Концентрация раствора это относительное количество растворенного вещества в растворе.
Количественный состав раствора выражают с помощью понятия «концентрация» или “доля”, под которым понимают содержание растворенного вещества в единице массы, объёма или количества вещества раствора.
Существует несколько способов выражения состава раствора: массовая доля (процентная концентрация), молярная концентрация (молярность), мольная доля растворённого вещества.
Концентрация растворов определяется количеством вещества, заключенного в определенном весовом или объемном количестве раствора или растворителя.
Для того чтобы определить существуют несколько способов выражения концентрации растворов: нормальная концентрации, молярная, процентная и молярная.
Процентная концентрация раствора выражается числом граммов растворенного вещества в 100 г раствора.
Например, в 100 г 5%-ного раствора сахара содержится 5 г сахара, а остальные 95 г растворитель.
Молярная концентрация выражается количеством грамм-молекул растворенного вещества в 1 л раствора. Молярность раствора обозначается буквой М.
Если в литре раствора содержится одна грамм-молекула растворенного вещества, то такой раствор называется молярным, две грамм-молекулы двух-молярным, пол-грамм-молекулы 0,5-молярным и т. д.
Нормальная концентрация раствора выражается числом грамм-эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора. Нормальность раствора обозначается буквой Н.
Одно-нормальный раствор в литре содержит один грамм-эквивалент растворенного вещества, двух-нормальный два грамм-эквивалента и т. д.
Между концентрацией растворов и их удельными весами существует определенная зависимость.
Количественно концентрацию растворов можно выражать различным образом. В химической практике наиболее употребительны три способа выражения концентраций:
1. В процентах растворенного вещества (процентная концентрация раствора).
2. Числом молей растворенного вещества.
3. Моляльным.
1. В процентах растворенного вещества по отношению ко всему количеству раствора. Например, 15%-ный раствор поваренной соли — это такой раствор, в 100 г которого содержится 15 г соли и 85 г воды.
2. Числом молей растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора. Растворы с выраженной таким способом концентрацией называются молярными.
Они обозначаются буквой М, впереди которой ставится коэффициент, показывающий «молярность» раствора, т. е. число молей, приходящихся на 1 л раствора. Например, 2М раствор содержит в 1 л 2 моля растворенного вещества, 0,3М раствор содержит в 1 л 0,3 моля и т. д.
3. Моляльная концентрация раствора, иногда концентрацию раствора выражают числом молей растворенного вещества, содержащихся в 1000 г растворителя. Такие растворы в отличие от молярных называются моляльными.
Моляльность, моляльная весовая концентрация — это количество растворённого вещества (число моль) в 1000 г растворителя.
Измеряется в молях на кг, также распространено выражение в «моляльности». Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/кг называют 0,5-мольным. Рассчитывается по формуле:
mB = nB/mA
где nB — количество растворённого вещества, моль;
mA — масса растворителя, кг.
Сходство названий, молярная концентрация и моляльность — величины различные.
Уточнение, 1 л воды = 1 кг воды, и еще, 1 г/мл = 1 кг/л.
Чтобы приготовить раствор определенной молярности, например 0,5М раствор соды Na2CO3, поступают следующим образом.
Отвесив 0,5 моля соды, т. е. 53 г (молекулярный вес Na2CO3 равен 106), вносят ее в литровую мерную колбу, на шейке которой чертой отмечен объем, точно равный одному литру (рис.).
Затем в колбу наливают столько воды, чтобы вся сода растворилась, после чего доливают колбу водой до метки.
Пользование молярными растворами удобно в том отношении, что при одинаковой молярности равные объемы растворов содержат одинаковое число молекул растворенного вещества.
Весовая процентная концентрация показывает, какой процент от общего веса раствора составляет растворенное вещество.
В лабораторной практике часто приходится иметь дело с кристаллогидратами — солями, содержащими кристаллизационную воду, например CuSО4 ·5H2O, FeSО4 · 7H2О и т. д.
В этом случае следует уметь учитывать кристаллизационную воду.
Процентная концентрация раствора формула:
ω = (mраств. в-ва ·100%)/m р-ра
где ω – процентная концентрация (%),
mраств. в-ва – масса растворенного вещества в (г),
mр-ра – масса раствора в (г).
