Молярная концентрация определение кратко

Обновлено: 03.07.2024

Массовая доля в химии — что это за параметр

Массовой долей компонента называется отношение его массы к массе смеси.

Другими словами, массовая доля части в целом расценивается как ее отношение к сумме масс всех, составляющих эту смесь, компонентов.

Для обозначения данного параметра введен символ ω (омега). ω может иметь процентное выражение либо измерятся в долях единицы.

Любая смесь (жидкая, твердая, газообразная) состоит из компонентов, сумма масс которых равна массе смеси. Их количество в единице объема конечного вещества различно. При приготовлении составов используются установленные рецептуры с соотношением компонентов. В смесях природного происхождения состав зависит от условий внешней среды.

Например, атмосферный воздух населенного пункта, имеющего производственный комбинат, будет различным по составу над жилой зоной и в радиусе выбросов в атмосферу производственных газов. Каждый из этих газов составляет в выбросах определенный процент. Зная его, а также общую массу выбросов, можно определить массу каждого компонента воздушной смеси и сравнить ее с аналогичными параметрами воздушных масс над жилой зоной.

На таком же принципе основаны экологические исследования состава вод открытых водоемов, сплавов, концентратов в пищевой промышленности, фармацевтических препаратов и т.д.

Умение определять массовую долю важно, например, если нужно рассчитать, сколько бензина можно получить из нефти определенной массы или какое количество каждого компонента взять для приготовления синтетических материалов.

От массовых долей компонентов раствора зависит его плотность, что очень важно в химическом производстве. Плотность вещества рассчитывают на основании формулы:

m вещества = ρ вещества × V вещества

Исходя из этой формулы, если плотность воды 1 г/мл, то 1 мл воды будет иметь массу 1 г.

Вычисление массовой доли элемента в веществе

Чтобы определить массовую долю вещества в смеси, следует высчитать соотношение его массы к массе всей смеси. Математически это выражение записывается так:

ω вещества = m вещества ÷ m смеси

Такой метод можно применить и для определения массовой доли элемента в каком-либо веществе. Формула аналогична:

ω элемента = M элемента ÷ M вещества

Например, перед исследователем стоит задача определить массовую долю водорода в этиловом спирте. На первом этапе, исходя из формулы этанола, нужно рассчитать его молярную (относительную молекулярную) массу:

Затем, зная, что относительная атомная масса шести атомов водорода равна 6, составляется выражение:

Полученный результат является безразмерным, но может быть выражен в процентах. Для этого цифра умножается на 100%, и получается 13%.

Трактовка результата задачи следующая: в каждом грамме этилового спирта содержится 0,13 г водорода. Соответственно, с увеличением массы спирта увеличивается и масса содержащегося в нем водорода. Например, в 10 г этанола содержится 1,3 г водорода.

Молярная (относительная молекулярная) масса спирта рассчитывалась путем суммирования атомных масс каждого элемента в зависимости от количества атомов, входящих в молекулу С 2 Н 6 О .

В случае двухкомпонентного раствора его масса будет равна сумме масс растворителя и растворенного вещества. Растворителем при этом часто выступает вода.

Формула молярной концентрации, единица измерения

Если в 1 литре раствора содержится известное количество молей одного из компонентов, то всегда можно рассчитать молярность такого раствора. Молярность, или молярная концентрация, измеряется в м о л ь / д м 3 или м о л ь / л . Также единицы измерения иногда обозначаются как М .

К примеру, для раствора серной кислоты, содержащего в одном литре 2 м о л ь Н 2 S O 4 , молярная концентрация может быть обозначена как 2 М Н 2 S O 4 .

Под молярной концентрацией понимают количество вещества в единице объема раствора

В формуле С М обозначена молярная концентрация вещества или молярность, n — количество вещества, V — объем всего раствора. Получаемая в результате расчетов величина измеряется в м о л ь / л .

Можно выразить молярную концентрацию через массу и объем. Зная, что n = m / M , получаем нужную формулу:

Используя формулу молярной концентрации, можно проводить различные расчеты.

Определить молярную концентрацию раствора глицерина, если известно, что его плотность равна 1 , 1 г / м л .

