Մոլյարություն, նոսրացում և լուծույթի ստոյխիոմետրիա

Մոլյարությունը հաշվում է մոլերը լուծույթի մեկ լիտրում

Մոլյարությունը, որը կոչվում է նաև նյութի քանակի կոնցենտրացիա, լուծված նյութի քանակն է մոլերով՝ բաժանած լուծույթի ծավալի վրա լիտրերով՝ c = n/V, mol/L-ով, հաճախ գրվում է M։ 0.250 mol/L գլյուկոզի լուծույթը պարունակում է 0.250 mol գլյուկոզ վերջնական լուծույթի յուրաքանչյուր լիտրում։ Քառակուսի փակագծերը նշանակում են մասնիկի մոլային կոնցենտրացիան, ինչպես [Cl⁻]-ում։

Ծավալը լուծույթի ծավալն է, այլ ոչ թե լուծիչինը։ Լուծված նյութը ճիշտ 1.000 L ջրում լուծելը սովորաբար տալիս է ընդհանուր ծավալ, որը 1.000 L չէ, ուստի լուծույթները լցվում են ծավալաչափական կոլբի չափաբաժանմանը՝ չափված ծավալով ջուր ավելացնելու փոխարեն։

Ուժեղ էլեկտրոլիտի դեպքում իոնների կոնցենտրացիաները բխում են բանաձևից։ 0.150 mol/L CaCl₂ լուծույթը 0.150 mol/L է Ca²⁺-ով և 0.300 mol/L՝ Cl⁻-ով, քանի որ յուրաքանչյուր բանաձևային միավոր բաց է թողնում երկու քլորիդ իոն։ Մոլյարությունը նույնպես թեթևակի փոխվում է ջերմաստիճանի հետ, քանի որ լուծույթները տաքանալիս ընդլայնվում են։

Լուծույթի պատրաստումը կշռված պինդ նյութից

Անհրաժեշտ քանակը n = c × V է, իսկ կշռվող զանգվածը՝ n × M, որտեղ M-ը մոլային զանգվածն է։ Կշռեք պինդ նյութը, լուծեք այն վերջնական ծավալից քիչ ջրում, փոխանցեք ծավալաչափական կոլբի մեջ՝ բաժակը կոլբի մեջ ողողելով, լրացրեք մինչև նշագիծը և խառնեք շրջելով։

Լուծված օրինակ՝ պատրաստել 250.0 mL 0.0800 mol/L պղնձի(II) սուլֆատ պղնձի(II) սուլֆատ պենտահիդրատի՝ CuSO₄·5H₂O-ի կապույտ բյուրեղներից։ IUPAC-ի ստանդարտ ատոմային զանգվածներով՝ կլորացված երկու տասնորդականի (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01), հիդրատի մոլային զանգվածը 63.55 + 32.06 + 4(16.00) + 5(18.02) = 249.71 g/mol է։

n = 0.0800 mol/L × 0.2500 L = 0.02000 mol։ Զանգված = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g, ուստի կշռեք 4.99 g պենտահիդրատ։ Յուրաքանչյուր բանաձևային միավոր դեռ տալիս է մեկ Cu²⁺ և մեկ SO₄²⁻, բայց բյուրեղաջուրը ավելացնում է ձեր կշռած զանգվածը։ Եթե օգտագործեիք անջուր մոլային զանգվածը՝ 159.61 g/mol, և կշռեիք 3.19 g հիդրատ, լուծույթը կլիներ ընդամենը 0.0511 mol/L՝ մոտ 36%-ով չափազանց նոսր։

Պահեստային լուծույթի նոսրացումը C₁V₁ = C₂V₂-ով

Լուծիչ ավելացնելը փոխում է ծավալը, բայց ոչ լուծված նյութի քանակը։ Քանի որ նոսրացումից առաջ և հետո n = cV, C₁V₁ = C₂V₂, որտեղ 1-ը վերաբերում է պահեստային, իսկ 2-ը՝ նոսրացված լուծույթին։ Ցանկացած ծավալի միավոր աշխատում է, եթե երկու ծավալներն էլ օգտագործում են նույնը, քանի որ միավորները կրճատվում են։

Լուծված օրինակ՝ ձեզ անհրաժեշտ է 500.0 mL 0.360 mol/L նատրիումի քլորիդ, և ունեք 2.40 mol/L պահեստային լուծույթ։ V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL։ Ստուգում՝ պահեստային լուծույթը 2.40 ÷ 0.360 = 6.67 անգամ ավելի խտացված է, ուստի ձեզ պետք է վերջնական ծավալի մոտ յոթերորդ մասը, և 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL։

Չափեք 75.0 mL պահեստային լուծույթ 500-mL ծավալաչափական կոլբի մեջ և լրացրեք մինչև նշագիծը։ Պարզապես 425.0 mL ջուր մի ավելացրեք. լուծույթների ծավալները խիստ կերպով գումարվող չեն, և C₂-ը վերաբերում է վերջնական ծավալին։ Խտացված թթուն նոսրացնելիս թթուն ավելացրեք ջրի մեջ, այլ ոչ ջուրը թթվի մեջ, քանի որ անջատվող ջերմությունը կարող է առաջացնել ցայտում։

