Материалы для лекции (для специальности Лаборант химического анализа ) по теме Концентрация растворов

ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА КОНЦЕНТРАЦИЙ РАСТВОРОВ
1. Масса вещества (в г):
m = ρ × V,
где ρ – плотность вещества в г/мл, а V – объем вещества в мл.
В 1 л – 1000 мл, в 1 м3 – 1000 л.
2. Молярная масса вещества (в г/моль):
М(AxBy) = │Мr(AxBy)│ = │x × Ar(A) + y × Ar(B)│
Мr(AxBy) − это относительная молекулярная масса; она как и Ar
− относительная атомная масса − величина безразмерная.
Аr берется из ПСХЭ Д. М. Менделеева − это массовое число!
х, y – это индексы в формуле химического вещества (их может быть и
больше!). Например, для серной кислоты H2SO4 М(H2SO4) = 2∙ Ar(Н) +
1∙ Ar(S) + 4∙ Ar(O) = 2∙1 + 1∙32 + 4∙16 = 98 (г/моль)
3. Количество вещества (в моль):
n=
m(вещества)[г]
М [г/моль]
4. Массовая доля растворенного вещества(в % - либо же безразмерная
величина):
ω = С, % =
m(р. в) × 100%
m(р − ра)
5. Молярная концентрация (в моль/л):
Cm =
Cm =
n(вещества)
моль
V
л
,[
]
m(вещества)(г)
М(г/моль) × V (л)
6. Фактор эквивалентности (безразмерная величина):
fэкв =
1
, или fэкв =
│z│
1
, илиfэкв =
│𝑛H+│
1
│𝑛ОН−│
где z – положительный или отрицательный заряд катиона или аниона
соответственно (для ионных реакций), Н+ - катион водорода, ОН- гидроксид-ион (ион гидроксония), n – количество отданных в реакции
ионного обмена Н+ либо ОН-.
Если в реакции обменивается катион водорода (или любой другой
единичный заряд), то фактор эквивалентности лучше считать по аниону,
который
может
быть
многозарядным,
либо
же
через
количество
обмененных катионов Н+. Например, для Н2SO4 fэкв = 1/│2-│= ½ (в данном
случае, сульфат ион является многозарядным!), но можно рассчитать
фактор, учитывая, что серная кислота в реакции ионного обмена отдает 2
катиона Н+, и тогда получается 1/│2×1+│=1/2.
Если в реакции обменивается гидроксид-ион ОН-, то фактор
эквивалентности лучше считать по катиону, который может быть
многозарядным, либо же через количество обмененных анионов ОН-. Так
для раствора гидроксида кальция Cа(ОН)2, fэкв = 1/│2+│= ½ (в данном
случае, катион кальция является многозарядным!), но можно рассчитать
фактор, учитывая, что щелочь в реакции ионного обмена отдает 2 аниона
ОН-, и тогда получается 1/│2×1-│=1/2.
Фактор эквивалентности – величина ОТНОСИТЕЛЬНАЯ, то есть
сильно
зависит
от
степени
окисления
(в
случае
окислительно-
восстановительных реакций fэкв считается по количеству отданных или
принятых веществом электронов для каждой конкретной реакции).
Например, для сильного окислителя - перманганата калия - в разной среде
получаются
продукты,
fэкв(КMnO4)4)= будет
менятся.
Для кислой разные
среды идет
процесс соответственно,
Мn7+ +5е = Мn2+, fэкв(КMnO
1/│5∙1│=
1/5
Для нейтральной среды Мn7+ +3е = Мn4+, fэкв(КMnO4) = 1/│3∙1│= 1/3
Для щелочной среды Мn7+ +1е = Мn6+, fэкв(КMnO4) = 1/│1∙1│= 1
…и количества ионов, которые обменивается в той или иной
реакции. Например, для реакции нейтрализации серной кислоты шелочью
может быть 2 случая:
1) В случае полной нейтрализации Н2SO4 fэкв = 1/│2-│= ½
Н2SO4 +2КОН =К2SO4 + 2Н2О
2) В случае неполной нейтрализации (недостаток щелочи), образуется
гидросульфат-ион с единичным зарядом:
Н2SO4 +КОН =КНSO4 + Н2О
Тогда fэкв = 1/│1-│= 1
7. Молярная масса эквивалента (в г/моль-экв):
Мэкв = Э = fэкв × М
8. Количество вещества (в моль-экв):
𝑛экв =
m(вещества)(г)
Э (г/(моль − экв)
9. Нормальная концентрация (молярная концентрация эквивалента) (в
моль-экв/л):
Сн =
Сн =
n(вещества)
моль−экв
V
л
,[
]
m(вещества)(г)
г
Э((моль−экв)) × V (л)
Обратите особое внимание, что для кислот и щелочей, у которых fэкв = 1,
МОЛЯРНАЯ и НОРМАЛЬНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ СОВПАДАЮТ (кроме,
конечно, единиц измерения). В целом это можно выразить таким соотношением:
Сн =
Cm
fэкв
Для многоосновных кислот (n(Н+) > 1) и многокислотных оснований (n(ОН-) > 1)
молярная
концентрация
эквивалента
(нормальность)
ВСЕГДА
БУДЕТ
КРАТНО ВЫШЕ молярной концентрации раствора этого же вещества.
Так, например, для 1 М раствора серной кислоты Н2SO4, ее нормальность
будет составлять 2 н, потому что:
Сн (Н2SO4) =Сm (Н2SO4) / fэкв = 1 / (1/2) = 2 н
Для 0,5 М раствора гидроксида кальция Cа(ОН)2, его нормальность будет
составлять 1 н, потому что:
Сн (Cа(ОН)2) =Сm (Cа(ОН)2) / fэкв = 0,05 / (1/2) = 1н.
Нормальная концентрация особенно важна для аналитической химии,
потому составляет ее самый основной закон – закон эквивалентов:
Сн𝟏 × 𝐕𝟏 = 𝐂н𝟐 × 𝐕𝟐
Этот закон лежит в основе количественного метода анализа – титрования.