Как? Так! Ответы на популярные вопросы

Поделиться:

Как Рассчитать Концентрацию Раствора

Содержимое:

5 метода:

Раствор – это однородная смесь, состоящая из частиц растворенного вещества и растворителя. Концентрация является величиной, характеризующей отношение количества растворенного вещества к объему раствора. Для нахождения концентрации раствора есть множество причин, но процесс вычисления одинаков (не важно, находите ли вы концентрацию хлора в бассейне или проводите анализ крови). Эта статья расскажет вам, как вычислять концентрацию растворов, а также затронет тему ухода за аквариумом.

1 Основы

  1. 1 Терминология. Концентрация – это отношение количества растворенного вещества к объему раствора. Например, если вам нужно смешать сахар и уксус, вычислите концентрацию сахара в полученном растворе. Далее приведена соответствующая терминология.
    • Сахар – это растворенное вещество. Необходимо вычислить концентрацию растворенного вещества.
    • Уксус – это растворитель, в котором растворяется некоторое вещество (в нашем примере это сахар).
    • Смешав раствор и растворенное вещество, вы получите раствор. Для вычисления концентрации необходимо найти общий объем раствора, который равен сумме количества растворенного вещества и растворителя.
    • Не перепутайте растворенное вещество с растворителем.
  2. 2 Способы выражения концентрации. Так как существуют различные способы выражения количества вещества, то есть несколько способов выразить концентрацию раствора. Вот наиболее распространенные способы выражения концентрации:
    • Граммы на литр (г/л). Это отношение массы растворенного вещества, выраженной в граммах, к объему раствора, выраженному в литрах. Такой подход обычно применяется к растворам, в которых растворенное вещество является твердым веществом.
    • Молярность (М). Это отношение количества растворенного вещества, выраженное в молях, к объему раствора (моль – это единица измерения количества вещества).
    • Миллионная доля (ppm). Это отношение количества растворенного вещества, выраженное в граммах или миллиграммах, к одному миллиону единиц раствора. Обычно используется для нахождения концентрации сильно разбавленных водных растворов.
    • Процентный состав (%). Это отношение количества растворенного вещества, выраженное в граммах, к ста частям раствора.

2 Вычисление концентрации – граммы на литр

  1. 1 Этот метод применяется при вычислении концентрации раствора, когда растворенным веществом является твердое вещество, а количество растворенного вещества и объем растворителя не являются микроскопическими. Если количество растворенного вещества значительно меньше грамма, а объем растворителя значительно меньше литра, воспользуйтесь одним из других методов, описанных в этой статье.
    • Рассмотрим задачу: найдите концентрацию (в граммах на литр) раствора, полученного при растворении 3 мл поваренной соли в 2000 мл воды.
  2. 2 Конвертируйте единицы измерения количества растворенного вещества в граммы. Если же количество растворенного вещества дано в граммах, перейдите к следующему шагу. Преобразовать в граммы другие единицы измерения массы (например, килограммы) довольно легко, но это не так просто с единицами измерения объема (например, с литрами). У каждого вещества есть плотность, равная отношению определенной массы вещества к занимаемому этим веществом объему. Найдите плотность растворенного вещества и умножьте ее на данное вам количество вещества, выраженное в единицах измерения объема (при этом убедитесь, что единицы измерения соответствуют друг другу).
    • В нашем примере растворенное вещество – это соль, количество которой выражено в единицах измерения объема (мл); поэтому необходимо преобразовать миллилитры в граммы.
    • Плотность поваренной соли равна 1,15 г/мл. Если плотность не дана, найдите ее в учебнике по химии или в интернете. Помните, что единицы измерения плотности должны соответствовать единицам измерения растворенного вещества (в нашем примере плотность должна измеряться в г/мл).
    • Преобразование миллилитров в граммы: 3 мл x (1,15 г / 1 мл) = 3,45 г соли.
  3. 3 Конвертируйте единицы измерения объема растворителя в литры. В большинстве задач объем растворителя указан в литрах; если это ваш случай, перейдите к следующему шагу.
    • В нашем примере объем воды равен 2000 мл. Преобразуйте миллилитры в литры.
    • Так как 1 л = 1000 мл, то (1 л / 1000 мл) x (2000 мл) = 2 л воды.
    • Обратите внимание, что преобразование записано таким образом, что «мл» сокращаются. Если вы запишете конвертацию в виде 1000 мл / 1 л x 2000 мл, вы получите неверный результат.
  4. 4 Разделите массу растворенного вещества на объем растворителя. Вы найдете концентрацию соли, выраженную в г/л.
    • В нашем примере: 3,45 г соли / 2 л воды = 1,725 г/л
  5. 5 Преобразование формулы для случаев с большими количествами веществ. На самом деле при вычислении концентрации вы должны делить на объем раствора (сумма объема растворителя и растворенного вещества), а не растворителя. При растворении небольшого количества твердого вещества в большом объеме жидкости это не играет особой роли, поэтому делите на объем растворителя, а не раствора (как показано в нашем примере). Если же объем растворенного вещества довольно большой, используйте следующую формулу: (масса растворенного вещества, граммы)/(объем растворенного вещества, литры + объем растворителя, литры).
    • В нашем примере: 3,45 г соли / (2 л воды + 0,003 л соли) = 1,722 г/л.
    • Разница между этим и предыдущим результатом составляет 0,003 г/л. Это крошечное значение, которым можно пренебречь.

