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 элементами. 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:

m_р-ра = V_р-ра × r_р-ра ;

m_р-ра = m_в-ва + m_{растворителя} 
 

w =

w % = w×100 % ;

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

С_M =

= ;

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

С_Н =

= .

  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

  Э_в-ва =

=

где  y – число катионов;

       + х – заряд катионов;

       х – число анионов;

       - у – заряд анионов.

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

  Э_{в-ва окисл.-восст.}  = М / n_ē

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

Т =

.

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.

  m_{раствора} = m_{растворенного в-ва} + m

;

следовательно, m = 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.

  m_{раствора} = r×V = 1,10×100 = 110 г

  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

  или          m = 110× = 16,5 г.

  Далее найдем массу 96 %-ного (по массе) раствора Н₂SO₄, в котором содержится 16,5 г Н₂SO₄,

в 100 г  раствора содержится  96 г Н₂SO₄

         х г            »                        »           16,5 г Н₂SO₄ ;

х = 17,2 г раствора или m _{96%-ного р-ра} = = 17,2 г. Найдем объем 96 %-ного раствора, масса которого 17,2 г:

; 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 =

= 1,6 : 40 = 0,04 моля.

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

  С_M = n / V

  С_M = 0,04 : 0,2 = 0,2 моль/л.

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

  Решение. Молярная масса хлорида железа равна    162,3 г/моль. Эквивалентная масса FeCl₃ = 162,3 : 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-эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора. Следовательно,      0,3 л содержит 0,6  моль-эквивалента

                  1 л          »          х моль-эквивалентов;

  х = 2 моль-эквивалента (эквивалента).

  С_Н = 2 (2н раствор) или С_Н =

экв./л.

  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 ее раствора, из пропорции

  в 100 г раствора содержится 15 г Н₂SO₄

    в 1,10 × 1000 г        »              »             х 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 С_М = 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

  С_Н = 3,36 моль-экв./л (экв./л);

  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 = 26,5 г Na₂CO₃,

тогда        в 1л 0,5н раствора содержится 26,5 г  Na₂CO₃

               в х  л                    »       10 г Na₂CO₃

х = 0,38 л ;

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

n = 26,5:106=0,25 молей, следовательно, С_М = 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

  C_{Н кислоты} × V_{кислоты} = C_{Н щелочи} × V_щелочи

  Следовательно, C_{Н кислоты} × 42 = 14 × 0,3; C_{Н кислоты} = 0,1.

  C_{Н кислоты} = 0,1 моль-эквивалентов/л. Молярная масса Н₂SO₄ = 98 г/моль; эквивалентная масса Н₂SO₄ =98 : 2 = 49 г/моль-экв., или эквивалентная масса составляет 0,5 моля Н₂SO₄.

  Отсюда  молярность раствора Н₂SO₄ составит 0,1 × 0,5 = 0,05 моль/л, C_М = 0,05 моль/л.

  Или примем V_{х раствора} = 1 л, тогда m = C_Н × Э × V;

   = 0,1×49×1 = 4,9 г; C_М = = 0,05 моль/л.

  КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

Теоретические вопросы

 

1. Растворы (определение). Почему для характеристики растворов, в отличие от индивидуальных веществ, необходимо указывать их состав?
2. Назовите известные Вам способы выражения состава растворов (концентрации). Укажите единицы их измерения.
3. Приведите формулы для расчета концентраций растворов (w, С_М, С_Н, Т).
4. Приведите примеры жидких, твердых и газообразных (газовых смесей) растворов. Какой из компонентов раствора обычно выбирают в качестве растворителя?
5. Какие растворы называются ненасыщенными, насыщенными и пересыщенными? Концентрация какого из этих растворов называется растворимостью?
6. Какова зависимость растворимости газов в жидкостях от температуры и давления (закон Генри)? Что такое парциальное давление?
7. Какова зависимость растворимости кристаллического вещества от температуры? Перекристаллизация и ее практическое применение.
8. Сольватация (гидратация) и ее роль в процессе образования растворов. Сольватная (гидратная) оболочка.
9. Энтальпия растворения как результат соотношения энтальпии разрушения кристаллической решетки и энтальпии сольватации (гидратации).
10. Дайте определения понятиям «массовая доля растворенного вещества в растворе» и «молярная концентрация раствора». Укажите расчетные формулы, единицы измерения.
11. Дайте определения понятиям «нормальная концентрация раствора» и «титр раствора». Укажите расчетные формулы, единицы измерения.
12. Применение принципа Ле-Шателье к обратимой системе «газ + растворитель D раствор»; rН > 0. Как влияет изменение давления газа и температуры на растворимость газа в жидкости?
13. Применение принципа Ле-Шателье к обратимой системе «кристаллическое вещество + растворитель D раствор»; rН < 0. Как влияет изменение температуры и внешнего давления на растворимость твердого вещества в жидкости?
14. Одинаковы ли энтальпии растворения Na₂SO₄ и Na₂SO₄ × 10 Н₂О? Почему?