Решение. Известно, что массовая доля глицерина в растворе с такой плотностью равна 40,36%.

Таким образом, молярная концентрация раствора глицерина с плотностью 1 , 1 г / м л равна 4 , 82 м о л ь / л .

Какова молярность воды при температуре 25°C?

Решение. Литр воды, имеющей температуру 25°C, характеризуется плотностью 0 , 99707 г / м л .

На первом этапе определяем массу и количество воды. На втором — искомую молярную концентрацию воды.

Ответ: молярная концентрация воды с температурой 25°C составляет 55 , 3458 м о л ь / л .

Как перевести одну концентрацию в другую

Концентрация раствора — это количество вещества, содержащееся в единице объема (массы раствора).

В жизни человека окружает много растворов. Они представляют собой однородные устойчивые смеси, состоящие из нескольких компонентов.

Растворы бывают жидкими, твердыми и газообразными.

Состав растворов можно описать с помощью качественных и количественных характеристик. Качественные характеристики состава раствора:

насыщенный (раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется);
ненасыщенный (раствор, в котором при данной температуре еще может раствориться дополнительное количество данного вещества);
пересыщенный (раствор, содержащий больше растворенного вещества, чем его может растворится при данной температуре, однако образование осадка в нем еще не началось, неустойчив).

Количественными характеристиками являются молярность, нормальность, массовая доля, моляльность, а также титр и мольная доля.

Часто на практике стоит задача перевода одной величины, выражающей состав раствора, в другую. Рассмотрим способ перевода массовой доли в молярную и нормальную концентрацию, а также рассчитаем моляльность, молярность и титр раствора.

Теперь найдем молярность и нормальность раствора:

В заключение найдем моляльность и титр раствора.

На практике, чтобы определить искомые величины, часто пользуются таблицей перевода одной концентрации в другую. Выглядит она следующим образом:

Когда решается задача пересчета массовой доли (или процентной концентрации вещества) в молярную концентрацию, нужно иметь в виду, что массовая доля определяется на основе массы раствора. В то же время для вычисления молярной концентрации, помимо массы, необходимо знать объем или плотность раствора.

В химии существуют общие формулы перевода концентраций. Так, используя вышеприведенные обозначения, формула перевода массовой доли в молярную или нормальную концентрацию имеет следующий вид:

Концентрация раствора может выражаться как в безразмерных единицах (долях, процентах), так и в размерных величинах (массовых долях, молярности, титрах, мольных долях).

Концентрация – это количественный состав растворенного вещества (в конкретных единицах) в единице объема или массы. Обозначили растворенное вещество - Х, а растворитель - S. Чаще всего использую понятие молярности (молярная концентрация) и мольной доли.

Способы выражения концентрации растворов.

1. Массовая доля (или процентная концентрация вещества) – это отношение массы растворенного вещества m к общей массе раствора. Для бинарного раствора, состоящего из растворённого вещества и растворителя:

ω – массовая доля растворенного вещества;

m_в-ва – масса растворённого вещества;

Массовую долю выражают в долях от единицы или в процентах.

2. Молярная концентрация или молярность – это количество молей растворённого вещества в одном литре раствора V:

C – молярная концентрация растворённого вещества, моль/л (возможно также обозначение М, например, 0,2 М HCl);

n – количество растворенного вещества, моль;

V – объём раствора, л.

Раствор называют молярным или одномолярным, если в 1 литре раствора растворено 1 моль вещества, децимолярным – растворено 0,1 моля вещества, сантимолярным – растворено 0,01 моля вещества, миллимолярным – растворено 0,001 моля вещества.

3. Моляльная концентрация (моляльность) раствора С(x) показывает количество молей n растворенного вещества в 1 кг растворителя m:

С (x) – моляльность, моль/кг;

n – количество растворенного вещества, моль;

4. Титр – содержание вещества в граммах в 1 мл раствора:

T – титр растворённого вещества, г/мл;

m_в-ва – масса растворенного вещества, г;

5. Мольная доля растворённого вещества – безразмерная величина, равная отношению количества растворенного вещества n к общему количеству веществ в растворе:

N – мольная доля растворённого вещества;

n – количество растворённого вещества, моль;

n_р-ля – количество вещества растворителя, моль.

Сумма мольных долей должна равняться 1:

Иногда при решении задач необходимо переходить от одних единиц выражения к другим:

ω(X) - массовая доля растворенного вещества, в %;

М(Х) – молярная масса растворенного вещества;

ρ= m/(1000V) – плотность раствора. 6. Нормальная концентрация растворов (нормальность или молярная концентрация эквивалента) – число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора.

Грамм-эквивалент вещества – количество граммов вещества, численно равное его эквиваленту.

Эквивалент – это условная единица, равноценная одному иону водорода в кислотоно-основных реакциях или одному электрону в окислительно – восстановительных реакциях.

Для записи концентрации таких растворов используют сокращения н или N. Например, раствор, содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.

С_Н – нормальная концентрация, моль-экв/л;

z – число эквивалентности;

Растворимость вещества S - максимальная масса вещества, которая может раствориться в 100 г растворителя:

Коэффициент растворимости – отношение массы вещества, образующего насыщенный раствор при конкретной температуре, к массе растворителя:

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.

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:

Формула для вычисления молярной концентрации (молярности):

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.

Пользуясь правилом аддитивности объемов, найдем окончательный объем раствора:

Число молей растворенного сульфата аммония равно:

Завершающий шаг! Молярность раствора равна:

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:

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.

Число молей уксусной кислоты в 5 г равно:

Масса 1 л этанола равна:

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 = c 1 V 1 = c 2 V 2

где с 1 и V 1 — молярная концентрация и объем раствора до разбавления, с 2 и V 2 — 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.

В условие задача указаны значения с 1 , V 1 и V 2 , поэтому пользуясь формулой разбавления растворов, выразим молярную концентрацию полученного раствора с 2

с 2 = c 1 V 1 / V 2 = (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: V 2 = 300 мл

Существует множество способов измерить концентрацию раствора. Это так называемые способы выражения концентрации раствора.

Концентрация раствора — это количество вещества, находящегося в единице объема или массы раствора.

Что такое раствор

Среди окружающих нас веществ, лишь немногие представляют собой чистые вещества. Большинство являются смесями, состоящими из нескольких компонентов, которые могут находиться в одном или различных фазовых состояниях.

Смеси, имеющие однородный состав являются гомогенными, неоднородный состав – гетерогенными.

Иначе, гомогенные смеси, называют растворами, в которых одно вещество полностью растворяется в другом (растворителе). Растворитель – это тот компонент раствора, который при образовании раствора сохраняет свое фазовое состояние. Он обычно находится в наибольшем количестве.

Существуют растворы газовые, жидкие и твердые. Но более всего распространены жидкие растворы, поэтому, в данном разделе, именно на них мы сосредоточим свое внимание.

Концентрацию раствора можно охарактеризовать как:

Качественная концентрация характеризуется такими понятиями, как разбавленный и концентрированный раствор.
С этой точки зрения растворы можно классифицировать на:

Насыщенные – растворы с максимально возможным количеством растворенного вещества. Количество растворяемого вещества, необходимое для получения насыщенного раствора определяет растворимость этого вещества.
Ненасыщенные – любые растворы, которые все еще могут растворять введенное вещество.
Пересыщенные – растворы, в которых растворено больше вещества, чем максимально возможное. Такие растворы очень нестабильны и в определенных условиях растворенное вещество будет выкристаллизовываться из него, до тех пор, пока не образуется насыщенный раствор.

Количественная концентрация выражается через молярную, нормальную (молярную концентрацию эквивалента), процентную, моляльную концентрации, титр и мольную долю.

Способы выражения концентрации растворов

Молярная концентрация растворов (молярность)

Наиболее распространенный способ выражения концентрации растворов – молярная концентрация или молярность. Она определяется как количество молей n растворенного вещества в одном литре раствора V. Единица измерения молярной концентрации моль/л или моль ·л -1 :

Раствор называют молярным или одномолярным, если в 1 литре раствора растворено 1 моль вещества, децимолярным – растворено 0,1 моля вещества, сантимолярным — растворено 0,01 моля вещества, миллимолярным — растворено 0,001 моля вещества.

