Молярлық концентрация, сұйылту және ерітінді стехиометриясы

Молярлық концентрация ерітіндінің бір литріндегі мольдерді санайды

Молярлық концентрация, оны зат мөлшерінің концентрациясы деп те атайды, — еріген заттың моль түріндегі мөлшерін литрмен берілген ерітінді көлеміне бөлгенге тең: c = n/V, mol/L-мен, жиі M деп жазылады. 0.250 mol/L глюкоза ерітіндісінің әр литрінде 0.250 mol глюкоза бар. Квадрат жақшалар бөлшектің молярлық концентрациясын білдіреді, мысалы [Cl⁻].

Көлем — еріткіш емес, ерітіндінің көлемі. Еріген затты дәл 1.000 L суда еріту әдетте жалпы көлемді 1.000 L етпейді, сондықтан ерітінділер өлшенген су көлемін қосу арқылы емес, өлшегіш колбада калибрлеу белгісіне дейін дайындалады.

Күшті электролит үшін иондардың концентрациялары формуладан шығады. 0.150 mol/L CaCl₂ ерітіндісінде Ca²⁺ 0.150 mol/L, ал Cl⁻ 0.300 mol/L, өйткені әр формулалық бірлік екі хлорид ионын босатады. Молярлық концентрация температураға қарай аздап өзгереді, өйткені ерітінділер қыздырғанда ұлғаяды.

Өлшенген қатты заттан ерітінді дайындау

Қажетті мөлшер n = c × V, ал өлшейтін масса n × M, мұндағы M — молярлық масса. Қатты затты өлшеп, соңғы көлемнен аз суда еріту, стақанды колбаға шайып өлшегіш колбаға құйыңыз, белгіге дейін сұйылтып, аударып араластырыңыз.

Шешілген мысал: мыс(II) сульфатының көк кристалдары — мыс(II) сульфатының пентагидраты CuSO₄·5H₂O-дан 250.0 mL 0.0800 mol/L мыс(II) сульфатын дайындаңыз. Екі ондық таңбаға дейін дөңгелектелген IUPAC стандартты атомдық салмақтарымен (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01) гидраттың молярлық массасы 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. Масса = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g, сондықтан пентагидраттың 4.99 g мөлшерін өлшеңіз. Әр формулалық бірлік әлі де бір Cu²⁺ және бір SO₄²⁻ береді, бірақ гидраттық су өлшейтін массаңызға қосылады. Егер сусыз молярлық массаны, 159.61 g/mol, қолданып, гидраттың 3.19 g мөлшерін өлшесеңіз, ерітінді тек 0.0511 mol/L болар еді, яғни шамамен 36% тым сұйық.

Қор ерітіндіні C₁V₁ = C₂V₂ арқылы сұйылту

Еріткіш қосу көлемді өзгертеді, бірақ еріген зат мөлшерін өзгертпейді. Сұйылтқанға дейін және кейін n = cV болғандықтан, C₁V₁ = C₂V₂, мұндағы 1 қор ерітіндіге, 2 сұйылтылған ерітіндіге қатысты. Екі көлем де бірдей бірлікпен берілсе, кез келген көлем бірлігі жарайды, өйткені бірліктер қысқарады.

Шешілген мысал: сізге 500.0 mL 0.360 mol/L натрий хлориді қажет, ал 2.40 mol/L қор ерітіндіңіз бар. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. Тексеру: қор ерітінді 2.40 ÷ 0.360 = 6.67 есе концентрлі, сондықтан соңғы көлемнің шамамен жетіден бірі қажет, және 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL.

75.0 mL қор ерітіндіні 500 mL-лік өлшегіш колбаға өлшеп құйып, белгіге дейін сұйылтыңыз. 425.0 mL су қоса салмаңыз: ерітінділердің көлемдері қатаң түрде қосылмайды, ал C₂ соңғы көлемге қатысты. Концентрлі қышқылды сұйылтқанда суды қышқылға емес, қышқылды суға қосыңыз, өйткені бөлінетін жылу шашыратуы мүмкін.

