Теоретическая часть

Определение концентрации раствора по его плотности

Методические указания

Ухта 2011

УДК 542.3 (075.8)

ББК 24.1Я7 И-25

Ивенина, И.В. Определение концентрации раствора по его плотности [Текст]: метод. указания к лабораторному практикуму по дисциплине «Химия»/ И.В. Ивенина. - Ухта: УГТУ, 2011. – 9 с.

Методические указания предназначены для самостоятельной работы студентов и практикума по дисциплине химия для студентов первого курса всех специальностей.

Методические указания содержат теоретическую и экспериментальную части, а также контрольные вопросы и список литературы. В теоретической части изложена краткая теория изучаемой темы, основные понятия, а также уравнения реакций. В экспериментальной части описана методика проведения эксперимента.

Содержание указаний соответствует рабочей учебной программе.

Методические указания рассмотрены и одобрены заседанием кафедры химии от 13.09.11 пр. № 1.

Рецензент: Копейкин В.А., профессор кафедры МиГГ Ухтинского государственного технического университета.

Редактор: Елистратова И.С., зав. лабораторией кафедры химии Ухтинского государствен­ного университета.

В методическом указании учтены замечания рецензента и редактора.

План 2011 г., позиция ____.

Подписано в печать ___________. Компьютерный набор

Объем 9 с. Тираж 100 экз. Заказ № _____.

© Ухтинский государственный технический университет, 2011

169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Первомайская, д. 13.

Типография УГТУ.

169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Октябрьская, д. 13.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Содержание растворенного вещества в растворе может быть выражено либо безразмерными величинами – долями или процентами, либо размерными – концентрациями. Наиболее часто используются в химии следующие способы выражения содержания растворенного вещества в растворе.

1. Массовая доля или процентная концентрация (w) показывает число единиц массы растворенного вещества в 100 единицах массы раствора. Так, 20%-ный раствор NaOH содержит 20 единиц массы вещества в 100 единицах массы раствора. Массовую долю вещества можно рассчитать по формуле:

w = m_в-ва×100% / m_р-ра (1.1)

m_р-ра = r_р-ра×V_р-ра, (1.2)

отсюда w = m_в-ва×100% / (r_р-ра×V_р-ра), (1.3)

где: m_в-ва - масса растворенного вещества, г

r - плотность раствора, г/мл

V - объем раствора, мл.

2.Молярная концентрация или молярность (С_м) – число молей растворенного вещества, содержащегося в 1 л раствора.

С_м = m_в-ва / (М×V), (2.1)

где: М – молярная масса растворенного вещества, г/моль

V – объем раствора, л.

Например: 2М раствор H₂SO₄ содержит 2 моля H₂SO₄ в 1 литре раствора.

3.Эквивалентная концентрация или нормальная (С_н) – показывает число эквивалентных масс растворенного вещества в 1 л раствора.

C_н = m_в-ва / (m_э×V), (3.1)

где: m_э - эквивалентная масса растворенного вещества, г/моль

Так, 3н раствор H₂SO₄ означает, что в 1 литре раствора содержится 3 эквивалента массы H₂SO₄.

Эквивалентная масса сложных веществ рассчитывается по формулам:

m_{э (к-ты )} = М / основность кислоты = М / число Н⁺ (3.2)

m_{э (основания )} = М / число групп ОН^- (3.3)

m_{э( соли )} = М / число атомов металла × валентность (3.4)

Объемы реагирующих друг с другом растворов обратно пропорциональны их эквивалентным концентрациям

C_н1×V₁=C_H2×V₂; C_H1/C_H2=V_2/V₁

4. Моляльная концентрация или моляльность (С_m) показывают число молей растворенного вещества, содержащегося в 1 кг растворителя

С_m = m_в-ва×1000 / (m_р-ля×М), (4.1)

где М – молярная масса растворенного вещества, г/моль

m_р-ля = m_р-ра - m_в-ва

5. Мольная доля (N) – отношение числа молей растворенного вещества к сумме числа молей растворенного вещества и растворителя

N_a=n_a / n_a+n_b,

где N_а – мольная доля вещества – а;

n_a – число молей вещества – а;

n_b – число молей вещества - b, т.е. растворителя

6. Титр (Т) – число граммов растворенного вещества в 1 мл раствора

Т= С_н×m_э / 1000; Т= С_м×М / 1000

Примеры решения задач

Пример 1. Определить массовую долю (в %) сульфата калия, содержащего

в 500 г раствора 80 г соли.

Решение. Массовую долю находим по формуле (1.1)

w = m_в-ва×100% / m_р-ра

w = 80×100% / 500 = 16%

Пример 2. 0,5л раствора H₂SO ₄ содержит 196г серной кислоты. Определить

молярную и эквивалентную (нормальную) концентрации раствора

H₂SO₄.

Решение. Молярную концентрацию определяем по формуле (2.1)

С_м = m / М×V; M(H₂SO₄) = 98г/моль

C_М= 196 / 98×0,5 = 4 М

Эквивалентная масса серной кислоты равна

m_э(H₂SO₄) = M/число×H⁺ = 98/2 = 49 г/моль

Вычислим нормальную концентрацию раствора по формуле (3.1)

С_н=m / m_э×V = 196 / 49×0,5 = 8 моль/л (8 н)

Таким образом, 4 молярный раствор H₂SO ₄, он же 8 нормальный содержит 196 г H₂SO₄ в 0,5 л раствора.

Переход от одних форм выражения концентрации в другие

Пример 3. Определите молярную, нормальную, моляльную концентрацию,

мольную долю и титр 10% раствора Na₂CO₃ плотностью 1,102 г/см³.

Решение: М(Na₂CO₃) = 106 г/моль;

m_э(Na₂CO₃) = М / 2×1 = 106 / 2=53 г/моль.

Поскольку молярная и нормальная концентрации относятся к 1 л раствора, то определяем массу 1 л раствора Na₂CO₃:

m_р-ра= 1000×1,102 = 1102 г

В этом растворе содержится

m _в-ва(Na₂CO₃) = 1102×0,1= 110,2 г,

что составляет:

С_м = 110,2 / 106 = 1,04 моль/л

С_н= 110,2 / 53 = 2,08 моль/л (2,08 эквив.масс/л)

С_m = 110,2×1000 / 106×(1102 – 110,2) = 1,13 моль/кг

Определяем число молей Na₂CO ₃ и H₂O

n(Na₂CO₃) =m / M=110,2/106=1,04

n(Н₂О) =991,8 / 18=55,1

Находим мольную долю Na₂CO₃

N(Na₂CO₃) = 1,04 / (1,04+55,1) = 0,02

Титр - это количество вещества в граммах, содержащегося в 1мл раствора

T=m(Na₂CO₃)/ V_р-ра = 110,2 г / 1000 = 0,1102 г/мл.

Пример 4. Сколько мл 96% H₂SO₄ , (p=1,84г/мл) потребуется для приготовления

200 мл 0,5н раствора H₂SO₄

Решение. Определяем массу H₂SO ₄, содержащуюся в 200мл 0,5н раствора

m=C_н×m_э×V = 0,5×49×0,2 =4,9 г.

Далее найдем, в каком объеме 96% раствора H₂SO ₄, содержится 4,9г кислоты

w(_c%)=m×100 / V×r

V = m×100 / w×r = 4,9×100 / 96×1,84 = 2,7 мл

Следовательно, потребуется 2,7 мл 96% раствора для приготовления 200 мл 0,5 н раствора.