Курский Государственный Технический Университет

Курский Государственный Технический Университет

Концентрация растворов и способы её выражения. Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине ''Химия'' для студентов всех специальностей/ Курск. гос. техн. Ун-т; Сост.: О.В. Бурыкина. Курск, 2003, 21с.

Излагаются методические материалы по изучению темы ''Концентрация растворов и способы её выражения'', расчету концентраций и выполнению лабораторной работы

Предназначены для студентов всех специальностей изучающих химию.

Подписано в печать Форма 60х84 1/16. Печать офсетная

Курский государственный технический университет.

Подразделение оперативной полиграфии Курского государственного технического университета.

Адрес университета и подразделения оперативной полиграфии: 305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94.
СОДЕРЖАНИЕ

Способы выражения содержания растворенного

§1.3. Выражение концентрации растворов в единицах

нормальности, молярности, моляльности. Взаимный

переход от одних видов выражения концентраций

6. Что такое молярность? Каковы её единицы измерения?

7. Что такое нормальность? Каковы её единицы измерения?

10.Связь процентной концентрации с молярностью и нормальностью.

Все природные воды, а также важнейшие физиологические жидкости – кровь, лимфа и др. – являются растворами.

Растворы – это однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух и более компонентов (составных частей) и продуктов их взаимодействия. Например, раствор серной кислоты состоит из растворителя – воды (первый компонент), растворимого вещества – кислоты (второй компонент) и продуктов их взаимодействия – гидратирванных ионов Н⁺, НSО₄^-, SO₄^-,раствор гидроксида калия – из воды, гидроксида калия и гидратирванных ионов К⁺, ОН^-.

Растворы по агрегатному состоянию бывают жидкие (растворы солей в воде), твердые (сплавы металлов) и газообразные (воздух).

Важнейшей характеристикой любого раствора является его состав. Численное выражение состава раствора показывает концентрация.

Концентрацией называется величина, показывающая сколько растворенного вещества (в граммах, молях, моль - эквивалентах) содержится в определенном количестве раствора (в литре, миллилитре, граммах) или растворено в определенном количестве растворителя (килограмме).

Существуют различные способы численного выражения состава растворов: молярная, моляльная, нормальная, процентная концентрации, титр и др.

Способы выражения содержания растворенного вещества в растворе.

Массовая доля (в процентах) или процентная концентрация (ω) – показывает число грамм растворенного вещества, содержащееся в 100 граммах раствора.

Процентная концентрация или массовая доля есть отношение массы растворенного вещества к массе раствора.

m_{раств. в-ва} – масса растворенного вещества (г),

Массовая доля измеряется в долях единицы и используется в промежуточных расчетах. Если массовую долю умножить на 100 % получится процентная концентрация, которая используется, когда выдается конечный результат.

Масса раствора складывается из массы растворенного вещества и массы растворителя:

m_{раств. в-ва} – масса растворенного вещества (г).

Например, если массовая доля растворенного вещества – серной кислоты в воде равна 0,05, то процентная концентрация составляет 5%. Это означает, что в растворе серной кислоты массой 100 г содержится серная кислота массой 5 г, а масса растворителя составляет 95г.

Примеры типовых задач по расчету массовой доли (в процентах) растворенного вещества.

Вычисление массовой доли (в процентах) растворенного вещества.

ПРИМЕР 1. Вычислить процентное содержание кристаллогидрата и безводной соли, если в 450 г воды растворили 50 г CuSO₄·5H₂O.

1)Общая масса раствора составляет 450 + 50 = 500 г.

2)Процентное содержание кристаллогидрата находим по формуле (1):

3)Рассчитаем массу безводной соли CuSO₄, содержащуюся в 50 г кристаллогидрата:

4)Рассчитаем молярную массу CuSO₄·5H₂O и безводной CuSO₄

M _CuSO4·_5H2O = M _Cu+ M _s +4M _o + 5M _H2O = 64 + 32 + 4·16 + 5·18 = 250 г/моль

6)Процентное содержание безводной соли сульфата меди составит:

Вычисление массы растворенного вещества или растворителя по массе раствора и его концентрации.