Задачи на процентную концентрацию растворов
|
Пример 1. Сколько соли нужно для приготовления 500 г 3% ее раствора?
|
|
|
Дано: 500 г. 3% раствора соли
|
Решение:
Если сказано, что имеется 3% раствор, это значит, что в любом количестве этого раствора содержится 3% соли.
Чтобы рассчитать, сколько нужно соли для приготовления 500 г такого раствора, следует найти 3% от 500 г:
(500 · 3) : 100 = 15г
Следовательно, соли нужно 15 г, а воды 500— 15 = 485 г.
|
|
Соль (г) ?
|
|
|
Пример 2. Сколько кристаллогидрата медного купороса нужно взвесить, чтобы получить 200 г 5% раствора сульфата меди? Сколько воды нужно для этого взять?
|
|
|
Дано: 200 г 5% CuSO4
|
Решение:
Сначала требуется определить, сколько сульфата меди CuSО4 нужно для приготовления заданного количества раствора:
(200 · 5) :100 = 10 г. CuSO4.
Далее делаем пересчет на кристаллогидрат: грамм-молекула CuSO4 весит 160 г, а грамм-молекула CuSO4 · 5H2О весит 250 г. Следовательно, мы можем составить пропорцию:
160 г CuSO4— в 250 г CuSO4 · 5H2О 10» CuSО4 — » х » CuSO4· 5Н2О
X=(250 · 10) : 160 = 15,625 г.
Воды для приготовления раствора требуется
200— 16,6 15= 184,375 г.
|
|
CuSO4 · 5H2O (г) ?
|
|
Процентная концентрация растворов вопросы ответы
21. Сколько кристаллогидрата Na2SO4 · 10H2O понадобится для приготовления 2 кг 34 раствора Na2SО4?
22. Сколько кристаллогидрата железного купороса FeSO4·7H2O потребуется для приготовления 30 кг 0,5% раствора FeSO4?
23. Сколько кристаллогидрата CaCl2 · 6H2O потребуется для приготовления 500 г 10% раствора СаСl2?
24. Сколько кристаллогидрата ZnSO4· 7H2O потребуется для приготовления 400 г 0,1 % раствора ZuSО4? (См. Ответ)
Иногда приходится приготовлять растворы определенной процентной концентрации, пользуясь для этого другими, более концентрированными растворами.
Особенно часто с этим приходится сталкиваться в лаборатории при получении растворов кислот разной концентрации.
Определенная процентная концентрация задача
|
Пример 3. Сколько требуется 80% серной кислоты для приготовления 200 г 10% раствора этой кислоты?.
Обозначим массу первого раствора m1, массу второго — m2, концентрацию первого раствора С1, концентрацию второго раствора C2.
|
|
|
Дано:
m1 = 200г
C1 = 10%
C2 = 80%
|
Прежде всего нужно выяснить, сколько чистой безводной серной
кислоты потребуется для приготовления 200 г. 10% раствора:
(200 · 10) : 100 = 20 г.
Определяем, в каком количестве 80% серной кислоты содержится 20 г чистой кислоты, рассуждая так:
в 100 г 80% H2SО4 — 80 г чистой H2SО4 » х » 80% H2SО4 —20 » »H2SО4.
Отсюда х = (100 · 20) : 80 = 25 г 80% раствора.
Следовательно, для нашей цели нужно 25 г 80% раствора H2SО4 и 200—25 = 175 г воды.
|
|
m2 (г) ?
|
|
Вопросы ответы для определения процентной концентрации
25. Сколько потребуется 80% фосфорной кислоты для приготовления 2 кг 5% раствора?
26. Сколько потребуется 20% щелочи для приготовления 5 кг. 1 % раствора?
27. Сколько потребуется 15% азотной кислоты для приготовления 700 г 5% раствора?
28. Сколько потребуется 40% серной кислоты для приготовления 4 кг 2% раствора?
29. Сколько потребуется 10% соляной кислоты для приготовления 500 г 0,5% раствора? (См. Ответ)
Однако произвести правильный расчет — это для лаборанта еще не все. Нужно уметь не только рассчитать, но и приготовить раствор кислоты.
