Способы выражения концентрации растворов в химии кратко

Обновлено: 07.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Растворы. Способы выражения концентрации растворов

Важной характеристикой раствора является концентрация.

Концентрация – это величина, измеряемая количеством растворенного вещества, содержащегося в определенной массе или объеме раствора или растворителя.

Наиболее часто применяемые способы выражения концентрации: массовая доля , молярная концентрация , молярная концентрация эквивалента , моляльность , молярная доля , объемная доля , титр .

Массовую долю w( X ) выражают в долях единицы, процентах (%), промилле (тысячная часть процента) и в миллионных долях (млн –1 ) . Массовую долю рассчитывают по формулам:

где m ( X ) – масса растворенного вещества Х, кг (г);

m _р-ра – масса раствора, кг (г).

Например: дан 0.85% раствор хлорида натрия. Это означает, что в 100 г раствора содержится 0.85 г NaCl .

Молярную концентрацию с(Х) выражают в моль/л. Молярную концентрацию находят по формуле:

где n( X ) – количество растворенного вещества, моль;

M ( X ) – молярная масса растворенного вещества, кг/моль, или г/моль;

m ( X ) – масса растворенного вещества, соответственно, кг или г;

V _р-ра – объем раствора, л.

Например: дан 0.2 М раствор BaCl ₂ . Это означает, что в 1 л (1000 мл) раствора содержится 0.2 моль BaCl ₂ и масса хлорида бария m ( BaCl ₂ ) = с· M · V = 0.2 моль/л·208 г/моль·1 л = 41.6 г.

Моляльность с _m ( X ) или b ( X ) выражают в единицах моль/кг. Рассчитываем моляльность по формуле:

где m (р-ль) – масса растворителя, кг.

Моляльность показывает, сколько моль растворенного вещества Х приходится на 1 кг растворителя.

В химии широко используют понятие эквивалента и фактора эквивалентности.

Эквивалентом называют реальную или условную частицу вещества Х, которая в данной обменной реакции обменивает один однозарядный ион или в данной окислительно–восстановительной реакции переносит один электрон.

Фактор эквивалентности f _экв (Х) – число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества Х эквивалентна одному иону водорода в данной кислотно–основной реакции или одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции.

Фактор эквивалентности рассчитывают на основе стехиометрии данной реакции из равенства:

где z – основность кислоты или кислотность основания данной кислотно-основной реакции, или число электронов, присоединяемых или теряемых частицей в данной окислительно-восстановительной реакции.

Фактор эквивалентности зависит от реакции, в которой участвует данное вещество; так для фосфорной кислоты в реакциях:

Для перманганата калия в реакциях:

MnO ₄ - + 8 H + + 5ē → M n 2+ + 4 H ₂ O ; f _экв = 1/5.

MnO ₄ - + 2 H ₂ O + 3ē → M n o ₂ + 4 OH - ; f _экв = 1/3.

Для иодид-иона и иода в реакции:

2I - - 2ē → I ₂ 0 ; f _экв (I - ) = 1/1; f _экв (I ₂ ) = 1/2.

Молярной массой эквивалента вещества Х (масса одного моль эквивалента вещества) называют величину, измеряемую произведением фактора эквивалентности на молярную массу вещества Х.

где М( f _экв (Х)) – молярная масса эквивалента.

Единица измерения молярной массы эквивалента – г/моль.

Соответственно для растворов используют понятие молярной концентрации эквивалента (нормальная концентрация).

Молярную концентрацию эквивалента (нормальность) с( f _экв (Х)) рассчитывают по формуле:

где n ( f _экв (Х)) – количество вещества эквивалента, моль;

V _р-ра – объем раствора, л;

M ( f _экв (Х)) – молярная масса эквивалента.

Молярную концентрацию эквивалента (нормальную концентрацию) обозначают c ( f _экв (Х)). Единицы ее измерения – моль/м 3 , моль/дм 3 , моль/л. В медицине чаще используют единицу моль/л. Форма записи, например,
с KMnO ₄ ( 1 / ₅ ) = 0.1 моль/л или 0.1 н. KMnO ₄ . Это означает, что в 1 л раствора содержится 0.1 моль эквивалента перманганата калия.

Молярная концентрация эквивалента (нормальность) связана с молярной концентрацией (молярностью) следующим выражением:

Молярную долю x ( X _i ) выражают в долях единицы или в процентах. Молярную долю рассчитывают по формуле:

где n ( X _i )– количество вещества данного компонента, моль;

– суммарное количество всех компонентов раствора, моль.

Объемную долю φ(Х) выражают в долях единицы или в процентах, ее рассчитывают по формуле

где V (Х)– объем данного компонента Х, л;

V _р-ра – общий объем раствора, л.

Титр раствора обозначают T ( X ) , единица измерения – г/см 3 , г/мл. Титр раствора можно рассчитать по формуле:

где m (Х) – масса вещества, обычно г;

V _р-ра – объем раствора, мл.

Титр показывает, какая масса вещества содержится в 1 мл его раствора.

В клинической практике нередко выражают концентрацию ионов в миллиграмм–процентах (мг %). Это масса вещества, выраженная в миллиграммах на 100 мл раствора.

Формулы перехода от одних способов выражения концентрации к другим см. прил., табл. №2.

В 180 г воды растворили H ₃ PO ₄ массой 9.8 г. Определите молярную долю (Х) и моляльную концентрацию (С _m ) ортофосфорной кислоты.

n ( H ₂ O ) = = 10 моль;

Ответ: Х ( H ₃ PO ₄ ) = 0.0099; С _m ( H ₃ PO ₄ ) = 0.0566 моль/кг.

Массовая доля хлорида натрия в физиологическом растворе 0.9% (ρ = 1 г/мл). Вычислите: а) молярную концентрацию и титр NaCl в этом растворе; б) массу соли, веденной в организм при вливании 500 мл данного раствора.

с ( X ) = ; T = ; Т = ;

с ( NaCl ) = = 0.154 моль/л;

Т ( NaCl ) = = 0.00900 г/мл;

m ( NaCl ) = 0.00900 г/мл · 500 мл = 4.5 г.

Ответ: с ( NaCl ) = 0.154 моль/л; Т ( NaCl ) = 0.00900 г/мл.

Сколько мл 80% раствора CH ₃ COOH (ρ = 1.070 г/см 3 ) необходимо для приготовления 500 мл 0.1 М раствора?

Найдем, сколько граммов уксусной кислоты содержится в 500 мл раствора:

Определим, в какой массе 80% раствора уксусной кислоты содержится 3.0 г CH ₃ COOH :

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:

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:

Существуют различные способы выражения состава раствора. Наиболее часто используют массовую долю растворённого вещества, молярную и нормальную концентрацию.

Массовая доля растворённого вещества (ω)

Массовая доля растворённого вещества ω_B – это безразмерная величина, равная отношению массы растворённого вещества к общей массе раствора m:

Массовую долю растворённого вещества ω_B обычно выражают в долях единицы или в процентах.

Например, массовая доля растворённого вещества – CaCl₂ в воде равна 0,06 или 6%. Это означает, что в растворе хлорида кальция массой 100 г содержится хлорид кальция массой 6 г и вода массой 94 г.

Сколько грамм сульфата натрия и воды нужно для приготовления 300 г 5% раствора?

где ω (Na₂SO₄) – массовая доля в %,

m – масса раствора в г

m (H₂O) = 300 г – 15 г = 285 г.

Таким образом, для приготовления 300 г 5% раствора сульфата натрия надо взять 15 г Na₂SO₄ и 285 г воды.

Молярная концентрация (c)

Молярная концентрация c_B показывает, сколько моль растворённого вещества содержится в 1 литре раствора:

где М_B – молярная масса растворенного вещества, г/моль.

Какую массу хромата калия K₂CrO₄ нужно взять для приготовления 1,2 л 0,1 М раствора?

Таким образом, для приготовления 1,2 л 0,1 М раствора нужно взять 23,3 г K₂CrO₄ и растворить в воде, а объём довести до 1,2 литра.

Концентрацию раствора можно выразить количеством молей растворённого вещества в 1000 г растворителя. Такое выражение концентрации называют моляльностью раствора.

Нормальность раствора

Нормальность раствора (нормальная концентрация, молярная концентрация эквивалента) обозначает число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора или число миллиграмм-эквивалентов в одном миллилитре раствора. Грамм-эквивалентом вещества называется количество граммов вещества, численно равное его эквиваленту. Для сложных веществ – это количество вещества, соответствующее прямо или косвенно при химических превращениях 1 грамму водорода или 8 граммам кислорода.

Э_{основания} = М_{основания} / число замещаемых в реакции гидроксильных групп;

Э_{кислоты} = М_{кислоты} / число замещаемых в реакции атомов водорода;

Э_соли = М_соли / произведение числа катионов на его заряд.

Вычислите значение грамм-эквивалента (г-экв) серной кислоты, гидроксида кальция и сульфата алюминия.

Э (Ca(OH)₂) = М (Ca(OH)₂) / 2 = 74 / 2 = 37 г

Рассчитайте молярность и нормальность 70%-ного раствора H₂SO₄ (ρ = 1,615 г/мл).

Для вычисления молярности и нормальности надо знать число граммов H₂SO₄ в 1 л раствора. 70% -ный раствор H₂SO₄ содержит 70 г H₂SO₄ в 100 г раствора. Это весовое количество раствора занимает объём:

V = 100 / 1,615 = 61,92 мл

Следовательно, в 1 л раствора содержится 70 × 1000 / 61,92 = 1130,49 г H₂SO₄. Отсюда, молярность данного раствора равна:

1130,49 / М (H₂SO₄) =1130,49 / 98 = 11,53 M

Нормальность этого раствора (считая, что кислота используется в реакции в качестве двухосновной) равна 1130,49 / 49 = 23,06 H.

Читайте также: