Как приготовить одномолярный раствор натрий хлор

Как приготовить одномолярный раствор натрий хлор

§7.7 Концентрация раствора.

На практике часто приходится иметь дело с растворами, имеющими строго заданное содержание в них растворенного вещества . Приведем несколько примеров.

Во-первых, это приготовление различных лекарственных растворов. Если в аптеке случайно произойдет ошибка с количеством лекарства в его растворе, то последствия могут быть самыми плачевными.

Во-вторых, многие химические реакции проводят в растворах. И здесь ошибки могут приводить к печальным результатам. Например, если фотограф ошибется при растворении проявителя, то фотографии либо не проявятся, либо будут испорчены. Другой пример: если залить в аккумулятор раствор, в котором содержание серной кислоты будет меньше или больше требуемого, то аккумулятор либо не будет работать, либо выйдет из строя.

Еще один пример из лабораторной практики. Для получения бромистого калия (KBr) взяли два раствора: HBr и KOH. Из-за ошибки при приготовлении растворов гидроксид калия KOH добавили в воду в гораздо большем количестве, чем это требовалось для реакции обмена:

H Br + K OH = K Br + H 2 O

В результате полученный водный раствор KBr оказался безнадежно испорченным примесью непрореагировавшего, очень едкого гидроксида калия KOH.

Во всех перечисленных случаях было не учтено или нарушено заданное содержание вещества в растворе. Давайте разберемся в том, как правильно выражать это содержание и как правильно готовить раствор, если содержание вещества в растворе задано.

Один из способов выражения количества вещества в растворе – задание МАССОВОЙ ДОЛИ РАСТВОРЕННОГО ВЕЩЕСТВА .

Массовая доля растворенного вещества – это отношение массы растворенного вещества m 1 к общей массе раствора m, выраженное в процентах.

Пример 1. Для лечения гипертонической болезни (повышенное давление) применяют 25%-ный раствор сульфата магния MgSO 4 . Это означает, что в 100 г такого раствора содержится 25 г MgSO 4 . Здесь выделено слово “раствора”. Действительно, если мы взвесим 25 г сульфата магния и просто растворим в 100 г воды, то нужного нам раствора не получим.

Как же приготовить 25%-ный раствор? Надо взвесить на весах 25 г безводного сульфата магния и отмерить мензуркой 75 мл воды (либо взвесить на весах 75 г воды, что одно и то же). Затем сульфат магния надо высыпать в воду и перемешать до полного растворения. Получится 100 г раствора (25 г + 75 г = 100 г), в котором массовая доля сульфата магния составляет точно 25 %.

** Если для взвешивания 25 г MgSO 4 не найдется безводной соли, а в наличии окажется только более распространенный кристаллогидрат MgSO 4 . 7H 2 O, то необходимо взять больше соли. Предварительно следует рассчитать, в каком количестве MgSO 4 . 7H 2 O содержится 25 г MgSO 4 и взвесить именно это рассчитанное количество MgSO 4 ·7H 2 O. Соответственно, на приготовление такого раствора пойдет меньше воды, потому что часть ее уже имеется в кристаллогидрате.

Пример 2. Для заливки в новый автомобильный аккумулятор нужен 36%-ный раствор серной кислоты. Это означает, что в 100 г такого раствора содержится 36 г серной кислоты и 64 г воды (100 г — 36 г = 64 г.). Массовая доля серной кислоты в таком растворе составляет 36%.

Разумеется, 100 г раствора – слишком маленькое количество для автомобильного аккумулятора, поэтому приготовим 10 кг раствора. Для этого увеличим все цифры в 100 раз. Итак, нам потребуется взвесить на весах (36 г х 100) = 3600 г или 3,6 кг крепкой (безводной) серной кислоты и отмерить (64 г х 100) = 6400 г или 6,4 л дистиллированной воды.

Осторожно смешаем серную кислоту с водой (происходит сильный разогрев). Получим 10 кг 36%-ного раствора серной кислоты, который после охлаждения можно заливать в аккумулятор.

** Водитель, который не очень усердно изучал в школе химию, может легко ошибиться, взяв вместо 3,6 кг серной кислоты 3,6 л серной кислоты. В этом случае аккумулятор будет испорчен, потому что количество H 2 SO 4 в растворе окажется намного больше требуемого.

