5.5: Рішення
- Page ID
- 20638
- Дізнайтеся деяку термінологію, що включає рішення.
- Експрес кількість розчиненої речовини в розчині в різних одиницях концентрації.
Коли одна речовина розчиняється в іншому, утворюється розчин. Розчин являє собою однорідну суміш, що складається з розчиненої в розчиннику розчиненої речовини. Розчинна речовина - це речовина, яка розчиняється, тоді як розчинник - середовище, що розчиняється. Розчини можуть утворюватися з безліччю різних типів і форм розчинених речовин і розчинників. У цьому розділі ми зупинимося на розчині, де розчинником є вода. Водний розчин - це вода, яка містить одне або кілька розчинених речовин. Розчиненими речовинами у водному розчині можуть бути тверді речовини, гази або інші рідини.
Для того щоб вийшло справжнє рішення, суміш повинна бути стійкою. Коли цукор повністю розчиниться у воді, він може простояти невизначену кількість часу, і цукор не осяде з розчину. Далі, якщо цукрово-водний розчин пропустити через фільтр, він залишиться з водою. Це пояснюється тим, що розчинені частинки в розчині дуже малі, зазвичай менше, ніж\(1 \: \text{nm}\) в діаметрі. Розчинені частинки можуть бути атомами, іонами або молекулами, залежно від типу речовини, яка була розчинена. Вода зазвичай розчиняє більшість іонних сполук і полярних молекул. Неполярні молекули, такі як ті, що містяться в жирі або олії, не розчиняються у воді.
Концентрації розчину
до найбільш концентрованого (праворуч).
Концентрований розчин - це той, в якому знаходиться велика кількість розчиненого речовини в заданій кількості розчинника. Розбавлений розчин - це той, в якому є невелика кількість розчиненого речовини в заданій кількості розчинника. Розведений розчин - це концентрований розчин, який був, по суті, политий. Подумайте про контейнери для замороженого соку, які ви купуєте в продуктовому магазині. Що вам потрібно зробити, це взяти заморожений сік зсередини цих контейнерів і, як правило, спорожнити його в 3 або 4 рази більше розміру контейнера, наповненого водою, щоб змішати з концентратом соку і зробити контейнер з соком. Тому ви розбавляєте концентрований сік. Коли ми говоримо про розчиненому речовині та розчиннику, концентрований розчин
має багато розчиненого розчину порівняно з розведеним розчином, який мав би меншу кількість розчиненої речовини.
Терміни «концентрований» і «розбавлений» забезпечують якісні методи опису концентрації. Хоча якісні спостереження необхідні і мають своє місце в кожній частині науки, включаючи хімію, ми бачили протягом усього нашого вивчення науки, що існує певна потреба в кількісних вимірах в науці. Особливо це стосується хімії розчинів. У цьому розділі ми розглянемо деякі кількісні методи вираження концентрації розчину.
Щоб точно визначити розчин, потрібно констатувати його концентрацію: скільки розчиненого речовини розчинено в певній кількості розчинника. Такі слова, як розбавлений або концентрований, використовуються для опису розчинів, які мають відповідно мало або багато розчиненого розчиненого речовини, але це відносні терміни, значення яких залежать від різних факторів. Коли ми говоримо, що оцет - це\(5\%\) оцтова кислота у воді, ми даємо концентрацію. Якби ми сказали, що суміш -\(10\%\) оцтова кислота, це було б більш концентрованим, ніж оцтовий розчин, і ми точно знаємо, скільки.
Молярність
Одним із способів вираження концентрації є надання кількості молів розчиненої речовини на одиницю об'єму розчину. З усіх кількісних показників концентрації молярність - це та, яка найчастіше використовується хіміками. Молярність визначається як кількість молів розчиненої речовини на літр розчину.
\[\mathrm{molarity=\dfrac{number\: of\: moles\: of\: solute}{number\: of\: liters\: of\: solution}} \label{defMolarity} \]
Символ молярності -\(\text{M}\) або моль/літр. Хіміки також використовують квадратні дужки для позначення посилання на молярність речовини. Наприклад, вираз\(\left[ \ce{Ag^+} \right]\) відноситься до молярності іона срібла в розчині. Концентрації розчину, виражені в молярності, найпростіше обчислити, але найскладніше зробити в лабораторії. Такі одиниці концентрації корисні для обговорення хімічних реакцій, в яких розчиненою речовиною є продукт або реагент. Потім молярну масу можна використовувати як коефіцієнт перетворення для перетворення сум у молі на суми в грамах.
Важливо пам'ятати, що «моль» в цьому вираженні відноситься до моль розчиненої речовини і що «L» відноситься до літрів розчину. Наприклад, якщо у вас 1,5 моль NaCl, розчиненого в 0,500 л розчину, тому його молярність
\[\mathrm{\dfrac{1.5\: mol\: NaCl}{0.500\: L\: solution}=3.0\: M\: NaCl} \nonumber \]
Іноді (aq) додають, коли розчинником є вода, як у «3.0 M NaCl (aq)». Ви б читали як «3,00 молярний розчин хлориду натрію», що означає, що на один літр розчину розчиняється 3,00 моль NaOH.
Обов'язково врахуйте, що молярність розраховується як загальний обсяг всього розчину, а не тільки обсяг розчинника! Розчинена речовина сприяє загальному обсязі.
Якщо кількість розчиненої речовини вказана в одиницях маси, ви повинні перетворити одиниці маси в моль одиниці, перш ніж використовувати визначення молярності для розрахунку концентрації. Наприклад, яка молярна концентрація розчину 22,4 г HCl, розчиненого в 1,56 л?
По-перше, перетворіть масу розчиненої речовини в молі, використовуючи молярну масу HCl (36,5 г/моль):
\[22.4\cancel{gHCl}\times \dfrac{1\: mol\: HCl}{36.5\cancel{gHCl}}=0.614\, mol\; HCl \nonumber \]
Тепер ми можемо використовувати визначення молярності для визначення концентрації:
\[M \: =\: \dfrac{0.614\: mol\: HCl}{1.56L\: solution}=0.394\, M HCl \nonumber \]
Перш ніж можна буде розрахувати концентрацію молярності, кількість розчиненої речовини необхідно виражати в молі, а обсяг розчину повинен бути виражений в літрах, як показано в наступному прикладі.
Розчин готують шляхом\(42.23 \: \text{g}\) розчинення\(\ce{NH_4Cl}\) в достатній кількості води, щоб зробити\(500.0 \: \text{mL}\) розчин. Обчисліть його молярність.
Рішення
Кроки для вирішення проблем |
Приклад |
|---|---|
| Визначте «дану» інформацію і те, що проблема просить вас «знайти». |
Дано: Маса\(= 42.23 \: \text{g} \: \ce{NH_4Cl}\) Об'ємне рішення\(= 500.0 \: \text{mL} = 0.5000 \: \text{L}\) Знайти: Молярність =? М |
| Перерахуйте інші відомі величини. | Молярна маса\(\ce{NH_4Cl} = 53.50 \: \text{g/mol}\) |
| Плануйте проблему. |
1. Маса хлористого амонію спочатку перетворюється в молі.
2. Потім молярність розраховується діленням на літри. Зверніть увагу, що даний обсяг був перетворений в літри. \(\mathrm{M=\frac{mol\: NH_4Cl}{L\: solution}} \) |
| Скасуйте одиниці та розрахуйте. |
Тепер підставляємо відомі величини в рівняння і вирішуємо. \(\begin{align} 42.23 \ \cancel{\text{g} \: \ce{NH_4Cl}} \times \dfrac{1 \: \text{mol} \: \cancel{\ce{NH_4Cl}}}{53.50 \: \text{g} \: \ce{NH_4Cl}} &= 0.7893 \: \text{mol} \: \ce{NH_4Cl} \\ \dfrac{0.7893 \: \text{mol} \: \ce{NH_4Cl}}{0.5000 \: \text{L solution}} &= 1.579 \: \text{M} \end{align}\) |
| Подумайте про свій результат. | Молярність - це означає\(1.579 \: \text{M}\), що літр розчину буде містити\(1.579 \: \text{mol} \: \ce{NH_4Cl}\). Доречні чотири значущі цифри. |
Яка молярність розчину, зробленого при розчиненні 66,2 г C 6 H 12 O 6, щоб зробити 235 мл розчину?
- Відповідь
-
1.57 ММ Х 6 Ч 12 З 6
Яка концентрація, в\(\text{mol/L}\), де\(137 \: \text{g}\) з\(\ce{NaCl}\) була розчинена в достатній кількості води, щоб зробити\(500 \: \text{mL}\) розчин?
- Відповідь
-
4.69 М NaCl
Малюнок\(\PageIndex{1}\) ілюструє, як готується розчин з виміряною кількістю твердого розчиненого речовини і бажаним кінцевим обсягом розчину.
Відсоток концентрацій
Існує кілька способів вираження концентрації розчину за допомогою процентного співвідношення. Відсоток додатково можна визначити одним з двох способів: (1) співвідношення маси розчиненої речовини, розділене на масу розчину або (2) співвідношення обсягу розчиненої речовини, розділене на обсяг розчину.
Відсоток за обсягом
Відсоток розчиненої речовини в розчині можна легше визначити за обсягом, коли розчиненою речовиною і розчинником є обидві рідини. Обсяг розчиненої речовини, розділений на обсяг розчину, виражений у відсотках, дає відсоток за\(\left( \frac{\text{volume}}{\text{volume}} \right)\) обсягом розчину. Якщо розчин виготовляється шляхом додавання\(40 \: \text{mL}\) етанолу до\(20 \: \text{mL}\) води, відсоток за обсягом становить:
\[\begin{align} \text{Percent by volume} &= \frac{\text{volume of solute}}{\text{volume of solution}} \times 100\% \\ &= \frac{40 \: \text{mL ethanol}}{240 \: \text{mL solution}} \times 100\% \\ &= 16.7\% \: \text{ethanol} \end{align} \nonumber \]
Часто етикетки інгредієнтів на харчових продуктах та ліках мають суми, зазначені у відсотках (див. Малюнок нижче).
Відсоток за масою
Відсоток маси/маси (% м/м) визначається як маса розчиненої речовини, розділеної на масу розчину на 100:
\[\mathrm{\% \:m/m = \dfrac{mass\: of\: solute}{mass\: of\: solution}\times100\%} \nonumber \]
маса розчину = маса розчиненого речовини + маса розчинника
Якщо ви можете виміряти маси розчиненого речовини і розчину, визначити масу/масовий відсоток нескладно. Кожна маса повинна бути виражена в однакових одиницях, щоб визначити правильну концентрацію.
Припустимо, що розчин готували шляхом\(25.0 \: \text{g}\) розчинення цукру в\(100.0 \: \text{g}\) воді.
Маса розчину становить
маса розчину = 25,0 г цукру + 100.0г води = 125,0 г
Відсоток за масою буде обчислюватися за допомогою:
\[\text{Percent by mass} = \frac{25.0 \: \text{g sugar}}{125.0 \: \text{g solution}} \times 100\% = 20.0\% \: \text{sugar} \nonumber \]
Сольовий розчин масою 355 г містить 36,5 г розчиненого в ньому NaCl. Яка масова/масова процентна концентрація розчину?
Рішення
Ми можемо підставити величини, наведені в рівнянні для маси/маси відсотків:
\(\mathrm{\%\: m/m=\dfrac{36.5\: g}{355\: g}\times100\%=10.3\%}\)
Розчин глюкози (також званий D-глюкозою, C 6 H 12 O 6) масою 2,00 × 10 2 г має розчинену в ньому 15,8 г глюкози. Яка масова/масова процентна концентрація розчину?
- Відповідь
-
7.90%
Використання масового відсотка в розрахунках
Іноді ви можете захотіти скласти певну масу розчину заданого відсотка по масі і потрібно розрахувати, яку масу розчиненого речовини використовувати. Використання масового відсотка як перетворення може бути корисним у цьому типі проблем. Масовий відсоток може бути виражений у вигляді коефіцієнта перетворення у вигляді\(\frac{g \; \rm{solute}}{100 \; \rm{g solution}}\) або\(\frac{100 \; \rm g solution}{g\; \rm{solute}}\)
Наприклад, якщо потрібно зробити\(3000.0 \: \text{g}\) з\(5.00\%\) розчину хлориду натрію, необхідно визначити масу розчиненої речовини.
Рішення
Дано: 3000,0 г розчину NaCl
5,00% розчин NaCl
Знайти: маса розчиненої речовини =? г NaCl
Інші відомі кількості: 5,00 г NaCl - це 100 г розчину
Відповідний коефіцієнт перерахунку (виходячи з заданого масового відсотка) може бути використаний наступним чином:
Для вирішення для маси NaCl задану масу розчину множать на коефіцієнт переведення.
\[g NaCl = 3,000.0 \cancel{g \: NaCl \:solution} \times \frac{5.00 \:g \: NaCl}{100\cancel{g \: NaCl \: solution}} = 150.0g \: NaCl \nonumber \]
Вам потрібно буде\(150 \: \text{g}\) зважити\(\ce{NaCl}\) і додати його\(2850 \: \text{g}\) в воду. Зверніть увагу, що потрібно було відняти масу розчину\(\ce{NaCl}\)\(\left( 150 \: \text{g} \right)\) з маси розчину,\(\left( 3000 \: \text{g} \right)\) щоб розрахувати масу води, яку потрібно було б додати.
Яке кількість (в г) перекису водню (Н 2 О 2) необхідно для приготування 6,00 кг, 3,00% (по масі) розчину Н 2 О 2?
Відповідь
180. г Н 2 О 2
Резюме
- Розчини складаються з розчинника (основного компонента) і розчиненої речовини (другорядного компонента).
- Концентрація розчинів може бути більш точно виражена через молярність, відсотки за обсягом, а відсотки по масі.