ПРИМЕР 2. Сколько грамм соли и воды содержится в 800 г 12 %-ного раствора NaNO₃?

1)Найдем массу растворенного вещества в 800 г 12 %-ного раствора NaNO₃:

Вычисление массы раствора определенной концентрации по массе растворенного вещества или растворителя.

ПРИМЕР 3. Сколько грамм 3 %-ного раствора MgSO₄ можно приготовить из 100 г MgSO₄ 7H₂O?

3)По условию задачи масса безводной соли составляет 3 %. Отсюда:

ОТВЕТ: масса приготовленного раствора будет составлять 1626 грамм.

Вычисление массы растворенного вещества или массы растворителя, которые следует взять для получения раствора определенной концентрации.

ПРИМЕР 4. Сколько грамм НС1 следует растворить в 250 г воды для получения 10 %-ного раствора НС1?

РЕШЕНИЕ: 250 г воды составляют 100 – 10 =90 % массы раствора, тогда масса НС1 составляет 250·10 / 90 = 27,7 г НС1.

Расчеты, связанные с использованием плотности раствора.

Чтобы связать между собой массу и объем раствора используют такую величину как плотность раствора.

ПЛОТНОСТЬ – это величина, показывающая массу единицы объёма.

ПРИМЕР 5. Сколько грамм безводной серной кислоты требуется для приготовления 200 мл 10% -ного раствора данной кислоты? (ρ = 1, 0 г/мл)

1)Определим массу 200 мл 10% -ного раствора кислоты:

2)В 100г 10%-ного раствора кислоты содержится 10 г растворенного вещества, а в 200 г раствора этой же концентрации содержится 200·10/100=20 г.

Следовательно, для приготовления 200 мл 10%-ного раствора серной кислоты нужно взять 20 г безводной серной кислоты.

ОТВЕТ: масса безводной серной кислоты равна 20 г.

ПРИМЕР 6. Сколько миллилитров 9,5%-ного раствора Na₂CO₃ (ρ=1,1 г/мл) следует добавить к 100 г воды для получения 3%-ного раствора этой соли?

1)Обозначим искомый объём раствора через Х мл. Масса этого раствора равна (Х·1,1·0, 095) г.

2)Согласно условию задачи масса растворенного вещества составляет 3% от массы полученного раствора. Масса полученного раствора равна (1,1 Х + 100) г.

3)Полученные значения подставим в формулу (1)

ОТВЕТ: 42 мл нужно взять 9,5%-ного раствора Na₂CO₃.

ПРИМЕР 7. Сколько грамм 10%-ного раствора серной кислоты требуется для обменного взаимодействия с 100 мл 13,7%-ного раствора карбоната натрия (ρ=1,145 г/мл)?

1)100мл 13,7%-ного раствора карбоната натрия массой:

2)Из уравнения реакции: Na₂CO₂ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CO₂ + H₂O

рассчитаем необходимую массу серной кислоты:

106 г/моль – молярная масса карбоната натрия.

ПРИМЕР 8. Сколько миллилитров 32,5%-ного раствора NH₃ (ρ = 888г/мл) потребуется для образования сульфата аммония при взаимодействии с 250 мл 27, 3%-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,2 г/мл)?

1) Масса раствора кислоты составляет 250·1,2 = 300 г.

2)Раствор содержит 300·27,3 /100 = 81,9 г серной кислоты.

вычисляем массу аммиака, вступившего в реакцию; она составляет:

Примечание Задачи отмеченные (*) обязательны для студентов химических специальностей (ОП, ТС, ЗС, БЖ).

1. Сколько граммов КС1 следует растворить в 100 г воды для получения 5 %-ного раствора?

2. Чему равна молярность раствора, содержащего в 0,75 л 4,41 г поваренной соли?

3. Сколько миллилитров 0,2 н. раствора щелочи потребуется для осаждения в виде Fe(OH)₃ всего железа, содержащегося в 100 мл 0,5 н. раствора FeC1₃?

4^*. До какого объёма надо разбавить 500 мл 20%-ного раствора NaCl (ρ=1,152 г/мл), чтобы получить 4,5%-ный раствор (ρ=1,029)?

1. Сколько сахара и воды надо взять для приготовления 500 г 2,5 %-ного раствора?

2. Рассчитайте молярность и титр 70%-ной серной кислоты (ρ = 1,622 г/мл).

3. На нейтрализацию 20 мл раствора, содержащегося в одном литре 12 г щелочи, было израсходовано 24 мл 0,25 н. раствора кислоты. Рассчитать эквивалент щелочи.

4^*. Какой объём 20%-ной серной кислоты (ρ=1,14 г/мл) надо прибавить к 100 мл воды, чтобы получить 5%-ный раствор?

1. Какое количество буры Na₂B₄O₇·10 H₂O и сколько воды надо взять для приготовления 2 кг 5 %-ного раствора Na₂B₄O₇ (в расчете на безводную соль)?

2. Чему равна нормальная концентрация 18%-ного раствора соляной кислоты (ρ = 1,09 г/мл)?

3. Для нейтрализации 30 мл 0,1 н. раствора щелочи потребовалось 12 мл раствора кислоты. Определите нормальность кислоты.

4^*. Найти массовую долю азотной кислоты в растворе, 1 литр которого содержит 224 г кислоты (ρ=1,12 г/мл).

1. Найти массовую долю глюкозы в растворе, содержащем 280 г воды и 40 г глюкозы.

2. Рассчитайте молярность и титр 0,1 н. раствора фосфорной кислоты.

3. На нейтрализацию 40 мл раствора щелочи израсходовано 24 мл 0,5 М раствора серной кислоты. Какова нормальность щелочи? Сколько 0,5 н. раствора хлористого кальция потребуется для той же цели?

4^*. К 500 мл 32%-ной азотной кислоты (ρ= 1,2 г/мл) прибавили 1 литр воды. Чему равна массовая доля азотной кислоты в полученном растворе?

1. Сколько граммов NaNO₃ и воды необходимо для приготовления 1,6 кг 10 %-ного раствора NaNO₃?

2. Чему равна молярная концентрация 20%-ного раствора НС1 (ρ=1,10 г/мл)?

3. Сколько миллилитров 0,25 н раствора серной кислоты нужно прибавить к 400 мл 0,5 н. раствора хлористого кальция, чтобы осадить все имеющиеся ионы кальция?

4^*. Сколько миллилитров 96%-ного раствора серной кислоты (ρ=1,84 г/мл) нужно взять для приготовления 200 мл 30%-ного раствора этой кислоты?

1. Вычислить процентное содержание растворенного вещества в растворе содержащем 60 г AgNO₃ в 750 г воды.

2. Вычислить массовую долю КОН в 9,28 н. растворе КОН (ρ=1,310 г/мл).

3. Для нейтрализации 20 мл 0,1 н. раствора кислоты потребуется 8 мл раствора КОН. Сколько граммов КОН содержит 1 литр этого раствора?

4^*. К 100 мл 96%-ного раствора серной кислоты (ρ=1,84 г/мл) прибавили 400 мл воды. Рассчитать процентную концентрацию полученного раствора.

1. Из 400 г 50 %-ного раствора серной кислоты выпариванием удалили 100 г воды. Чему равна массовая доля серной кислоты в оставшемся растворе?

2. Рассчитайте нормальность и титр 2 М раствора соды.

3. Сколько грамм AgС1 выпадает в осадок, если к 400 мл 0,5 н. раствора AgNO₃ прибавить избыток соляной кислоты?

4^*. Сколько граммов сульфита натрия требуется для приготовления 5 л 8%-ного раствора (ρ=1,075 г/мл)?

1. Определите массу растворенного вещества и растворителя в 500 г 20 %-ного раствора хлористого натрия.