Но кислоты нельзя взвешивать на весах, их можно только отмерять при помощи мерной посуды. Мерная же посуда предназначена для измерений объема, а не веса.
Поэтому нужно суметь вычислить объем найденного количества раствора. Этого нельзя сделать, не зная удельного веса (плотности) раствора.
Обратимся снова к примеру 3, видно, что 80% серная кислота имеет плотность d = 1,7, а масса раствора Р =25 г. Следовательно, по формуле
V = P : d находим: V = 25 : 1,7 = 14,7 мл.
Плотность воды практически считаем равной единице. Следовательно, 175 г воды займут объем 175 мл. Таким образом, чтобы приготовить 200 г 10% раствора из 80% серной кислоты, следует взять 175 мл воды и налить в нее 14,7 мл 80% серной кислоты.
Смешивание можно производить в любой химической посуде.
Вопросы ответы для определения растворов кислот
30. Сколько миллилитров 50% серной кислоты следует взять для приготовления 2 кг 10% раствора этой кислоты?
31. Сколько миллилитров 40% серной кислоты следует взять для приготовления 5 л 4% серной кислоты?
32. Сколько миллилитров 34% едкого кали потребуется для приготовления 10 л 10% раствора?
33. Сколько миллилитров 30% соляной кислоты потребуется для приготовления 500 мл 2% соляной кислоты? (См. Ответ)
Пример определения концентрации раствора
Примеры расчетов, которые мы разбирали до сих пор, были посвящены определению веса или объема раствора, а также количества вещества, содержащегося в нем.
Однако бывают случаи, когда нужно определить концентрацию раствора. Рассмотрим простейший случай.
|
Пример 4, Рассчитайте, какова процентная концентрация раствора, если смешано 45 г воды и 5 г соли.
|
|
|
Дано:
mH2O = 45г
mсоли = 5г
|
Решение:
Сначала определяем общее количество раствора:
45 г + 5 г = 50 г.
Затем определяем процентную концентрацию:
(5 : 50) · 100 = 10%
Следовательно раствор 10%.
|
|
С ?
|
|
Вопросы ответы для определения концентрации раствора
34 Смешано 25 г соли и 35 г воды. Какова процентная концентрация раствора?
35. Смешано 5 г кислоты и 75 г воды. Какова процентная концентрация раствора? (См. Ответ)
Пример определения разбавленных, выпаренных растворов
Довольно часто приходится разбавлять, упаривать и смешивать растворы, после чего определять их концентрацию.
|
Пример 5. К 250 г 10% раствора добавили 150 г воды Какой стала концентрация раствора?
|
|
|
Дано:
m1 = 250г
C1 = 10%
mH2O = 150г
|
Решение:
Сначала рассчитываем содержи ние вещества в 250 г раствора:
(250 · 10) : 100 = 25 г.
Определяем общее количество получившегося раствора:
250 + 150 = 400 г.
Поскольку мы к раствору приливали только воду, а растворенное вещество не добавляли, то его количество осталось, очевидно, таким же. Следовательно, в 400 г полученного раствора содержится 25 г вещества, а его процентная концентрация
(25 : 400) · 100 = 6,25%
|
|
С2% ?
|
|
Вопросы ответы для определения разбавленных, выпаренных растворов
36. К 2 кг 20% раствора прилили 500 г воды. Какой стала концентрация раствора?
37. К 5 а 36% соляной кислоты прилили 1 л воды. Какой стала концентрация раствора?
38. Смешали 40 кг 2% и 10 кг 3% растворов одного и того же вещества. Какой стала концентрация полученного раствора?
39. Смешали 4 л 28% серной кислоты и 500 мл 60% серной кислоты. Какова концентрация полученного раствора?
40. 3 кг 20% раствора едкого натра упарили до 2 кг. Какова концентрация полученного раствора?
