11.5: Концентрації як коефіцієнти перетворення
- Page ID
- 22691
- Застосовуйте одиниці концентрації як коефіцієнти перетворення.
Концентрація може бути коефіцієнтом перетворення між кількістю розчиненої речовини і кількістю розчину або розчинника (в залежності від визначення одиниці концентрації). Таким чином, концентрації можуть бути корисними при різних проблемах стехіометрії. У багатьох випадках найкраще використовувати оригінальне визначення одиниці концентрації; саме це визначення забезпечує коефіцієнт перетворення.
Простим прикладом використання одиниці концентрації як коефіцієнта перетворення є той, в якому ми використовуємо визначення одиниці концентрації та переставляємо; ми можемо зробити розрахунок знову як одиничне перетворення, а не як визначення. Наприклад, припустимо, ми запитуємо, скільки молів розчиненої речовини присутній в 0,108 л 0,887 М розчину NaCl. Оскільки 0.887 M означає 0,887 моль/л, ми можемо використовувати цей другий вираз для концентрації як коефіцієнт перетворення:
\[0.108\cancel{L\, NaCl}\times \frac{0.887\, mol\, NaCl}{\cancel{L\, NaCl}}=0.0958\, mol\, NaCl\nonumber \]
(Існує розуміється 1 в знаменнику коефіцієнта перетворення.) Якщо ми використовували підхід до визначення, ми отримуємо ту саму відповідь, але зараз використовуємо навички коефіцієнта конверсії. Як і будь-який інший коефіцієнт перетворення, який пов'язує два різних типи одиниць, зворотна концентрація також може використовуватися як коефіцієнт перетворення.
Використовуючи концентрацію як коефіцієнт перетворення, скільки літрів 2,35 M CuSo 4 потрібно для отримання 4,88 моль CuSO 4?
Рішення
Це одноетапне перетворення, але концентрація повинна бути записана як зворотна, щоб одиниці працювали:
\[4.88\cancel{mol\, CuSO_{4}}\times \frac{1\, L}{2.35\cancel{mol}}=2.08\, L\, of \, solution\nonumber \]
Використовуючи концентрацію як коефіцієнт перетворення, скільки літрів 0,0444 M CH 2 O потрібно для отримання 0,0773 моль CH 2 O?
- Відповідь:
- 1.74 Л
Звичайно, як тільки наявні кількості в молі, інше перетворення може дати масу речовини, використовуючи молярну масу як коефіцієнт перетворення.
Яка маса розчиненої речовини присутня в 0,765 л 1,93 М NaOH?
Рішення
Це двоетапне перетворення, спочатку використовуючи концентрацію як коефіцієнт перетворення для визначення кількості молів, а потім молярну масу NaOH (40,0 г/моль) для перетворення в масу:
\[0.765\cancel{L}\times \frac{1.93\cancel{mol\, NaOH}}{\cancel{L\, solution}}\times \frac{40.0g\, NaOH}{1\cancel{mol\, NaOH}}=59.1\, g\, NaOH\nonumber \]
Яка маса розчиненої речовини присутня в 1,08 л 0,0578 M H 2 SO 4?
- Відповідь
- 6,12 г
Більш складні проблеми стехіометрії з використанням збалансованих хімічних реакцій також можуть використовувати концентрації як коефіцієнти перетворення. Наприклад, припустимо, що таке рівняння являє собою хімічну реакцію:
\[\ce{2AgNO3(aq) + CaCl2(aq) → 2AgCl(s) + Ca(NO3)2(aq)}\nonumber \]
Якби ми хотіли знати, який об'єм 0.555 M CaCl 2 буде реагувати з 1,25 моль AgNO 3, ми спочатку використовуємо збалансоване хімічне рівняння для визначення кількості молів CaCl 2, які б реагували, а потім використовуємо концентрацію для перетворення в літрів розчину:
\[1.25\cancel{mol\, AgNO_{3}}\times \frac{1\cancel{mol\, CaCl_{2}}}{2\cancel{mol\, AgNO_{3}}}\times \frac{1L\, solution}{0.555\cancel{mol\, CaCl_{2}}}=1.13\, L\, CaCl_{2}\nonumber \]
Це можна продовжити, починаючи з маси одного реагенту, замість родимок реагенту.
Який об'єм 0,0995 M Al (NO 3) 3 буде реагувати з 3,66 г Ag відповідно до наступного хімічного рівняння?
\[\ce{3Ag(s) + Al(NO3)3(aq) → 3AgNO3 + Al(s)}\nonumber \]
Рішення
Тут ми спочатку повинні перетворити масу Ag в молі перед використанням збалансованого хімічного рівняння, а потім визначення молярності як коефіцієнта перетворення:
\[3.66\cancel{g\, Ag}\times \frac{1\cancel{mol\, Ag}}{107.97\cancel{g\, Ag}}\times \frac{1\cancel{mol\, Al(NO_{3})_{3}}}{3\cancel{mol\, Ag}}\times \frac{1L\, solution}{0.0995\cancel{mol\, Al(NO_{3})_{3}}}=0.114\, L\nonumber \]
Закреслення показують, як скасовуються одиниці.
Який об'єм 0,512 М NaOH буде реагувати з 17,9 г H 2 C 2 O 4 (s) відповідно до наступного хімічного рівняння?
\[\ce{H2C2O4(s) + 2NaOH(aq) → Na2C2O4(aq) + 2H2O(ℓ)}\nonumber \]
- Відповідь:
- 0.777 Л
Ми можемо розширити свої навички ще більше, визнаючи, що ми можемо співвідносити кількість одного розчину з кількостями іншого розчину. Знаючи обсяг і концентрацію розчину, що містить один реагент, ми можемо визначити, скільки іншого розчину іншого реагенту знадобиться, використовуючи збалансоване хімічне рівняння.
Учень бере точно виміряний зразок, званий аліквотом, 10,00 мл розчину FeCl 3. Студент обережно додає 0.1074 M Na 2 C 2 O 4, поки всі Fe 3 + (aq) не випали в осад як Fe 2 (C 2 O) 4) 3 (и). Використовуючи точно виміряну трубку, звану бюреткою, студент виявляє, що 9,04 мл розчину Na 2 C 2 O 4 було додано для повного осаду Fe 3 + (aq). Якою була концентрація FeCl 3 у вихідному розчині? (Точно виміряний експеримент, подібний до цього, який призначений для визначення кількості речовини у зразку, називається титруванням.) Збалансоване хімічне рівняння виглядає наступним чином:
\[\ce{2FeCl3(aq) + 3Na2C2O4(aq) → Fe2(C2O4)3(s) + 6NaCl(aq)}\nonumber \]
Рішення
Для початку потрібно визначити кількість родимок Na 2 C 2 O 4, які відреагували. Переводимо обсяг в літри і далі використовуємо концентрацію розчину в якості коефіцієнта переведення:
\[9.04\cancel{mL}\times \frac{1\cancel{L}}{1000\cancel{mL}}\times \frac{0.1074mol\, Na_{2}C_{2}O_{4}}{\cancel{L}}=0.000971\, mol\, Na_{2}C_{2}O_{4}\nonumber \]
Тепер ми будемо використовувати збалансоване хімічне рівняння для визначення кількості молів Fe 3 + (aq), які були присутні в початковій аліквоті:
\[0.000971\cancel{mol\, Na_{2}C_{2}O_{4}}\times \frac{2mol\, FeCl_{3}}{3\cancel{molNa_{2}C_{2}O_{4}}}=0.000647mol\, FeCl_{3}\nonumber \]
Потім визначаємо концентрацію FeCl 3 в вихідному розчині. Перетворюючи 10.00 мл в літри (0.01000 L), ми використовуємо визначення молярності безпосередньо:
\[M=\frac{mol}{L}=\frac{0.000647mol\, FeCl_{3}}{0.01000L}=0.0647M\, FeCl_{3}\nonumber \]
Студент титрує 25,00 мл H 3 PO 4 з 0,0987 М КОН. Вона використовує 54.06 мл для завершення хімічної реакції. Яка концентрація Н 3 РО 4?
\[\ce{H3PO4(aq) + 3KOH(aq) → K3PO4(aq) + 3H2O}\nonumber \]
- Відповідь:
- 0.0711 М
\(\PageIndex{1}\)Титрування малюнка © Thinkstock. Коли студент виконує титрування, виміряну кількість одного розчину додають в інший реагент.
Ми використовували молярність виключно як концентрацію інтересів, але це не завжди буде так. Наступний приклад показує іншу одиницю концентрації, яка використовується.
H 2 O 2 використовується для визначення кількості Mn за цим збалансованим хімічним рівнянням:
\[\ce{2MnO4^{-}(aq) + 5H2O2(aq) + 6H+(aq) → 2Mn2+(aq) + 5O2(g) + 8H2O(ℓ)}\nonumber \]
Яка маса 3,00% м/м розчину H 2 O 2 необхідна для реакції з 0,355 моль MnO 4 − (aq)?
Рішення
Оскільки нам дається початкова кількість в молі, все, що нам потрібно зробити, це використовувати збалансоване хімічне рівняння, щоб визначити кількість молів H 2 O 2, а потім перетворити, щоб знайти масу H 2 O 2. Знаючи, що розчин Н 2 О 2 становить 3,00% по масі, можна визначити масу необхідного розчину:
\[0.355\cancel{mol\, MnO_{4}^{-}}\times \frac{5\cancel{mol\, H_{2}O_{2}}}{2\cancel{molMnO_{4}^{-}}}\times \frac{34.02\cancel{g\, H_{2}O_{2}}}{\cancel{mol\, H_{2}O_{2}}}\times \frac{100g\; solution}{3\cancel{g\, H_{2}O_{2}}}=1006g\; sol\nonumber \]
Перший коефіцієнт перетворення походить від збалансованого хімічного рівняння, другий коефіцієнт перетворення - молярна маса H 2 O 2, а третій коефіцієнт перетворення походить від визначення процентної концентрації по масі.
Використовуйте збалансовану хімічну реакцію для MnO 4 − і H 2 O 2, щоб визначити, яка маса O 2 утворюється, якщо 258 г 3,00% м/м H 2 O 2 реагує з MnO 4 −.
- Відповідь
- 7,28 г
Резюме
Знайте, як застосовувати одиниці концентрації як коефіцієнти перетворення.