Molariteit, verdunning en oplossingstoïgiometrie

Molariteit tel mol per liter oplossing

Molariteit, ook hoeveelheidkonsentrasie genoem, is die hoeveelheid opgeloste stof in mol gedeel deur die volume oplossing in liter: c = n/V, in mol/L, dikwels as M geskryf. 'n Glukose-oplossing van 0.250 mol/L bevat 0.250 mol glukose in elke liter van die finale oplossing. Vierkantige hakies dui die molêre konsentrasie van 'n spesie aan, soos in [Cl⁻].

Die volume is die volume van die oplossing, nie van die oplosmiddel nie. Om 'n opgeloste stof in presies 1.000 L water op te los gee gewoonlik 'n totale volume wat nie 1.000 L is nie, dus word oplossings tot by 'n kalibrasiemerk in 'n volumetriese fles aangevul eerder as deur 'n gemete volume water by te voeg.

Vir 'n sterk elektroliet volg ioonkonsentrasies uit die formule. 'n CaCl₂-oplossing van 0.150 mol/L is 0.150 mol/L in Ca²⁺ en 0.300 mol/L in Cl⁻, omdat elke formule-eenheid twee chloriedione vrystel. Molariteit verander ook effens met temperatuur, aangesien oplossings uitsit wanneer hulle verwarm word.

'n Oplossing uit 'n geweegde vaste stof berei

Die hoeveelheid wat nodig is, is n = c × V, en die massa om te weeg is n × M, waar M die molêre massa is. Weeg die vaste stof, los dit in minder water as die finale volume op, dra dit oor na 'n volumetriese fles terwyl jy die bekerglas in die fles uitspoel, vul aan tot by die merk, en meng deur om te keer.

Uitgewerkte voorbeeld: berei 250.0 mL van 0.0800 mol/L koper(II)sulfaat uit blou kristalle van koper(II)sulfaatpentahidraat, CuSO₄·5H₂O. Met IUPAC-standaardatoomgewigte afgerond tot twee desimale (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01) is die molêre massa van die hidraat 63.55 + 32.06 + 4(16.00) + 5(18.02) = 249.71 g/mol.

n = 0.0800 mol/L × 0.2500 L = 0.02000 mol. Massa = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g, dus weeg 4.99 g van die pentahidraat. Elke formule-eenheid verskaf steeds een Cu²⁺ en een SO₄²⁻, maar die hidrasiewater voeg by tot die massa wat jy weeg. As jy die watervrye molêre massa, 159.61 g/mol, gebruik en 3.19 g van die hidraat geweeg het, sou die oplossing slegs 0.0511 mol/L wees, ongeveer 36% te verdun.

'n Voorraadoplossing verdun met C₁V₁ = C₂V₂

Die byvoeging van oplosmiddel verander die volume maar nie die hoeveelheid opgeloste stof nie. Aangesien n = cV voor en na verdunning, geld C₁V₁ = C₂V₂, waar 1 na die voorraad en 2 na die verdunde oplossing verwys. Enige volume-eenheid werk as albei volumes dieselfde een gebruik, omdat die eenhede kanselleer.

Uitgewerkte voorbeeld: jy het 500.0 mL van 0.360 mol/L natriumchloried nodig en het 'n voorraad van 2.40 mol/L. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. Kontrole: die voorraad is 2.40 ÷ 0.360 = 6.67 keer so gekonsentreerd, dus het jy ongeveer een-sewende van die finale volume nodig, en 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL.

Meet 75.0 mL voorraad in 'n volumetriese fles van 500 mL en vul aan tot by die merk. Moenie bloot 425.0 mL water byvoeg nie: volumes van oplossings is nie streng additief nie, en C₂ verwys na die finale volume. Wanneer jy 'n gekonsentreerde suur verdun, voeg die suur by water eerder as water by die suur, omdat die warmte wat vrygestel word spatsels kan veroorsaak.

Oplossingstoïgiometrie: van volume na mol en terug

In reaksies tussen oplossings skakel molariteit volume om na mol deur n = c × V. Die molverhouding uit die gebalanseerde vergelyking geld dan presies soos in massagebaseerde stoïgiometrie, en 'n tweede molariteit skakel terug na 'n volume indien nodig.

Uitgewerkte voorbeeld: watter volume van 0.125 mol/L bariumchloried slaan al die sulfaat uit 40.0 mL van 0.0850 mol/L natriumsulfaat neer, en watter massa bariumsulfaat vorm? Die netto ioniese vergelyking is Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s). n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. Die verhouding is 1:1, en elke BaCl₂ verskaf een Ba²⁺, dus V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, of 27.2 mL.

Die molêre massa van BaSO₄ (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) is 233.39 g/mol, dus is die massa wat vorm 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g. Elke antwoord het drie beduidende syfers, bepaal deur 0.0850 mol/L, 40.0 mL en 0.125 mol/L.

Titrasie: 'n buretlesing in 'n konsentrasie omskep

In 'n titrasie word 'n oplossing van bekende konsentrasie, die titrant, uit 'n buret by 'n gemete volume monster gevoeg totdat die reaksie voltooi is. Die ekwivalensiepunt is waar die hoeveelheid titrant wat bygevoeg is met die monster in die stoïgiometriese verhouding ooreenstem. Die eindpunt is waar die indikator van kleur verander, en 'n geskikte indikator laat die twee amper saamval.

Uitgewerkte voorbeeld: 'n monster van 20.00 mL bariumhidroksiedoplossing van onbekende konsentrasie vereis 28.36 mL van 0.1208 mol/L soutsuur om 'n fenolftaleïen-eindpunt te bereik. Ba(OH)₂(aq) + 2 HCl(aq) → BaCl₂(aq) + 2 H₂O(l). n(HCl) = 0.1208 mol/L × 0.02836 L = 3.426 × 10⁻³ mol. n(Ba(OH)₂) = 3.426 × 10⁻³ mol ÷ 2 = 1.713 × 10⁻³ mol. c(Ba(OH)₂) = 1.713 × 10⁻³ mol ÷ 0.02000 L = 0.08565 mol/L, tot vier beduidende syfers.

Die faktor 2 maak saak. Om die reaksie as 1:1 te behandel sou 0.1713 mol/L gee, twee keer die ware waarde, en dit is hoekom C₁V₁ = C₂V₂ nie vir titrasies gebruik moet word nie. Die titrant se eie konsentrasie word vooraf vasgestel deur standaardisering, deur dit teen 'n geweegde primêre standaard te titreer; natriumkarbonaat is 'n algemene keuse vir sure.

Konsentrasiefoute en hoe om hulle raak te sien

Die meeste konsentrasiefoute is eenheids- of opstellingsfoute. Om eenhede by elke hoeveelheid te skryf en na te gaan dat die resultaat in die verwagte rigting beweeg, vang byna almal.

'n Verdunde oplossing moet minder gekonsentreer wees as sy voorraad, 'n massa wat vir 'n hidraat geweeg word, moet groter wees as vir die watervrye sout, en 'n titrantvolume behoort binne die buret se reikwydte te val. 'n Resultaat wat enige hiervan oortree, verdien 'n tweede kyk.

• Milliliter gebruik in n = c × V met c in mol/L. Skakel eers om na liter; mL × mol/L gee nie mol nie.
• Die volume van die oplosmiddel gebruik in plaas van die finale volume van die oplossing.
• Die watervrye molêre massa vir 'n hidraat gebruik.
• C₁V₁ = C₂V₂ op 'n reaksie toepas. Dit beskryf slegs verdunning; vir reaksies, gaan deur mol en die molverhouding.
• Ioonveelvoudigheid vergeet, soos om 0.150 mol/L CaCl₂ as 0.150 mol/L in Cl⁻ te behandel.
• Die finale volume water byvoeg in plaas van tot by die finale volume te verdun.