41. Сколько воды нужно прибавить к 500 мл 30% раствора (плотность 1,224 г/см3), чтобы получить 5% раствор? (См. Ответ)
Для определения, в каком соотношении следует смешать растворы разных концентраций, чтобы получить раствор искомой концентрации, можно применять так называемое «правило смешивания», или «диагональную
схему»
|
Пример 6. В каком весовом соотношении следует смешать 40% и 15% растворы, чтобы получить 35% раствор?
|
|
Решение. Для решения составляют диагональную схему:
40→20
\ /
35
/ \
15→5
В центре пишут искомую концентрацию. У левого конца каждой диагонали пишут данные концентрации. Затем по диагонали производят вычитание:
35—15 = 20 40 — 35 = 5
(вычитают всегда из большей величины меньшую). Результат вычитания проставляют у правого конца соответствующей диагонали. Получилось, что смешать требуется 5 в. ч. 15% и 20 в. ч. 40% раствора, т. е. в соотношении 1:4.
Если в смешивании участвует вода, ее концентрация берется равной 0%.
|
Вопросы ответы для определения в каком соотношении нужно смешивать вещества
42. Рассчитайте по диагональной схеме, в каком соотношении следует смешать растворы:
а) 20% и 3% для получения 10%;
б) 70% и 17% для получения 25%;
в) 25% и воду для получения 6% (См. Ответ)
Молярная концентрация раствора (молярность, мольность) — это количество вещества (число молей) компонента в единице объёма смеси
Молярная концентрация раствора в системе СИ измеряется в моль/м³, однако на практике её гораздо чаще выражают в моль/л или ммоль/л. Также используют выражение «в молярности».
Возможно другое обозначение молярной концентрации, которое принято обозначать М. Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/л называют 0,5-молярным, записывают «0,5 M».
Расчет концентрации раствора по определению концентрации вещества производят применительно к 1 литру выбранному раствору. Молярная концентрация раствора показывает сколько грамм-молекул (молей) содержится в 1 литре растворенного вещества.
Измерение молярной концентрации удобна тем, что в равных объемах раствора содержится одинаковое количество молей при условии, что они одинаковой молярностью.
Для этого готовят раствор молярной концентрации в мерных колбах определенного объема. На шейке такой колбы имеется отметка, точно ограничивающая нужный объем, а надпись на колбе указывает, на какой объем рассчитана данная мерная колба.
Например, если в 1л раствора содержится 1 моль вещества, то такой раствор называется одномолярным (1 М), если 2 моля, то двумолярным (2 М), если 0,1 моля, тo раствор децимолярный (0,1 М), если 0,01 моля, то раствор сантимолярный (0,01 М) и т. д. Для приготовления растворов молярной концентрации необходимо знать формулу вещества.
Пример решения задачи
|
Пример 7. Сколько нужно взять едкого натра, чтобы приготовить 200 мл 0,1 М раствора едкого натра NaOH.
|
|
|
Дано:
V = 200 мл
С = 0,1 М
|
Решение:
Прежде; всего вычислим вес грамм-молекулы едкого натра NaOH.
23 + 16 + 1 = 40 г.
Так как раствор 0,1 М, то в 1 л раствора содержится 0,1 грамм-молекулы NaOH, т. е. 4 г, а в 200 мл или в 0,2 л, раствора будет содержаться неизвестное количество NaOH. Составляем пропорцию:
в 1 л 0,1 М раствора — 4 г NaOH » 0.2 » » — х » NaOH
Отсюда
1 : 0,2 = 4 : x
x = (4 · 0,2) : 1 = 0,8 г.
т. е. для приготовления 200 мл 0,1 М раствора нужно 0,8 г NaOH.
|
|
mNaOH (г)?
|
|
Молярная концентрация очень удобна тем, что в равных объемах растворов с одинаковой молярностью содержится одинаковое количество молекул, так как в грамм-молекуле любого вещества содержится одно и то же число молекул.
Готовят раствор молярной концентрации в мерных колбах определенного объема.
На шейке такой колбы имеется отметка, точно ограничивающая нужный объем, а надпись на колбе указывает, на какой объем рассчитана данная мерная колба.