Вместо обозначения единицы измерения — моль/л, возможно такое ее обозначение – М, например, 0,2 М HCl.

Молярная концентрация эквивалента или нормальная концентрация растворов (нормальность).

Понятие эквивалентности мы уже вводили. Напомним, что эквивалент – это условная частица, которая равноценна по химическому действию одному иону водорода в кислотоно-основных реакциях или одному электрону в окислительно – восстановительных реакциях.

Например, эквивалент KMnO₄ в окислительно – восстановительной реакции в кислой среде равен 1/5 (KMnO₄).

Еще одно необходимое понятие — фактор эквивалентности – это число, обозначающее, какая доля условной частицы реагирует с 1 ионом водорода в данной кислотоно-основной реакции или с одним электроном в данной окислительно – восстановительной реакции.

Он может быть равен 1 или быть меньше 1. Фактор эквивалентности, например, для KMnO₄ в окислительно – восстановительной реакции в кислой среде составляет f_экв(KMnO₄) = 1/5.

Следующее понятие – молярная масса эквивалента вещества х. Это масса 1 моля эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества х:

Молярная концентрация эквивалента (нормальность) определяется числом молярных масс эквивалентов на 1 литр раствора.

Эквивалент определяется в соответствии с типом рассматриваемой реакции. Единица измерения нормальной концентрации такая же как и у молярной концентрации — моль/л или моль·л -1

Процентная концентрация раствора или массовая доля

Массовая концентрация показывает сколько единиц массы растворенного вещества содержится в 100 единицах массы раствора.

Это отношение массы m(х) вещества x к общей массе m раствора или смеси веществ:

Массовую долю выражают в долях от единицы или процентах.

Моляльная концентрация раствора

Моляльная концентрация раствора b(x) показывает количество молей n растворенного вещества х в 1 кг. растворителя m. Единица измерения моляльной концентрации — моль/кг :

Титр раствора

Титр раствора показывает массу растворенного вещества х, содержащуюся в 1 мл. раствора. Единица измерения титра — г/мл:

Мольная или молярная доля

Мольная или молярная доля α(х) вещества х в растворе равна отношению количества данного вещества n(х) к общему количеству всех веществ, содержащихся в растворе Σn:

Между приведенными способами выражения концентраций существует взаимосвязь, которая позволяет, зная одну единицу измерения концентрации найти (пересчитать) ее в другие единицы. Существуют формулы, позволяющие провести такой пересчет, которые, в случае необходимости, вы сможете найти в сети. В разделе задач показано, как произвести такой пересчет, не зная формул.

Пример перевода процентной концентрации в молярную, нормальную концентрацию, моляльность, титр

Дан раствор объемом 2 л с массовой долей FeSO₄ 2% и плотностью 1029 кг/м 3 . Определить молярность, нормальность, моляльность и титр этого раствора раствора.

Решение.

1. Рассчитать молярную массу FeSO₄:

M (FeSO₄) = 56+32+16·4 = 152 г/моль

2. Рассчитать молярную массу эквивалента:

М_э = f_экв· М(FeSO₄) = 1/2·152 = 76 г/моль

3. Найдем m раствора объемом 2 л

m = V·ρ = 2·10 -3 ·1029 = 2,06 кг

4. Найдем массу 2 % раствора по формуле:

m(FeSO₄) = 0,02·2,06 = 0,0412 кг = 41,2 г

5. Найдем молярность, которая определяется как количество молей растворенного вещества в одном литре раствора:

n = m/М

n = 41,2/152 = 0,27 моль

С_м = n/V

С_м = 0,27/2 = 0,135 моль/л

6. Найдем нормальность:

n_э = 41,2/76 = 0,54 моль

С_н = 0,54/2 = 0,27 моль/л

7. Найдем моляльность раствора. Моляльная концентрация равна:

b (x) = n(x)/m

Масса растворителя, т.е. воды в растворе равна:

m_H2O = 2,06-0,0412 = 2,02 кг

b (FeSO₄) = n(FeSO₄)/m = 0,27/2,02 = 0,13 моль/кг

8. Найдем титр раствора, который показывает какая масса вещества содержится в 1 мл раствора:

Читайте также: