Количественный состав раствора. Молярная концентрация

Урок 7. Тема: «Количественный состав раствора. Молярная
концентрация раствора»
Помимо процентной концентрации, часто удобно пользоваться МОЛЯРНОЙ
КОНЦЕНТРАЦИЕЙ.
Молярная концентрация С – это отношение количества растворенного вещества v (в
молях) к объему раствора V в литрах.
Единица молярной концентрации – моль/л. Зная число молей вещества в 1 л раствора,
легко отмерить нужное количество молей для реакции с помощью подходящей мерной
посуды.
В качестве примера рассмотрим получение нерастворимого в воде хлорида серебра (AgCl)
с помощью реакции обмена:
AgNO3 + NaCl = AgCl (осадок) + NaNO3
Кстати, не нужно запоминать, какие соли растворимы, а какие нерастворимы в воде. Для
этого существует таблица растворимости
Допустим, в лаборатории имеется раствор AgNO3, концентрация которого 1 моль/л. Это
означает, что в 1 л такого раствора содержится 1 моль нитрата серебра.
По уравнению реакции на 1 моль AgNO3 нужен 1 моль NaCl. Следовательно, если мы
смешаем одинаковые объемы растворов AgNO3 и NaCl одинаковой концентрации 1
моль/л, то реакция пройдет до конца и в реакционной колбе окажется только раствор
нитрата натрия (NaNO3) в воде, а на дно сосуда выпадет осадок хлорида серебра AgCl.
При этом исходных соединений в сосуде не останется.
Но как приготовить для реакции нужный раствор NaCl? Для этого существуют
специальные мерные колбы (рис. 4).
Рис. . Последовательность приготовления молярного раствора хлорида натрия (1моль/л
NaCl): а) берут мерную колбу емкостью 1 л; б) помещают в колбу навеску
кристаллического NaCl. в) в колбу добавляют немного дистиллированной воды,
растворяют кристаллы и доливают раствор водой до метки 1 л, после чего тщательно
перемешивают.
Мерная колба представляет собой сосуд с тонкой шейкой, на которой по стеклу нанесена
кольцеобразная метка. Если заполнить мерную колбу жидкостью до метки, то ее объем
составит ровно 1 л. Возьмем такую колбу и приступим к приготовлению нужного нам
раствора NaCl.
Молекулярный вес NaCl составляет (23 + 35,5) = 58,5. Следовательно, молярная масса
NaCl (масса 1 моль) равна 58,5 г. Взвесим это количество NaCl на весах и поместим
кристаллы в мерную колбу. Затем добавим немного воды и растворим кристаллы,
покачивая колбу. Когда вся соль растворится, дольем раствор водой до метки. Мерные
колбы делают таким образом, что объем раствора достигает точно 1 л, когда водный
мениск (уровень воды, слегка изогнутый силами поверхностного натяжения) касается
метки своей нижней частью. После этого раствор аккуратно перемешаем.
** Молярную концентрацию (или МОЛЯРНОСТЬ растворов) принято обозначать буквой
М. Например, раствор концентрации 1 М содержит 1 моль вещества на литр раствора.
Такой раствор называют МОЛЯРНЫМ. Раствор концентрации 0,1 М содержит 0,1 моль
вещества на литр раствора и называется ДЕЦИМОЛЯРНЫМ. Растворы концентрации 0,01
М (или 0,01 моль на литр) иногда называют САНТИМОЛЯРНЫМИ.
Итак, мы приготовили раствор NaCl, концентрация которого составляет 1 моль/л, то есть
одномолярный или просто молярный раствор.
Молярные концентрации в общем виде иногда обозначают следующим образом:
CNaCl = 1 моль/л
При смешивании любых равных объемов молярных растворов AgNO3 и NaCl всегда будет
получаться только раствор NaNO3 в воде и осадок AgCl, не содержащие примеси ни
одного из исходных реагентов. Отфильтровав осадок и промыв его водой, мы получим
чистую соль AgCl (она в воде практически не растворяется). Упарив отфильтрованный
раствор, мы получим только чистый нитрат натрия NaNO3. Это не удивительно, потому
что смешивая равные объемы растворов, мы берем одинаковое количество молей (или
частей моля) реагирующих веществ. В них содержится одинаковое количество молекул
AgNO3 и NaCl, которые реагируют между собой без
остатка.
На фотографии слева показан опыт, который мы
обсуждаем. Видно, как при смешивании растворов
исходных солей выпадает белый осадок AgCl.
Если бы мы взяли не молярные, а, например, 10%-ные
растворы AgNO3 и NaCl (одинаковые объемы), то в них бы
содержалось разное число молекул этих веществ и одна из
этих солей не израсходовалась бы полностью и осталась в
растворе. Какая же из двух солей оказалась бы в избытке?
Та, число молей которой больше. Это будет NaCl – соль с
меньшим молекулярным весом, поскольку в одинаковой
массе солей число более легких молекул (и молей) NaCl
оказывается большим.
Каждый способ выражения концентрации раствора удобен в зависимости от цели,
которую преследует химик или технолог. Процентные концентрации более удобны в
технике, медицине, экологии. Молярные концентрации чаще встречаются в лабораторной
практике.
Примеры решения задач.
Задача 1
Раствор объемом 500 мл содержит NaOH массой 5 г. Определить молярную
концентрацию этого раствора.
Дано
Решение:
1. Вычислим число моль в 5 г NaOH :
V(р-ра)=500мл, или 0,5 n(NaOH)=m(NaOH)/M(NaOH); n=5г/40г/моль=0,125 моль
л
m(NaOH )=5г;
2. Определим молярную концентрацию раствора:
____________________ C=n(NaOH)/V(р-ра);
Найти: C(NaOH )
C=0,125 моль/0,5=0,25моль/л;
Ответ:C=0,25моль/л;
Задача 2
Вычислить массу хлорида натрия NaCl, содержащегося в растворе объемом 200
мл, если его молярная концентрация 2 моль/л.
Дано
Решение:
1. Вычислим число моль m(NaCl ), которое содержится в
V(р-ра)=200мл, или 0,2 растворе объёмом 0,2л:
л
C=n(NaCl)/V(р-ра); n(NaCl)=С·V(р-ра);
C(NaCl )=2 моль/л
n(NaCl)=2моль/л·0,2л=0,4 моль
____________________ 2. Вычислим массу NaCl:
Найти: m(NaCl )
m(NaCl)=M(NaCl)·n(NaCl); M(NaCl)=58,5г/моль
m(NaCl)=58,5г/моль·0,4 моль=23,4г NaCl
Ответ:m(NaCl)=23,4г
Задача 3
Вычислить молярную концентрацию раствора серной кислоты, если массовая
доля H2S04 в этом растворе 12%. Плотность раствора 1,08 г/мл при 20°С.
Дано
Решение:
1. Чтобы перейти от массовой доли к молярной
ρ(р-ра)=1,08г/мл
концентрации, надо рассчитать какую массу имеют 1000
w(H2S04 )=12%, или
мл раствора:
0,12
m=ρ·V=1000мл·1,08г/мл=1080г
____________________ 2. Вычислим массу H2S04 в этом растворе:
Найти: C(H2S04 )
w(H2S04 )=m(H2S04 )/m(р-ра); m(H2S04 )=w(H2S04 )·m(рра)
m(H2S04 )=0,12·1080г=129,6г
3. Найдём сколько моль H2S04 содержится в 129,6г
n(H2S04 )=m(H2S04 )/M(H2S04 ); M(H2S04 )=98г/моль
n(H2S04 )=129,6г/98г/моль=1,32 моль;
4. Найдём молярную концентрацию серной кислоты в
растворе:
C=n(H2S04 )/V(р-ра)=1,32моль/1л=1,32 моль/л
Ответ:C(H2S04 )=1,32 моль/л
Задача 4.
Молярность раствора едкого кали КОН равна 3,8 моль/л, его плотность 1,17 г/мл.
Вычислить массовую долю (%) КОН в этом растворе.
Дано
Решение:
1. Определим количество вещества КОН в 1 л раствора:
C=n(KOH)/V(р-ра)
n(KOH)=С·V(р-ра)=3,8 моль/л·1л=3,8 моль.
C(KOH)=3,8 моль/л
ρ(р-ра)=1,17г/мл
____________________
Найти: w(KOH )
2. Определим массу КОН в 1 л раствора:
n=m/M; m(KOH)=n(KOH)·M(KOH); M(KOH)=56г/моль;
m(KOH)=3,8 моль·56г/моль=212,8г;
3. Определим массу 1л (1000 мл) раствора:
m(р-ра)=V·ρ=1000мл·1,17г/мл=1170г
4. Определим массу едкого кали в растворе:
w(KOH)=m(KOH)/m(р-ра);
w(KOH)=212,8г/1170г=0,18, или 18%
Ответ:w(KOH )=18%
Домашнее задание.
Выучить теорию.
Разобрать примеры решения задач.