Моляльная концентрация. Что означает молярная и моляльная концентрация?

Молярная и моляльная концентрации, несмотря на похожие названия, величины разные. Основное их отличие в том, что при определении моляльной концентрации расчёт производится не на объем раствора, как при выявлении молярности, а на массу растворителя.

Общие сведения о растворах и растворимости

Истинным раствором называется однородная система, которая включает в свой состав некоторое число компонентов, независимых друг от друга. Один из них считается растворителем, а остальные являются растворенными в нем веществами. Растворителем считается то вещество, которого в растворе больше всего.

Растворимость – способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы – растворы, в которых оно находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц. А концентрация – это мера растворимости.

Следовательно, растворимость является способностью веществ распределяться равномерно в виде элементарных частиц по всему объему растворителя.

Истинные растворы классифицируются следующим образом:

• по виду растворителя – неводные и водные;
• по виду растворенного вещества – растворы газов, кислот, щелочей, солей и т.д.;
• по взаимодействию с электрическим током – электролиты (вещества, которые обладают электропроводностью) и неэлектролиты (вещества, не способные к электропроводности);
• по концентрации – разбавленные и концентрированные.

Концентрация и способы ее выражения

Концентрацией называют содержание (весовое) вещества, растворенного в определенном количестве (весовом или объемном) растворителя или же в определенном объеме всего раствора. Она бывает следующих видов:

1. Концентрация процентная (выражается в %) – она говорит о том, сколько содержится граммов растворенного вещества в 100 граммах раствора.

2. Концентрация молярная – это число грамм-молей, приходящихся на 1 литр раствора. Показывает, сколько содержится грамм-молекул в 1 литре раствора вещества.

3. Концентрация нормальная – это число грамм-эквивалентов, приходящихся на 1 литр раствора. Показывает, сколько содержится грамм-эквивалентов растворенного вещества в 1 литре раствора.

4. Концентрация моляльная показывает, сколько растворенного вещества в молях приходится на 1 килограмм растворителя.

5. Титр определяет содержание (в граммах) вещества, которое растворено в 1 миллилитре раствора.

Молярная и моляльная концентрация отличаются друг от друга. Рассмотрим их индивидуальные особенности.

Молярная концентрация

Формула для ее определения:

Cv=(v/V), где

v – количество вещества растворенного, моль;

V – общий объем раствора, литр или м³.

Например, запись "0,1 М раствор Н₂SO_4" говорит о том, что в 1 литре такого раствора присутствует 0,1 моль (9,8 граммов) серной кислоты.

Моляльная концентрация

Всегда следует принимать во внимание то, что моляльная и молярная концентрации имеют абсолютно разное значение.

Что же такое моляльная концентрация раствора? Формула для ее определения такова:

Cm=(v/m), где

v – количество вещества растворенного, моль;

m – масса растворителя, кг.

Например, запись 0,2 M раствор NaOH означает, что в 1 килограмме воды (в данном случае она является растворителем) растворено 0,2 моля NaOH.

Дополнительные формулы, необходимые для расчетов

Много вспомогательных сведений может потребоваться для того, чтобы была рассчитана моляльная концентрация. Формулы, которые могут пригодиться для решения основных задач, представлены ниже.

Под количеством вещества ν понимают определенное число атомов, электронов, молекул, ионов или других его частиц.

v=m/M=N/N_A=V/V_m, где:

• m – масса соединения, г или кг;
• M – масса молярная, г (или кг)/моль;
• N – число структурных единиц;
• N_A – число структурных единиц в 1 моле вещества, постоянная Авогадро: 6,02 ^. 10²³ моль^{- 1};
• V – общий объем, л или м³;
• V_m – объем молярный, л/моль или м³/моль.

Последний вычисляется по формуле:

V_m=RT/P, где

• R – постоянная, 8,314 Дж/(моль ^. К);
• T – температура газа, К;
• P – давление газа, Па.

Примеры задач на молярность и моляльность. Задача №1

Определить молярную концентрацию калия гидроксида в растворе объемом 500 мл. Масса КОН в растворе равна 20 грамм.

Определение

Молярная масса калия гидроксида равна:

М_КОН = 39 + 16 + 1 = 56 г/моль.

Рассчитываем, сколько гидроксида калия содержится в растворе:

ν(КОН) = m/M = 20/56 = 0,36 моль.

Учитываем, что объем раствора должен быть выражен в литрах:

500 мл = 500/1000 = 0,5 литра.

Определяем молярную концентрацию калия гидроксида:

Cv(KOH) = v(KOH)/V(KOH) = 0,36/0,5 = 0,72 моль/литр.

Задача №2

Сколько окисла серы (IV) при нормальных условиях (т.е. когда Р = 101325 Па, а Т = 273 К) нужно взять для того, чтобы приготовить раствор сернистой кислоты с концентрацией 2,5 моль/литр объемом 5 литров?

Определение

Определим, сколько сернистой кислоты содержится в растворе:

ν(H₂SO₃) = Cv(H₂SO₃)∙ V(раствора) = 2,5 ∙ 5 = 12,5 моль.

Уравнение получения сернистой кислоты имеет следующий вид:

SO₂ + H₂O = H₂SO₃

Согласно этому:

ν(SO₂) = ν(H₂SO₃);

ν(SO₂) = 12,5 моль.

Помня о том, что при нормальных условиях 1 моль газа имеет объем 22,4 литра, рассчитываем объем окисла серы:

V(SO₂) = ν(SO₂) ∙ 22,4 = 12,5 ∙ 22,4 = 280 литров.

Задача №3

Определить молярную концентрацию NaOH в растворе при его массовой доле, равной 25,5%, и плотности 1,25 г/мл.

Определение

Принимаем в качестве образца раствор объемом в 1 литр и определяем его массу:

m (раствора) = V (раствора) ∙ р (раствора) = 1000 ∙ 1,25 = 1250 грамм.

Рассчитываем, сколько в образце щелочи по массе:

m (NaOH) = (w ∙ m (раствора))/100% = (25,5 ∙ 1250)/100 = 319 грамм.

Молярная масса гидроксида натрия равна:

М_NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 г/моль.

Рассчитываем, сколько гидроксида натрия содержится в образце:

v(NaOH) = m /M = 319/40 = 8 моль.

Определяем молярную концентрацию щелочи:

Cv(NaOH)=v/V = 8/1 = 8 моль/литр.

Задача №4

В воде (100 граммах) растворили 10 грамм соли NaCl. Установить концентрацию раствора (моляльную).

Определение

Молярная масса NaCl равна:

М_NaCl = 23 + 35 = 58 г/моль.

Количество NaCl, содержащееся в растворе:

ν(NaCl) = m/M = 10/58 = 0,17 моль.

В данном случае растворителем является вода:

100 грамм воды = 100/1000 = 0,1 кг Н₂О в этом растворе.

Моляльная концентрация раствора будет равна:

Cm(NaCl) = v(NaCl)/m(воды) = 0,17/0,1 = 1,7 моль/кг.

Задача №5

Определить моляльную концентрацию 15%-ного раствора щелочи NaOH.

Определение

15%-ный раствор щелочи означает, что в каждых 100 граммах раствора содержится 15 грамм NaOH и 85 грамм воды. Или что в каждых 100 килограммах раствора имеется 15 килограмм NaOH и 85 килограмм воды. Для того чтобы его приготовить, необходимо в 85 граммах (килограммах) Н₂О растворить 15 грамм (килограмм) щелочи.

Молярная масса гидроксида натрия равна:

М_NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 г/моль.

Теперь находим количество гидроксида натрия в растворе:

ν=m/M=15/40=0,375 моль.

Масса растворителя (воды) в килограммах:

85 грамм Н₂О = 85/1000 = 0,085 кг Н₂О в этом растворе.

После этого определяется моляльная концентрация:

Cm=(ν/m)=0,375/0,085=4,41 моль/кг.

В соответствии с этими типовыми задачами можно решить и большинство других на определение моляльности и молярности.