Вопросы ответы для определения объемная концентрация растворов, молярная концентрация
43. Рассчитайте, какое количество вещества требуется для приготовления следующих растворов:
а) 5 л 0,1 М раствора серной кислоты;
б) 20 мл 2 М раствора соляной кислоты;
в) 500 мл 0,25 М раствора сульфата алюминия;
г) 250 мл 0,5 М раствора хлорида кальция. (См. Ответ)
Пример решения процентных растворов
Растворы кислот молярной концентрации нередко приходится готовить из процентных растворов.
|
Пример 8. Сколько требуется 98 % серной кислоты для приготовления 5 л 0,1 М раствора.
|
|
|
Дано:
V1= 5 л
С1= 0,1 М
С2 = 98%
|
Решение:
Определяем содержание чистой серной кислоты в 5 л 0,1 М раствора. 1 моль H2SО4 = 98 г; 0,1 моля H2SО4 = 9,8 г. Для приготовления 5 л 0,1 М раствора H2SО4 необходимо 9,8 · 5 = 49 г чистой H2SО4. Далее найдем, сколько 98% раствора серной кислоты потребуется для приготовления 5 л 0,1 М раствора. Составим пропорцию:
в 100 г раствора содержится 98 г H2SО4 » х » » » 49 » H2SO4.
Отсюда
х = (49 · 100) : 98 = 50 г.
|
|
Р2 (г)?
|
|
Вопросы ответы для определения процентных растворов
44. Сколько потребуется 50% азотной кислоты для приготовления 500 мл 0,5 М раствора.
45. Какой объем 98% серной кислоты необходим для приготовления 10 л 3 М раствора?
46. Вычислите молярность следующих растворов:
а) 20% серной кислоты;
б) 4% едкого натра;
в) 10% азотной кислоты;
г) 50% едкого кали. (См. Ответ)
Нормальная концентрация растворов выражается количеством грамм-эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора.
Для того чтобы произвести расчет для приготовления раствора нормальной концентрации, нужно знать, что такое эквивалент. Слово «эквивалентный» означает «равноценный».
Эквивалентом называется весовое количество элемента, которое может соединяться с 1 весовой частью водорода или замещать ее в соединениях.
Если в молекуле воды Н2О содержится два атома водорода, весящих в сумме 2 у. е., и один атом кислорода, весящий 16 у. е., то на 1 у. е. водорода приходится 8 у. е. кислорода, что и будет эквивалентом кислорода.
Если мы возьмем какой-нибудь окисел, например закись железа FeO, то в нем водорода нет, но зато есть кислород, а мы нашли из предыдущего расчета, что 8 у. е. кислорода эквивалентны 1 у. е. водорода.
Следовательно, достаточно найти количество железа, способное соединиться с 8 у. е. кислорода, и это также будет его эквивалентом.
Атомный вес железа 56. В окисле 56 у. е. Fe приходится на 16 у. е. кислорода, а на 8 у. е. кислорода железа придется вдвое меньше.
Можно найти эквивалент и для сложных веществ, например для серной кислоты H2SО4.
В серной кислоте на 1 у. е. водорода приходится половина молекулы кислоты (включая, конечно, и водород), так как кислота двухосновная, т. е. эквивалент серной кислоты равен ее молекулярному весу (98 у. е.), деленному на 2, т. е. 49 у. е.
Эквивалент для основания можно найти, разделив его молекулярный вес на валентность металла.
Например, эквивалент NaOH равен молекулярному весу (40 у. е.), деленному на 1, т. е. на валентность натрия. Эквивалент NaOH равен 40 у. е.
Эквивалент гидроокиси кальция Са(ОН)2 равен молекулярному весу (74 у. е.), деленному на валентность кальция, а именно на 2, т. е. 37 у, е.
Для того чтобы найти эквивалент для какой-нибудь соли, нужно молекулярный вес ее разделить на валентность металла и количество его атомов.
Так, молекулярный вес сульфата алюминия Al2(SO4)3 равен 342 у. е. Эквивалент его равен: 342 : (3 · 2) = 57 у.е. где 3 — валентность алюминия, а 2 — количество атомов алюминия.
■ 47. Рассчитайте эквиваленты следующих соединений; а) фосфорной кислоты; б) гидроокиси бария; в) сульфата натрия;г) нитрата алюминия. (См. Ответ)
Грамм-эквивалентом называется количество граммов вещества, численно равное эквиваленту.
Если в 1 л раствора содержится 1 грамм-эквивалент (г-экв) растворенного вещества, то раствор является одно-нормальным (1 н.), если 0,1 грамм-эквивалента, то деци-нормальным (0,1 н.), если 0,01 грамм-эквивалента, то сантинормальным (0,01 н.) и т. д.
Для расчета нормальной концентрации растворов также необходимо знать формулу вещества.
Пример решения эквивалент растворенного вещества
|
Пример 9. Приготовить 300 мл 0,1 н. раствора серной кислоты H2SО4.
|
|
|
Дано:
V = 300 мл
С = 0,1 н.
|
Решение:
Молекулярный вес H2SО4 равен 98 у. е., эквивалент H2SО4 равен 98 : 2 = 49 у. е., грамм-эквивалент равен 49 г.
Так как раствор 0,1 н., то в 1 л его содержится 0,1 г-экв т. е. 4,9 г, нужно же приготовить 300 мл или 0,3 л этого раствора. Поэтому составим пропорцию:
1 : 0,3 = 4,9 : x
x = (4,9 · 0,3) : 5 = 1,47 г.
т. е. на приготовление 300 мл 0,1 н. раствора серной кислоты пойдет 1,47 г H2SО4.
|
|
mH2SO4 (г)?
|
|
Растворы нормальной концентрации, как и молярные, готовят в мерных колбах.
■ 48. Сколько серной кислоты необходимо для приготовления 2 л 0,1 н. раствора?
49. Сколько нужно взять нитрата алюминия, чтобы приготовить 200 мл 0,5 н. раствора? (См. Ответ)
Числом грамм эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора. Такие растворы носят общее название нормальных растворов.
Раствор, содержащий в литре один грамм-эквивалент растворенного вещества, называется одно-нормальным или, просто, нормальным раствором и обозначается буквой «н».
Если раствор содержит 0,5 грамм-эквивалента в 1 л, то он называется полунормальным (0,5 н.), если содержит 0,1 грамм-эквивалента,— децинормальным (0,1 н.) и т. д.
Для того чтобы записать такие растворы пользуются формулой:
с(fegB) = c ((1/z)B) = z • cB = z • ((nB)/V) = (1/feg)•(nB)/V)
nB — количество вещества компонента, моль;
V — общий объём смеси, литров;
z — число эквивалентности.
При приготовлении нормальных растворов сложных веществ — кислот, оснований и солей — следует иметь в виду, что эквивалент кислоты равен не молекулярному весу, деленному на основность, т. е. на число атомов водорода в молекуле кислоты, способных замещаться металлами.
Эквивалент основания равен его молекулярному весу, деленному на валентность соответствующего металла.
Что же касается солей, то для нахождения их эквивалентов молекулярный вес соли делят на число атомов металла в ее молекуле и на валентность этого металла.
Нормальные растворы широко применяются в химии при проведении реакций между растворенными веществами.
Пользуясь нормальными растворами, легко заранее рассчитать, в каких объемных отношениях они должны быть смешаны, чтобы растворенные вещества прореагировали без остатка.
Так как весовые количества реагирующих веществ пропорциональны их эквивалентам, то для реакции всегда нужно брать такие объемы растворов, которые содержали бы одинаковое число грамм-эквивалентов растворенных веществ.
При одинаковой нормальности растворов эти объемы, очевидно, будут равны между собой, при различной — обратно пропорциональны нормальностям.
Если объемы затрачиваемых на реакцию растворов обозначить через υ1 и υ2, а их нормальности, т. е. концентрации, выраженные в грамм-эквивалентах на литр, соответственно через С1 и С2, то зависимость между этими величинами выразится пропорцией:
υ1 : υ2= c2 : c1 или υ1 • c1 = υ2 • c2
На оснований этой зависимости можно не только вычислять требуемые для проведения реакций объемы растворов, но и обратно, по объемам затраченных на реакцию растворов находить их концентрации, а следовательно, и весовые количества прореагировавших веществ.
Пример определения нормальных растворов
Эквивалент HNO3 (мол. вес 63) равен 63: 1 = 63
> H2SO4 (мол. вес 98) » 98:2 = 49
> Са(ОН)2 (мол. вес 74) > . 74:2 = 37
> Al2(SO4)3 (мол. вес 342) > 342 : (2 • 3) = 57
Примеры получения раствора
Пример 1. Сколько миллилитров 0,3 н. раствора NaCl надо прибавить к 150 мл 0,16 н. раствора AgNO3, чтобы осадить все находящееся в растворе серебро в виде AgCl?
Составляем пропорцию:
0,3:0,16= 150: л:
откуда
х = (0,16 х 150): 0,3 = 80 мл
Пример 2. Для нейтрализации 40 мл раствора серной кислоты потребовалось прибавить к ним 24 мл 0,2 н. раствора щелочи. Определить, сколько граммов H2SO4 содержалось во взятом объеме раствора.
Обозначив неизвестную нормальность раствора серной кислоты через х, составляем пропорцию:
40:24 = 0,2:x
откуда
х = (24 х 0,2) : 40 = 0,12
Так как грамм-эквивалент серной кислоты (мол. вес 98) равняется
98:2 = 49,
то, очевидно, в литре 0,12 н. раствора содержится 49×0,12 = 5,88 г
H2SO4. Количество серной кислоты, содержащееся в 40 мл раствора, находим из пропорции:
1000 : 40 = 5,88 :х
x = (40×5,88):1000 =0,2352 г
Нередко приходится готовить растворы нормальной концентрации из концентрированных растворов процентной концентрации.
Это делается так же, как и при приготовлении растворов молярной концентрации, но рассчитывается не грамм-молекулярный, а грамм-эквивалентный вес .
Сколько нужно взять 60% азотной кислот, чтобы приготовить 200 мл 3 н. раствора? 61. Какой объем 20% серной кислоты необходим для приготовления 20 л 0,1 н. раствора?
Нормальная концентрация очень удобна, так как если растворы имеют одинаковую нормальность, то в равных объемах этих растворов содержатся эквивалентные количества растворенных веществ.
Поэтому вещества, содержащиеся в равных объемах таких растворов, реагируют нацело (если, разумеется, вообще могут между собой реагировать).
Например, если взять 1,5 л 0,1 н. раствора едкого натра и 0,1 н. раствор соляной кислоты, то для реакции с едким натром потребуется также 1,5 л раствора соляной кислоты.
Чем выше концентрация раствора, тем меньший его объем требуется для реакции, т. е. между объемами растворов реагирующих веществ и их концентрациями существует обратная зависимость, которую можно выразить формулой:
где V — объем, а С — концентрация раствора.
Исходя из этой формулы, можно определить любую из четырех величин, если известны три остальные.
|
Пример 10. Какова нормальность соляной кислоты, если на нейтрализацию 20 мл ее пошло 30 мл 0,1 и. едкого натра.
|
|
|
Дано:
V1 = 20 мл
V2 = 30 мл
С2 = 0,1 н.
|
Решение:
Подставляя данные задачи в фор мулу, получаем
V1 : V2 = C2 : C1
20 : 30 = 0,1 : C1 ; C1 = (0,1 · 30) : 20 = 0,15 н.
Следовательно, концентрация соляной кислоты 0,15 н.
|
|
С1?
|
|
Вопросы ответы для определения
52. На нейтрализацию 10 мл 0,2 н. раствора кислоты пошло 8 мл раствора едкого кали. Какова нормальность раствора едкого кали?
53. Какой объем 0,1 н. раствора едкого натра будет затрачен на реакцию с 25 мл 0,5 н. раствора хлорида железа (III)?
54. Сколько граммов серной кислоты содержится в 300 мл раствора, если на нейтрализацию 5 мл его израсходовано 8 мл 1 н. раствора едкого натра? (См. Ответ)
Подобные расчеты широко применяются в количественном анализе.
Нередко лаборанту нужно знать процентное содержание вещества в растворе той или иной объемной концентрации.
В этом случае необходимо научиться производить перерасчет раствора объемной концентрации на весовую и наоборот.
Пример решения содержание вещества
|
Пример 11. Рассчитать нормальность 10% раствора едкого натра. Плотность раствора 1,115 г/см3.
|
|
|
Дано:
CNaOH = 10%
dNaOH = 1,115
|
Решение:
Грамм-эквивалент NaOH = 40 : 1 = 40 г.
В 100 г раствора содержится 10 г NaOH, что равно = 0,25 г·экв.