2. Вычислить нормальность, молярность, титр 15%-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,105 г/мл).

3. Определить массу серной кислоты, для нейтрализации которой потребовалось 25 мл 0,2 н. раствора щелочи.

4^*. До какого объёма надо разбавить 500 мл 20%-ного раствора NaCl (ρ=1,152 г/мл), чтобы получить 4,5%-ный раствор плотностью 1,029 г./мл?

1. Какова процентная концентрация раствора, полученного при растворении 75 г карбоната калия в 300 г воды?

2. Найти молярность раствора, если для приготовления 150 мл раствора взяли 10 г КС1.

3. Имеется раствор, в 1 л которого содержится 18,9 г азотной кислоты и раствор, содержащий в 1 л 3,2 г КОН. В каком объёмном отношении нужно смешать эти растворы для получения раствора, имеющего нейтральную среду?

4^*. Сколько миллилитров 27%-ного раствора КОН (ρ=1,25 г/мл) потребуется для образования гидрофосфата калия с 200 мл 40%-ного раствора H₃PO₄ (ρ=1,26 г/мл)?

1. Сколько граммов Na₂SO₄ следует растворить для получения 1500 г 8 %-ного раствора?

2. Плотность 40%-ного раствора азотной кислоты равна 1,25 г/мл. Рассчитать молярность и нормальность этого раствора.

3. На нейтрализацию 20 мл раствора щелочи, израсходовано 24 мл 0,25н. раствора кислоты. Определить нормальность щелочи.

4^*. Сколько мл концентрированной НС1 (ρ=1,19 г/мл),содержащей 38% НС1, нужно взять для приготовления 500 мл 3%-ного раствора этой кислоты?

1. Сколько граммов NaC1следует растворить в 1000 г воды, чтобыполучить30 %-ный раствор этой соли?

2. Сколько граммов глауберовой соли Na₂SO₄·H₂O потребуется для приготовления двух литров 0,5 н. раствора сульфата натрия?

3. Сколько миллилитров 0,1н. раствора серной кислоты потребуется для нейтрализации 40 г КОН?

4^*. Сколько литров 2,5%-ного раствора NaOH (ρ=1,03 г/мл) можно приготовить из 80 мл 35%-ного раствора (ρ=1,38 г/мл)?

1. Определить количество воды, в котором нужно растворить 30 г Na₂SO₃, чтобы получить 8 %-ный раствор?

2. Какое количество нитрата натрия надо взять для приготовления 300 мл 0,2 М раствора? Рассчитать нормальную концентрацию данного раствора.

3. Для осаждения всего хлора, содержащегося в 15 мл раствора КС1, израсходовано 25 мл 0,1 н. раствора нитрата серебра. Сколько грамм КС1 содержит 1 л этого раствора?

4^*. Сколько воды необходимо прибавить к 500 мл 20%-ного раствора серной кислоты (ρ=1,14 г/мл), чтобы получить 5%-ный раствор?

1. Какое количество КС1 необходимо добавить к 150 г воды, чтобы получить 2 %-ный раствор этой соли?

2. Имеется 2 М раствор соды. Рассчитать его процентную концентрацию, титр (ρ = 1,1 г/мл)?

3. Сколько мл 2 н. раствора NаОН следует добавить к 0,75 л воды для получения 0,4 н. NaOH?

4^*. Сколько мл 35%-ного раствора NH₃(ρ=0,888 г/мл) следует прилить к 400 мл 15%-ного раствора NH₃(0,47 г/мл) для получения 25% -ного раствора?

1. Сколько граммов воды следует добавить к 6 г 1,5 %-ный раствор той кислоты?

2. Рассчитайте нормальную и молярную концентрации 36,5%-ного раствора НС1 (ρ = 1,05 г/мл)?

3. До какого объёма следует выпарить 3,5 л 0,04 н. КОН для получения 0,1 н. раствора?

