Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w II. ROZTWORY i STĘśENIA

1. Roztwór a mieszanina.

Rozpuszczalnik, substancja rozpuszczona,

masa i gęstość roztworu.

Zmieszanie

dwóch

lub

więcej

składników

daje

mieszaninę. Wyróżniamy mieszaniny homo- i heterogeniczne.

Przykłady mieszanin heterogenicznych – skały, mleko.

Tutaj składniki można zidentyfikować gołym okiem lub za pomocą mikroskopu.

Przykłady

mieszanin

homogenicznych

–

syrop

(mieszanina cukru i wody), sól kamienna rozpuszczona w wodzie. Tutaj w żaden sposób nie można odróżnić składników mieszaniny.

Mieszaniny

homogeniczne

noszą

nazwę

roztworów.

Składnik

roztworu

występujący

w

większej

ilości

(b. często woda) to rozpuszczalnik. Pozostałe składniki roztworu to substancje rozpuszczone. Najczęściej mamy do czynienia z roztworami wodnymi.

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

1 / 15

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w 2. Masa i objętość i gęstość roztworu

m – masa roztworu w kg (g, Mg)

V – objętość roztworu w dm3 (cm3, m3)

d – gęstość roztworu w g/cm3 (kg/dm3, Mg/m3)

Do obliczeń i przeliczeń stężeń potrzebne są następujące definicje:

m

a) gęstość roztworu:

d = V

Jednostki: 1g/cm3 ≡ 1mg/dm3

m

b) liczność i-tego składnika roztworu w molach: n

i

=

i

M

m

i

i = masa i-tego składnika (g)

Mi = masa molowa i-tego składnika (g/mol)

Uwaga

Indeks i oznacza i-ty składnik roztworu

Wielkość bez indeksu odnosi się do całego roztworu

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

2 / 15

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w 3. Jednostki stężeń

3.1. Ułamek wagowy (masowy). Procent wagowy

(wagowy)

Ułamkiem

wagowym

(masowym)

(wi)

i-tego

składnika

nazywamy

stosunek

masy

(mi) tego

składnika do masy całego roztworu (m) :

m i

m i

w =

i

=

m

Σ m

i

Σ w = 1

i

pi(wag) = wi ⋅ 100%

Procent wagowy (masowy) jest równy liczbie

gramów danego składnika w 100g roztworu

UWAGA : wagowy = masowy

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

3 / 15

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w 3.2. Stężenie molowe

Stężenie molowe (ci) i-tego składnika w danym roztworze jest to stosunek liczności (ni) tego składnika do objętości (V) całego roztworu:



n

mol 

i

c =

i



3 

V  dm 

1M ≡ 1kmol/m3 ≡ 1mol/dm3 ≡ 1 mmol/cm3 ≡ roztwór 1-molowy ≡ roztwór w którym stężenie danej substancji wynosi 1 mol/dm3

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

4 / 15

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w 3.3. Ułamek molowy. Procent molowy

Ułamek molowy (xi) jest to stosunek liczności (ni) danego składnika do sumy liczności wszystkich składników roztworu:

n i

x =

i

Σn i

Σx = 1

i

procent molowy : pi(mol) = xi ⋅ 100%

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

5 / 15

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w 3.4. Procent objętościowy (dla gazów)

Vi

p (ob )

j =

⋅10 %

0

i

V

Σ i

dla gazów idealnych: V = ΣVi

pi(obj) = pi(mol)

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

6 / 15

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w 3.5. pJ (pH)

c

pJ = -

log Jo

c

cJ → stężenie molowe jonu J

co → stężenie standardowe = 1 mol/dm3

Dla jonów H+ i OH-:

c +

H

pH = − log

o

c

c

−

OH

pOH = − log

o

c

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

7 / 15

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w 3.6. ppm* i ppb**

ppm i ppb odnoszą się tak do masy jak i objętości.

W przypadku masy:

a) 1 ppm = 1 część na milion czyli 1 mg substancji w 1 kg roztworu (mieszaniny)

b) 1 ppb = 1 część na miliard czyli 1 µg substancji w 1 kg roztworu (mieszaniny)

1 ppm = 1000 ppb

*ppm ≡ parts per million

**ppb ≡ parts per billion

billion w j. ang. oznacza w j. pol. miliard

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

8 / 15

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w 4. Zadania ze stężeń

Zadanie 1 - Stężenie molowe

1,50 g

stopu

zawierającego

60,0

%

aluminium

roztworzono

w

nadmiarze

wodorotlenku

sodu

otrzymując 250 cm3 roztworu. Oblicz stężenie molowe glinianu sodu w tym roztworze.

Rozwiązanie:

Aluminium jako metal amfoteryczny roztwarza się w roztworach wodnych mocnych wodorotlenków:

Al + OH- + 3H

-

2O = Al(OH)4 + 3/2 H2

Z tej reakcji wynika, że:

1 Al

-

→ 1 Al (OH)4

1 mol Al → 1 mol glinianu

nAl = nAl(OH)4

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

9 / 15

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w Masa aluminium w stopie:

mAl = 1,50 g — 60,0 g / 100 % = 0,9000 g

Liczność aluminium:

nAl = 0,9000 g / 26,98 g/mol = 0,03336 mola

Jest to także liczność glinianu!

Stężenie molowe glinianu:

c = 0,03336 mol / 0,250 dm3 = 0,1334 mol/dm3

= 0,133 M

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

10 / 15

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w Zadanie 2 – rozcieńczanie roztworu stężonego

Do 200 cm3 22,4% -go roztworu HNO3 o gęstości 1,135 g/cm3 dodano 1,00 dm3 wody, otrzymując roztwór o gęstości 1,025 g/cm3. Jakie jest pH?

Rozwiązanie

1) Obliczamy liczność początkową HNO3 :

200 ⋅ 1

,135

⋅ 22,4

n =

= 0,8068 m

ola

100

⋅ 63,02

2) Obliczamy objętość końcową roztworu :

m

200 ⋅ 1

,135 + 1

000

V =

=

= 1

197 cm 3

d

1,025

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

11 / 15

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w 3) Obliczamy stężenie końcowe HNO3 :

0,8068 m

ola

mol

c =

= 0,6740

1,197 d

m 3

dm 3

4) Obliczamy pH :

pH = -log[H+] = -log 0,6740 ⋅ 0,1713 = 0,171

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

12 / 15

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w Zadanie 3 – mieszanie roztworów

Zmieszano 100 cm3 2,00M roztworu H2SO4 o gęstości 1,18

g/cm3

z

200

cm3

kwasu

siarkowego

o xH

= 0,025 i gęstości 1,12 g/cm3.

2SO4

Oblicz

stężenie

molowe

jonów

wodorowych

w roztworze po zmieszaniu (d = 1,15 g/cm3).

Rozwiązanie

1) Obliczamy liczność H2SO4 w pierwszym roztworze : n = c ⋅ V = 0,100 ⋅ 2,00 = 0,200 mola

2) Obliczamy masę drugiego roztworu :

m = 200 ⋅ 1,129 = 225,8 g

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

13 / 15

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w 3) Obliczamy masę H2SO4 w drugim roztworze: x

98,08

0,025 = x

225,8 - x

+

98,08

18,02

0,01020x = 2,549⋅10-4x + 0,3133 - 1,387⋅10-3x

0,01133x = 0,3133

x = 27,65 g

4) Obliczamy liczność H2SO4 w drugim roztworze: m

27,65

n =

=

= 0,2819 m

ola

M

98,08

5) Liczność sumaryczna H2SO4:

n = 0,2000 + 0,2819 = 0,4819mola

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

14 / 15

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w 6) Obliczamy objętość roztworu końcowego: 100 ⋅ 1

,18 + 200 ⋅ 1

,12

V =

= 297,4

3

cm

1,15

7) Stężenie końcowe H2SO4:

0,4819

mol

=

c

1

=

,620

1

=

,6

2

0,2974

dm3

8) Stężenie końcowe H+:

Zakładamy, że kwas siarkowy ulega całkowitej dysocjacji dwustopniowej:

c = 2 × 1,620 ⋅ 3,240 = 3,24 mol/dm3

Koniec rozdz. II-go

.

Rozdz. II. Roztwory i stężenia

15 / 15