Выражение концентрации растворов

Автор: | Январь 2, 2011

По характеру растворителя растворы делятся на водные и неводные. К последним принадлежат растворы ве­ществ в таких органических растворителях, как спирт, ацетон, бензол, хлороформ и т. д.

Растворы большинства солей, кислот, щелочей готовятся водные. Каждый рас­твор характеризуется концентрацией растворен, н о г о в е щ е с т в а, т. е. количеством вещества, содер­жащегося в определенном количестве раствора. Кон­центрация растворов может выражаться в процентах, в молях на 1 л раствора, в эквивалентах на 1 л раствора и титром.

Процентная концентрация раствора определяется ко­личеством граммов вещества в 100 г раствора. Напри­мер, 5% раствор содержит 5 г вещества в 100 г раство­ра, т. е. 5 г вещества и 100—’5 = 95 г растворителя.

Молярная концентрация определяется количеством молей вещества в 1 л раствора. Так, одномолярные (1 М) растворы содержат 1 моль вещества в 1 л раство­ра, двумолярные (2 М) — 2 моля в 1 л и т. д.

Для того чтобы установить, какое количество грам­мов данного вещества находится в 1 л раствора задан­ной молярной концентрации, необходимо знать его моль­ную массу, т. е. массу 1 моля. Мольная масса вещества, выраженная в граммах, численно равна молекулярной массе данного вещества. Например, молекулярная масса NaCl равна 58, 45, следовательно, мольная масса тоже равна 58, 45 г. Таким образом, 1 М раствор NaCl содер­жит 58, 45 г хлорида натрия в 1 л раствора.

Нормальная концентрация (нормальность) выра­жается числом эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора.

Эквивалентом элемента называют такое его количе­ство, которое соединяется с одним молем водорода или замещает его в химических реакциях. Так, эквивалент

хлора в соединении НС1 равен 1 (1 молю), в соединении H2S эквивалент серы будет равен ‘/г моля. Эквивалент Zn для реакции,

Zn + 2НС1         *■ ZnCl2 + Haf

будет равен ‘/г моля.

Эквивалент сложного вещества — это такое его коли­чество, которое в данной реакции соответствует (эквивалентно) 1 молю водорода. Так, для реакции

Zn + H2S04 = ZnS04 + H2f 1 моль H2SO4 соответствует 2 атомам водорода, следо­вательно, эквивалент H2S04 равен ‘/2 моля. Масса одно­го эквивалента элемента или соединения называется его эквивалентной массой.

Эквивалент (а следовательно, и эквивалентная мас­са) не является постоянной величиной для данного со­единения, а зависит от реакции, в которую вступает это соединение.

Разберем подсчет эквивалентной массы для различ­ных соединений. Эквивалентная масса кисло­ты равна ее мольной массе, деленной на основность кис. лоты. Однако так вычисляется эквивалентная масса для реакций полного обмена или полной нейтрализации. Так, для реакции

H2S04 + 2NaOH = Na2S04 + 2Н20

эквивалентная масса серной кислоты ЭНа5о4 =98 : 2 = 49* так как в реакции участвуют 2 атома водорода.

Для реакции неполной нейтрализации и неполного об­мена эквивалент этих веществ зависит от течения реак­ции. Например, при реакции

H2S04 + NaOH = NaHS04 + Н20

из каждой молекулы серной кислоты только один атом водорода участвует в реакция, поэтому для данной реак­ции  эквивалентная   масса   серной   кислоты   ЭН25о4 =

= 98 : 1=98 г.

Эквивалентная масса основания равна его мольной массе, деленной на валентность металла. Так эквивалентная масса гидроксида кальция 5Са(он)2 = = 74 : 2 = 37 г, а эквивалентная масса гидроксида натрия ДМаон = 40 : 1=40 г.

Так вычисляется  эквивалентная масса только для

реакций полной нейтрализации. Для реакции неполной нейтрализации величина эквивалентной массы будет другой. Например, для реакции

Mg(OH)2 + НС1 = MgOHCl + Н20

5мё(он)2 = 58 : 1 =58, так как в реакции участвует только одна группа ОН.

Эквивалентная масса соли -равна мольной массе, деленной на сумму валентностей всех атомов ме­талла (т. е. на произведение валентности металла на число его атомов в молекуле). Так, эквивалентная масса сульфата натрия 3NaaSo4 = 142: (1-2) =71, а эквивалент­ная масса сульфата алюминия 3A]j)(So4)s=342: (3-2) =57. Однако, если соль участвует в реакции неполного обме­на, учитывается число атомов металла, участвующих в реакции. Так, для реакции

2КС1 + Na3[Co(N02)6] = K2Na[Co(N02)e] + 2NaCl

 

для расчета эквивалентной массы соли Ыа3[Со(Ы02)б] молекулярную массу этой соли делят на 2, так как толь­ко 2 атома натрия участвует в реакции.

Эквивалентная масса вещества, участ­вующего в окислительно-восстанови­тельной реакция равна мольной массе вещества, деленной на число электронов, принятых или отданных данным веществом. Следовательно, прежде чем произ­водить вычисление, необходимо написать уравнение реакции и написать электронный баланс. Так, для реак­ции 1

 

2CuS04 + 4KI          *■ 2СиЦ + I2 + 2K2S04 .

Cu+2 + е» = Cu+1 Г — е~ = I»

эквивалентная масса CuS04 равна 3Cuso4 = 160: 1 = 160.

Нормальная концентрация обозначается буквой N (в рассчетных формулах) или буквой «н» — при обозна­чении концентрации данного раствора. Если в 1 л рас­твора содержится 0,1 эквивалента вещества, он назы­вается децинормальным и обозначается 0,1 н. Раствор, содержащий 0,01 эквивалента вещества в 1 л раствора,

Называется сантинормальньш и обозначается 0,01 н. По­скольку эквивалент является тем количеством любого вещества, которое в данной реакции .соответствует 1 мо­лю водорода, очевидно, эквивалент любого вещества должен в данной реакции соответствовать эквиваленту всякого другого вещества. А это означает, что в любой реакции вещества реагируют в эквивалентных количе­ствах.

Титрованными называют растворы, концентрация ко­торых выражается титром, т. е. количеством граммов вещества, растворенного в 1 мл раствора. Очень часто в аналитических лабораториях титры раствора пересчи­тывают непосредственно на определяемое вещество. Тог­да титр раствора показывает, какому количеству грам-мов определяемого вещества соответствует 1 мл данного раствора.