что такое процентная концентрация раствора в химии

Концентрация раствора

Концентрация — величина, характеризующая количественный состав раствора.

Согласно правилам ИЮПАК, концентрацией растворённого вещества (не раствора) называют отношение количества растворённого вещества или его массы к объёму раствора (моль/л, г/л), то есть это соотношение неоднородных величин.

Те величины, которые являются отношением однотипных величин (отношение массы растворённого вещества к массе раствора, отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора) правильно называть долями. Однако на практике для обоих видов выражения состава применяют термин концентрация и говорят о концентрации растворов.

Существует много способов выражения концентрации растворов.

Содержание

Массовая доля (также называют процентной концентрацией)

Массовая доля — отношение массы растворённого вещества к массе раствора. Массовая доля измеряется в долях единицы.

Массовое процентное содержание компонента, m%

В бинарных растворах часто существует однозначная зависимость между плотностью раствора и его концентрацией (при данной температуре). Это даёт возможность определять на практике концентрации важных растворов с помощью денсиметра (спиртометра, сахариметра, лактометра). Некоторые ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора (спирта, жира в молоке, сахара). Следует учитывать, что для некоторых веществ кривая плотности раствора имеет максимум, в этом случае проводят 2 измерения: непосредственное, и при небольшом разбавлении раствора.

Часто для выражения концентрации (например, серной кислоты в аккумуляторных) пользуются просто их плотностью. Распространены ареометры (денсиметры, плотномеры), предназначенные для определения концентрации растворов веществ.

Пример. Зависимость плотности растворов H₂SO₄ от её массовой доли в водном растворе при 20°C

ω, %	5	10	15	20	30	40	50	60	70	80	90	95
ρ H2SO4, г/мл	1,032	1,066	1,102	1,139	1,219	1,303	1,395	1,498	1,611	1,727	1,814	1,834

Объёмная доля

Объемная доля — отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора. Объёмная доля измеряется в долях единицы или в процентах.

Как было указано выше, существуют ареометры, предназначенные для определения концентрации растворов определённых веществ. Такие ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора. Для распространённых растворов этилового спирта, концентрация которых обычно выражается в объёмных процентах, такие ареометры получили название спиртомеров.

Молярность (молярная объёмная концентрация)

Моляльность (молярная весовая концентрация)

Моляльность — число молей растворённого вещества в 1000 г растворителя. Измеряется в молях на кг, также распространено выражение в «моляльности». Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/кг называют 0,5-моляльным.

Нормальная концентрация (мольная концентрация эквивалента)

Нормальная концентрация — количество эквивалентов данного вещества в 1 литре раствора. Нормальную концентрацию выражают в моль/л (имеется в виду моль эквивалентов). Для записи концентрации таких растворов используют сокращения «н» или «N». Например, раствор содержащий 0,1 моль/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.

Нормальная концентрация может отличаться в зависимости от реакции, в которой участвует вещество. Например, одномолярный раствор H₂SO₄ будет однонормальным, если он предназначается для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата KHSO₄, и двухнормальным в реакции с образованием K₂SO₄.

Титр раствора

Титр раствора — масса растворённого вещества в 1 мл раствора.

В аналитической химии обычно концентрацию титранта пересчитывают применительно к конкретной реакции титрования таким образом, чтобы объём использованного титранта непосредственного показывал массу определяемого вещества; то есть титр раствора показывает, какой массе определяемого вещества (в граммах) соответствует 1 мл титрованного раствора.

Мольная доля

Мольная доля — отношение количества молей данного компонента к общему количеству молей всех компонентов. Мольную долю выражают в долях единицы.

Другие способы выражения концентрации растворов

Существуют и другие, распространённые в определённых областях знаний или технологиях, методы выражения концентрации. Например, в фотометрии часто используют массовую концентрацию, равную массе растворённого вещества в 1 л раствора. При приготовлении растворов кислот часто указывают, сколько объёмных частей воды приходится на одну объёмную часть концентрированной кислоты (например, 1:3). Концентрация загрязнений в воздухе может выражаться в частях на миллион (

Применимость способов выражения концентрации растворов, их свойства

В связи с тем, что моляльность, массовая доля, мольная доля не включают в себя значения объёмов, концентрация таких растворов остаётся неизменной при изменении температуры. Молярность, объёмная доля, титр, нормальность изменяются при изменении температуры, т.к. при этом изменяется плотность растворов.