Լուծույթի ստոյխիոմետրիա՝ ծավալից մոլերի և հակառակը

Լուծույթների միջև ռեակցիաներում մոլյարությունը ծավալը մոլերի է վերածում n = c × V-ով։ Հավասարեցված հավասարման մոլերի հարաբերությունն այնուհետև կիրառվում է ճիշտ այնպես, ինչպես զանգվածի վրա հիմնված ստոյխիոմետրիայում, իսկ երկրորդ մոլյարությունը անհրաժեշտության դեպքում հետ փոխարկում է ծավալի։

Լուծված օրինակ՝ 0.125 mol/L բարիումի քլորիդի ինչ ծավալ է նստեցնում 40.0 mL 0.0850 mol/L նատրիումի սուլֆատի ամբողջ սուլֆատը, և բարիումի սուլֆատի ինչ զանգված է առաջանում։ Կրճատ իոնական հավասարումը Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s) է։ n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol։ Հարաբերությունը 1:1 է, և յուրաքանչյուր BaCl₂ տալիս է մեկ Ba²⁺, ուստի V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L կամ 27.2 mL։

BaSO₄-ի մոլային զանգվածը (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) 233.39 g/mol է, ուստի առաջացած զանգվածը 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g է։ Յուրաքանչյուր պատասխան ունի երեք նշանակալի թվանշան, որոնք որոշվում են 0.0850 mol/L-ով, 40.0 mL-ով և 0.125 mol/L-ով։

Տիտրում՝ բյուրետի ցուցմունքի վերածումը կոնցենտրացիայի

Տիտրման ժամանակ հայտնի կոնցենտրացիայով լուծույթը՝ տիտրանտը, բյուրետից ավելացվում է նմուշի չափված ծավալին, մինչև ռեակցիան ավարտվի։ Համարժեքության կետը այն կետն է, որտեղ ավելացված տիտրանտի քանակը ստոյխիոմետրական հարաբերությամբ համապատասխանում է նմուշին։ Վերջնակետը այն կետն է, որտեղ ինդիկատորը փոխում է գույնը, և հարմար ինդիկատորը այդ երկուսը գրեթե համընկնեցնում է։

Լուծված օրինակ՝ անհայտ կոնցենտրացիայով բարիումի հիդրօքսիդի լուծույթի 20.00 mL նմուշը ֆենոլֆթալեինի վերջնակետին հասնելու համար պահանջում է 28.36 mL 0.1208 mol/L աղաթթու։ 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՝ չորս նշանակալի թվանշանով։

2 գործակիցը կարևոր է։ Ռեակցիան 1:1 համարելը կտար 0.1713 mol/L՝ իրական արժեքից երկու անգամ մեծ, ինչի համար էլ C₁V₁ = C₂V₂-ը չպետք է օգտագործվի տիտրումների համար։ Տիտրանտի սեփական կոնցենտրացիան նախապես որոշվում է ստանդարտացմամբ՝ այն տիտրելով կշռված առաջնային ստանդարտի դեմ. նատրիումի կարբոնատը թթուների համար տարածված ընտրություն է։

Կոնցենտրացիայի սխալներ և ինչպես նկատել դրանք

Կոնցենտրացիայի սխալների մեծ մասը միավորների կամ կառուցվածքի սխալներ են։ Յուրաքանչյուր մեծության վրա միավորներ գրելը և ստուգելը, որ արդյունքը շարժվում է սպասվող ուղղությամբ, բռնում է գրեթե բոլորը։

Նոսրացված լուծույթը պետք է ավելի քիչ խտացված լինի, քան պահեստայինը, հիդրատի համար կշռված զանգվածը պետք է մեծ լինի անջուր աղի զանգվածից, և տիտրանտի ծավալը պետք է ընկնի բյուրետի տիրույթի մեջ։ Այս պայմաններից որևէ մեկը խախտող արդյունքը արժանի է երկրորդ հայացքի։

• n = c × V-ում միլիլիտրեր օգտագործել, երբ c-ն mol/L-ով է։ Նախ փոխարկեք լիտրերի. mL × mol/L-ը mol չի տալիս։
• Լուծիչի ծավալն օգտագործել լուծույթի վերջնական ծավալի փոխարեն։
• Հիդրատի համար անջուր մոլային զանգվածն օգտագործել։
• C₁V₁ = C₂V₂-ը կիրառել ռեակցիայի նկատմամբ։ Այն նկարագրում է միայն նոսրացումը. ռեակցիաների համար անցեք մոլերով և մոլերի հարաբերությամբ։
• Իոնների բազմակիությունը մոռանալ, օրինակ՝ 0.150 mol/L CaCl₂-ը համարել 0.150 mol/L Cl⁻-ով։
• Ջրի վերջնական ծավալը ավելացնել՝ վերջնական ծավալի հասցնելու փոխարեն։