Дело в том, что серная кислота – довольно «тяжелая» жидкость, ее плотность 1,84 кг/л. Можно подсчитать, какой объем займет серная кислота массой 3,6 кг:

1 л H2 SO 4 весит 1,84 кг (плотность серной кислоты)

х л H2 SO 4 весят 3,6 кг

Отсюда х = 1 л . 3,6 кг/1,84 кг = 1,956 л – такой объем (меньше двух литров!) занимает концентрированная кислота весом 3,6 кг.

Массовую долю растворенного вещества называют также ПРОЦЕНТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ раствора.

Концентрация – это относительное количество растворенного вещества в растворе.

Помимо процентной концентрации, часто удобно пользоваться МОЛЯРНОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ .

Молярная концентрация С – это отношение количества растворенного вещества v (в молях) к объему раствора V в литрах.

Единица молярной концентрации – моль/л. Зная число молей вещества в 1 л раствора, легко отмерить нужное количество молей для реакции с помощью подходящей мерной посуды.

В качестве примера рассмотрим получение нерастворимого в воде хлорида серебра (AgCl) с помощью реакции обмена:

AgNO 3 + NaCl = Ag Cl (осадок) + Na NO 3

Кстати, не нужно запоминать, какие соли растворимы, а какие нерастворимы в воде. Для этого существует таблица растворимости (теперь она есть и в меню левого окна).

Допустим, в лаборатории имеется раствор AgNO 3 , концентрация которого 1 моль/л. Это означает, что в 1 л такого раствора содержится 1 моль нитрата серебра.

По уравнению реакции на 1 моль AgNO 3 нужен 1 моль NaCl. Следовательно, если мы смешаем одинаковые объемы растворов AgNO 3 и NaCl одинаковой концентрации 1 моль/л, то реакция пройдет до конца и в реакционной колбе окажется только раствор нитрата натрия (NaNO 3 ) в воде, а на дно сосуда выпадет осадок хлорида серебра AgCl. При этом исходных соединений в сосуде не останется.

Но как приготовить для реакции нужный раствор NaCl ? Для этого существуют специальные мерные колбы (рис. 7-4).

Рис. 7-4. Последовательность приготовления молярного раствора хлорида натрия (1моль/л NaCl): а) берут мерную колбу емкостью 1 л; б) помещают в колбу навеску кристаллического NaCl. в) в колбу добавляют немного дистиллированной воды, растворяют кристаллы и доливают раствор водой до метки 1 л, после чего тщательно перемешивают.

Мерная колба представляет собой сосуд с тонкой шейкой, на которой по стеклу нанесена кольцеобразная метка. Если заполнить мерную колбу жидкостью до метки, то ее объем составит ровно 1 л. Возьмем такую колбу и приступим к приготовлению нужного нам раствора NaCl.

Молекулярный вес NaCl составляет (23 + 35,5) = 58,5. Следовательно, молярная масса NaCl (масса 1 моль) равна 58,5 г. Взвесим это количество NaCl на весах и поместим кристаллы в мерную колбу. Затем добавим немного воды и растворим кристаллы, покачивая колбу. Когда вся соль растворится, дольем раствор водой до метки. Мерные колбы делают таким образом, что объем раствора достигает точно 1 л, когда водный мениск (уровень воды, слегка изогнутый силами поверхностного натяжения) касается метки своей нижней частью. После этого раствор аккуратно перемешаем.

** Молярную концентрацию (или МОЛЯРНОСТЬ растворов) принято обозначать буквой М. Например, раствор концентрации 1 М содержит 1 моль вещества на литр раствора. Такой раствор называют МОЛЯРНЫМ . Раствор концентрации 0,1 М содержит 0,1 моль вещества на литр раствора и называется ДЕЦИМОЛЯРНЫМ . Растворы концентрации 0,01 М (или 0,01 моль на литр) иногда называют САНТИМОЛЯРНЫМИ .

Итак, мы приготовили раствор NaCl , концентрация которого составляет 1 моль/л, то есть одномолярный или просто молярный раствор.

Молярные концентрации в общем виде иногда обозначают следующим образом:

C NaCl = 1 моль/л

При смешивании любых равных объемов молярных растворов AgNO 3 и NaCl всегда будет получаться только раствор NaNO 3 в воде и осадок AgCl , не содержащие примеси ни одного из исходных реагентов. Отфильтровав осадок и промыв его водой, мы получим чистую соль AgCl (она в воде практически не растворяется). Упарив отфильтрованный раствор, мы получим только чистый нитрат натрия NaNO 3 . Это не удивительно, потому что смешивая равные объемы растворов, мы берем одинаковое количество молей (или частей моля) реагирующих веществ. В них содержится одинаковое количество молекул AgNO 3 и NaCl , которые реагируют между собой без остатка.

