Реферат Курсовая Конспект
Способы выражения концентраций - раздел Химия, Основные понятия в химии Количество Вещества, Растворенного В Заданном Количестве Растворителя Или Рас...
|
Количество вещества, растворенного в заданном количестве растворителя или раствора, выражают через концентрацию. Концентрацию раствора можно охарактеризовать качественно или количественно. Для качественного описания концентрации используются такие понятия, как разбавленный и концентрированный раствор. О растворах, с относительно низкой концентрацией растворенного вещества, принято говорить, как о разбавленных, а о растворах, с относительно высокой концентрацией, - как о концентрированных.
Компонент раствора, физическое состояние которого сохраняется при образовании раствора, принято считать растворителем. Например, при смешении хлорида натрия (твердое вещество) с водой получается жидкий раствор. Поэтому воду считают растворителем, а NaCl - растворенным веществом. Если все компоненты раствора находятся в одинаковом физическом состоянии, то компонент, присутствующий в большем количестве, считается растворителем.
2.1 Молярную концентрацию раствора определяют как число молей вещества, растворенного в литре раствора:
См=
Например, в каждом литре 1,50 молярного раствора (пишется 1,50 М) содержится 1,50 моля растворенного вещества. Чтобы приготовить один литр
0,150 М раствора сахарозы C12H22O11 в воде, нужно взять 0,150 моля С12H22O11. Это количество твердой сахарозы (51,3 г) сначала растворяют в менее чем одном литре воды, а затем полученный раствор разбавляют до окончательного объема 1 л. С этой целью обычно пользуются мерной колбой, имеющей метку, в которую можно налить точно известный объем жидкости.
С помощью молярной концентрации объем можно перевести в моли или моли в объем:
а) вычислить число молей HNO3 в 2 л 0,200 М раствора HNO3.
n (HNO3)=2,0 л раствора´0,200=0,40 моля HNO3
б) вычислить объем 0,30 М раствора HNO3, в котором содержится 2,0 моля HNO3:
V (раствора)=2,0 моля´=6,7 л раствора
Пример
Сколько граммов Na2SO4 требуется для приготовления 350 мл раствора Na2SO4 c концентрацией 0,50 М?
Решение. См (Na2SO4)=.
Следовательно, n (Na2SO4)=0,350 л раствора´0,50=0,175 моля Na2SO4.
Поскольку один моль Na2SO4 имеет массу 142 г, т.е. М (Na2SO4)=142 г/моль, то m (Na2SO4)=n´M=0,175´142=24,8 г
2.2 Процентная концентрация
Ср=´100, %
Пример
Приготовлен раствор, содержащий 6,9 г NaHCO3 в 100 г воды. Какова процентная концентрация растворенного вещества в этом растворе?
Решение.
Ср=´100=´100=6,5%
Масса раствора - это сумма масс растворителя и растворенного вещества.
3.2 Мольная доля компонента раствора (Х) определяется уравнением:
Х=
Сумма мольных долей всех компонентов раствора должна быть равна 1.
Пример
Вычислите мольную долю HCl в растворе соляной кислоты, содержащем 36 % HCl по массе.
Решение. Допустим, что имеется 100 г раствора (если исходить из какого-то другого количества раствора, то конечный результат будет тем же; это легко проверить, но расчет усложнится). Тогда в растворе должно содержаться 36 г HCl и 64 г H2O.
n(HCl)===0,99 моля
n(H2O)==3,6 моля
Х(HCl)===0,22.
4.2. Моляльная концентрация или моляльность раствора определяется как число молей растворенного вещества в кг растворителя, а размерность этой концентрации обозначается Мл.
Cg=
Следует обратить внимание на различия между молярностью и моляльностью: при определении моляльности используется масса растворителя, при определении молярности – объем раствора. В растворе, моляльность которого равна 1,50, т.е. в 1,50 Мл растворе содержится 1,50 моля растворенного вещества на каждый кг растворителя. Если растворителем служит вода, моляльность и молярность разбавленного раствора численно почти совпадают, потому что 1 кг растворителя представляет собой почти то же самое, что и 1 кг раствора, а объем 1 кг водного раствора приблизительно равен 1 л.
Пример 1
Раствор какой моляльности получается при растворении 5,0 г толуола (C7H8) в 225 г бензола (С6Н6).
Решение. ;
.
Пример 2
Исходя из того, что плотность раствора, содержащего 5,0 г толуола и 225 г бензола, равна 0,876 г/мл, вычислите концентрацию этого раствора, выразив ее как: а) молярную концентрацию; б) мольную долю растворенного вещества; в) процентную концентрацию растворенного вещества.
Решение. а) суммарная масса раствора равна массе растворителя плюс масса растворенного вещества:
mраствора=5,0+225=230 г.
Зная массу раствора и его плотность, можно вычислить объем раствора:
Vраствора===263 мл = 0,263 л.
Сведения о плотности раствора нужны для того, чтобы связать между собой его молярность и моляльность, поскольку первая выражается через объем, а вторая - через массу. Кроме того, чтобы вычислить молярность и моляльность раствора, необходимо знать число молей растворенного в нем вещества:
n(C7H8)===0,054 моля.
Молярность раствора равна числу молей вещества, растворенного в 1 л раствора:
См===0,21 М.
б) для вычисления мольной доли растворенного вещества, рассчитаем количество молей каждого из компонентов раствора:
n(C6H6)===2,88 моля, n(C7H8)=0,054 моля.
Мольную долю растворенного вещества вычислим по следующей формуле:
X(C7H8)=
в) поскольку процентная концентрация растворенного вещества равна отношению массы растворенного вещества к суммарной массе раствора, то:
Cp=
5.2 Нормальная концентрация или нормальность раствора (обозначается буквой н.) определяется числом эквивалентов вещества, растворенного в 1 л раствора.
Сн=
Нормальная концентрация раствора всегда представляет собой целое число, кратное молярной концентрации раствора. В окислительно-восстановительных реакциях целочисленный коэффициент пропорциональности между молярностью и нормальностью раствора равен числу электронов, присоединяемых или теряемых одной формульной единицей вещества. В кислотно-основных реакциях этот целочисленный множитель равен числу ионов Н+ или ОН-, которые создаются одной формульной единицей вещества.
Пример
Каковы молярная и нормальная концентрации раствора H2SO4, приготовленного растворением 5.00 г H2SO4 в таком количестве воды, чтобы получилось 200 мл раствора?
Решение. 1) М(H2SO4)=98 г/моль; 2);
3) .
Так как одна молекула H2SO4 дает два иона водорода, в одном моле этой кислоты содержится 2 химических эквивалента, и поэтому нормальность раствора вдвое превышает его молярность, т.е. равна 0,510н.
1) Э(H2SO4)=; 2) ; 3) Cн=
6.2 Титр определяется количеством грамм вещества, растворенным в 1 мл раствора.
Т=, г/мл
7.2 Равновесная концентрация
Если реагенты и продукты реакции находятся во взаимном контакте, химическая реакция может достичь состояния динамического равновесия, в котором прямая и обратная реакции протекают с одинаковыми скоростями. Это состояние называется химическим равновесием. Свойства равновесной системы не меняются с течением времени. Для такой системы отношение произведения концентраций всех продуктов к произведению концентраций всех реагентов, каждая из которых возведена в степень, равную стехиометрическому коэффициенту данного участника реакции в ее полном химическом уравнении, называется константой равновесия К.
jA+kBpC+qD
K= (7.2.1)
Константа равновесия зависит от температуры, но на нее не влияют не изменения относительных концентраций реагирующих веществ, ни давление в реакционной системе, ни наличие в ней катализатора.
При использовании молярных концентраций константу равновесия обозначают символом Кс, а при измерении концентраций парциальными давлениями (в атмосферах) константу равновесия обозначают символом Кр.
jA+kBdAB
Kp= (7.2.2)
Константы Кс и Кр связаны между собой соотношением:
Kp=Kc´(R´T), (7.2.3)
где - изменение числа молей газа в реакции.
Большое значение константы равновесия указывает на то, что в равновесной смеси должно содержаться больше продуктов, чем реагентов. Малая величина константы равновесия означает, что равновесие сдвинуто в сторону реагентов.
Пример
В одном из экспериментов немецкий химик Фриц Габер и его сотрудники в начале XX века вводили в реакционный сосуд смесь водорода и азота, а затем ждали, пока в системе не установится равновесие при 472°С. После анализа в равновесной смеси газов было обнаружено 0,1207 М Н2, 0,0402 М N2 и 0,00272М NH3. Вычислите по этим данным константы равновесия Кс и Кр реакции:
N2(г.)+3Н2(г.)2NH3(г.)
Решение. а) Кс=
б) в этой реакции из 4 молей газообразных реагентов (1N2+3H2) образуется 2 моля газообразных продуктов (2NH3). Следовательно, n=2-4= -2 (любую величину, обозначаемую символом , всегда получают вычитанием из результата, в рассматриваемом случае данных для продуктов, исходного значения, т.е. данных для реагентов).
Абсолютная температура эксперимента Т=273+472=745 К
Воспользуемся значением универсальной газовой постоянной
R=0,0821 .
Кр=
При вычислении констант равновесия соответствующие концентрации можно подставлять вместе с единицами измерения, и тогда константа равновесия К приобретет определенную размерность. Например, для реакции N2O(г.)2NO2(г.) имеем К=Если в данном случае концентрацию веществ выразить в молях, константа равновесия примет размерность , а если концентрацию выразить в атмосферах, константа равновесия имеет размерность Выражая константы равновесия в единицах определенной размерности, мы тем самым указываем и единицы, в которых выражены концентрации, а это имеет свои удобства. Тем не менее чаще константы равновесия записывают как безразмерные величины.
7.2.1. Гетерогенные равновесия
Во многих важных равновесных системах все вещества находятся в одинаковом фазовом состоянии. Такие равновесные системы называются гомогенными. Но равновесие может устанавливаться и между веществами, которые находятся в разных фазовых состояниях, и в таком случае говорят о гетерогенном равновесии. В качестве примера рассмотрим разложение карбоната кальция:
CaCO3(тв.)СаО(тв.)+СО2(г.)
В этой системе газ находится в равновесии с двумя твердыми веществами. Если написать выражение для константы равновесия так, как мы это делали до сих пор, то получим:
K=.
Так как карбонат и оксид кальция присутствуют в системе в виде твердых веществ, их концентрации остаются постоянными. Число молей твердого вещества, приходящееся на литр его объема, не зависит от того, много или мало этого вещества имеется в системе. Концентрацию чистого жидкого или твердого вещества можно выразить через отношение плотности к молекулярной массе:
Плотность чистого жидкого или твердого вещества при любой заданной температуре постоянна, а при изменении температуры меняется очень незначительно. Поэтому можно с удовлетворительной точностью считать эффективную концентрацию чистого жидкого или твердого вещества постоянной. С практической точки зрения результат этой продцедуры эквивалентен тому, как если бы мы в выражении для константы равновесия условно приняли концентрации твердых веществ равными единице.
K=[CO2]
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Все вещества состоят из химических элементов Например составными частями серной кислоты Н SO являются элементы водород сера и кислород... Химические элементы составные части простых и сложных веществ каждый... Число нейтронов содержащихся в ядрах данного элемента в отличие от числа протонов может быть различным Атомы...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Способы выражения концентраций
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов