Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
Растворы – это однородные (гомогенные) системы, состоя щие 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 веще ство равномерно распределено в виде молекул или ионов. Однородность растворов делает их сходными с химиче с кими соединениями. Отличие растворов от хими чес ких соединений состоит в том, что состав растворов может изменяться в широких пределах. Непостоянство состава растворов приближает их к механическим смесям, но от по следних они резко отличаются своей однородностью. Та ким образом, растворы занимают промежуточное поло же ние между механическими смесями и химичес кими эле ментами. Различают газовые, жидкие и твердые раство ры. Наибольшее распространение имеют жидкие раство ры. Растворы, в отличие от химических соедине ний, 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:
mр-ра = mв-ва + mрастворителя
= % = 100 % ;
СM = = ;
СН = = .
Эквивалентом вещества называется такое его количе ст во, которое соединяется, вытесняет или замещает 1моль атомов водорода. Масса эквивалента, выражен ная в граммах, называется эквивалентной массой.
Для определения нормальности раствора необходимо уметь рассчитывать эквивалентную массу нерганичес ких веществ.
Эквивалентная масса кислоты, основания, соли, уча ствующих в ионно-обменных процессах, равна частно му от деления молярной массы этого вещества на произ ве дение количества катионов в молекуле на их заряд (или количества анионов на их заряд) для веществ
Эв-ва = =
где y – число катионов;
+ х – заряд катионов;
х – число анионов;
- у – заряд анионов.
Эквивалентная масса вещества, участвующего в окис ли тельно-восстановительном процессе, равна частному от деления молярной массы вещества на количество отдан ных (восстановитель) или принятых (окислитель) элект ро нов.
Эв-ва окисл.-восст. = М / nē
Т = .
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 () извест но, что в 100 г раствора будет содержаться 6 г КОН.
mраствора = mрастворенного 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, = 1,84 г/см3) и какую массу воды надо взять для приготовления 100 мл 15%-ного (по массе) раствора серной кислоты (плотность раствора, = 1,10 г/см3).
Решение. Найдем массу 100 мл 15%-ного (по массе) раствора Н2SO4.
mраствора = V = 1,10100 = 110 г
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 ра ство ра 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:
= = 1,6 : 40 = 0,04 моля.
Исходя из определения молярной концентрации, найдем количество молей NaOH, содержащихся в 1 л раствора:
СM = / V
СM = 0,04 : 0,2 = 0,2 моль/л.
Задача 4. Какова нормальность раствора хлорида же ле за (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 растворен ного вещества (FeCl3), содержащихся в 0,3 л раствора:
= 32,44 : 54,1 = 0,6 моль-эквивалентов (эквивалентов).
Нормальность определяется количеством моль-эквива лентов растворенного вещества в 1 л раствора. Следова тель но, 0,3 л содержит 0,6 моль-эквивалента
1 л » х моль-эквивалентов;
х = 2 моль-эквивалента (эквивалента).
СН = 2 (2н раствор) или СН = экв./л.
Задача 5. Определите молярность, нормальность и титр 15%-ного раствора серной кислоты. Плотность раствора =1,10 г/см3.
Решение. 1. Примем объем раствора, равным 1 л. Оп ре деляем 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 раство ра содержится Н2SO4 165 : 98 = 1,68 моль. Таким образом СМ = 1,68 моль/л;
3. Эквивалент Н2SO4 равен 98 : 2 = 49 г/моль-экв. или 49 г/экв. Коли чество моль-эквивалентов в165 г Н2SO4 рав но 165 : 49 = 3,36 моль-эквивалентов. Следовательно, в 1л раство ра содержится 3,36 моль-эквивалентов
СН = 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,
х = 0,38 л ;
2. Определим СМ раствора. В 1 л 0,5н раствора содержится 26,5 г Na2CO3. Находим количество молей Na2CO3
= 26,5:106=0,25 молей, следовательно, СМ = 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
CН кислоты Vкислоты = CН щелочи Vщелочи
Следовательно, CН кислоты 42 = 14 0,3; CН кислоты = 0,1.
CН 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 мо ля Н2SO4.
Отсюда молярность раствора Н2SO4 составит 0,1 0,5 = 0,05 моль/л, CМ = 0,05 моль/л.
Или примем Vх раствора = 1 л, тогда m= CН Э V;
= 0,1491 = 4,9 г; CМ = = 0,05 моль/л.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
Теоретические вопросы
Задачи
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ
Растворы состоят из растворителя и одного (или более) растворенных веществ. Наиболее распространенными яв ля ют ся водные растворы (растворитель вода). В неводных растворах, которые в последнее время находят все боль шее применение, могут быть использованы другие раство рители (бензол, спирт, жидкий аммиак и т.д.).
Растворенное вещество в растворах находится в виде изолированных молекул или ионов. В процессе образо вания раствора большую роль играет взаимодей ствие частиц растворенного вещества (молекул или ионов) с молекулами растворителя, т.е. сольватация (гидратация, если раствори те лем является вода). Энерге ти ческий эффект, наблюдае мый при растворении 1 моля вещества, называется энтальпией растворения (кДж/моль). Процесс растворения может быть экзотерми чес ким (например, КОН) или эндотермическим (например, КNO3). Сольва тация (гидрата ция) играет решающую роль и в процессах электро литической диссоциации молекул растворенного вещества на ионы.
В соответствии с теорией электролитической диссо циа ции в растворах некоторых веществ происходит об ратимый распад молекул на ионы. Поэтому в растворах таких ве ществ одновременно присутствуют молекулы и ионы. Количественно способность молекул вещества к электро литической диссоциации описывается степенью электроли ти чес кой диссоциации ( % = 100 %) и константой электролитической диссоциации Kдис., т.е. константой равно ве сия, записанной для обратимого про цес са электро литической диссоциации. Способность к элект ро ли ти ческой диссоциации зависит от природы раство ренного вещества, природы растворителя, от тем пе ратуры, концент ра ции раствора и наличия в растворе одноименных ионов. Закон разбавления (разве де ния) Ост вальда устанавливает взаимо связь между , Kдис и мо лярной концентрацией раство рен ного вещества в раство ре СМ
Kдис. = CM 2.
По величине степени диссоциации электролиты условно делят на слабые ( 3 %), сильные ( 30 %) и средней силы ( = 3-30 %).
|
Классы |
Электролиты |
||
|
сильные |
слабые |
средние |
|
|
Кислоты |
HCl, HNO3, HI, H2SO4 |
HF, HCN, CH3COOH, H2S, H2CO3, H2SO3 |
H3PO4 |
|
Основания |
NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, |
Zn(OH)2, Al(OH)3 |
- |
|
Соли |
большинство |
- |
- |
В растворах сильных электролитов (особенно при ма лых концентрациях См 0,1 моль/л) можно принять, что все молекулы растворенного вещества полностью распа даются на ионы, а недиссоциированные молекулы отсут ст вуют.
Вода относится к очень слабым электролитам (Kдис. = 1,8 10-16). Произведение [Н+] [ОН-] = 10-14 при t = 22 oC постоянно для чистой воды и водных растворов различных веществ. Возможность и скорость протекания реакций в водных растворах в большей степени зависит от концентрации [Н+], поэтому эта величина имеет большое значение. Для удобства используют не величину [Н+], а водородный показатель рН = -lg[Н+].
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ
Задача 1. Чему равна молярная концентрация частиц в растворе, содержащим 0,11 г CaCl2 в 200 мл раствора?
Решение.
CaCl2 Ca+2 + 2 Cl-
молярная концентрация CaCl2
CМ = = = 510-3 моль/л,
так как CaCl2 – соль (сильный электролит), а концентрация раствора мала, примем = 1 (100 %).
Тогда
[CaCl2]расп. на ионы = [CaCl2]общей = 510-3 моль/л;
[CaCl2]недис. = 0 моль/л.
Из уравнения электролитической диссоциации следует, что
[Ca+2] = [CaCl2]расп. на ионы = 510-3 моль/л;
[C1-] = 2[CaCl2]расп. на ионы =2510-3 = 10-2 моль/л.
Ответ. В растворе присутствуют ионы Ca+2 и C1-, молекулы CaCl2 – отсутствуют. [Ca+2] =510-3, [C1-] =10-2 моль/л.
Задача 2. Определить концентрации [Н+], [CН3СОО-] и [CН3СООН] в 0,1 M растворе CН3СООН, если =1,34 %.
Решение. CН3СООН Н+ + CН3СОО-]. Ионы CН3СОО- и Н+ образуются из молекул CН3СООН, участвующих в электролитической диссоциации. Из уравнения следует, что
[CН3СОО-] = [Н+]= [CН3СООН]расп. на ионы .
По определению = Срасп. на ионы / Cобщее кол-во, следова тель но,
[CН3СОО-] расп. на ионы = [CН3СООН]общ. = 0,1= 1,34 10-3 моль/л, отсюда [Н+]= [CН3СОО-] = 1,34 10-3 моль/л.
[CН3СООН] = [CН3СООН]общ. - [CН3СОО-] расп. на ионы = С - С = С (1-) = 0,1(1-0,00134) = 0,099866 моль/л.
Ответ. [CН3СООН]недис. = 0,099866 моль/л;
[Н+]= [CН3СОО-] = 1,34 10-3 моль/л.
Задача 3. Определить [Н+] и рН 1 10-2 M растворе азотистой кислоты. Kдис. = 5,110-4.
Решение.
HNO2 H+ + NO-2
[H+] = [HNO2]расп. неполн. = С (см. задачу 2).
= == 2,310-1.
[H+] = Собщ. = 2,310-110-2 =2,310-3 моль/л;
рН = -lg [H+] = -2,310-3 = 2,64.
Ответ. [H+] = 2,310-3 моль/л; pH = 2,64.
Задача 4. Чему равны [ОH-], [H+] и рН в 0,2 %-ном растворе NaOH? Плотность раствора равна 1 г/см3.
Решение.
Примем Vр-ра = 1л = 1000 см3,
mр-ра = V р-ра р-ра = 1000 1 = 1000 г,
mNaOH = mр-ра = 1000 = 2 г,
СM = == 0,05 моль/л.
Следовательно, Срасп. на ионы = Собщ. = 0,05 моль/л;
[Na+] = [OH-] =[NaOH]расп. на ионы = 0,05 моль/л.
следует [Н+] = = = 210-13 моль/л.
4. Водородный показатель рН = -lg[Н+] = lg210-13 = 12,7.
Ответ. [ОH-] = 510-2 моль/л, [H+] = 210-13 моль/л и рН = 12,7.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
Теоретические вопросы
Задачи
Домашние задания по теме «Растворы»
|
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
Теоретичес кий вопрос |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
7 |
|
Задачи |
1 16 31 |
2 17 32 |
3 18 33 |
4 19 34 |
5 20 35 |
6 21 36 |
7 22 37 |
8 23 38 |
9 24 39 |
10 25 40 |
11 26 31 |
12 27 32 |
13 28 34 |
14 29 35 |
15 30 37 |
|
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
Теоретичес кий вопрос |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
1 |
|
Задачи |
1 11 |
2 12 |
3 13 |
4 14 |
5 15 |
6 16 |
7 17 |
8 18 |
9 19 |
10 20 |
2 12 |
4 15 |
5 17 |
7 19 |
8 20 |
22