3 Вычисление концентрации – процентный состав или миллионная доля

  1. 1 Этот метод используется в том случае, если в задаче требуется найти «процентный состав» или «миллионную долю». Найдя массы растворенного вещества и растворителя, вы запросто вычислите процент растворенного вещества.
    • Рассмотрим задачу: в 1,2 л горячей воды растворяют 10 г какао-порошка. Найдите процент растворенного какао-порошка, а затем выразите результат в миллионных долях.
  2. 2 Конвертируйте единицы измерения в граммы, если какая-либо величина дана в единицах измерения объема (литрах, миллилитрах). Для этого найдите плотность вещества.
    • Если плотность не дана, найдите ее в учебнике по химии или в интернете. Помните, что единицами измерения плотности должны выступать г/(единицы измерения количества вещества, данные в задаче). Умножьте плотность вещества на его объем, и вы получите массу вещества, выраженную в граммах.
    • В нашем примере дано 1,2 л воды. Плотность воды равна 1000 г/л, поэтому: (1000 г / 1 л) x 1,2 л = 1200 г.
    • Так как масса какао-порошка дана в граммах, ничего конвертировать не нужно.
  3. 3 Вычислите процентный состав. Для этого воспользуйтесь формулой: (масса растворенного вещества, граммы / ( масса растворенного вещества, граммы + масса растворителя, граммы )) x 100.
    • Масса раствора равна сумме массы растворенного вещества и массы растворителя. В наше примере: 10 + 1200 = 1210 г.
    • Концентрация какао-порошка равна (10 г какао-порошка) / (1210 г раствора) = 0,00826
    • Умножьте это значение на 100, чтобы получить проценты: 0,00826 х 100 = 0,826%.
  4. 4 Вычислите миллионную долю. Проценты на самом деле являются «сотой долей», поэтому миллионная доля вычисляется аналогичным способом. Формула: (масса растворенного вещества, граммы / ( масса растворенного вещества, граммы + масса растворителя, граммы )) x 1000000. В экспоненциальном представлении эта формула записывается так: (масса растворенного вещества, граммы / ( масса растворенного вещества, граммы + масса растворителя, граммы )) x 106.
    • В нашем примере: (10 г какао-порошка) / (1210 г раствора) = 0,00826
    • 0,00826 х 10 6 = 8260 долей на миллион.
    • Как правило, миллионная для вычисляется в тех случаях, когда значения неудобно выражать в виде процентов. Наш пример мы использовали просто для удобства.

4 Вычисление молярности

  1. 1 Молярность определяется числом молей растворенного вещества. Ее легко найти, если вы знаете массу вашего вещества и его химическую формулу. Если у вас нет этой информации, или вы не знаете, что такое «моли», воспользуйтесь другим методом вычисления концентрации.
    • Рассмотрим задачу: найдите молярность раствора, полученного при растворении 25 г гидроксида калия в 400 мл воды.
    • Если количество растворенного вещества дано не в граммах, преобразуйте единицы измерения в граммы.
  2. 2 Вычислите молярную массу растворенного вещества. Каждый химический элемент имеет определенную молярную массу, которая равна отношению массы вещества к количеству моль этого вещества. Молярная масса равна атомной массе элемента, которую можно найти в таблице Менделеева (под химическим символом и названием элемента). Для вычисления молярной массы растворенного вещества сложите молярные массы элементов, из которых состоит растворенное вещество.
    • В нашем примере растворенным веществом является гидроксид калия. Его химическая формула: КОН (химическую формулу можно найти в учебнике по химии или в интернете).
    • В таблице Менделеева или найдите атомную массу каждого элемента: K = 39,0; О = 16,0; H = 1,0.
    • Сложите атомные массы и получите молярную массу растворенного вещества. В нашем примере: 39 + 16 + 1 = 56 г/моль.
    • Если молекула содержит несколько атомов одного элемента, сложите атомную массу каждого атома. Например, молярная масса воды (H2O) равна 1+1+16 = 18 г/моль.
  3. 3 Вычислите количество растворенного вещества в молях. Вычислив молекулярную массу (г/моль), вы можете найти количество молей. Для этого воспользуйтесь формулой: (масса растворенного вещества, граммы) x (1 / молярная масса)
    • В нашем примере: 25г x (1 / 56 г/моль) = 0,45 моль.
  4. 4 Для вычисления молярности разделите полученное число молей растворенного вещества на объем раствора (в литрах). Если нужно, преобразуйте единицы измерения количества раствора в литры.
    • В нашем примере дано 400 мл воды, что равно 0,4 л.
    • Молярность гидроксида калия в растворе равна: 0,45 моль / 0,4 л = 1,125 М (молярность). (Вы получите точный результат, если не будете округлять цифры.)
    • Как правило, объемом растворенного вещества можно пренебречь, так как он вносит несущественный вклад. Если же объем растворенного вещества довольно большой, обязательно учитывайте его.

5 Вычисление концентрации титрованием

  1. 1 Титрование – это способ вычисления количества растворенного вещества в растворе. Для титрования необходимо провести химическую реакцию между растворенным веществом и другим реагентом (который, как правило, также растворим в жидком растворе). Зная количество второго реагента и уравнение химический реакции между ним и растворенным веществом, вы можете вычислить количество растворенного вещества через нахождение количества реагента, которое необходимо добавить для завершения реакции.
    • Таким образом, титрование может применяться для вычисления концентрации раствора, когда вы не знаете количества растворенного вещества.
    • Если вы знаете количество растворенного вещества, для вычисления концентрации раствора воспользуйтесь другим методом.
  2. 2 Для проведения титрования потребуется чистое и точное химическое оборудование. Поставьте коническую колбу под бюретку; кончик бюретки не должен прикасаться к стенкам колбы.
    • Перед титрованием промойте и высушите оборудование.
  3. 3 Измерьте некоторое количество раствора, концентрацию которого необходимо найти, и налейте этот раствор в колбу. Растворенное вещество равномерно распределяется по всему раствору, поэтому концентрация некоторого количества раствора будет равна концентрации всего раствора. Раствор, концентрация которого известна, налейте в бюретку; запишите объем этого раствора, который вступит в реакцию с вашим раствором. Вы отнимите конечный объем, чтобы найти общее количество раствора, используемое в реакции.
    • Примечание: если вы не наблюдаете реакцию между раствором в колбе и раствором в бюретке, в колбу добавьте химический индикатор – соединение, позволяющее увидеть точку эквивалентности или конечную точку титрования. В титровании, как правило, применяются кислотно-основные и окислительно-восстановительные индикаторы, но могут использоваться и другие индикаторы. Почитайте учебник по химии или посмотрите в интернете, чтобы определить индикатор, соответствующий вашей реакции.
  4. 4 Постепенно влейте раствор из бюретки (этот раствор называется титрантом) в колбу. Для того, чтобы смешать два раствора, используйте стеклянную палочку. Если вы видите, что жидкость в колбе меняет цвет, пузырится и тому подобное, то вы наблюдаете за реакцией. Если же вы используете индикатор, вы будете видеть цветные вспышки каждый раз, когда капли титранта будут попадать в колбу.
    • Если реакция приводит к изменению уровня рН или химического потенциала, положите в колбу измеритель кислотности или потенциометр, чтобы наблюдать за реакцией.
    • Для более точного титрования следите за уровнем рН или потенциалом (как указано выше) и записывайте показания приборов после каждого добавления небольшого количества титранта. Постройте график зависимости уровня рН или потенциала от количества добавленного титранта. В точках эквивалентности реакции кривая будет менять свое направление.
  5. 5 Замедлите титрование. При приближении реакции к конечной точке замедлите титрование, уменьшив скорость вливания титранта в колбу. Если вы используете индикатор, вы заметите, что длительность цветных вспышек увеличилась. Уменьшите скорость вливания титранта до медленного капания и прекратите вливание титранта по достижении конечной точки реакции (при использовании индикатора об этом будет свидетельствовать постоянное изменение цвета).
    • Запишите объем раствора, который остался в бюретке. Вычтите этот объем от первоначального объема раствора в бюретке, чтобы вычислить точный объем титранта, который вы использовали.
  6. 6 Вычислите количество растворенного вещества в вашем растворе. При помощи уравнения реакции между вашим раствором и титрантом найдите число моль растворенного вещества в колбе. Затем разделите полученный результат на объем раствора в колбе, чтобы найти молярность раствора, или конвертируйте число молей в граммы и разделите их на объем раствора, чтобы найти концентрацию в г/л. Для этого вам понадобятся базовые знания стехиометрии.
    • Рассмотрим пример. Для титрования раствора HCl и воды, объем которого равен 60 мл, используется 25 мл 0,5 М NaOH. Найдите число молей HCl в растворе.
    • Для начала найдите уравнение реакции NaOH и HCl: NaOH + HCl > H2O + NaCl
    • В этом случае одна молекула NaOH реагирует с одной молекулой HCl и получаются продукты реакции (вода и NaCl.) Таким образом, после добавления такого количества NaOH, которое необходимо для нейтрализации HCl, число молей NaOH станет равным числу молей HCl в колбе.
    • Теперь найдем количество NaOH в молях. 25 мл NaOH = 0,025 л NaOH х (0,5 моль NaOH / 1 л) = 0,0125 моль NaOH.
    • Так как из уравнения реакции следует, что число молей NaOH равно числу молей HCl, то в растворе содержится 0,0125 моль HCl.
  7. 7 Вычислите концентрацию раствора. Определив количество растворенного вещества в растворе, вы запросто найдете концентрацию, выраженную молярностью. Для этого разделите число молей растворенного вещества на объем образца раствора (который вы наливали в колбу).
    • В нашем примере: 0,0125 моль HCl х (1 / 0,060 л) = 0,208 M HCl.
    • Для преобразования молярность в г/л, миллионную долю или проценты конвертируйте число молей растворенного вещества в единицы измерения массы (при помощи молярной массы растворенного соединения). Для нахождения процентов или миллионной доли также необходимо преобразовать объем раствора в единицы измерения массы (при помощи плотности или просто взвесив раствор), а затем результат умножить на 102 или 106, соответственно.

Советы

  • Растворенное вещество и растворитель по отдельности могут быть твердыми, жидкими или газообразными. Но раствор имеет такое же агрегатное состояние, как и растворитель.
  • Для титрования используйте прозрачную пластиковую или стеклянную посуду.

Предупреждения

  • Перед титрованием наденьте защитные очки и перчатки.
  • Будьте осторожны при работе с сильными кислотами. Делайте это под вытяжным колпаком или на свежем воздухе.
Прислал: Никитина Алла . 2017-11-05 14:56:20
Поделиться: