Растворы. Растворимость веществ

Растворами называются гомогенные системы, состоящие из двух или более компонентов. Компонент, находящийся в большем количестве, называется растворителем, в меньшем – растворенным веществом. В зависимости от агрегатного состояния растворы бывают: жидкие, твердые, газообразные. В зависимости от размера растворенных частиц растворы делятся на: истинные (размер частиц<10^{-8 см); коллоидные растворы (размер частиц <10-5 см).}

Жидкость может растворять различные количества веществ. Основной характеристикой растворов является – концентрация. По мере растворения веществ концентрация возрастает и, наконец, достигает такой величины, при которой при данной температуре вещество больше не растворяется. Такой раствор называется насыщенным, он содержит максимально возможное (при данных условиях) количество, растворенного вещества.

Концентрация насыщенного раствора численно определяет растворимость вещества при данных условиях. Она зависит от природы растворителя и растворенного вещества. Растворимость одного вещества в другом может быть неограниченная (спирт-вода), ограниченная (большинство растворов, растворимость которых заканчивается насыщением) и равная практически нулю (ртуть-вода).

Растворимость веществ часто выражают числом граммов растворенного вещества, приходящихся на 100 г растворителя. Раствор, концентрация которого меньше концентрации насыщенного раствора при той же температуре называется ненасыщенным.

Растворимость жидкостей в жидкостях также различна. При повышении температуры растворимость одних жидкостей увеличивается, других уменьшается.

Растворимость газов в жидкостях

Растворимость газов зависит от природы газа, от природы растворителя, от давления, температуры, концентрации. Растворимость почти всех газов при небольших давлениях уменьшается с повышением температуры и очень сильно растворимость газов зависит от давления. Эта зависимость выражается законом Генри (1803 г): «При постоянной температуре растворимость данного газа в данном растворителе прямо пропорциональна давлению газа над раствором».

Р = К·N₂,

где Р – давление газа;

К - коэффициент пропорциональности, называется константой Генри, зависит от природы растворителя и растворенного вещества, а также от температуры. Зная константу Генри можно легко определить растворимость данного газа в воде.

С увеличением давления растворимость газов в воде возрастает, поэтому, к примеру на 40 м под водой, когда парциональное давление кислорода достигает 6 атм, растворимость кислорода возрастает почти в 27 раз по сравнению с нормальными условиями (содержание кислорода в атмосфере = 21%). Следовательно, для дыхания на глубине 40 м следует использовать газовые смеси, содержащие в 27 раз меньше кислорода, чем в воздухе атмосферы. Другим важным проявлением закона Генри служит Кессонная болезнь. Ее причины - мгновенное выделение воздуха из плазмы крови при быстром подъеме с больших глубин за счет резкого уменьшения растворимости газов из-за падения давления. Возникающие при этом пузырьки газа в крови вызывают патологические состояния, в худшем случае – гибель из-за закупорки кровеносных сосудов.

Горная болезнь – разряженная атмосфера, вызывает понижение содержания кислорода в крови, вызывающее патологическое состояние, связанное с дефицитом кислорода.

Закон Генри соблюдается не всегда, эти отклонения вызваны химическими реакциями между газами и растворителем. Аномально высокая растворимость углекислоты в воде, объясняется химической реакцией:

СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃= Н⁺ + НСО₃^-

Такая же причина высокой растворимости аммиака, сероводорода и хлороводорода. Кислород малорастворим в воде, однако, прекрасно растворяется в крови, так как химически связан с гемоглобином.

Способы выражения концентрации растворов

Концентрацией раствора называют количество растворенного вещества, содержащегося в определенном количестве раствора или растворителя.

Количественный состав растворов выражают чаще с помощью массовой доли (ω или С%), молярной концентрации (С_м), мольной доли растворенного вещества и объемной доли растворенного вещества (φ).

1. Массовая доля выражается как в долях единицы, так и в %:

ω (х)= m(x)/ m(р-ра) или ω (х)% = m(x)·100% / m (р-ра)

m (x)- масса растворенного вещества в г

m (раствора)= m(x) + m(растворителя) в г

2. С_м - молярная концентрация, отношение количества вещества (Х), в молях к объему раствора, в литрах:

С_м= m(x)/ V(x) V (моль/л); С_м(х)= n(x) / V (р-ра), где

m (x) – масса растворенного вещества в г

М (х) – молярная масса растворенного вещества в г/моль

V- Объем раствора в л

n – Число молей растворенного вещества

3. Для газовых смесей, объемная доля растворенного вещества равна:

φ (х)= V(x) /V

V(x) –объем растворенного вещества в л

V- объем раствора в л

φ – объемная доля растворенного вещества (для газовых смесей).

4. Молярная концентрация эквивалента или нормальная концентрация

С_э- это количество эквивалента, находящиеся в литре раство ра:

С_э= m / 1/z(Мх)·V(л), моль/л

Молярная масса эквивалента: М(1/ z)- это масса эквивалента вещества Х. Она равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества:

М(f экв.х) = f экв.х·М(х) = 1/z(М(х),г/ моль, например:

М(1/zNaOH) = M·1/1=40/1=40 г/мольx

М(1/z K₂Cr₂O₇) = M/2 = 294,2 / 2 =147,1 г/моль в кислотно-основных реакциях.

Определение молярной массы эквивалента окислителя в реакции окисления -восстановления:

K₂Cr₂O₇ + 3H₂C₂O₄ + 4H₂SO₄=Cr₂(SO₄)₃ +6 CO₂+ 7H₂O + K₂SO₄

1│Cr₂O₇^2- + 14H⁺ +6e→ 2Cr³⁺ +7HOH

3│H₂C₂O₄ – 2e → 2CO₂ +2H⁺

М(1/z K₂Cr₂O₇) = M/6 = 49,03 г/моль – как окислителя.

