Состав растворов

Состав раствора (в частности, содержание в нем растворенного вещества) может выражаться разными способами - как с помощью безразмерных величин (долей или процентов), так и через размерные величины - концентрации.

Массовая доля - отношение массы растворенного вещества (m_В) к массе раствора (m_Р):

w = m_В /m_Р.

Если w выражать в процентах, то w % = w × 100 %. Массовую долю, выраженную в процентах, не совсем корректно называют процентной концентрацией или процентным содержанием.

Поскольку m_p, плотность (r, г/мл) и объем (V, мл) раствора связаны уравнением

m_Р = V× r,

то

w= m_В/(r× V).

С другой стороны, m_Р= m_В+ m, где m - масса растворителя, тогда

w = m_В /(m_Р+ m).

Замечание: наиболее часто встречающаяся ошибка - несоблюдение единой системы размерностей r и V. Для того, чтобы ее избежать, указывайте размерности всех величин в арифметических выражениях.

Пример 1

Какая масса хлорида калия содержится в 750 мл 10 % - раствора, r которого 1, 063 г/мл?

Решение

m_HCl = r× V× (w %/ 100%) = 1, 063 г/мл × 750 мл× (10/100) = 79, 7 г.

Пример 2

Какую массу НС1 следует растворить в 250 г Н₂О для получения 10 % - раствора НС1?

Решение:

Способ 1. 250 г Н₂О составляют 90 % массы раствора, а масса НС1 - 10 %, поэтому имеем пропорцию

250 - 90

х - 10,

откуда х =250× 10/90=27, 7 г.

Способ 2. По определению w = m_В /(m_Р+ m), т. е. 0, 1=m_В/(250+m_В), откуда m_В = 27, 7г.

Пример 3

В 450 г воды растворили 50 г CuSO₄× 5H₂O. Вычислить процентное содержание кристаллогидрата и безводной соли в полученном растворе.

Решение

Общая масса раствора составляет 500 г. Процентное содержание кристаллогидрата находим из пропорции

500 г раствора - 100 %

50 г растворенного вещества - х %,

откуда х = (50 г × 100 %) / 500 г = 10 %=w(CuSO₄× 5H₂O)%.

Мольная масса CuSO₄× 5H₂O равна М(CuSO₄)+5× M(H₂O)= =160+5× 18=250 г/моль, а мольная масса CuSO₄ - 160 г/моль. Следовательно, массовая доля CuSO₄ в CuSO₄× 5H₂O составляет 160/250=0, 64, тогда масса СuSO₄ в 50г CuSO₄× 5H₂O равна 50× 0, 64=32 г, а процентное содержание CuSO₄ в полученном растворе составляет w(CuSO₄)%=(32 г/500 г)× 100 % = 6, 4 %.

Молярная концентрация (молярность, С_м) - отношение количества растворенного вещества (n, моль) к объему раствора (V, л), в котором содержится это количество вещества:

С_м = n/V.

В текстах молярную концентрацию сокращенно указывают числом, после которого стоят буква М и формула растворенного вещества. Так, 3 М НС1 означает, что в каждом литре раствора содержится 3 моля НС1, т.е. С_м = 3 моль/л.

Эквивалентная концентрация (нормальность, С_н или С_э) - отношение количества эквивалентов растворенного вещества (n, моль экв, или сокращенно экв) к объему раствора, в котором растворено это вещество:

С_н = n/V.

В текстах нормальность сокращенно указывают числом, после которого стоят буква Н (или N) и формула растворенного вещества. Так, 2 Н H₂SO₄ означает раствор, в каждом литре которого содержится 2 моля эквивалентов H₂SO₄, т.е. С_н(Н₂SO₄)= 2экв/л.