Способы выражения концентрации
Доля, молярность, моляльность
Концентрацию выражают по-разному — в зависимости от того, что удобнее мерить.
| Способ | Определение | Единица | Где удобен |
|---|---|---|---|
| массовая доля | \(w = m_\text{в-ва}/m_\text{р-ра}\) | %, доли | приготовление по массе, промышленность |
| молярная концентрация | \(c = n/V_\text{р-ра}\) | моль/л (М) | титрование, расчёты по уравнениям |
| моляльность | \(b = n/m_\text{растворителя}\) | моль/кг | физическая химия: не зависит от \(T\) |
| мольная доля | \(x_i = n_i/\sum n\) | доли | газы, расплавы, законы Рауля |
| титр | \(T = m_\text{в-ва}/V\) | г/мл | аналитическая химия |
Связь массовой доли и молярности даёт плотность: в 1 л раствора масса \(1000\rho\) г, вещества — \(1000\rho w\) г, то есть
edit_noteКонцентрированная серная кислота
96 %-я \(\ce{H2SO4}\), \(\rho = 1{,}84\) г/мл: \(c = 1000\cdot1{,}84\cdot0{,}96/98{,}08 = 18{,}0\) моль/л. А вот концентрированная соляная кислота — лишь 36–37 % (11,8 М): больше хлороводорода вода при обычных условиях не удерживает.
errorМоляльность ≠ молярность
Молярность относится к литру раствора, моляльность — к килограмму растворителя. Для разбавленных водных растворов они почти равны, для концентрированных — сильно различаются: в 10 %-м растворе NaCl \(c = 1{,}83\) М, а \(b = 1{,}90\) моль/кг.
auto_awesomeНормальность — вчерашний день
В старых книгах встречается «нормальность» (н.) — число эквивалентов в литре: 1 н. \(\ce{H2SO4}\) = 0,5 М. IUPAC отказался от неё: одна и та же кислота в разных реакциях имеет разный эквивалент. В олимпиадах используют молярную концентрацию.
Олеум и «дымящие» кислоты
Серную кислоту в промышленности получают, поглощая \(\ce{SO3}\) концентрированной кислотой, и продукт часто содержит «лишний» триоксид — это олеум, раствор \(\ce{SO3}\) в \(\ce{H2SO4}\). Его состав выражают долей свободного \(\ce{SO3}\): «20 %-й олеум» — 20 г \(\ce{SO3}\) и 80 г \(\ce{H2SO4}\) на 100 г.
Иногда концентрацию олеума пишут как «104,5 %-я серная кислота»: столько граммов 100 %-й кислоты получится из 100 г олеума после добавления воды. Для 20 %-го олеума: 20 г \(\ce{SO3}\) связывают 4,5 г воды, и получается \(100 + 4{,}5 = 104{,}5\) г кислоты.
scienceОлеум и его «родственники»
- \(\ce{SO3 + H2SO4 -> H2S2O7}\) — дисерная (пиросерная) кислота — главный компонент олеума.
- \(\ce{H2S2O7 + H2O -> 2H2SO4}\) — при разбавлении.
- \(\ce{4HNO3 ->[h\nu] 4NO2 + O2 + 2H2O}\) — «дымящая» азотная кислота желтеет от растворённого \(\ce{NO2}\).
- \(\ce{HCl (г) + H2O -> H3O+ + Cl-}\) — концентрированная соляная кислота «дымит»: хлороводород выходит и с влагой воздуха образует туман.
boltАзеотропы
При перегонке разбавленной соляной кислоты сначала уходит вода, пока концентрация не дойдёт до 20,2 % — это азеотроп, кипящий при 108,6 °C с неизменным составом. Концентрированная кислота, наоборот, теряет HCl, пока не придёт к тем же 20 %. Азотная кислота даёт азеотроп при 68 %: поэтому обычная концентрированная азотная кислота — 65–68 %.
push_pinГлавное
Массовая доля \(w = m_\text{в-ва}/m_\text{р-ра}\); молярная концентрация \(c = n/V_\text{р-ра}\) (моль/л); моляльность \(b = n/m_\text{растворителя}\) (моль/кг) не зависит от температуры; мольная доля — \(n_i/\sum n\). Связь: \(c = 1000\rho w/M\). Олеум — раствор \(\ce{SO3}\) в серной кислоте; его состав выражают долей «свободного» \(\ce{SO3}\), а воды нужно ровно столько, сколько \(\ce{SO3}\) в молях.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.