В медицинской практике удобно пользоваться титром (Т) раствора, это масса вещества в г, содержащаяся в 1 см³ (мл) раствора, г/мл.

Т= m _в-ва/V мл; Т HNO₃= 0,006354 г/мл- это значит, что в одном мл раствора содержится 0,006354 г азотной кислоты.

5. Титр раствора по определяемому веществу – это масса вещества в г, взаимодействующая с одним мл титранта. Например, Т НС1/NaOH -0,003954 г/мл – это означает, что 1 мл раствора НС1(титранта) реагирует с 0,003954 г NaOH (определяемого вещества).

6. Моляльная концентрация – это отношение количества молей растворенного вещества к 1000 г растворителя:

С_м = m (х)· 1000 / М(х)· m _р-ля

В основе всех расчетов лежит закон эквивалентности: вещества взаимодействуют между собой в количествах, пропорциональных их химическим эквивалентам.

Задачи и эталоны решений

Задача 1. 12.6 Г HNO₃ СОДЕРЖИТСЯ В 0,5 Л РАСТВОРА АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ, ПЛОТНОСТЬ КОТОРОГО 1,2 Г/МЛ. РАССЧИТАТЬ С_М; С% АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ.

Решение

1. Определяем количество вещества азотной кислоты

n(HNO₃)= m(HNO₃) / V (HNO₃) = 12,6 / 63=0,2 (моль)

С_м (HNO₃) = n(HNO₃) / V (р-ра)= 0,2: 0,5=0,4 (моль/л)

2. Определяем массовую концентрацию азотной кислоты:

С% = m(x)·100% / m (раствора); m = V_р·ρ

ω (HNO₃)= 12,6·100 / 500·1,2 = 2,1%

Ответ: ω (HNO₃)= 2, 1 %

Задача 2. В КАКОМ ОБЪЕМЕ ВОДЫ НАДО РАСТВОРИТЬ 30 Г ПОВАРЕННОЙ СОЛИ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ 5% РАСТВОР?

Решение

1. Зная массовую долю раствора NaCI, определяем массу раствора:

ρ (Н₂О) =1 г/мл; ω (NaCI) = m(NaCI)·100 / m (раствора)

Отсюда m (раствора)= m(NaCI)·100 / ω (NaCI)=30·100/5=600 (г)

m(H₂O) = m(р-ра) - m(NaCI)= 600 -30=570 (г)

V(H₂O) = m / ρ = 570 /1= 570 (мл)

Ответ: 30 г NaCI надо растворить в 570 мл Н₂О.

Задача 3. ПРИ СОЕДИНЕНИИ 5,6 Г ЖЕЛЕЗА С СЕРОЙ ОБРАЗОВАЛОСЬ 8,8 Г СУЛЬФИДА ЖЕЛЕЗА. НАЙТИ ЭКВИВАЛЕНТНУЮ МАССУ ЖЕЛЕЗА Э_FE И ЕГО ЭКВИВАЛЕНТ, ЕСЛИ ИЗВЕСТНО, ЧТО ЭКВИВАЛЕНТНАЯ МАССА СЕРЫ РАВНА 16 Г/МОЛЬ.

Решение

Из условия задача следует, что в сульфиде железа на 5,6 г железа приходится 8,8 – 5,6 =3,2 г серы. Согласно закону эквивалентов, массы взаимодействующих веществ пропорциональны их эквивалентным массам. Следовательно:

5,6 г железа эквивалентны 3,2 г серы

Э _Fe г/моль «- = - «16 г/моль

Откуда Э _Fe= 5,6· 16 / 3,2 =28 г/моль.

Мольная масса атомов железа, численно совпадающая с его относительной молекулярной массой, равна 56 г/моль. Поскольку эквивалентная масса железа (28 г/моль) в два раза меньше мольной массы его атомов, то в 1 моле железа содержится 2 эквивалента. Следовательно, эквивалент железа равен ½ моля.

Задача 4. В 250 Г ВОДЫ РАСТВОРЕНО 50 Г КРИСТАЛЛОГИДРАТА FESO₄·7 H₂O. ВЫЧИСЛИТЬ МАССОВУЮ ДОЛЮ КРИСТАЛЛОГИДРАТА И БЕЗВОДНОГО СУЛЬФАТА ЖЕЛЕЗА (П) В РАСТВОРЕ.

Решение

Масса полученного раствора составляет 300 г. Массовую долю кристаллогидрата находим из пропорции:

300 г раствора - 100%

50 г кристаллогидрата - х %

Х= 50·100 /300 = 16,7%

Вычислим массу безводной соли в 50 г кристаллогидрата. Мольная масса

FeSO₄·7 H₂O равна 278 г/моль, а мольная масса FeSO₄ составляет 152 г/моль. Содержание FeSO₄ в 50 г FeSO₄·7 H₂O найдем из пропорции:

278: 152 = 50: х; х= 50·152 /278 = 27,4 г

Отсюда массовая доля безводной соли в 300 г раствора равна:

С= 27,4·100 /300 =9,1 %

Задача 5. СКОЛЬКО ГРАММОВ NA₂CO₃ СОДЕРЖИТСЯ В 500 МЛ 0,25 Э РАСТВОРА?

Решение

С_э= m (Na₂CO₃) / M 1/z(Na₂CO₃)·V(л); Отсюда: m= 0,25·126·1/2 ·0,5 = 7,875г

Ответ: в 500 г 0,25 э раствора содержится 7,88 г Na₂CO₃.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: