Материал: Растворы. Способы выражения концентраций веществ в растворах методические указания

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КАБАРДИНО-БАЛКАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Х.М. БЕРБЕКОВА»

РАСТВОРЫ. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ ВЕЩЕСТВ В РАСТВОРАХ

Методические указания по решению расчетных задач

Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки

04.04.01Химия (Аналитическая химия);

04.03.01Химия (Химия окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность) и

специальности: 04.05.01 Фундаментальная и прикладная химия (Химия окружающей среды, химическая экспертиза

и экологическая безопасность)

Нальчик

КБГУ

2020

УДК 543.06(07) ББК 52.84

Р60

Рецензент:

кандидат химических наук, доцент кафедры «Технология продуктов общественного питания и химия» Кабардино-Балкарского государственного аграрного университета им. В.М. Кокова

А.Б. Иттиев

Составители: Шаов А.Х., Хараев А.М., Борукаев Т.А.

Р60 Растворы. Способы выражения концентраций веществ в растворах [Текст] : методические указания по решению расчетныхзадач/А.Х.Шаов,А.М.Хараев,Т.А.Борукаев.– Наль-

чик:Каб.-Балк.ун-т,2020.–18с.–50экз.

Издание содержит основные методы решения наиболее распространенных расчетных химических задач по теме «Растворы. Способы выражения концентраций веществ в растворах».

Издание предназначено для студентов направлений «Химия» (Аналитическая химия); «Химия» (Химия окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность); специальности «Фундаментальная и прикладная химия» (Химия окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность).

Рекомендовано РИСом университета

УДК 543.06(07) ББК 52.84

Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, 2020

2

ВВЕДЕНИЕ

Аналитическая химия является самостоятельной и одной из важнейших химических дисциплин, изучаемых студентами химического, биологического, сельскохозяйственного, пищевого, медицинского и других профилей вузовского образования. Данная дисциплина служит научной основой химического анализа. Часто, и студентхимик, и выпускник вуза в своей профессиональной деятельности встречается с проблемой приготовления и использования растворов (чаще всего водных) с различными способами выражения концентрации растворенного вещества.

Для аналитика важно знать основные способы выражения концентрации растворенного вещества, уметь готовить такие растворы и, при необходимости, проверять точность концентрации растворенного вещества в растворе, приготовленном другими химиками, например, в готовых продажных реактивах-растворах.

Настоящее издание призвано помочь в приобретении студента- ми-химиками практических навыков по приготовлению и использованию растворов с различными способами выражения концентрации растворенного вещества. Для достижения данной цели необходимым условием является выработка у студентов «химико-аналитического» мышления, чему будет способствовать умение решать расчетные задачи по означенной теме. Умение же решать задачи развивается в процессе обучения, и оттачивать такое умение можно только постоянной и систематической тренировкой по решению задач.

3

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ РАСТВОРЕННЫХ ВЕЩЕСТВ

Способы выражения концентрации растворенных веществ подразделяют на массовые (весовые) и объемные. Массовая доля или массовая (процентная) концентрация – это отношение массы растворенно-

го вещества к общей массе раствора (доля); полученная доля, умноженная на сто – массовая доля в процентах (массовая концентрация).

Объемные способы выражения концентрации растворенного вещества, содержащегося в растворе,делятся на несколько «типов»:молярная,

под которой понимают количество (число молей) растворенного вещества, содержащегося в одном литре раствора; нормальная – количество моль-эквивалентов растворенного вещества в одном литре раствора; моляльная – количество (число молей) растворяемого вещества, приходящегося на один литр растворителя; титр раствора – масса растворенноговещества водноммиллилитрераствора.

Примеры решения типовых задач

1. Массовый способ выражения концентрации растворенного вещества

Пример 1. Вычислить концентрацию раствора поваренной соли, приготовленного растворением 13,0 г хлорида натрия в 250 мл воды.

Решение. Масса раствора складывается из массы соли и массы растворителя (воды): m = 13,0 г + 250 г = 263,0 г (плотность воды равна единице, поэтому численное значение объема совпадает с массой раство-

рителя); ω = 13,0:263,0 = 0,049 (массовая доля) или0,049×100 % = 4,9 %

(массоваядолявпроцентах;процентнаяконцентрация).Ответ:4,9 %. Пример 2. Определить массовую долю серы в сухом угле, если

по данным весового анализа из навески угля 2,6448 г (влажность составляет 2,58 %) получено 0,3248 г весовой формы сульфата бария.

Решение. В первую очередь находим массу сухого угля: m = (2,6448 г ×97,42 %)/100 = 2,5766 г. Далее: М(BaSO4) = 137+32+4×16 = 233 г/моль.

В 233 г соли содержится 32 г серы, а значит, в сульфате бария массой 0,3248 г будет находиться m(S)=0,3248×32/233=0,0446 г.

ω (S) = (0,0446:2,5766)×100 = 1,73 %. Ответ: 1,73 %.

Пример 3. Какую массу технического сульфата натрия с массовой долей чистой соли 90 % нужно взять для гравиметрического анализа, чтобы масса осадка сульфата бария была равной 0,5 г?

4

Решение. Находим молекулярную массу сульфата бария:

М(BaSO4) = 137+32+4×16=233 г/моль; также находим M(Na2SO4) = 2×23+32+4×16=142 г/моль. 233 г (BaSO4) содержит 32 г (S), а 0,5 г той же соли будет содержать х г серы → х = 0,0687 г.; 142 г сульфата натрия содержит 32 г серы, а 0,0687 г серы будет находиться в у г сульфата натрия → у = 0,305 г. Полученная масса сульфата натрия составляет 90 % от массы технического реактива, а значит, 100 % будет составлять всю исходную массу технического сульфата натрия, т.е. 0,338 г.

Ответ: 0,338 г.

Пример 4. Смешаны 350 г 30 %-ного раствора серной кислоты и 650 г 20 %-ного раствора той же кислоты. Вычислить массовую долю серной кислоты в процентах в полученном растворе.

Решение. m1(H2SO4) = 350×0,3 = 105 г; m2(H2SO4) = 650×0,2 = 130 г; m(H2SO4) = m1+ m2 = 105+130 = 235 г; суммарная масса двух растворов одного и того же вещества равна: m(H2SO4)р-ра = 350+650 = 1000 г. Массовая концентрация серной кислоты в полученном растворе равна:

ω (H2SO4) = (235:1000)×100 = 23,5 %. Ответ: 23,5 %.

Задачи для самостоятельного решения

1.Из навески минерала, содержащего серу, массой 1,1850 г после соответствующей обработки получили 0,1321 г сульфата бария. Вычислить массу и массовую долю (%) серы в навеске.

2.Из раствора соли калия получили осадок перхлората калия массой 0,5 г. Вычислить массу калия в растворе.

3.Из 25 г раствора сульфата меди получили осадок CuSCN массой 0,2144 г. Вычислить массу меди в г/л.

4.Из навески технического карбоната двухвалентного марганца

массой 0,3528 г получили осадок MnNH4PO4. После прокаливания осадка получили 0,4326 г Mn2P2O7. Вычислить массовую долю (%) карбоната марганца в образце.

5.Из навески чугуна массой 5 г получили осадок оксида кремния массой 0,2244 г. Вычислить массовую долю (%) кремния в чугуне.

6.Навеску семиводного сульфата магния массой 1,00 г растворили в колбе вместимостью 100 мл. Из 25 мл этого раствора получили 0,4247гсульфатабария.Вычислитьмассовую долю(%) сульфатамагния.

7.Навеску цемента массой 0,65 г, содержащего около 30 % оксида магния, растворили в колбе вместимостью 100,0 мл. Какую аликвоту полученного раствора следует взять на анализ, чтобы получить осадок Mg(C9H6ON)2 массой 0,3 г?

5