Химия - это просто

Популярно о химии

· Что такое химия
· Периодическая таблица

ОБЩАЯ ХИМИЯ

Вещества и смеси

· Понятие вещества
· Вещество и его состояния
· Простые и сложные вещества
· Чистые вещества и смеси
· Свойства вещества
· Энергия вещества
· Газы
· Растворы
· Коллоидные растворы
· Состав растворов
· Электролитическая диссоциация
· Уравнение ионных реакций
· Степень диссоциации
· Диссоциация кислот и оснований
· Диссоциация воды
· Твердые вещества
· Неорганические вещества
· Оксиды
· Основания
· Кислоты
· Соли
· Гидролиз солей
· Электролиз

Атомы и молекулы

Строение веществ

Взаимодействие веществ

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Количественный и качественный состав раствора

Растворы характеризуются своим количественным и качественным составом.

Количественный состав выражается долями (безразмерными относительными величинами): массовой, молярной, объемной.

Размерными величинами-концентрациями являются молярная, массовая и молярная массовая концентрация эквивалента.

1. Массовая доля
2. Молярная доля
3. Объемная доля
4. Молярная концентрация
5. Массовая концентрация
6. Молярная концентрация эквивалента

1. Массовая доля

ω(А) = [m(A)/m]·100%

• ω(А) - массовая доля вещества А;
• m - масса раствора (г);
• m(A) - масса вещества А (г).

Массовой долей (процентной концентрацией) растворенного вещества А называется отношение массы вещества А к массе всего раствора m (масса растворителя + масса вещества).

Массовая доля выражается в процентах (долях единицы) или промилле (тысячной части процента).

Процентная концентрация показывает сколько вещества содержится в 100 г раствора.

Задача: В 150 г воды растворено 50 г вещества. Необходимо вычислить массовую долю вещества в растворе.

Решение:

1. Вычисляем общую массу раствора: 150 + 50 = 200 г;
2. Вычисляем массовую долю вещества в растворе: ω(А) = [50/200]·100% = 25%

2. Молярная доля

χ(A) = n(A)/[n(A)+n(B)]·100%

• χ(A) - молярная доля вещества А;
• n(A) - кол-во вещества А, моль;
• n(В) - кол-во вещества В (растворителя), моль.

Молярной долей (мольной долей) растворенного вещества А называют отношение кол-ва вещества А (в молях) к сумме количеств (молей) всех веществ, входящих в раствор.

Молярная доля выражается в процентах (долях единицы).

Задача: В 180 мл воды растворили 1,18 г хлорида натрия. Необходимо рассчитать молярную долю NaCl.

Решение:

1. На первом этапе произведем расчет молей NaCl и H₂O, необходимых для приготовления раствора (см. Молярная масса):
   Молярная масса NaCl: М = 23 + 36 = 59 г/моль;
   Кол-во моль для NaCl: n = m/M = 1,18/59 = 0,02 моль
   Молярная масса H₂O: М = 1·2 + 16 = 18 г/моль
   Кол-во моль H₂O: n = 180/18 = 10 моль.
2. Производим расчет молярной массы NaCl:
   χ(NaCl) = n(NaCl)/[n(NaCl)+n(H₂O)]·100%
   χ(NaCl) = 0,02/(0,02+10) = 0,002 (0,2%).

3. Объемная доля

φ(A) = V(A)/V

• φ(A) - объемная доля вещества А (доли единицы или %);
• V(A) - объем вещества А, мл;
• V - объем всего раствора, мл.

Объемной долей вещества А называют отношение объема вещества А к объему всего раствора.

Задача: Массовые доли (ω) кислорода и азота в газовой смеси равны 20% и 80% соответственно. Необходимо вычислить их объемные доли (φ) в газовой смеси.

Решение:

1. Пусть общая масса газовой смеси равна 100 г:
   m(O₂)=m·ω(O₂)=100·0,20=20 г
   m(N₂)=m·ω(N₂)=100·0,80=80 г
   
2. По формуле n=m/M определяем кол-во молей веществ:
   n(O₂)=20/32=0,625 моль
   n(N₂)=80/28=2,85 моль
3. Определяем объем, занимающий газами (исходя из постуалата, что при нормальных условиях 1 моль газа занимает 22,4 л):
   Составляем пропорцию:
   1 моль газа = 22,4 л;
   0,625 моль = х л
   х = 22,4·0,625 = 14 л
   Для азота по аналогии: 2,85·22,4 = 64 л
   Общий объем равен: 14 + 64 = 78 л
4. Объемные доли газов в смеси:
   φ(O₂) = 14/78 = 0,18 (18%)
   φ(N₂) = 64/78 = 0,82 (82%)

4. Молярная концентрация (молярность)

c(A) = n(A)/V, моль/л

• c(A) - молярная концентрация вещества А, моль/л;
• n(A) - кол-во растворенного вещества А, моль;
• V - объем всего раствора, л.

Молярной концентрацией растворенного вещества А называют отношение кол-ва растворенного вещества А (в молях) к объему всего раствора (л).

Таким образом, можно сказать, что молярная концентрация - это кол-во молей растворяемого вещества в 1 л раствора. Поскольку n(A)=m(A)/M(A) (см. Молярная масса), то формулу для молярной концентрации можно переписать следующим образом:

c(A) = m(A)/[M(A)·V]

• m(A) - масса вещества А, г;
• M(A) - молярная масса вещества А, г/моль.

Молярную концентрацию принято обозначать символом "М":

• 1М - одномолярный раствор;
• 0,1М - децимолярный раствор;
• 0,01М - сантимолярный раствор.

Задача: В 500 мл раствора содержится 10 г NaCl. Необходимо определить молярную концентрацию раствора.

Решение:

1. Находим массу хлорида натрия в 1 л раствора (молярная концентрация - это число молей растворенного вещества в 1 л раствора):
   500 мл раствора - 10 г NaCl
   1000 мл - х
   х = 20 г
2. Молярная концентрация NaCl:
   c(NaCl) = m(NaCl)/[M(NaCl)·V] = 20/(59·1) = 0,34 моль/л

5. Массовая концентрация (титр)

ρ(A) = m(A)/V

• ρ(A) - массовая концентрация вещества А, г/л;
• m(A) - масса вещества А, г;
• V - объем раствора, л.

Массовой концентрацией (титром) называют отношение массы растворенного вещества к объему раствора.

Задача: Определить молярную концентрацию 20% раствора HCl (ρ=1,1 г/мл).

Решение:

1. Определяем объем 100 г раствора соляной кислоты:
   V = m/ρ = 100/1,1 = 0,09 л
2. В 100 г 20% раствора соляной кислоты содержится 20 г HCl. Рассчитываем молярную концентрацию:
   c(HCl) = m(HCl)/[M(HCl)·V] = 20/(37·0,9) = 6 моль/л

6. Молярная концентрация эквивалента (нормальность)

cэ(A) = nэ(A)/V, моль/л

• c_э(A) - молярная концентрация эквивалента, моль/л;
• n_э(A) - кол-во вещества эквивалентов, моль;
• V - объем раствора, л.

Молярной концентрацией эквивалента называют отношение кол-ва вещества эквивалента к объему раствора.

По аналогии с молярной концентрацией (см. выше):

cэ(A) = m(A)/[Mэ(A)·V]

Нормальным раствором называют раствор, в 1 л которого содержится 1 эквивалент растворенного вещества.

Молярную концентрацию эквивалента принято обозначать символом "н":

• 1н - однонормальный раствор;
• 0,1н - децинормальный раствор;
• 0,01н - сантинормальный раствор.

Задача: Какой объем 90% H₂SO₄ (ρ = 1,82 г/мл) необходим для приготовления 100 мл сантинормального раствора?

Решение:

1. Определяем кол-во 100% серной кислоты необходимой для приготовления 1 л однонормального раствора. Эквивалент серной кислоты составляет половину ее молекулярной массы:
   M(H₂SO₄) = 1·2 + 32 + 16·4 = 98/2 = 49.
   Для приготовления 1 л сантинормального раствора потребуется 0,01-эквивалент: 49·0,01 = 0,49 г.
2. Определяем кол-во грамм 100% серной кислоты необходимой для получения 100 мл однонормального раствора (составляем пропорцию):
   1л - 0,49 г
   0,1л - х г
   х = 0,049 г.
3. Решаем поставленную задачу:
   х = 100·0,049/90 = 0,054 г.
   V = m/ρ = 0,054/1,82 = 0,03 мл.

См. далее: Электролитическая диссоциация...