СВОЙСТВА РАСТВОРОВ

Растворы – это однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух или более компонентов (составных частей), количества которых могут изменяться в широких пределах. Раствор состоит из растворенного вещества и растворителя, т.е. среды, в которой растворенное вещество равномерно распределено в виде молекул или ионов. Однородность растворов делает их сходными с химическими соединениями. Отличие растворов от химических соединений состоит в том, что состав растворов может изменяться в широких пределах. Непостоянство состава растворов приближает их к механическим смесям, но от последних они резко отличаются своей однородностью. Таким образом, растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями. Различают газовые, жидкие и твердые растворы. Наибольшее распространение имеют жидкие растворы. Растворы, в отличие от химических соединений, имеют не постоянный состав, поэтому необходимо учитывать его концентрацию.

Состав раствора (содержание в нем растворенного вещества) может быть выражен разными способами (способы выражения концентраций раствора). Наиболее распространенными из них являются следующие:

-массовая доля (w) - отношение массы растворенного вещества (г, кг) к массе всего раствора в процентах, т.е. показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в 100 г раствора:

mр-ра = Vр-ра × rр-ра ; mр-ра = mв-ва + mрастворителя

3

-молярная концентрация (молярность, СМ) показывает количество молей растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора

-нормальная концентрация (нормальность, СH) показывает количество моль-эквивалентов растворенного вещества (эквивалентов), содержащихся в 1 л раствора

Эквивалентом вещества называется такое его количество, которое соединяется, вытесняет или замещает 1моль атомов водорода. Масса эквивалента, выраженная в граммах, называется эквивалентной массой.

Для определения нормальности раствора необходимо уметь рассчитывать эквивалентную массу нерганических веществ.

Эквивалентная масса кислоты, основания, соли, участвующих в ионно-обменных процессах, равна частному от деления молярной массы этого вещества на произведение количества катионов в молекуле на их заряд (или

количества анионов на их заряд) для веществ Аy+ x Bx− y

где y – число катионов; + х – заряд катионов; х – число анионов; - у – заряд анионов.

4

Эквивалентная масса вещества, участвующего в окис- лительно-восстановительном процессе, равна частному от деления молярной массы вещества на количество отданных (восстановитель) или принятых (окислитель) электронов.

Эв-ва окисл.-восст. = М / nē

- титр раствора (Т) показывает количество граммов растворенного вещества, содержащихся в 1 мл раствора

Т = mв− ва .

V

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

Задача 1. Сколько граммов КОН надо растворить в 100 г воды, чтобы получить раствор с массовой долей 6 %?

Решение. По определению массовой доли (w) известно, что в 100 г раствора будет содержаться 6 г КОН.

mраствора = mрастворенного в-ва + m H2O ;

следовательно, m H2O = 100 г раствора – 6 г = 94 г,

тогда в 94 г Н2О содержится 6 г КОН, а

в 100 г Н2О » х г КОН; х = 6,38 г КОН. Задача 2. Какой объем 96 %-ной (по массе) серной

кислоты (плотность раствора, r = 1,84 г/см3) и какую массу воды надо взять для приготовления 100 мл 15%- ного (по массе) раствора серной кислоты (плотность раствора, r = 1,10 г/см3).

Решение. Найдем массу 100 мл 15%-ного (по массе) раствора Н2SO4.

mраствора = r×V = 1,10×100 = 110 г

5

Массу Н2SO4 , содержащуюся в 110 г этого раствора, найдем из пропорции

100 г раствора содержат 15 г Н2SO4

110 г раствора » х г Н2SO4, х =16,5 г Н2SO4

Далее найдем массу 96 %-ного (по массе) раствора

Найдем объем 96 %-ного раствора, масса которого 17,2 г: V = mρ ; V = 17,2/1,84 = 9,34 мл.

Итак, для приготовления 100 мл 15%-ного раствора

Н2SO4 потребуется 9,34 мл 96%-ного раствора и 110 г - 16,5 г = 93,5 г Н2О.

Задача 3. Определите молярную концентрацию раствора NaOH, если в 200 мл раствора содержится 1,6 г растворенного вещества.

Решение. Молярная масса NaOH равна 40 г/моль. Определим количество молей NaOH, содержащихся в 200 мл раствора:

n = Mm = 1,6 : 40 = 0,04 моля.

Исходя из определения молярной концентрации, найдем количество молей NaOH, содержащихся в 1 л раствора:

СM = n / V

СM = 0,04 : 0,2 = 0,2 моль/л.

6

Задача 4. Какова нормальность раствора хлорида железа (III), в 0,3 л которого содержится 32,44 г соли?

Решение. Молярная масса хлорида железа равна 162,5 г/моль. Эквивалентная масса FeCl3 = 162,5 : 3 = 54,1 г/моль-экв.

Определим количество моль-эквивалентов растворенного вещества (FeCl3), содержащихся в 0,3 л раствора:

n = 32,44 : 54,1 = 0,6 моль-эквивалентов (эквивалентов). Нормальность определяется количеством моль-эквива-

лентов растворенного вещества в 1 л раствора. Следовательно, 0,3 л содержит 0,6 моль-эквивалента

Задача 5. Определите молярность, нормальность и титр 15%-ного раствора серной кислоты. Плотность

раствора r =1,10 г/см3.

Решение. 1. Примем объем раствора, равным 1 л. Определяем массу (г) серной кислоты, содержащуюся в 1 л

еераствора, из пропорции

в100 г раствора содержится 15 г Н2SO4

отсюда следует, что в 1л раствора массой 1,10 × 1000 г содержится х =165 г Н2SO4 ;

2.Молярная масса Н2SO4 равна 98 г/моль, в 1л раствора содержится Н2SO4 165 : 98 = 1,68 моль. Таким образом СМ = 1,68 моль/л;

3.Эквивалент Н2SO4 равен 98 : 2 = 49 г/моль-экв. или 49 г/экв. Количество моль-эквивалентов в165 г Н2SO4 равно 165 : 49 = 3,36 моль-эквивалентов. Следовательно, в 1л раствора содержится 3,36 моль-эквивалентов

СН = 3,36 моль-экв./л (экв./л);

7

4. Определим титр раствора. Т = m / V; Т = 165: 1000 = 0,165 г/мл.

Задача 6. В каком объеме 0,5 нормального раствора карбоната натрия содержится 10 г соли? Какова молярность и титр этого раствора?

Решение. 1. Исходя из определения нормальности, в 1 литре раствора содержится 0,5 моль-эквивалентов

Na2CO3.

Эквивалентная масса Na2CO3 = 106 : 2 = 53 г/моль-экв. Следовательно, в 1 л 0,5 н раствора содержится 0,5 × 53 =

х= 0,38 л ;

2.Определим СМ раствора. В 1 л 0,5н раствора содержится 26,5 г Na2CO3. Находим количество молей Na2CO3

= 26,5:106=0,25 молей, следовательно, СМ = 0,25 моль/л.

3.Определим титр раствора.

В 1000 мл раствора содержится 26,5 г Na2CO3 в 1мл раствора » х г

х = 0,0265 г, Т = 0,0265 г/мл.

Задача 7. Для нейтрализации 42 мл серной кислоты потребовалось 14 мл 0,3 н раствора щелочи. Определите молярность раствора Н2SO4.

Решение. Поскольку вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах (закон эквивалентов), то можно написать

CН кислоты × Vкислоты = CН щелочи × Vщелочи

Следовательно, CН кислоты × 42 = 14 × 0,3; CН кислоты = 0,1.

CН кислоты = 0,1 моль-эквивалентов/л. Молярная масса Н2SO4 = 98 г/моль; эквивалентная масса Н2SO4 =98 : 2 =

8