Kemolaran, Pencairan dan Stoikiometri Larutan

Kemolaran mengira mol bagi setiap liter larutan

Kemolaran, juga dipanggil kepekatan kuantiti, ialah kuantiti zat terlarut dalam mol dibahagi isi padu larutan dalam liter: c = n/V, dalam mol/L, sering ditulis M. Larutan glukosa 0.250 mol/L mengandungi 0.250 mol glukosa dalam setiap liter larutan akhir. Kurungan segi menandakan kepekatan molar sesuatu spesies, seperti dalam [Cl⁻].

Isi padu ialah isi padu larutan, bukan isi padu pelarut. Melarutkan zat terlarut dalam tepat 1.000 L air lazimnya memberikan jumlah isi padu yang bukan 1.000 L, jadi larutan disediakan hingga tanda penentukuran dalam kelalang volumetrik dan bukannya dengan menambah isi padu air yang diukur.

Bagi elektrolit kuat, kepekatan ion boleh ditentukan daripada formula. Larutan CaCl₂ 0.150 mol/L ialah 0.150 mol/L dalam Ca²⁺ dan 0.300 mol/L dalam Cl⁻, kerana setiap unit formula membebaskan dua ion klorida. Kemolaran juga berubah sedikit dengan suhu, kerana larutan mengembang apabila dipanaskan.

Menyediakan larutan daripada pepejal yang ditimbang

Kuantiti yang diperlukan ialah n = c × V, dan jisim yang perlu ditimbang ialah n × M, dengan M ialah jisim molar. Timbang pepejal itu, larutkan dalam air yang kurang daripada isi padu akhir, pindahkan ke dalam kelalang volumetrik sambil membilas bikar ke dalam kelalang, cairkan hingga tanda, dan campurkan dengan menyongsangkannya.

Contoh penyelesaian: sediakan 250.0 mL kuprum(II) sulfat 0.0800 mol/L daripada hablur biru kuprum(II) sulfat pentahidrat, CuSO₄·5H₂O. Dengan berat atom piawai IUPAC yang dibundarkan kepada dua tempat perpuluhan (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01), jisim molar hidrat itu ialah 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. Jisim = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g, jadi timbang 4.99 g pentahidrat. Setiap unit formula masih membekalkan satu Cu²⁺ dan satu SO₄²⁻, tetapi air penghidratan menambah jisim yang anda timbang. Jika anda menggunakan jisim molar tanpa air, 159.61 g/mol, dan menimbang 3.19 g hidrat, larutan itu hanya 0.0511 mol/L, kira-kira 36% terlalu cair.

Mencairkan larutan stok dengan C₁V₁ = C₂V₂

Menambah pelarut mengubah isi padu tetapi tidak kuantiti zat terlarut. Oleh sebab n = cV sebelum dan selepas pencairan, C₁V₁ = C₂V₂, dengan 1 merujuk kepada stok dan 2 kepada larutan yang dicairkan. Mana-mana unit isi padu boleh digunakan jika kedua-dua isi padu menggunakan unit yang sama, kerana unit dibatalkan.

Contoh penyelesaian: anda memerlukan 500.0 mL natrium klorida 0.360 mol/L dan mempunyai stok 2.40 mol/L. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. Semakan: stok itu 2.40 ÷ 0.360 = 6.67 kali lebih pekat, jadi anda memerlukan kira-kira satu per tujuh isi padu akhir, dan 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL.

Sukat 75.0 mL stok ke dalam kelalang volumetrik 500-mL dan cairkan hingga tanda. Jangan sekadar menambah 425.0 mL air: isi padu larutan tidak betul-betul bersifat tambahan, dan C₂ merujuk kepada isi padu akhir. Apabila mencairkan asid pekat, tambahkan asid ke dalam air dan bukannya air ke dalam asid, kerana haba yang dibebaskan boleh menyebabkan percikan.

Stoikiometri larutan: daripada isi padu kepada mol dan kembali

Dalam tindak balas antara larutan, kemolaran menukar isi padu kepada mol melalui n = c × V. Nisbah mol daripada persamaan seimbang kemudian terpakai dengan tepat seperti dalam stoikiometri berasaskan jisim, dan kemolaran kedua menukar kembali kepada isi padu jika perlu.

Contoh penyelesaian: berapakah isi padu barium klorida 0.125 mol/L yang memendakkan semua sulfat daripada 40.0 mL natrium sulfat 0.0850 mol/L, dan berapakah jisim barium sulfat yang terbentuk? Persamaan ion bersih ialah Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s). n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. Nisbahnya 1:1, dan setiap BaCl₂ membekalkan satu Ba²⁺, jadi V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, atau 27.2 mL.

Jisim molar BaSO₄ (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) ialah 233.39 g/mol, jadi jisim yang terbentuk ialah 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g. Setiap jawapan mempunyai tiga angka bererti, ditentukan oleh 0.0850 mol/L, 40.0 mL dan 0.125 mol/L.

Pentitratan: menukar bacaan buret kepada kepekatan

Dalam pentitratan, larutan yang diketahui kepekatannya, iaitu titran, ditambah daripada buret kepada isi padu sampel yang diukur sehingga tindak balas selesai. Titik kesetaraan ialah titik apabila kuantiti titran yang ditambah sepadan dengan sampel dalam nisbah stoikiometri. Takat akhir ialah titik apabila penunjuk bertukar warna, dan penunjuk yang sesuai menjadikan kedua-duanya hampir bertepatan.

Contoh penyelesaian: sampel 20.00 mL larutan barium hidroksida yang tidak diketahui kepekatannya memerlukan 28.36 mL asid hidroklorik 0.1208 mol/L untuk mencapai takat akhir fenolftalein. 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, kepada empat angka bererti.

Faktor 2 penting. Menganggap tindak balas sebagai 1:1 akan memberikan 0.1713 mol/L, dua kali nilai sebenar, itulah sebabnya C₁V₁ = C₂V₂ tidak patut digunakan untuk pentitratan. Kepekatan titran itu sendiri ditetapkan terlebih dahulu melalui pempiawaian, dengan menitratkannya terhadap piawai primer yang ditimbang; natrium karbonat ialah pilihan biasa untuk asid.

Kesilapan kepekatan dan cara mengesannya

Kebanyakan ralat kepekatan ialah ralat unit atau penyediaan. Menulis unit pada setiap kuantiti, dan menyemak bahawa hasilnya bergerak ke arah yang dijangka, menangkap hampir kesemuanya.

Larutan yang dicairkan mesti kurang pekat daripada stoknya, jisim yang ditimbang untuk hidrat mesti lebih besar daripada untuk garam tanpa air, dan isi padu titran mesti berada dalam julat buret. Hasil yang melanggar mana-mana daripada ini wajar diperiksa semula.

• Menggunakan mililiter dalam n = c × V dengan c dalam mol/L. Tukar kepada liter dahulu; mL × mol/L tidak memberikan mol.
• Menggunakan isi padu pelarut dan bukannya isi padu akhir larutan.
• Menggunakan jisim molar tanpa air bagi hidrat.
• Menggunakan C₁V₁ = C₂V₂ pada tindak balas. Ia hanya menerangkan pencairan; untuk tindak balas, lalui mol dan nisbah mol.
• Terlupa kepelbagaian ion, seperti menganggap CaCl₂ 0.150 mol/L sebagai 0.150 mol/L dalam Cl⁻.
• Menambah isi padu akhir air dan bukannya mencairkan hingga isi padu akhir.