Объем 100 раствора равен 100 : 1,115 мл, следовательно в
100 : 1,115 мл — 0,25 г · экв NaOH » 1000 » -x » NaOH
Отсюда
х = (0,25 · 1000 · 1,115) : 100 = 2,7875 н.
|
|
С1?
|
|
Вопросы для определения содержания вещества
56. Рассчитайте нормальность следующих растворов:
а) 28% раствора едкого кали;
б) 8% раствора едкого натра;
в) 18% раствора соляной кислоты.
56. Смешано 500 мл 20%, 20 мл 0,2 н. и 300 мл 0,5 М растворов серной кислоты. Рассчитайте нормальность и молярность образовавшегося раствора.
57. Какова молярность 40% раствора едкого натра?
58. Какова нормальность 6% раствора едкого кали?
59. Какова нормальность соляной кислоты, если на нейтрализацию 20 мл ее израсходовано 40 мл 0,2 н. раствора гидроокиси кальция?
60. В каких соотношениях надо смешать 20% и 5% растворы одного и того же вещества, чтобы получился 12% раствор?
61. Какой объем 80% раствора серной Кислоты нужно взять, чтобы приготовить 2 л 2н. раствора этой кислоты? (См. Ответ)
Для получения насыщенного раствора к растворителю прибавляют растворяемое вещество в таком количестве, чтобы часть его осталась не растворенной. Насыщенными растворами приходится пользоваться сравнительно редко.
В большинстве случаев употребляют растворы ненасыщенные, т. е. с меньшей концентрацией растворенного вещества, чем в насыщенном растворе.
Не следует смешивать понятия «концентрированный» и «насыщенный». Концентрированный раствор отнюдь не обязательно должен быть насыщен.
Пример получения насыщенного раствора
Например, раствор, содержащий 20 г KNО3 на 100 г воды, является довольно концентрированным раствором, но если температура его 20°, то он еще далеко не насыщенный.
Для получения насыщенного раствора при этой температуре нужно было бы взять 31,5 г селитры на 100 г воды.
Насыщенный раствор может быть очень разбавленным, если данное вещество плохо растворимо.
В качестве примера можно указать на насыщенный раствор гипса, который при 20° содержит только 0,21 г гипса в 100 г раствора.
На измерении объемов растворов, затрачиваемых на реакцию, основан метод количественного определения веществ, получивший название объемного анализа.
Точное измерение объемов растворов производится при помощи бюреток, представляющих собой стеклянные трубки, нижний конец которых сужен и снабжен краном для выпускания жидкости или стеклянным наконечником, присоединенным к бюретке посредством резиновой трубочки с зажимом.
На трубках нанесены деления, отмечающие обычно десятые доли миллилитра. Если требуется сразу отмерить определенный объем жидкости, то пользуются пипетками.
Для объемных определений необходимо, чтобы конец взаимодействия между растворенными веществами обнаруживался каким-либо достаточно резким внешним признаком, например изменением окраски раствора.
С этой целью к исследуемому раствору обычно прибавляют небольшое количество так называемого индикатора — вещества, которое, не влияя на направление процесса, резко изменяет свою окраску в тот момент, когда избыток находящегося в растворе одного вещества заменяется ничтожным избытком другого.
Так, например, при реакции между кислотой и щелочью индикатором может служить раствор лакмуса, изменяющий свою окраску при переходе от кислой среды к щелочной и обратно.
Определение концентрации раствора выполняется следующим образом. В небольшой стаканчик при помощи пипетки отмеривают определенный объем исследуемого раствора и прибавляют к нему несколько капель раствора индикатора.
Подставив стаканчик под бюретку, понемногу выпускают из нее в стаканчик второй раствор, концентрация которого точно известна.
Прибавление раствора из бюретки производят до момента изменения окраски индикатора. Затем по делениям на бюретке устанавливают объем выпущенного раствора.
Концентрацию исследуемого раствора рассчитывают на основании соотношения между объемами затраченных на реакцию растворов.
При объемном анализе концентрацию растворов часто выражают числом граммов растворенного вещества, содержащихся в 1 мл раствора.
Выраженная таким образом концентрация называется титром раствора. Отсюда и самый метод определения концентрации, описанный выше, называется титрованием.