Способы выражения концентраций растворов. Концентрация – количественная характеристика относительного содержания растворенного вещества и растворителя в растворе.

Концентрация – количественная характеристика относительного содержания растворенного вещества и растворителя в растворе.

В химической практике используют пять основных способов выражения концентрации растворов: массовая доля (w), молярная концентрация (С_М), эквивалентная (нормальная) концентрация (С_н), моляльная концентрация (С_m), мольная доля (N_i).

Для представления расчетных формул и выполнения расчетов введем следующие обозначения:

m₁, m₂, m – соответственно массы растворенного вещества, растворителя и раствора (выраженные в граммах), г;

M₁, M₂ – соответственно молярные массы растворенного вещества и растворителя, г/моль;

m_э(1) – молярная масса эквивалента (эквивалентная масса) растворенного вещества, г/моль;

Э₁ – относительный эквивалент растворенного вещества, безразмерная величина, равная отношению m_э(1) к M₁;

n₁, n₂ – соответственно количество растворенного вещества и растворителя, моль;

n_э(1) – количество эквивалентов растворенного вещества, моль;

V – объем раствора, л (дм³);

r – плотность раствора, г/см³ (г/мл).

6.1.1. Массовая доля (w) или процентная концентрация (С)

Массовая доля показывает, какую часть масса растворенного вещества составляет от массы раствора; выражается обычно в % мас.:

(6.1)

Если принять массу раствора m = 100 г, то процентная концентрация численно равна количеству граммов растворенного вещества, которые содержатся в 100 г раствора. Например, в 100 г раствора с концентрацией 5 % мас. содержится 5 г растворенного вещества, в 100 г раствора с концентрацией 18 % мас. – 18 г растворенного вещества и т. д.

Пример 1. Определить массовую долю (%) хлорида калия в растворе, содержащем 53 г KCl в 0,5 л раствора, плотность которого 1,063 г/см³.

Решение. Определим массу раствора:

m = V×r = 0,5×10³ см³×1,063 г/см³ = 531,5 г.

По уравнению (6.1) определим массовую долю, %, KCl в растворе:

6.1.2. Молярная концентрация раствора (С_М)

Молярная концентрация (молярность), моль/л, показывает, сколько молей растворенного вещества содержится в одном литре раствора:

. (6.2)

Для молярной концентрации обычно используют обозначение М. Например, раствор с концентрацией 5 моль/л обозначают как 5 М раствор.

Пример 2. Определить молярную концентрацию раствора NaOH, в 0,2 л которого содержится 1,6 г растворенного вещества.

Решение. Определим молярную массу растворенного вещества:

М₁ = (23 + 1 + 16) г/моль = 40 г/моль.

Определим количество вещества в заданном объеме:

Определим молярную концентрацию по уравнению (6.2):

6.1.3. Эквивалентная (нормальная) концентрация (С_н)

Эквивалентная концентрация (нормальность, или молярная концентрация эквивалента) определяет количество эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в одном литре раствора, моль/л:

. (6.3)

Из уравнений (6.2) и (6.3) следует, что эквивалентную концентрацию раствора (С_н) можно определить, если известна его молярная концентрация (С_М):

или . (6.4)

Для нормальной (эквивалентной) концентрации обычно используют обозначение н. Например, раствор с нормальной концентрацией 3 моль/л обозначают как 3 н. раствор.

Пример 3. Определить эквивалентную концентрацию раствора хлорида железа (III), если в 0,3 л раствора содержится 32,44 г FeCl₃.

Решение. Относительный эквивалент FeCl₃ – Э₁ = 1/3.

Определим эквивалентную массу хлорида железа (III):

Определим количество эквивалентов FeCl₃ в заданном объеме:

Определим эквивалентную концентрацию по уравнению (6.3):

6.1.4. Моляльная концентрация раствора (С_m)

Моляльная концентрация раствора (моляльность) определяет количество растворенного вещества (в молях), содержащихся в 1 кг растворителя (моль/кг растворителя):

(6.5)

Пример 4. Определить объем воды, в котором растворили 4,57 г сахарозы С₁₂H₂₂O₁₁, если моляльная концентрация полученного раствора 0,134 моль/кг. (Плотность воды принять равной 1 г/см³.)

Решение. Определим молярную массу сахарозы:

М₁ = (12×12 + 1×22 + 16×11) г/моль = 342 г/моль.

Определим количество растворенного вещества в растворе:

На основании уравнения (6.5) определим массу растворителя (m₂) в растворе:

Определим объем растворителя (воды) в растворе: