Як обчислити концентрацію одержаного розчину

Відеоролик: Расчет рН растворов сильных и слабых кислот. Химия для поступающих.

Зміст

У хімії концентрація розчину – це те, скільки розчинної речовини, відомої як розчинена речовина, змішується з іншою речовиною, яка називається розчинником. Стандартна формула – C = m / V, де C – концентрація, m – маса розчиненої розчиненої речовини, V – загальний об’єм розчину. Якщо у вас невелика концентрація, знайдіть відповідь у частинах на мільйон (ppm), щоб полегшити дотримання. У лабораторних умовах вас можуть попросити знайти молярність або молярну концентрацію розчину.

Кроки

Метод 1 з 3: Використання рівняння маси на об’єм

1. Знайдіть масу розчиненої речовини, змішаної з розчинником. Розчинена речовина – це речовина, яку ви змішуєте, утворюючи ваш розчин. Якщо вам дана маса розчиненої речовини у вашій задачі, запишіть її та обов’язково позначте правильними одиницями. Якщо вам потрібно знайти масу розчиненої речовини, то зважте її на лабораторній шкалі та запишіть вимірювання.
   • Якщо розчинена речовина, яку ви використовуєте, є рідиною, тоді ви також можете розрахувати масу за формулою щільності, де щільність D = m / V, де m – маса рідини, V – об’єм. Щоб знайти масу, помножте густину рідини на об’єм.

Порада: Якщо вам потрібно скористатися шкалою, відніміть масу контейнера, який ви використовуєте для утримання розчиненої речовини, інакше ваші розрахунки не будуть виконуватися.

• Якщо ви не вимірюєте об’єм самостійно, можливо, вам доведеться перетворити масу розчиненої речовини в об’єм за допомогою формули щільності.
• Наприклад, якщо ви знайдете концентрацію 3,45 грама солі в 2 літрах води, ви знайдете обсяг солі за формулою щільності. Знайдіть щільність солі або в підручнику, або в Інтернеті та розв’яжіть формулу для m. У цьому випадку щільність солі становить 2,16 г / мл. Формула матиме значення 2,16 г / мл = (3,45 г) / В. Помножте кожну сторону на V, щоб отримати V (2,16 г / мл) = 3,45 г. Потім розділіть кожну сторону на 2,16, щоб знайти об’єм, або V = (3,45 г) / (2,16 г / мл) = 1,60 мл.
• Додайте об’єм розчиненої речовини до об’єму розчинника, ма. Отже, у цьому прикладі 2 л + 1,6 мл = 2 000 мл + 1,6 мл = 2 001,6 мл. Ви можете залишити вимірювання в мілілітрах або перетворити його назад в літри, щоб отримати 2,002 л.

• У нашому прикладі для концентрації 3,45 грама солі в 2 літрах води ваше рівняння буде С = (3,45 г) / (2,002 л) = 1,723 г / л.
• Деякі проблеми можуть вимагати концентрації у конкретних одиницях. Обов’язково перетворіть одиниці виміру, перш ніж вводити їх у свою остаточну формулу.

Метод 2 з 3: Пошук концентрації у відсотках або частинах на мільйон

• Якщо ваша розчинена речовина є рідиною, можливо, вам доведеться розрахувати масу за формулою D = m / V, де D – щільність рідини, m – маса, V – об’єм. Знайдіть густину рідини в підручнику або в Інтернеті, а потім розв’яжіть рівняння маси.

• Наприклад, якщо ви хочете знайти концентрацію 10 г порошку какао, змішаного з 1,2 л води, ви знайдете масу води за формулою щільності. Щільність води становить 1000 г / л, тому ваше рівняння буде читати 1000 г / л = м / (1,2 л). Помножте кожну сторону на 1,2 л, щоб вирішити масу в грамах, отже, m = (1,2 л) (1000 г / л) = 1200 г. Додайте масу какао-порошку, щоб отримати 1210 г.

• У нашому прикладі С = (10 г) / (1210 г) = 0,00826.

• У цьому прикладі процентна концентрація становить (0,00826) (100) = 0,826%.

• У нашому прикладі ppm = (0,00826) (1 000 000) = 8 260 ppm.

Порада: Частка на мільйон зазвичай використовується для дуже малих концентрацій, оскільки це легше писати та розуміти, ніж відсоток.

Метод 3 з 3: Розрахунок молярності

1. Складіть атомні маси розчиненої речовини разом, щоб знайти молярна маса. Подивіться на елементи хімічної формули розчиненої речовини, яку ви використовуєте. Перелічіть атомну масу для кожного елемента у розчиненій речовині, оскільки атомна та мольна маса однакові. Складіть атомні маси з вашої розчиненої речовини, щоб знайти загальну молярну масу. Позначте остаточне вимірювання в г / моль.
   • Наприклад, якщо вашою розчиненою речовиною є гідроксид калію (КОН), знайдіть атомні маси калію, кисню та водню та додайте їх разом. У цьому випадку молярна маса = 39 +16 + 1 = 56 г / моль.
   • Молярність використовується в основному в хімії, коли ви знаєте хімічний склад розчиненої речовини, яку ви використовуєте.
2. Поділіть масу розчиненої речовини на молярну масу, щоб знайти кількість родимок. Знайдіть масу розчиненої речовини, яку ви додаєте у свій розчин, використовуючи лабораторну шкалу, якщо вам потрібно. Обов’язково відніміть масу ємності, щоб мати точні показники. Поділіть знайдену масу на молярну масу, щоб можна було знайти, скільки молей розчиненої речовини ви використовуєте. Позначте свою відповідь “моль”.
   • Наприклад, якщо ви хочете знайти кількість молей у 25 г гідроксиду калію (КОН), тоді рівняння становить моль = (25 г) / (56 г / моль) = 0,45 моль
   • Перетворіть масу розчиненої речовини в грами, якщо вона ще не вказана в грамах.
   • Родимки використовуються для представлення кількості атомів у розчині.
3. Перетворіть об’єм розчину в літри. Знайдіть об’єм розчинника перед змішуванням розчиненої речовини. Використовуйте колбу або градуйований циліндр, щоб знайти вимірювання, якщо вам цього не дають. Якщо ви вимірюєте в мілілітрах, розділіть його на 1000, щоб перевести в літри.
   • У цьому прикладі, якщо ви використовуєте 400 мл води, розділіть її на 1000, щоб перетворити на літри, що дорівнює 0,4 л.
   • Якщо ваш розчинник уже вказаний у літрах, ви можете пропустити цей крок.

Порада: Не потрібно включати об’єм розчиненої речовини, оскільки це, як правило, не впливає на об’єм настільки сильно. Якщо помітна зміна об’єму при змішуванні розчиненої речовини з розчинником, замість цього використовуйте загальний об’єм.

Питання та відповіді спільноти

Як перетворити міліграми в молі?

Спочатку обчисліть молярну масу вашої речовини. (Додайте атомні маси складових елементів.) Потім перетворіть міліграми в грами, поділивши на 1000. Нарешті, розділіть грами вашої речовини на молярну масу.

Якщо у мене є розчин з невідомою масою, як мені розрахувати концентрацію?

Якщо мені дають два рішення, який є один із способів дізнатися, який з них більш / менш концентрований?

Чи можна вчитися хімії, коли ти молодий? Можливо, я молода, але я розумна.

Як приготувати ацетат натрію?

Як розрахувати щільність розчину?

Поради

• Якщо ви перебуваєте в лабораторії і не знаєте, скільки було додано розчиненої речовини, ви можете провести тест на титрування, використовуючи інші реакційноздатні хімічні речовини. Вам потрібно навчитися збалансувати хімічні рівняння зі стехіометрією.

Концентрація розчинів

Концентрація розчинів — це величина, яку вимірюють масою або об’ємом розчиненої речовини, що міститься у певній масі або об’ємі розчину або розчинника. Найчастіше використовують такі способи вираження концентрації: масова частка, молярна, моляльна концентрація, молярна концентрація еквівалента, молярна частка, об’ємна частка та титр. Масову частку речовини Х w(Х) розраховують за формулою:

де m(X) — маса розчиненої речовини Х (в кг, г); m — маса розчину (в кг, г). Її виражають у частках одиниці або в %. В останньому випадку розрахунок здійснюють за формулою:

Масову частку у відсотках називають масовим відсотком (маса речовини в г у 100 г розчину і позначають% м/м (% w/w, англ.)). Тисячну частку розчину називають промілє і позначають ‰. 1‰=1:10 3 =10 –1 % (г/кг, мг/г). Концентрації слідів компонентів в аналітичній хімії прийнято виражати в частинах на мільйон — ppm (parts реr million) або в частинах на мільярд — ppb (parts реr billion). ppm=млн -1 =1:10 6 =10 –4 %(мкг/г, мг/кг); ppb=млрд -1 =1:10 9 =10 –7 %(нг/г, мкг/кг).

Об’ємну частку розраховують за формулою, аналогічною для розрахунку масової частки, замінивши маси на відповідні об’єми. Об’ємний відсоток позначають% об/об (% v/v, англ.). Ваго-об’ємну частку розраховують діленням маси розчиненої речовини m(X) на об’єм розчину V, тобто:

Ваго-об’ємний відсоток позначають% м/ об (% w/v, англ.). Молярну концентрацію речовини Х с(Х) виражають кількістю розчиненої речовини n(X), яка міститься у певному об’ємі розчину (моль/м 3 , моль/дм 3 , моль/ см 3 , моль/л, моль/мл). В аналітичній хімії найбільш часто використовують одиниці моль/л. Молярну концентрацію розраховують за формулою:

де n — кількість речовини Х; m(Х) — маса розчиненої речовини, M(Х) — молярна маса розчиненої речовини, V — об’єм розчину. Дотепер в аналітичній хімії широко застосовують умовні або реальні частки речовини Х, названі еквівалентом. Якщо кількість розчиненої речовини n(X) визначають за вмістом еквівалентів цієї речовини у розчині де Е(Х) — молярна маса еквівалента), то використовують поняття молярної концентрації еквівалента (нормальної концентрації), яку також позначають символом с. Під хімічним еквівалентом розуміють умовні (реально не існуючі) або реальні частинки у z разів (еквівалентне число) менші, ніж відповідні формульні одиниці. Еквівалентне число z(Х) показує, яке число еквівалентів речовини (Х) умовно міститься в одній формульній одиниці цієї речовини. Еквівалентне число z може бути приписане речовині, якщо відомо, в якій конкретній хімічній реакції вона бере участь (воно може бути постійним або змінюватися залежно від типу реакції). Напр., залежно від умов KMnO₄ може відновлюватися до солей Mn 2+ (MnSO₄) або до MnO₂. У першому випадку z буде дорівнювати 5, а в другому — 3. Молярну масу еквівалента речовини Е(Х) визначають за формулою

Величину 1/z позначають f_екв(X) і називають фактором еквівалентності. Тому Для визначення z в обмінних реакціях необхідно визначити сумарний заряд тих іонів, які реагують з однією формульною одиницею відповідного реагенту. Напр., в обмінній реакції Cr 3+ + 6(OH — ) = [Cr(OH)₆] 3- , z(Cr 3+ ) = 6, оскільки з одним іоном Cr 3+ реагує 6 однозарядних іонів OH – (загальний заряд дорівнює 6, z(OH – )=1, z([Cr(OH)₆] 3– =6)). У реакції H₂SO₄+NaOH=NaHSO₄+H₂O z(H₂SO₄)=1, оскільки на одну формульну одиницю H₂SO₄ припадає один іон OH – (z=1) або один іон Na + (z=1). Якщо реакція перебігає за рівнянням H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O, z(H₂SO₄)=2, z(OH – )=1, z(Na + )=1, z(Na₂SO₄)=2. В окисно-відновних реакціях еквівалентні числа відновника та окисника визначають за кількістю електронів, які віддає одна формульна одиниця відновника або приймає одна формульна одиниця окисника — відповідно.

2Cl — — 2ē = Cl₂ 3

Оскільки молярну концентрацію речовини Х та молярну концентрацію еквівалента цієї речовини позначають одним і тим же символом с, то після нього необхідно вказати у дужках, яка величина узята за моль. Напр., якщо символом с позначають молярну концентрацію KMnO₄, то її записують с(KMnO₄), якщо ж йдеться про молярну концентрацію еквівалента KMnO₄, коли , то її позначають . Молярну концентрацію еквівалента речовини Х розраховують за формулою

де n(fХ) — кількість речовини еквівалентів, моль; V — об’єм розчину, л. Одиниці вимірювання молярної концентрації речовини еквівалента — моль/м 3 , моль/дм 3 , моль/см 3 , моль/л, моль/мл. В аналітичній хімії частіше за все її виражають у моль/л. Між молярною концентрацією речовини Х і молярною концентрацією речовини еквівалента Х існує залежність с(X)=f_еквc(f_еквX) або Титр розчину речовини Х позначають T(Х); одиниці його вимірювання кг/см 3 , г/см 3 , г/мл. T(Х) розраховують за формулою

де m(Х) — маса речовини Х; V — об’єм розчину. Таким чином, титр розчину відповідає масі розчиненої речовини, яка міститься в 1 мл розчину. Титр титрованого розчину (титранта) за визначуваною речовиною T(Y/X) — маса речовини Х, яку визначають в г або в мг, вона еквівалентна 1см 3 (1 мл) титранту Y з теоретичною молярною концентрацією або з теоретичною молярною концентрацією речовини еквівалента (розмірність г/см 3 , г/мл або мг/см 3 мг/мл). Для титрованого розчину з теоретичною молярною концентрацією с(Y)_теор. титр за визначуваною речовиною X розраховують за формулою

де M(X) — молярна маса речовини Х, s — стехіометричне співвідношення — величина, що показує, яка кількість молів визначуваної речовини припадає на 1 моль речовини титранта. Цю величину розраховують, виходячи з рівняння реакції. Напр., при титруванні розчину заліза (II) сульфату розчином KMnO₄ (2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + 8H₂O + K₂SO₄) величина s для FeSO₄ буде дорівнювати Титр 0,02 молярного розчину KMnO₄ за речовиною, що визначають FeSO₄, розраховують за формулою

Таким чином, 1 см 3 (1 мл) 0,02 М розчину KMnO₄ еквівалентний 0,01519 г FeSO₄. Якщо концентрація титрованого розчину виражена через молярну концентрацію еквівалента, то цю величину знаходять за формулою

де с(f_еквY) — молярна концентрація еквівалента речовини Y; Е(Х) — молярна маса еквівалента речовини Х. При цьому молярну концентрацію розчину KMnO₄ (0,02 М), наведену вище, необхідно перевести у молярну концентрацію речовини еквівалента с за рівнянням: Звідки Моляльна концентрація b(X) вказує, яка кількість речовини Х міститься в одному кг розчинника. Її розраховують за формулою

Одиниці її виміру моль/кг. Молярну частку x(X_i) виражають у частках одиниці або у відсотках та розраховують за формулою

де n(X_i)— кількість речовини і-того компонента в розчині, моль; Σn— сумарна кількість усіх компонентів у розчині, моль. Об’ємну частку φ(X) розраховують за формулою

де V(X) — об’єм компонента в розчині, V — загальний об’єм розчину. Її виражають у частках одиниці або у відсотках. Міліграм процент (мг%) — маса речовини в мг, яка міститься в 100 мл розчину.

Номенклатурные правила ИЮПАК по химии, Т. 4 — М., 1985; Аналітична хімія / В.В. Болотов, О.М. Свечникова, С.В. Колісник та ін. — Х., 2004.