Разные виды выражения концентрации растворов применяются в разных сферах деятельности, в соответствии с удобством применения и приготовления растворов заданных концентраций. Так, титр раствора удобен в аналитической химии для волюмометрии (титриметрического анализа) и т.п.

Формулы перехода от одних выражений концентраций растворов к другим

Наиболее распространённые единицы

Часто используемые единицы

Измеряемая величина	Запись	Формула	Типичная единица
Атомный процент (A)	at.%		%
Атомный процент (B)	at.%		%
Массовый процент	wt%		%
Mass-volume percentage	—		% though strictly %g/mL
Volume-volume percentage	—		%
Молярность	M		mol/L (or M or mol/dm 3 )
Molinity	—		mol/kg
Моляльность	m		mol/kg (or m**)
Мольная доля	Χ (chi)		(decimal)
Formal	F		mol/L (or F)
Нормальность	N		N
Частей на сто (Parts per hundred)	% (or pph)		da.g/kg
Частей на тысячу (Parts per thousand)	‰ (or ppt*)		g/kg
Частей на миллион	ppm		mg/kg
Частей на миллиард (Parts per billion)	ppb		µg/kg
Parts per trillion	ppt*		ng/kg
Parts per quadrillion	ppq		pg/kg

Полезное

Смотреть что такое «Концентрация раствора» в других словарях:

концентрация (раствора) — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN strength … Справочник технического переводчика

концентрация раствора — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN solution strength … Справочник технического переводчика

концентрация раствора — tirpalo koncentracija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. solution strength; strength of solution vok. Lösungsgehalt, m; Lösungskonzentration, f; Lösungsstärke, f rus. концентрация раствора, f pranc. concentration de la solution, f … Fizikos terminų žodynas

концентрация раствора — ▲ концентрация ↑ раствор крепкий. < > жидкий (# чай). некрепкий. слабый. водянистый. эбуллиоскопия. криоскопия … Идеографический словарь русского языка

концентрация раствора борной кислоты — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN boric acid [boron] concentration … Справочник технического переводчика

Концентрация растворов — Концентрация величина, характеризующая количественный состав раствора. Согласно правилам ИЮПАК, концентрацией растворённого вещества (не раствора) называют отношение количества растворённого вещества или его массы к объёму раствора (моль/л … Википедия

КОНЦЕНТРАЦИЯ — (от лат. konche сосредоточие). Соединение в одном пункте, сосредоточение; сгущение, уплотнение, удаление из смеси или из раствора части растворимых составных частей или примесей. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов … Словарь иностранных слов русского языка

Источник

Характеристики процентного содержания, расчет и примеры

процентная концентрация это способ выразить отношение растворенного вещества в сотне частей смеси или растворения. Следует отметить, что эти «части» могут быть выражены в единицах массы или объема. Благодаря этой концентрации известен состав раствора, который, в отличие от состава чистого вещества, не является постоянным.

Кроме того, меняется не только его состав, но и его органолептические свойства. Баночка чая на нижнем изображении приобретает более интенсивный вкус (и окраску) по мере того, как в ледяной воде растворяется больше специй. Однако, хотя их свойства изменяются, концентрация этих специй остается постоянной.

Если предположить, что 100 грамм из них растворены в воде и затем перемешаны достаточно для гомогенизации раствора, грамм будет распределен по всей банке. Процентная концентрация чая остается постоянной, даже если содержание жидкости разделено на разные емкости.

Это изменится только в том случае, если в банку будет добавлено больше воды, которая, хотя и не меняет исходную массу растворенных пряностей (растворенного вещества), меняет ее концентрацию. Для примера скорости чая эта концентрация может быть удобно выражена как масса растворенного вещества между объемом воды.

Таким образом, это открывает путь в бесконечные случаи, когда эти вычисления концентрации играют решающую роль.

Что такое решение?

Необходимо понимать термин «решение», прежде чем обращаться к выражению в процентах его концентрации.

Раствор представляет собой гомогенную или однородную смесь двух или более веществ, частицы которых имеют атомный или молекулярный размер..

Компонентами этого являются растворенное вещество и растворитель. Растворение представляет собой материал, растворенный в растворе, который находится в более низкой пропорции. Растворитель представляет собой дисперсионную среду в растворе и находится в большей пропорции (как вода в чайной банке).

Характеристика процентной концентрации

— Процентная концентрация позволяет избежать расчетов молярности и других единиц измерения концентрации. Во многих случаях достаточно знать количество растворенного в растворе растворенного вещества. Однако для химических реакций он остается в стороне от молярной концентрации..

— Облегчает проверку закона сохранения массы.

— Выражается в частях на сотню раствора, в пределах которого подсчитывается растворенное вещество..

— Соотношение между растворенным веществом и раствором может быть выражено в единицах массы (граммы) или объема (миллилитры).

Как рассчитывается?

Способ его вычисления зависит от единиц, в которых вы хотите выразить это. Тем не менее, математический расчет по сути тот же.

Весовые проценты по весу% м / м

% (м / м) = (грамм растворенного вещества / грамм раствора) ∙ 100

Массовый процент раствора указывает количество граммов растворенного вещества в каждых 100 граммах раствора..

Например, раствор с концентрацией 10% м / м NaOH содержит 10 грамм NaOH на 100 грамм раствора. Это также можно интерпретировать следующим образом: 10 г NaOH растворяют в 90 г воды (100-10).

Оба процента веса в объеме% м / в

% (m / v) = (граммы растворенного вещества / миллилитры раствора) ∙ 100

В качестве конкретного случая у нас есть следующий пример: уровень азота в крови человека составляет 32 мг%, что означает, что на 100 мл крови приходится 32 мг растворенного азота..

Оба процента объема в объеме% об / об

% (об. / об.) = (миллилитры растворенного вещества / миллилитры раствора) ∙ 100

Процентное отношение объема к объему раствора указывает количество миллилитров растворенного вещества в каждых 100 миллилитрах раствора..

Примеры расчета процентной концентрации

Пример 1

Если у вас есть 7 г KIO₃, Сколько граммов 0,5% раствора м / м можно приготовить с таким количеством соли?

Раствор с концентрацией 0,5% м / м очень разбавлен и интерпретируется следующим образом: на каждые 100 г раствора приходится 0,5 г KIO.₃ растворится. Затем для определения граммов этого раствора, который можно приготовить, используются коэффициенты пересчета:

7 г КИО₃ ∙ (100 г золь / 0,5 г KIO₃) = 1400 г или 1,4 кг раствора.

Как это возможно? Очевидно, большое количество массы пришло из воды; Итак, 7 грамм КИО₃ растворяется в 1393 г воды.

Пример 2

Если вы хотите приготовить 500 г раствора CuSO 4₄ на 1%, сколько граммов соли меди необходимо?

Коэффициенты пересчета применяются для очистки от CuSO 4.₄ желательно:

500 г Sol CuSO₄ ∙ (1 г CuSO₄/ 100 г Sol CuSO₄) = 5 г CuSO₄

То есть растворяют 5 г CuSO 4₄ (соль ярко-синего цвета) в 495 г воды (приблизительно 495 мл)

Пример 3

Если смешать 400 мл воды, 37 г сахара, 18 г соли и 13 г сульфата натрия (Na₂SW₄) Какова процентная концентрация по массе для каждого из компонентов смеси?

Предполагая, что плотность воды составляет 1 г / мл, тогда смесь содержит 400 г воды. Суммируя общую массу компонентов раствора, мы получим: (400 + 37 + 18 + 13) = 468 г раствора..

Здесь расчет прямой и простой:

% Воды m / m = (400 г воды / 468 г золя) ∙ 100 = 85,47

% Сахара m / m = (37 г сахара / 468 г золя) ∙ 100 = 7,90

% Соли m / m = (18 г соли / 468 г золя) 100 = 3,84

Суммируя все индивидуальные массовые проценты, которые мы имеем: (85,47 + 7,90 + 3,84 + 2,77) = 99,98% ≈ 100%, общая смесь.

Источник

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА: ПРОЦЕНТНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ (ИЛИ МАССОВАЯ ДОЛЯ РАСТВОРЕННОГО ВЕЩЕСТВА)

Формула концентрации раствора. Их множество. И каждая соответствует тому или иному способу выражения концентрации. А в химии их применяются достаточно: массовая доля растворенного вещества, молярная, нормальная, моляльная, титр и др.

А зачем так много? Ответ на этот вопрос очень прост. Каждый вид концентрации удобен в том или ином конкретном случае, тогда как применение другого вида концентрации неуместно.

Например, при исследовании содержания массы вещества в очень небольшом объеме раствора удобно пользоваться титром. А в каких-то технологиях вообще концентрация заменяется другими количественными характеристиками раствора. Так, в технологии посола рыбы для расчета необходимой концентрации тузлука (раствора поваренной соли) используют не его процентную концентрацию, а плотность.

Концентрация – что это такое

Любой раствор имеет различные характеристики: качественные и количественные. Одной из важнейших количественных характеристик является концентрация раствора.

Концентрация раствора – это количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора.

Как видно из приведенного определения, основными компонентами раствора являются:

Растворенного вещества в растворе всегда меньше, а растворителя больше.

И вот именно с вычислением количественного содержания растворенного вещества чаще всего и связаны все расчеты, основанные на применении формулы концентрации раствора.

Существует несколько видов концентрации раствора:

— массовая доля растворенного вещества;

— объемная доля растворенного вещества;

— молярная доля растворенного вещества;

— молярная (или молярность);

— моляльная (или моляльность);

— нормальная (или эквивалентная);

Формула концентрации раствора: основные виды

Применение того или иного вида концентрации уместно в каждом конкретном случае. Не существует какой-то универсальной концентрации или универсальной формулы концентрации раствора.

Кстати, с помощью математических преобразований можно перейти от одной концентрации к другой или найти взаимосвязь между разными их видами.

Основные расчетные формулы концентрации раствора приведены в таблице:

Массовая доля растворенного вещества и примеры ее вычисления

Массовая доля растворенного вещества – это отношение массы растворенного вещества к массе раствора.

Ее расчетная формула выглядит так:

где ω_р.в-ва – массовая доля растворенного вещества, m_р.в-ва – масса растворенного вещества, m_р-ра – масса раствора.

ω_р.в-ва представляет собой долю или от единицы или от 100%. Так, например, имеется двухпроцентный раствор NaCl. Его концентрация будет записана в первом случае ω(NaCl) = 0,02, а во втором – ω(NaCl) = 2%. Форма записи основной сути не меняет. Можно записывать и так, и так.

Что же означает выражение ω(NaCl) = 0,02 или ω(NaCl) = 2%? Буквально следующее: в 100 г водного раствора поваренной соли содержится 2 г этой соли и 98 г воды.

Тогда основную расчетную формулу для массовой доли растворенного вещества можно преобразовать:

Очень часто в расчетах с процентной концентрацией используются плотность и объем раствора:

В таком случае основную расчетную формулу концентрации раствора можно преобразовать и так:

В других ситуациях могут использоваться объем и плотность не раствора, а растворителя. Тогда основная формула для расчета концентрации будет выглядеть так:

На практике бывает необходимо не только приготовить раствор с какой-либо определенной концентрацией, но и увеличить, либо уменьшить ее значение. Это достигается различными приемами:

— добавлением растворенного вещества;

— добавлением к раствору растворителя (например, воды).

Кроме того, приходится часто смешивать друг с другом растворы разных концентраций.

Разберем все возможные случаи.

Мы рекомендуем задачи, в которых речь идет о растворах, решать с использованием схематических рисунков. Это очень наглядно, особенно, когда речь идет о смешивании растворов.

Начнем с самого простого: вычислим концентрацию раствора.

Пример 1. В 200 г воды растворили 40 г глюкозы. Вычислите массовую долю глюкозы в полученном растворе.

Обратите внимание, что речи о каком-либо химическом взаимодействии не идет! Поэтому записывать уравнения реакций не требуется!

Запишем общую формулу для расчета массовой доли растворенного вещества:

В данной задаче глюкоза (C₆H₁₂O₆) – растворенное вещество, а вода (H₂O) – растворитель. Масса раствора будет складываться из массы глюкозы и массы воды:

Пример 2. Рассчитайте, сколько потребуется хлорида калия, чтобы приготовить 300 г раствора с массовой долей соли 6%.

Обратите внимание, для того, чтобы расчеты были менее громоздкими, будем использовать выражение концентрации не в %, а в долях от единицы.

Пример 3. Необходимо приготовить 250 г раствора с массовой долей хлорида магния 24%. Рассчитайте массу требуемых воды и соли.

Так как раствор готовится из хлорида магния и воды, то и масса раствора равна сумме масс хлорида магния и воды:

Рассмотрим задачу, в которой в качестве растворителя выступает не вода, а другое вещество.

Пример 4. В органическом растворителе бензоле объемом 140 мл растворили серу массой 0,6 г. Вычислите массовую долю серы в полученном растворе, если плотность бензола составляет 0,88 г/мл.

Обратите внимание, что здесь:

— масса раствора не известна;

— масса растворителя (бензола) не известна;

— известны объем и плотность растворителя (бензола), что позволяет нам найти его массу;

— масса раствора состоит из массы растворителя (бензол) и массы растворенного вещества (сера).

Объединим все расчетные формулы в одну и подставим в нее имеющиеся численные значения:

Вычисление массовой доли растворенного вещества при разбавлении раствора водой

Разбавление раствора водой приводит к уменьшению его концентрации.

Запомним, что в таких случаях:

— увеличивается масса раствора;

— увеличивается масса растворителя;

— масса растворенного вещества остается постоянной.

Пример 5. К 80 г раствора с массовой долей NH₄Cl 12% добавили 40 г воды. Вычислите массовую долю хлорида аммония в полученном растворе.

Объединим все полученные формулы в одну и подставим имеющиеся данные:

Пример 6. Рассчитайте объем раствора фосфорной кислоты (массовая доля кислоты 12%, плотность 1,065 г/мл), который потребуется для приготовления раствора с массовой долей H₃РO₄ 4% объемом 250 мл (плотность 1,02 г/мл).

В данной задаче речь напрямую о разбавлении раствора не идет. Но судя по тому, что исходный раствор имел концентрацию 12%, а конечный – 4%, становится ясно: последний раствор можно получить путем разбавления первого водой.

Вычисление массовой доли растворенного вещества при концентрировании раствора путем упаривания

Упаривание раствора, т.е. его нагревание, при котором происходит испарение воды, приводит к увеличению концентрации.

Учтите, что при этом:

— уменьшается масса раствора;

— уменьшается масса растворителя;

— масса растворенного вещества остается постоянной (при условии, что растворенное вещество не разлагается при данной температуре).

Пример 7. Из 200 г 27%-ного раствора глюкозы выпарили 20 г воды. Определите массовую долю глюкозы в полученном растворе.

Вычисление массовой доли растворенного вещества при концентрировании раствора путем добавления растворенного вещества

Добавление к уже существующему раствору новой порции растворенного вещества приводит к увеличению концентрации раствора.

Помните, что в таких случаях:

— увеличивается масса раствора;

— увеличивается масса растворенного вещества.

Пример 8. Определите массу хлорида калия, который надо добавить к 180 г 15%-ного раствора этой соли, чтобы получить 20%-ный раствор.

Вычисление массовой доли растворенного вещества при смешивании двух растворов

При смешивании двух растворов (речь о растворах одного и того же вещества конечно же) изменяются все количественные характеристики:

— увеличивается масса раствора;

— увеличивается масса растворенного вещества;

— изменяется массовая доля растворенного вещества.

Пример 9. Смешали 80 г 32%-ного раствора и 30 г 10%-ного раствора нитрата меди (II). Какова концентрация соли в полученном растворе?

Вычисление массовой доли растворенного вещества с применением кристаллогидратов для приготовления раствора

Кристаллогидраты используются для приготовления растворов довольно часто. Кристаллогидраты представляют собой вещества, в состав которых помимо основного вещества входят молекулы воды. Например:

CuSO₄·5H₂O – кристаллогидрат сульфата меди (II) (или медный купорос);

Na₂SO₄·10H₂O – кристаллогидрат сульфата натрия (или глауберова соль).

Кристаллогидраты различаются прочностью связи между основным веществом и кристаллизационной водой. Одни из них теряют воду при комнатной температуре с течением времени и перестают быть кристаллогидратами (например, Na₂СO₃·10H₂O). Другие – обезвоживаются только при сильном нагревании (например, CuSO₄·5H₂O).

При расчете концентрации с использованием кристаллогидратов для получения растворов часто приходится учитывать и кристаллизационную воду.

Но сначала поясним некоторые нюансы на конкретном примере:

1) Формула CuSO₄·5H₂O означает, что 1 моль CuSO₄·5H₂O содержит 1 моль CuSO₄ и 5 моль H₂O. Это можно было бы записать так:

2) Относительная молекулярная (и численно молярная) масса будет складываться из относительной молекулярной массы вещества и относительной молекулярной массы воды. Например:

Mr(CuSO₄·5H₂O) = Mr(CuSO₄) + 5·Mr(H₂O) = 160 + 5·18 = 250 и, соответственно,

3) Еще одну особенность поясним с помощью рисунка:

Итак, разберем несколько типичных задач.

Пример 10. В 60 г воды растворили глауберову соль Na₂SO₄·10H₂O массой 5,6 г. Какова массовая доля сульфата натрия в полученном растворе?

Пример 11. Какая масса железного купороса FeSO₄·7H₂O и воды потребуется для приготовления 18 кг раствора сульфата железа (II) с массовой долей FeSO₄ 3%?

Обратите внимание, что масса раствора дана не в граммах (г), а в килограммах (кг). Для того, чтобы привести в ходе расчетов все единицы измерения к единой системе, можно перевести килограммы в граммы и вычислять как обычно.

Но есть более простой способ. Можно считать количество вещества не в моль, а в киломоль (кмоль). Молярную массу вычислять не в г/моль, а в кг/кмоль. В этом случае ответ в задаче мы сразу получим в килограммах.

Пример 12. Вычислите массу кристаллогидрата сульфата никеля NiSO₄·7H₂O, который надо добавить к 180 г раствора с массовой долей сульфата никеля 1,5%, чтобы получить раствор с массовой долей соли 6%?

Правило «креста» в химии растворов как метод решения задач на процентную концентрацию растворов

Правилом «креста» (или «квадратом Пирсона») очень удобно пользоваться в расчетах, связанных с разбавлением или смешиванием растворов.

Общая схема вычислений выглядит так:

Пример 13. Какую массу 5%-ного раствора глюкозы надо добавить к 70 г 21%-ного раствора этого же вещества, чтобы получить 12%-ный раствор?

Пример 14. Сколько грамм раствора с массовой долей нитрата цинка 26% надо прилить к воде массой 300 г, чтобы получить раствор Zn(NO₃)₂ 12%?

Еще примеры с применением правила «креста» можно посмотреть здесь.

Мы рассмотрели достаточно примеров расчетов, где используется формула такой концентрации раствора как массовая доля растворенного вещества. Как видим, ситуаций, в которых требуется ее применение, множество. Однако, есть достаточно случаев, когда более приемлемыми являются формулы других концентраций (молярной, нормальной, титра и т.д.). Об этом читайте в других статьях.

Источник