4^*. Какое количество воды нужно добавить к 50 мл 30%-ного раствора НС1 (ρ=1,01 г/мл), чтобы получить 10%-ный раствор?

1. Сколько граммов КОН следует добавить к 400 г воды, чтобы получить 2,5 %-ный раствор КОН?

2. Сколько грамм соды содержится в 500 мл 0,25 н. раствора?

3. Сколько мл 0,4 н. раствора серной кислоты можно нейтрализовать прибавлением 800 мл 0,25 н. NaOH?

4^*. К какому количеству воды следует прибавить 100 мл 27 %-ного раствора КОН (ρ = 1,25) для получения 3%-ного раствора КОН?

1. Определить массовую долю вещества в растворе, полученном смешением 300 г воды и 40г К₂СО₃.

2. Вычислить молярность, нормальность, титр 27,1%-ного раствора хлорида аммония (ρ = 1,075 г/мл).

3. 250 мл 4 н. КОН смешаны со 150 мл 6 н. НС1. Какова реакция среды (кислая, щелочная, нейтральная)? Какая масса КОН содержится в 1 мл используемого раствора?

4^*. Сколько миллилитров 5,5 %-ного раствора азотной кислоты (ρ = 1,03) нужно смешать с 300 мл 10%-ного раствора этой кислоты (ρ = 1,054), чтобы получить 8%-ный раствор?

1. К 100 г 96 %-ного раствора серной кислоты прибавили 400 г воды. Определить процентную концентрацию полученного раствора.

2. Определите процентную концентрацию и титр 0,25 М раствора фосфорной кислоты (ρ = 1,25 г/мл).

3. Сколько мл 0,1 н. раствора фосфорной кислоты можно приготовить из 80 мл 0,75 н. раствора той же кислоты?

4^*. Сколько миллилитров 6 %-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,038) нужно добавить к 300 г воды, чтобы получить 2%-ный раствор этой кислоты?

1. Чему равна процентная концентрация раствора, полученного в результате растворения 90 г вещества в 180 г воды?

2. Сколько грамм растворенного вещества содержит 800 мл 0,4 н. раствора CaCl₂? Определите молярность раствора.

3. До какого объёма следует разбавить водой 2,4 л 1,6 н НС1 для получения 0,1 н. раствора?

4^*. Сколько миллилитров воды нужно добавить к 200 мл 0,5М раствора, чтобы получить 0,5н. раствор?

1. В какой массе воды следует растворить 100 г Na₂CO₃·для получения 10 % -ного раствора этой соли?

2. Вычислить процентное содержание растворенного вещества в 10 н. растворе серной кислоты (ρ = 1,13 г/мл).

3. Какой объём 0,5 н. серной кислоты следует добавить к 1 л 0,11 н. раствора КОН для нейтрализации щелочи?

4^*. Сколько миллилитров воды и 40%-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,303) требуется для приготовления 500 мл 0,1н раствора этой кислоты?

1. Какой процентной концентрации получится азотная кислота, если к 500 г 32 %-ного раствора кислоты прибавить 1000 г воды?

2. Сколько граммов НС1 содержится в 400 мл 1 н. раствора этой кислоты? Определите молярность данного раствора.

3. Сколько литров 8 н. КОН следует добавить к 5 л 3,2 н. НС1 для нейтрализации кислоты?.

4^*. Сколько миллилитров воды и 30%-ного раствора НС1 (ρ = 1,149) требуется для приготовления 250 мл 0,2М раствора этой кислоты?

2. Павлов Н.Н. Неорганическая химия М.: Высшая школа, 1986, 336с.

3. Пилипенко А.Т., Починок В.Я., Середа И.П., Шевченко Ф.Д. Справочник по элементарной химии Киев ''Наукова думка'', 1962, 560с.

4. Гольбрайх З.Е. Сборник задач и упражнений по химии М.: Высшая школа, 1984, 223с.

5. Коровин Н.В., Мингулина Э.И., Рыжова Н.Г. Лабораторные работы по химии М.: Высшая школа, 1986, 239с.