClO4 |
4,0 |
1,230 |
Процентную |
140 |
K2CO3 |
3 |
— |
Нормальную |
Задание: решить
следующие задачи
№ задачи |
|
141 |
На |
142 |
Смешали |
143 |
Определить |
144 |
Смешали |
145 |
Для |
146 |
Смешали |
147 |
На |
148 |
Смешали |
149 |
На |
150 |
Вычислить |
151 |
Определить |
152 |
Вычислить |
153 |
Определить |
154 |
Определить |
155 |
Вычислить |
156 |
Вычислить |
157 |
Определить |
158 |
Смешали |
159 |
Определить |
160 |
Вычислить |
Соседние файлы в папке му по химии
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #