Растворы: массовая доля растворенного вещества, молярная концентрация

Состав раствора выражают количественно с помощью различных способов выражения концентрации. Наиболее распространенным в школьном курсе является массовая доля растворенного вещества (ω).

Массовая доля (ω) — это отношение массы растворенного вещества m(в-ва) к общей массе всего раствора m(р-ра):

ω = m(в-ва) / m(р-ра).

Массовая доля является безразмерной величиной (доли единицы) или выражается в процентах (%):

ω(%) = (m(в-ва) / m(р-ра)) · 100%.

Масса раствора равна сумме масс растворенного вещества и растворителя (воды):

m(р-ра) = m(в-ва) + m(H₂O).

Если известен объем раствора V и его плотность ρ, то масса раствора вычисляется как: m(р-ра) = V · ρ.

В аналитической и препаративной химии объемы растворов отмеривать мерной посудой (колбами, пипетками, бюретками) намного быстрее и точнее, чем взвешивать растворы на весах. Поэтому используют молярную концентрацию (молярность, Cm или M).

Молярная концентрация (Cm) — это отношение количества растворенного вещества n к общему объему раствора V (выраженному в литрах):

Cm = n / V = m(в-ва) / (M · V).

Единица измерения молярной концентрации в СИ — моль/л (или М, читается «молярный»). Например, 1 М раствор NaOH содержит ровно 1 моль (40 г) NaOH в 1 литре раствора; 0.1 М раствор HCl содержит 0.1 моль (3.65 г) HCl в 1 л раствора.

Приготовление раствора с заданной массовой долей соли включает следующие этапы:

1. Теоретический расчет масс соли и воды по формулам: m(соли) = m(р-ра) · ω, m(воды) = m(р-ра) - m(соли).

2. Взвешивание сухой соли на электронных весах на часовом стекле или в бюксе с точностью до 0.01 г.

3. Отмеривание объема дистиллированной воды мерным цилиндром (так как плотность чистой воды ρ = 1.00 г/мл, объем воды в миллилитрах численно равен ее массе в граммах: V(H₂O) = m(H₂O)).

4. Перенесение навески соли в химический стакан, приливание отмеренного объема воды и перемешивание стеклянной палочкой до полного растворения кристаллов.

5. Измерение плотности полученного раствора ареометром (денсиметром) и переливание в чистую подписанную склянку.

Быстрый расчет пропорций смешивания растворов:

Типовая сложная задача ЕНТ:

«В 160 г воды растворили 40 г медного купороса CuSO₄ · 5H₂O. Найдите массовую долю безводного сульфата меди в полученном растворе».

Главная ловушка:

Ученики делят 40 г на общую массу (40 / 200 = 20%). Это неверно!

40 г — это масса КРИСТАЛЛОГИДРАТА, в котором содержится кристаллизационная вода!

Правильный расчет:

1. M(CuSO₄ · 5H₂O) = 160 + 5 * 18 = 250 г/моль;

2. M(CuSO₄) = 160 г/моль;

3. Массовая доля безводной соли в кристаллогидрате: 160 / 250 = 0.64 (64%);

4. Масса чистой безводной соли: m(CuSO₄) = 40 * 0.64 = 25.6 г;

5. Масса всего раствора: m(р-ра) = 160 + 40 = 200 г;

6. Массовая доля соли в растворе: ω = 25.6 г / 200 г = 0.128 (12.8%)!