Ерітінді стехиометриясы: көлемнен мольге және кері

Ерітінділер арасындағы реакцияларда молярлық концентрация көлемді n = c × V арқылы мольге түрлендіреді. Содан кейін теңестірілген теңдеудегі моль қатынасы массаға негізделген стехиометриядағыдай дәл қолданылады, ал қажет болса екінші молярлық концентрация мольді көлемге қайта түрлендіреді.

Шешілген мысал: 0.125 mol/L барий хлоридінің қандай көлемі 40.0 mL 0.0850 mol/L натрий сульфатындағы барлық сульфатты тұндырады және қандай масса барий сульфаты түзіледі? Таза иондық теңдеу: Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s). n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. Қатынас 1:1 және әр BaCl₂ бір Ba²⁺ береді, сондықтан V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, яғни 27.2 mL.

BaSO₄ молярлық массасы (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) 233.39 g/mol, сондықтан түзілген масса 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g. Әр жауаптың үш маңызды цифры бар, оны 0.0850 mol/L, 40.0 mL және 0.125 mol/L анықтайды.

Титрлеу: бюретка көрсеткішін концентрацияға айналдыру

Титрлеуде концентрациясы белгілі ерітінді — титрант — бюреткадан реакция аяқталғанша үлгінің өлшенген көлеміне қосылады. Эквиваленттік нүкте — қосылған титрант мөлшері үлгіге стехиометриялық қатынаста сәйкес келетін нүкте. Соңғы нүкте — индикатор түсін өзгертетін нүкте, ал қолайлы индикатор екеуін бір-біріне өте жақын етеді.

Шешілген мысал: концентрациясы белгісіз барий гидроксиді ерітіндісінің 20.00 mL үлгісі фенолфталеиннің соңғы нүктесіне жету үшін 28.36 mL 0.1208 mol/L тұз қышқылын қажет етеді. 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, төрт маңызды цифрмен.

2 көбейткіші маңызды. Реакцияны 1:1 деп қарастыру 0.1713 mol/L берер еді, бұл шын мәннен екі есе көп, сондықтан титрлеуге C₁V₁ = C₂V₂ қолдануға болмайды. Титрантың өз концентрациясы алдын ала стандарттау арқылы, оны өлшенген бастапқы стандартқа қарсы титрлеу арқылы анықталады; қышқылдар үшін натрий карбонаты жиі таңдалады.

Концентрация қателері және оларды қалай байқауға болады

Концентрация қателерінің көбі бірлік немесе құрастыру қателері. Әр шамаға бірлік жазу және нәтиженің күтілген бағытта қозғалатынын тексеру олардың барлығын дерлік ұстайды.

Сұйылтылған ерітінді қор ерітіндіден аз концентрлі болуы керек, гидрат үшін өлшенген масса сусыз тұз үшіндегіден үлкен болуы керек, ал титрант көлемі бюреткаға сыйымдылығы шегінде болуы керек. Осылардың кез келгенін бұзатын нәтижеге екінші рет қарау керек.

• n = c × V формуласында c mol/L болғанда миллилитрді қолдану. Алдымен литрге түрлендіріңіз; mL × mol/L моль бермейді.
• Соңғы ерітінді көлемінің орнына еріткіш көлемін қолдану.
• Гидрат үшін сусыз молярлық массаны қолдану.
• C₁V₁ = C₂V₂ формуласын реакцияға қолдану. Ол тек сұйылтуды сипаттайды; реакциялар үшін мольдер мен моль қатынасы арқылы өтіңіз.
• Иондардың еселігін ұмыту, мысалы 0.150 mol/L CaCl₂ ерітіндісін Cl⁻ бойынша 0.150 mol/L деп санау.
• Соңғы көлемге дейін сұйылтудың орнына соңғы су көлемін қосу.