На фотографии слева показан опыт, который мы обсуждаем. Видно, как при смешивании растворов исходных солей выпадает белый осадок AgCl.

Если бы мы взяли не молярные, а, например, 10%-ные растворы AgNO 3 и NaCl (одинаковые объемы), то в них бы содержалось разное число молекул этих веществ и одна из этих солей не израсходовалась бы полностью и осталась в растворе. Какая же из двух солей оказалась бы в избытке? Та, число молей которой больше. Это будет NaCl – соль с меньшим молекулярным весом, поскольку в одинаковой массе солей число более легких молекул (и молей) NaCl оказывается б о льшим.

Каждый способ выражения концентрации раствора удобен в зависимости от цели, которую преследует химик или технолог. Процентные концентрации более удобны в технике, медицине, экологии. Молярные концентрации чаще встречаются в лабораторной практике.

Источник

УЧЕБНАЯ КНИГА ПО ХИМИИ

ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ СРЕДНИХ ШКОЛ,
СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ВУЗОВ И ШКОЛЬНИКОВ 9–10 КЛАССОВ,
РЕШИВШИХ ПОСВЯТИТЬ СЕБЯ ХИМИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ

УЧЕБНИКЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯ

Продолжение. См. № 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25-26, 27-28, 29, 30/2003

§ 6.1. Растворы, концентрация, растворимость

Существуют вещества с неограниченной способностью растворяться друг в друге (например, серная кислота и вода или этиловый спирт и вода) и с ограниченной способностью. Для количественной характеристики одного вещества ограниченно растворяться в другом пользуются понятием растворимость, которая выражается концентрацией насыщенного раствора.
Насыщенный раствор получается, когда дальнейшее растворение данного компонента в растворе прекращается. В насыщенном растворе концентрация данного компонента максимальна при данных условиях. Насыщенный раствор всегда должен находиться в равновесии с кристаллическим компонентом (осадком). Концентрация этого компонента в растворе называется его растворимостью. Раствор, в котором концентрация этого компонента ниже его растворимости, называется ненасыщенным.
Раствор, в котором концентрация растворенного вещества выше его растворимости, называется пересыщенным. Такие растворы обычно получают при переохлаждении раствора ниже температуры, при которой он становится насыщенным.

Иногда говорят о растворении металлов, например натрия в воде или цинка в серной кислоте. Но мы будем называть растворением только такой процесс, при котором растворенное вещество можно выделить из раствора в его исходном состоянии такими простыми операциями, как выпаривание растворителя, перекристаллизация и т. п.

Растворимость удобно выражать в моль/л, однако часто ее выражают в процентах по массе, т. е. числом граммов растворенного вещества в 100 г насыщенного раствора. Иногда растворимость выражают числом граммов растворенного вещества, приходящихся на 100 г растворителя.

Пример. Растворимость хлорида натрия (поваренная соль) NaCl в воде при обычной температуре (20 °С) составляет 31,6 г в 100 г воды. Рассчитать содержание соли в 10 г насыщенного раствора хлорида натрия. (Обратите внимание: «в насыщенном растворе», а не «на 100 г воды»! Растворимость выражается массой соли, которая может быть растворена в 100 г воды с образованием насыщенного раствора.)

Решение
Определим массу воды в 10 г насыщенного раствора NaCl. Примем массу хлорида натрия в этом растворе за х г, тогда масса воды будет равна (10 – х) г.
Составим соотношение:

Отсюда 100/(10 – х) = 31,6/х, и х = 2,4 г хлорида натрия. Масса воды в этом растворе: 10 – 2,4 = 7,6 г.

Для большинства веществ растворимость значительно зависит от температуры. Для определения растворимости при разных температурах используют справочные таблицы или кривые растворимости (рис. 6.1).
Если приготовить насыщенный раствор при температуре t₂, содержащий m₂ г вещества на 100 г воды, а затем охладить до температуры t₁, при которой растворимость составляет m₁ г, то выпадет осадок (при условии, что не произошло переохлаждения и не образовался пересыщенный раствор) массой (m₂ – m₁) г.

Сколько граммов нитрата калия выпадет в осадок при охлаждении насыщенного при температуре 60 °С раствора нитрата калия в воде до температуры 20 °С (см. рис. 6.1.)?

Проще всего растворимость достаточно растворимых веществ определяется выпариванием определенного количества раствора и взвешиванием массы сухого остатка.

Пример. Рассчитать растворимость нитрата калия в воде при обычной температуре (20 °С), если при выпаривании 50 г насыщенного раствора масса сухой соли оказалась равной 13,02 г.

Решение
Масса нитрата калия в 100 г раствора равна 13,02•100/50 = 26,04 г. Эта масса нитрата калия приходится на 100 – 26,04 = 73,96 г воды в насыщенном растворе. Составляем соотношение:

Откуда х = 26,04•100/73,96 = 35,2 г. Это и есть растворимость, т. е. масса растворенного вещества в насыщенном растворе, приходящаяся на 100 г воды.

На различной растворимости веществ основан один из способов их очистки – перекристаллизация. Очистка сводится к растворению загрязненного вещества в подходящем растворителе при повышенной температуре и последующему выделению кристаллов очищаемого вещества из пересыщенного раствора при более низкой температуре.

Посмотрите на рис. 6.1. Какие вещества можно очищать перекристаллизацией? Можно ли этим приемом очистить хлорид натрия?

Рис. 6.1.
Кривые растворимости веществ
в воде при различных температурах

Насыщенный раствор, который остается после отделения выпавших кристаллов, называется маточным. Некоторое количество примесей может удалиться с осадком. При повторной перекристаллизации чистота вещества повышается.
Растворимость вещества, по существу, есть константа равновесия гетерогенного процесса перехода вещества из кристаллической фазы в раствор. В связи с этим по значениям растворимости при двух температурах легко рассчитать изменения энтальпии (тепловой эффект) и энтропии при растворении.
Пусть при температуре Т₂ растворимость вещества равна Р₂, а при температуре Т₁ растворимость равна Р₁. Составляем систему из двух уравнений c двумя неизвестными (Н и S):

Затем вычисляем Н и S.

Пример. Растворимость хлорида серебра в воде при температуре 10 °С равна 6,083•10 –6 моль/л,
а при 25 °С – 1,249•10 –5 моль/л. Рассчитать изменение энтальпии и энтропии при растворении хлорида серебра:

Решение
Составляем систему из двух уравнений:

Находим из первого уравнения:

Н_раств = 27 997,048 + 298,2•S_раств,

и подставляем во второе уравнение:

28 282,968 = 27 997,048 + 298,2•S_раств – 283,2•S_раств.

Определяем S_раств:

15S_раств = 285,920;

S_раств = 19,06 Дж/(К•моль).

Итак, мы получили положительное значение изменения энтропии при растворении хлорида серебра, показывающее, что при переходе хлорида серебра из кристаллического состояния в раствор (в виде ионов серебра и хлорид-ионов) происходит увеличение степени беспорядка в системе.
Находим изменение энтальпии, подставив значение S_раств = 19,06 Дж/(К•моль) в одно из уравнений, например:

Н_раств = 27 997,048 + 298,2•19,06 = 33 681 Дж/моль.

При растворении хлорида серебра в воде поглощается 33,68 кДж теплоты на 1 моль этого вещества.

Химический состав природных вод играет огромное значение в жизни человека. Для приготовления различных напитков
необходима вода, имеющая строго определенные содержания растворенных веществ.
Абсолютно нерастворимых веществ в природе не существует. Даже самая чистая на Земле вода озера Байкал содержит соли, которые вымываются из горных пород и почв втекающими в озеро реками. Дождь и вода растаявшего снега – не совершенно чистая вода, а вода, содержащая 10–20 мг растворенных веществ на 1000 г воды. Тем не менее такую воду вполне можно использовать в технических целях, когда требуется дистиллированная вода, например для приготовления раствора серной кислоты для автомобильного аккумулятора.
Если воду некоторое время выдержать в серебряном сосуде, в воде погибают почти полностью бактерии. Металлическое серебро растворяется в воде, а ионы серебра обладают сильным бактерицидным действием. В походных условиях полезно пить воду из серебряного (посеребренного) стакана. Использование серебряных столовых приборов при еде также очень полезно. Обеззараживает воду и хлорид серебра, хотя он практически нерастворим в воде. Такими растворами можно обрабатывать небольшие раны.
Природные воды отличаются составом и количеством растворенных веществ.
Концентрация органических веществ в речной воде составляет около 20 мг/л, в океанической – около 4 мг/л.

Перечислите источники органических веществ в природных водах.

Самая низкоминерализованная вода в мире – это вода озера Байкал, т. к. общее содержание неорганических солей в озере не превышает 100 мг/л.

Ни в коем случае не пытайтесь запомнить числовые данные, которые будут приводиться ниже. Постарайтесь сравнить состав некоторых вод.

Химический состав воды озера Байкал (мг/л):

Вода озера Байкал по вкусу похожа на дистиллированную. Обратите внимание, как мало хлорид-ионов, ионов железа в этой воде! Попытайтесь объяснить, почему в байкальской воде довольно много гидрокарбонат-ионов и ионов кальция.

Япония не раз предлагала покупать байкальскую воду и построить для этого трубопровод.
Некоторые сведения об озере Байкал. Возраст Байкала примерно 25 млн лет. Байкал – самый глубокий водоем на земном шаре, расположенный на континенте. Максимальная глубина – Объем озера – 23 000 км 3 . Воды Байкала прозрачны до 40 м. В Байкале содержится 1/5 мировых запасов пресной воды.

Озера, содержащие неорганические соли в количестве выше 35 г/л, относятся к минеральным. Насыщенный раствор этих озер называется рапой. Из-за повышенной вязкости высокоминерализованных вод распространение тепла от поверхности в глубь воды затруднено, поэтому летом верхний слой воды может нагреваться до температуры 50 °С, зимой вода может не замерзать даже при –20 °С.
Озеру Байкал можно противопоставить другое всемирно известное озеро – Мертвое море (Израиль, Иордания) недалеко от Иерусалима. В составе солей преобладают хлорид магния (52%) и хлорид натрия (30%), присутствуют также хлорид калия и бромид магния. Конечно, все эти вещества в водном растворе находятся в виде ионов, но когда говорят «хлорид магния», «хлорид натрия» и другие соли, то имеют в виду соли, образующиеся при выпаривании воды. Из-за высокой минерализации в водах Мертвого моря отсутствуют живые организмы, кроме некоторых бактерий (сохранившихся с древних эпох). Вода Мертвого моря и грязи побережья обладают высокими лечебными свойствами. Воздух моря насыщен парами брома и йода.

Вода Мертвого моря густая и маслянистая, как подсолнечное масло. Ходить по его дну без специальной обуви невозможно, т. к. оно усеяно острыми кристаллами солей. Вода выталкивает человека, поэтому плавать на животе следует очень осторожно – выталкивающая сила воды столь велика, что переворачивает человека, и из-за этого можно сломать позвоночник. На берегу недавно были построены всемирно известные курортные городки и усиленно строят новые. Говорят, что, работая ногами, человек плывет не вперед, а назад. Чтобы приготовить дома ванну с водой, состав которой близок к составу воды Мертвого моря, нужно в ванну бросить три мешка соли, залить водой и перемешать (говорят, что это невозможно).
Мертвое море расположено почти на 400 м ниже уровня моря. Глубина озера достигает 356 м. Питание озера осуществляется водами реки Иордан и несколькими другими мелкими речками. Окрестности озера известны тем, что в 1947 г. в пещерах пустынной местности Кумран на западном побережье Мертвого моря юноша кочевого племени бедуинов при поиске сбежавшей козы нашел глиняные сосуды с кожаными свитками древних рукописей, описывающих историческую обстановку (2000 лет назад) возникновения христианства. Эти рукописи названы кумранскими по месту их находки.

Представьте себе, что вы работаете в курортном агентстве. Вам требуется знать, на каких курортах лечат те или иные болезни. Это касается состава минеральных вод. Что вы скажете желающему поехать в Пятигорск или Кисловодск? Или, может быть, лучше далеко не ездить, а попить «московскую» минеральную воду?

Состав «московской» минеральной воды (г/л):

Сравните состав «московской» минеральной воды с составом воды озера Байкал. Для этого найдите одинаковые ионы и выразите их концентрации в одних и тех же единицах измерения.

Кисловодск славится своими источниками нарзана. Ниже приведен химический состав нарзана (г/л) одного из источников Кисловодска:

Каково отличие воды «Нарзан» от «московской» минеральной?

Источник