«Концентрация растворов»

I. Вступление.

На прошлом занятии вы писали к/р по теме «Основные классы неорганических веществ». Результаты этой работы следующие…

До сих пор мы говорили об отдельных, индивидуальных веществах, теперь перейдем к рассмотрению многокомпонентных систем, состоящих из 2-х или более веществ.

Тема нашего сегодняшнего занятия «Концентрация растворов».- запись темы в тетрадь

Дома вы должны были прочитать и разобрать теоретические вопросы этой темы и решить задачи.

II. Проверка знаний и обобщение.

Начнем с того, что вы ответите на следующие вопросы:

1.Что называется раствором?

(Раствор- это гомогенная физико-химическая система, состоящая из 2-х или более частей (компонентов), относительные количества которых могут меняться в довольно широких пределах.)

2. Почему раствор мы называем гомогенной и физико-химической системой?

(Гомогенной, т.к. все компоненты находятся в одном агрегатном состоянии.)

3.Каком?

(Растворы бывают твердыми, жидкими, газообразными. Примеры твердых растворов - сплавы металлов, газообразных – воздух).

Физико-химической системой раствор является потому, что

А) однородность растворов делает их очень сходными с химическими соединениями;

Б) выделение теплоты при растворении некоторых веществ тоже указывает на химическое взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом.

В) отличие растворов от химических соединений состоит в том, что состав раствора может изменяться в широких пределах. При растворении вещества могут приобретать химические свойства, не проявляются в индивидуальном виде.

Г) кроме того, в свойствах раствора можно обнаружить многие свойства его отдельных компонентов, что не наблюдается в случае химического соединения.

Запись схемы:

Растворы

Признаки Признаки

Физической системы химической системы

(механических смесей) (химические соед.)

- непостоянство состава - однородность состава

-проявление индивидуальных - выделение Q за счет

свойств компонентов разрушения и образования связей

Непостоянство состава растворов приближает его к механическим Таким образом, растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями.

4. Какие вещества называют растворителями? Или как определить какое вещество в растворе является растворителем, а какое растворенным веществом?

(Растворителем считают ту составную часть раствора, которая в чистом виде находилась в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор. Если оба компонента до приготовления раствора находились в одинаковых агрегатных состояниях, то растворителем считают то вещество, которое взято в большем количестве (например, спирт и вода).

5. Мы выяснили, что является раствором, растворенным веществом и растворителем. А что из себя представляет процесс растворения?

(Растворение – это процесс равномерного распределения частиц (молекул, ионов) растворенного вещества между молекулами растворителя.

6. И только ли? Происходит ли при растворении разрыв и образование связей? Поясните.

(Да, например, при растворении кристалла в жидкости происходит следующее: [стр.210 Глинка учебник]).

Когда вносят кристалл в жидкость, от поверхности его отрываются отдельные молекулы. Последние благодаря диффузии равномерно распределяются по всему объему растворителя. Отделение молекул от поверхности твердого тела вызывается, с одной стороны, их собственными колебательными движениями, а с другой – притяжением со стороны молекул растворителя. Этот процесс должен был бы продолжаться до полного растворения любого количества кристаллов, если бы одновременно не происходил обратный процесс – кристаллизация. Перешедшие в раствор молекулы, ударяясь о поверхность еще не растворившегося вещества, снова притягиваются к нему и входят в состав его кристаллов.

7. Как вы думаете, количество вещества, которое может раствориться при данной температуре безгранично?

(Нет. Способность вещества растворяться всегда ограничена).

8. А как определить как много может раствориться вещества при данных Т, V?

(Количество вещества, которое может раствориться при данной температуре в определенном количестве растворителя, называется растворимостью).

Существует несколько способов выражения растворимости:

г или моль растворенного вещества в 1 дм³ (1 л) р-ра – г/дм³ р-ра (г/л р-ра) или г в-ва в 100 г растворителя – г/100г р-ля и др.

Растворимость разных веществ в воде может различаться очень сильно. Например, при Т= 25 С растворимость NaCl в H₂O составляет 36 г в 100 г H₂O. При тех же условиях растворимость AgCl равна лишь 0,00014 г в 100 г H₂O.

9. А если мы попробуем при Т=25 С в 100 г H₂O растворить 40 г NaCl?

(Нет, у нас ничего не получится, т.к. каждое вещество имеет свой предел растворимости в H₂O. При данных условиях растворяется только 36 г NaCl в 100 г H₂O, а 4 г останутся в виде кристаллов (осадка).

10. А как называется раствор, в котором при данной температуре вещество больше не растворяется?

(Насыщенным. Если вещество еще может растворяться в данном растворе, то он называется ненасыщенным).

Из сказанного следует, что

III . Объяснение нового материала.

Концентрация вещества в насыщенном растворе равна его растворимости, концентрация вещества ненасыщенного раствора всегда меньше величины растворимости.

- Как вы думаете, растворимость веществ зависит от каких-либо условий? Поясните.

(Да. Растворимость большинства твердых веществ с повышение температуры увеличивается. Для газов и жидкостей обычно наоборот.

- А какие растворы называются разбавленными и концентрированными?

(Деление растворов на разбавленные и концентрированные – условно. Например, концентрированная серная кислота содержит 98% H₂SO₄ и 2% H₂O. 40 %-ный раствор этой кислоты уже считается разбавленным. В то же время концентрированный р-р HCl содержит лишь 36% HCl. Условно разбавленными можно считать те растворы, в 1 дм³ (л) которых содержится не более 1 моль растворенного вещества.

Большое значение для химии и технологии имеют методы количественного выражения состава растворов. К рассмотрению которых мы и переходим.

Способы выражения количественного состава растворов.

Количества растворенного вещества и растворителя могут измеряться в разных единицах. В связи с этим существует несколько способов выражения состава.

1. Массовая доля растворенного вещества

Массовая доля w показывает, какая масса растворенного вещества содержится в 100 г раствора.

Чтобы рассчитать массовую долю, необходимо разделить массу растворенного вещества на массу раствора и выразить это отношение в %:

Нужно помнить, что m _р-ра= m_р.в-ва+m_р-ля

Пример: Сколько г сахара необходимо растворить в 500г воды, чтобы приготовить раствор с массовой долей 5%?.

Решение: Обозначим необходимое количество сахара через х, тогда

m_р.в-ва =х

m_р-ра =х+ m H₂O=х+500

2. Молярная концентрация раствора

Молярная концентрация С_м показывает количество растворенного вещества ? в моль, которое содержится в 1 дм³(1л) р-ра.

Расчет ведется по формуле:

Пример: Какова молярная концентрация р-ра глюкозы в 500 см³ которого содержится 2г глюкозы C₆H₁₂O₆?

Решение: Вспомним, что количество вещества рассчитывается, как

? = , тогда С_м= = моль/дм^3.

Пример: Массовая доля сахарозы в растворе равна 10%. Какова молярная концентрация сахарозы, если плотность раствора равна 1,1г/см^3.

Решение: Пусть Vр-ра=1 дм³ или 1л, тогда 1 дм³ имеет массу 1100г, а m сахарозы равна:

10%=

х=110г; М(C₁₂H₂₂O₁₁)=342 г/моль,

тогда С_м= =0,322 моль/дм³

Ответ: 0,322моль/дм³

3. Молярная концентрация эквивалента (нормальность).

Чтобы лучше понять сущность этого способа, рассмотрим некоторые основные понятия.

Эквивалентом называют реальную или условную частицу, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим споссобом эквивалента одному иону водорода в кислотно-основных или ионообменных реакциях или одному е в окислит-восст. Реакциях.

Например, эквивалентом гидроксида калия и соляной кислоты будут соответственно молекула КОН и молекула НСl ,серной кислоты ? молекулы H₂SO₄

HCl+NaOH=NaCl+H₂O

2HCl+Ca(OH)₂=CaCl₂+2H₂O

3HCl+Al(OH)₃=AlCl₃+3H₂O

В первой реакции одному иону водорода эквивалентна молекула NaOH; во второй реакции одному илну водорода эквивалентна условная частица-половина молекулы Ca(OH)_2; в третьей реакции эквивалентом является одна треть молекулы Al(OH)_3.

Фактор эквивалентности – число, показывающее, какая доля реальной частицы Х эквивалентна одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону – в данной окислительно-восстановительной реакции.

Фактор эквивалентности вещества Х обозначается так f_экв(Х).

В приведенных реакциях:

f_экв(NaOH)=1; f_экв(Ca(OH)₂)=1/2; f_экв(Al(OH)₃)=1/3.

Во всех случаях:

f_экв(кислоты)=1/основность;

f_экв(основания)=1/кислотность;

f_экв(соли)=1/число катионов*валентность Ме);

f_экв(окислителя)=1/число принятых е

f_экв(восстановителя)=1/число отданных е.

Молярная масса эквивалента вещества Х равна:

Произведению фактора эквивалентности вещества Х на его молярную массу.

М экв(Х)=fэкв(Х)*М(f). Значит,

М экв(NaOH)=1*40=40г/моль;

М экв(Ca(OH)₂)=1/2*74=37г/моль;

М экв(Al(OH)₃)=1/3*78=г/моль.

Количество вещества эквивалента равно массе вещества Х, деленной на молекулярную (молярную) массу эквивалента.

Например,

Молярная концентрация эквивалента вещества Х (нормальность) Сн и выражается в моль-экв/дм^3.

Молярная концентрация эквивалента – отношение количества вещества эквивалента к объему раствора.

Сн= ,где V-объем в дм³

Пример: В 1 дм³ воды растворили 150 г воды. Плотность полученного раствора 1,1г/см³. Определите молярную концентрацию эквивалента (нормальность).

Решение: Масса полученного раствора: 1000+150=1150г

Vр-ра=1150/1,1=1045см³=10,45дм³

?_экв.( H₂SO₄)=m_.( H₂SO₄)/М_экв.( H₂SO₄)

?_экв.( H₂SO₄)=150/49=3,06моль-экв.

С_{экв. .}( H₂SO₄)= ?_экв.( H₂SO₄)/V=3,06/1,045=2,93моль-экв/дм³

Или Сн

Ответ: Сн=2,93 моль-экв/дм³

3. Моляльность раствора

Моляльность раствора – количество растворенного вещества, приходящееся на 1 кг растворителя.

Сm – обозначение; выражается в моль/кг.

Сm=

Пример: Массовая доля гидроксида калия в растворе равна 10%. Рассчитайте моляльность раствора.

Решение: Массовая доля 10% указывает, что но каждые 90 г воды приходится 10 г КОН. Рассчитаем массу гидроксида калия, приходящуюся на 1 кг воды.

10г-----90г воды,

Х г-------1000г воды;

Х= 10000/90=111г.

?_р.в-ва= 111/59г/моль=2 моль.

Сm=2 моль/1кг=2моль/кг.

4. Мольная доля.

Мольная доля – это отношение количества растворенного вещества к общему количеству растворенного вещества и растворителя.

Обозначается ,как N р.в.=

Пример: Рассчитать мольную долю йода в растворе, содержащем 20 г J₂ в 500г тетрахлорида углерода ССl_4.

До задачи нужно сказать, что N р.в.+ N р-ля=1

Решение: Находим количество йода и тетрахлорида углерода в данном растворе:

?(J₂)=20г/254г/моль=0,079моль

? (ССl₄)=500г/154г/моль=3,25моль

N (J₂)=0,079/(0,079+3,25)=0,024

N( ССl₄)=1-0,024=0,976

Ответ: 0,024; 0,976.

6. Титр.

Титр – это количество грамм растворенного вещества, содержащееся в 1 мл раствора, т.е.

Т= =г/мл

Д/з: Решить задачи:

1. 1,33г хлорида алюминия растворили в 200см³ воды. Плотность полученного раствора 1,05 г/см³. Рассчитайте массовую долю растворенного вещества, молярную концентрацию, моляльность, молярную концентрацию эквивалента, мольные доли хлорида алюминия и воды.

2. Задачи Глинка « Задачи и упражнения по общей химии» стр.103 №391-398,408,413,418,414,424,428.