Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

1 / 15

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.

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

2 / 15

2. Masa i objętość i gęstość roztworu

m – masa roztworu w kg (g, Mg)

V – objętość roztworu w dm

3

(cm

3

, m

3

)

d – gęstość roztworu w g/cm

3

(kg/dm

3

, Mg/m

3

)

Do obliczeń i przeliczeń stężeń potrzebne są

następujące definicje:

a) gęstość roztworu:

Jednostki: 1g/cm

3

≡≡≡≡

1mg/dm

3

b) liczność i-tego składnika roztworu w molach:

m

i

= masa i-tego

składnika (g)

M

i

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

Uwaga
Indeks i oznacza i-ty składnik roztworu
Wielkość bez indeksu odnosi się do całego roztworu

i

i

i

M

m

n

====

V

m

d

====

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

3 / 15

3. Jednostki stężeń
3.1. Ułamek wagowy (masowy). Procent wagowy
(wagowy)

Ułamkiem

wagowym

(masowym)

(w

i

)

i-tego

składnika

nazywamy

stosunek

masy

(m

i

)

tego

składnika do masy całego roztworu (m) :

p

i

(wag) = w

i

⋅⋅⋅⋅

100%

Procent wagowy (masowy) jest równy liczbie

gramów danego składnika w 100g roztworu

UWAGA : wagowy = masowy

1

=

w

m

m

=

m

m

=

w

i

i

i

i

i

ΣΣΣΣ

ΣΣΣΣ

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

4 / 15

3.2. Stężenie molowe

Stężenie molowe (c

i

) i-tego składnika w danym

roztworze jest to stosunek liczności (n

i

) tego składnika

do objętości (V) całego roztworu:

1M ≡ 1kmol/m

3

≡ 1mol/dm

3

≡ 1 mmol/cm

3

≡ roztwór

1-molowy ≡ roztwór w którym stężenie danej
substancji wynosi 1 mol/dm

3









dm

mol

V

n

=

c

3

i

i

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

5 / 15

3.3. Ułamek molowy. Procent molowy

Ułamek molowy (x

i

) jest to stosunek liczności (n

i

)

danego składnika do sumy liczności wszystkich

składników roztworu:

procent molowy : p

i

(mol) = x

i

⋅⋅⋅⋅

100%

1

i

x

i

n

i

n

i

x

====

ΣΣΣΣ

ΣΣΣΣ

====

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

6 / 15

3.4. Procent objętościowy (dla gazów)

dla gazów idealnych: V =

ΣΣΣΣ

V

i

p

i

(obj) = p

i

(mol)

%

100

V

V

)

obj

(

p

i

i

i

⋅⋅⋅⋅

ΣΣΣΣ

====

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

7 / 15

3.5. pJ (pH)

c

J

→

→

→

→

stężenie molowe jonu J

c

o

→

→

→

→

stężenie standardowe = 1 mol/dm

3

Dla jonów H

+

i OH

-

:

o

OH

o

H

c

c

log

pOH

c

c

log

pH

−−−−

++++

−−−−

====

−−−−

====

c

o

c

log

-

=

pJ

J

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

8 / 15

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

µµµµ

g 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

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

9 / 15

4. Zadania ze stężeń

Zadanie 1 - Stężenie molowe
1,50 g

stopu

zawierającego

60,0

%

aluminium

roztworzono

w

nadmiarze

wodorotlenku

sodu

otrzymując 250 cm

3

roztworu. Oblicz stężenie molowe

glinianu sodu w tym roztworze.

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

Al + OH

-

+ 3H

2

O = Al(OH)

4

-

+

3

/

2

H

2

Z tej reakcji wynika, że:

1 Al → 1 Al (OH)

4

-

1 mol Al → 1 mol glinianu

n

Al

= n

Al(OH)4

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

10 / 15

Masa aluminium w stopie:

m

Al

= 1,50 g — 60,0 g / 100 % = 0,9000 g

Liczność aluminium:

n

Al

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

Jest to także liczność glinianu!

Stężenie molowe glinianu:

c = 0,03336 mol / 0,250 dm

3

= 0,1334 mol/dm

3

= 0,133 M

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

11 / 15

Zadanie 2 – rozcieńczanie roztworu stężonego

Do 200 cm

3

22,4% -go roztworu HNO

3

o gęstości

1,135 g/cm

3

dodano 1,00 dm

3

wody, otrzymując

roztwór o gęstości 1,025 g/cm

3

. Jakie jest pH?

Rozwiązanie

1)

Obliczamy liczność początkową HNO

3

:

2) Obliczamy objętość końcową roztworu :

mola

0,8068

=

63,02

100

22,4

1,135

200

=

n

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

cm

1197

=

1,025

1000

+

1,135

200

=

d

m

=

V

3

⋅⋅⋅⋅

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

12 / 15

3) Obliczamy stężenie końcowe HNO

3

:

4) Obliczamy pH :

pH = -log[H

+

] = -log 0,6740

⋅⋅⋅⋅

0,1713 = 0,171

dm

mol

0,6740

=

dm

1,197

mola

0,8068

=

c

3

3

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

13 / 15

Zadanie 3 – mieszanie roztworów

Zmieszano 100 cm

3

2,00M roztworu H

2

SO

4

o gęstości

1,18

g/cm

3

z

200

cm

3

kwasu

siarkowego

o x

H2SO4

= 0,025 i gęstości 1,12 g/cm

3

.

Oblicz

stężenie

molowe

jonów

wodorowych

w roztworze po zmieszaniu (d = 1,15 g/cm

3

).

Rozwiązanie

1) Obliczamy liczność H

2

SO

4

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

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

14 / 15

3)

Obliczamy masę H

2

SO

4

w drugim roztworze:

0,01020x = 2,549

⋅⋅⋅⋅

10

-4

x + 0,3133 - 1,387

⋅⋅⋅⋅

10

-3

x

0,01133x = 0,3133

x = 27,65 g

4)

Obliczamy liczność H

2

SO

4

w drugim roztworze:

5) Liczność sumaryczna H

2

SO

4

:

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

18,02

x

-

225,8

+

98,08

x

98,08

x

=

0,025

mola

0,2819

=

98,08

27,65

=

M

m

=

n

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

.
Rozdz. II. Roztwory i stężenia

15 / 15

6)

Obliczamy objętość roztworu końcowego:

7)

Stężenie końcowe H

2

SO

4

:

8) Stężenie końcowe H

+

:

Zakładamy, że kwas siarkowy ulega całkowitej

dysocjacji dwustopniowej:

c = 2 × 1,620

⋅⋅⋅⋅

3,240 = 3,24 mol/dm

3

Koniec rozdz. II-go

cm

297,4

=

1,15

1,12

200

+

1,18

100

=

V

3

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

dm

mol

1,62

=

1,620

=

0,2974

0,4819

=

c

3