Российской федерации
Скачать 1.83 Mb.
|
8. РАСТВОРЫ И СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ ИХ КОНЦЕНТРАЦИИ Раствором называется однородная (гомогенная) система, состоящая из двух или более компонентов, относительные концентрации которых могут изменяться в широких пределах. Наиболее распространенными и важными для практического использования являются жидкие растворы. В случае растворов газов или твердых веществ жидкость является растворителем, а газы или твердые вещества - растворенными веществами. Отношение количества или массы растворенного вещества (или растворителя) к объему или массе раствора называется концентрацией растворенного вещества (или растворителя) в растворе. Наиболее употребительными понятиями, которые служат для выражения концентрации раствора, являются: 1. Молярная концентрация (или молярность) См - отношение имеющегося в растворе количества растворенного вещества, выраженного в молях, к объему раствора. См измеряется в моль/л. Раствор, содержащий в 1 литре n молей растворенного вещества, называется n-молярным и обозначается как nМ раствор (например, 3М раствор KCl). 2. Эквивалентная (или нормальная) концентрация Сн - отношение числа эквивалентов растворенного вещества к объему раствора. Раствор, в 1 литре которого имеется n эквивалентов растворенного вещества, называется n-нормальным (например, запись 3н. раствор NaCl означает, что CH(NaCl) = 2 моль/л). 3. Моляльная концентрация (или моляльностъ) m — отношение числа молей растворенного вещества к массе растворителя, измеряется в моль/кг. Запись  2 моль/кг означает, что в 1 кг Н2О растворено 2 моля NaCl.4. Массовая концентрация - отношение массы растворенного вещества (или растворителя) к объему раствора, измеряется в кг/м3, г/см3, г/л и т. 5. Молярная, массовая или объемная доли - отношение числа молей компонента раствора, его массы или объема к общему числу молей, к общей массе или к общему объему раствора, соответственно. Единицами измерения являются либо доли единицы, либо проценты, а также промилле (тысячная часть %) и миллионные и миллиардные доли(ppm и ppb, t. e. 1 часть на миллион или миллиард. Многие физические свойства жидкого раствора отличаются от таковых для растворителя. К числу таких свойств относится и плотность. С ростом массовой доли растворенного вещества плотность получаемого раствора увеличивается. Для одного и того же растворителя величина относительного увеличения плотности зависит от природы растворенного вещества. Данные о плотности наиболее распространенных растворов солей, кислот и оснований при комнатной температуре имеются в справочной литературе по химии. Если в качестве реагентов выступают растворы, закон эквивалентов сводится к соотношению Cн1V1= Cн2V2, в котором Сн1 и Сн2 - эквивалентные концентрации (нормальности), а V1 и V2 - объемы растворов веществ, принимающих участие в реакции. На основе закона эквивалентов можно определять эквивалентную концентрацию одного из участвующих в реакции веществ, если известна названная характеристика другого реагента. Пример 8.1. Найти массовую долю азотной кислоты в растворе, в 1 л которого содержится 224 г HNO3 (ρ=1,12 г/мл). Решение: Массовая доля растворенного вещества равна отношению его массы к общей массе раствора. Масса кислоты Мк известна, остается найти массу раствора Мр. Она равна произведению плотности раствора на его объем:  Следовательно,  .Ответ: Массовая доля азотной кислоты в растворе =20%. Пример 8.2. Какой объем воды надо прибавить к 100 мл 20%-ного (по массе) раствора H2SO4 (ρ = 1,14 г/мл), чтобы получить 5 %-ный раствор? Решение: Масса H2SO4 в обоих растворах одна и та же, различается лишь масса воды. Найдем массу кислоты. Она составляет 20 % от массы раствора Мp: Мк= 0,2Мр = 0,2ρV =0,2*1,14г/мл*100мл=22.8 г. Масса воды в этом растворе равна: 0,8Мр = 0,2*1,14г/мл*100мл =91,2 г. Теперь определим массу 5 %-ного раствора. Для этого составим пропорцию: 22,8 г составляют 5 % массы раствора х г составляют 100% массы раствора Откуда:  .Вычтя из этой величины массу кислоты (22,8 г) и массу воды в концентрированном растворе (91,2 г), находим массу воды Δm, которую необходимо прибавить к концентрированному раствору: Δm = 456 г - 22.8 г - 91. 2 г = 342 г. Откуда дополнительный объем воды  ,где ρв – плотность воды. Ответ: Дополнительный объем воды - 342 мл. Пример 8.3. Какой объем 0,1 М раствора Н3РО4 можно приготовить из 75 мл 0,75 н. раствора? Решение: Определим сначала молярную концентрацию 0,75 н. раствора кислоты. В основе определения нормальной концентрации лежит количество эквивалентов растворенного вещества, которое равно отношению его массы к эквивалентной массе. Поскольку мы имеем дело с трехосновной кислотой, то ее эквивалентная масса в 3 раза меньше молярной массы. Это означает, что нормальная концентрация численно в 3 раза выше молярной. Cледовательно:  .Чтобы из 0,25 М раствора получить 0,1 М раствор, надо объем увеличить в  .Таким образом, искомый объем будет равен: 75 мл*2,5 = 187,5 мл. Ответ: Объем 0,1 М раствора равен 187,5 мл. Пример 8.4. В какой массе воды нужно растворить 25 г CuSO4*5H2O, чтобы получить 8 %-ный (по массе) раствор CuSO4? Решение: Найдем массу сухого сульфата и кристаллизационной воды в пятиводном сульфате меди. Мольная масса кристаллогидрата равна 249,7 г/моль, мольная масса безводного сульфата равна 159,6 г/моль. Для нахождения массы безводного сульфата меди в кристаллогидрате составим пропорцию: 25 г CuSO4*5H2O отвечают мольной массе 249,7 г/моль, х г CuSO4 отвечают мольной массе 159,6 г/моль Откуда:  Тогда масса воды в кристаллогидрате будет равна: 25 г- 15,98 г = 9,02 г. Масса воды в 8 %-ном (по массе) растворе CuSO4 может быть найдена из пропорции: 8 % соответствуют 15,98 г 92% соответствуют х г Откуда:  .Но в кристаллогидрате уже есть 9,02 г воды, следовательно, нужно взять (183,77 г – 9,02 г) = 174,75 г воды для приготовления нужного раствора. Ответ: Требуемая масса воды 174,75 г. Задачи 8.1. Сколько граммов Na2SO3 потребуется для приготовления 5 литров 8%-ного (по массе) раствора (ρ = 1,075 г/мл)? 8.2. 1 мл 25%-ного (по массе) раствора содержит 0,458 г растворенного вещества. Какова плотность этого раствора? 8.3. Из 400 г 50%-ного (по массе) раствора H2SO4 выпариванием удалили 100 г воды. Чему равна массовая доля H2SO4 в оставшемся растворе? 8.4. Определить массовую долю вещества в растворе, полученном смещением 300 г 25% -ного и 400 г 40 % -ного (по массе) растворов этого вещества. 8.5. Определить массовую долю CuSO4 в растворе, полученном при растворении 50 г медного купороса CuSO4*5H2O в 450 г воды. 8.6. Сколько граммов Na2SO4*10H2O надо растворить в 800 г воды, чтобы получить 10 % -ный (по массе) раствор Na2SO4? 8.7. Найти массу NaNO3, необходимую для приготовления 300 мл 0,2 М раствора. 8.8. Сколько граммов Na2CO3 содержится в 500 мл 0,25 н. раствора? 8.9. В каком объеме 0,1 н. раствора содержится 8 г CuSO4?
8.11. В 1 кг воды растворено 666 г КОН; плотность раствора равна 1,395 г/мл. Найти 1) массовую долю КОН; 2) молярность; 3) моляльность; 4) мольные доли щелочи и воды. 8.12. Плотность 15 %-ного (по массе) раствора H2SO4 равна 1,105 г/мл. Вычислить: 1) нормальность; 2) молярность; 3) моляльность раствора. 8.13. Имеется раствор, в 1 л которого содержится 18,9 г HNO3, и раствор, содержащий в 1л 3,2 г NaOH. В каком объемном отношении нужно смешать эти растворы для получения раствора, имеющего нейтральную реакцию? 8.14. Какой объем 0,2 н. раствора щелочи потребуется для осаждения в виде Fe(OH)3 всего железа, содержащегося в 100 мл 0,5 н. раствора FeCl3? 8.15. Для нейтрализации 20 мл 0,1 н. раствора кислоты потребовалось 8 мл раствора NaOH. Сколько граммов NaOH содержит 1 л этого раствора? 8.16. На нейтрализацию 40 мл раствора щелочи израсходовано 25 мл 0,5 н. раствора H2SO4. Какова нормальность раствора щелочи? Какой объем 0,5 н. раствора НС1 потребовался бы для этой же цели? 8.17. Для полного осаждения BaSO4 из 100 г 15 % -ного (по массе) раствора ВаС12 потребовалось 14,4 мл H2SO4. Найти нормальность раствора H2SO4. 8.18. 300 г раствора НС1 нейтрализованы раствором гидроксида натрия. Раствор образовавшегося хлорида натрия выпарен, масса сухой соли оказалась равной 117 г. Определить массовую долю (в %) НС1 в растворе. 8.19. Определить молярную и эквивалентную концентрацию 40 % -ного раствора азотной кислоты (ρ = 1250 кг/м3). 8.20. Определить эквивалентную концентрацию раствора азотной кислоты, если 500 мл его полностью нейтрализуют раствор, содержащий 4 г КОН? 8.21. Как приготовить столовый уксус концентрацией 9% из уксусной эссенции (80%-ный раствор уксусной кислоты)? 8.22. При упаривании 600 г 15%-ного раствора выделилось 200 мл воды. Определить концентрацию оставшегося раствора. 8.23. Как приготовить 40%-ный раствор из имеющихся 10%-ного и 80%-ного растворов. 8.24. Смешали 210 г 15%-ного и 40 г 85%-ного растворов, Определить концентрацию образовавшегося раствора. 8.25. К 80 мл 30%-ного раствора йодистого калия добавили 300 мл воды. Определить концентрацию образовавшегося раствора. 9. РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ Твердые вещества, с точки зрения проводимости электрического тока их водными растворами, делятся на электролиты и неэлектролиты. Растворы электролитов проводят электрический ток, а растворы неэлектролитов - нет. К электролитам относятся химические соединения с ионной или с сильнополярной ковалентной связью - кислоты, щелочи, соли. Важно отметить, что в твердом состоянии электролиты электрического тока не проводят, плохо проводит электрический ток и вода. Поэтому тот факт, что водные растворы электролитов электропроводны, означает, что при образовании растворов с электролитами происходят какие-то изменения, обусловливающие возникновение электрической проводимости. Эти изменения сводятся к тому, что при растворении в воде электролиты распадаются (диссоциируют) на ионы: положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы. В растворе электролита ионы движутся хаотически, а при пропускании постоянного электрического тока через раствор катионы движутся к катоду, а анионы - к аноду. Электролиты в растворах обычно не полностью диссоциируют на ионы, часть их существует в растворе в молекулярной форме. Отношение числа молекул электролита, распавшихся в данном растворе на ионы, к общему числу его молекул в растворе называется степенью электролитической диссоциации. Математически это выражается соотношением:  .Если = 0, это означает, что вещество в растворе не диссоциирует на ионы. Если же для какого-то вещества = 1, то в растворе все его молекулы диссоциируют на ионы. В зависимости от величины электролиты делятся на сильные ( > 0,3), средние (0,03 < < 0,3) и слабые (0 < < 0,03). Отличие от 1 отчасти объясняется тем, что процесс электролитической диссоциации обратим, в особенности это справедливо для слабых электролитов: Р диссоциация КА КА+ + А_ электролит моляризация катион анион авновесие, которое устанавливается в растворе слабого электролита, характеризуют константой диссоциации. Например, для диссоциации соляной кислоты НС1 Н+ + С1- константа диссоциации:  .Величина K характеризует способность данного электролита диссоциировать на ионы: чем больше К, тем легче электролит распадается в растворе на ионы. Константа и степень диссоциации связаны друг с другом следующим соотношением (закон разбавления Оствальда):  ,где См — молярная концентрация электролита в растворе. Если К<< 1 , выражение в знаменателе дроби приблизительно равно 1, тогда выражение закона разбавления Оствальда приобретает более простой вид: K = 2CM. Последнее соотношение позволяет сделать вывод, что при разбавлении раствора водой (т. е. уменьшении См) степень диссоциации электролита увеличивается. Многоосновные кислоты и многокислотные основания диссоциируют ступенчато с отщеплением по одному иону H+ или по одной ОН- -группе, соответственно, в каждой ступени диссоциации. Вода относится к очень слабым электролитам. Она диссоциирует на ионы водорода и гидроксид-ионы: Н2О Н+ + ОН-. Константа диссоциации воды:  .Поскольку K очень мало, то концентрацию недиссоциированной воды в знаменателе этого выражения можно считать равной ее общей концентрации и тогда произведение [Н+]*[ОН-] тоже будет постоянной величиной, которая получила название ионного произведения воды. В чистой воде при комнатной температуре концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов одинаковы и равны 10-7 моль/л. Это значит, что [Н+]*[ОН-] = 10-14. Вместо концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов на практике чаще пользуются так называемыми водородным и гидроксильным показателями: pH = -lg[H+]; pOH = -lg[OH-]. Прологарифмировав выражение [Н+]*[OH-] = 10-14, получаем, что при 25 0С рН + рОН= 14. В нейтральных растворах рН = 7, в кислых - рН < 7, в щелочных - рН > 7. |
Похожие:
 | Й федерации», «Статутами орденов Российской Федерации, положениями о знаках отличия Российской Федерации, медалях Российской Федерации,... |  | О праве граждан Российской Федерации на свободу передвижения, выбор места пребывания и жительства в пределах Российской Федерации... |
| Прокуратура Российской Федерации единая федеральная централизованная система органов, осуществляющих от имени Российской Федерации... | | Прокуратура Российской Федерации единая федеральная централизованная система органов, осуществляющих от имени Российской Федерации... |
| Закона Российской Федерации о поправке к Конституции Российской Федерации "о верховном Суде Российской Федерации и прокуратуре Российской... | | Указа Президента Российской Федерации от 13 марта 1997 г. N 232 "Об основном документе, удостоверяющем личность гражданина Российской... |
| Российской Федерации и (или) находящимися в их ведении бюджетными учреждениями, а также Центральным банком Российской Федерации бюджетных... | | Российской Федерации и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации и пунктом 53(52). 3 Положения о... |
| Российской Федерации и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации и пунктом 53(52). 3 Положения о... | | Указа Президента Российской Федерации от 13 марта 1997 г. N 232 "Об основном документе, удостоверяющем личность гражданина Российской... |