У цьому параграфі ви дізнаєтеся:
• що таке густина розчину та як вона залежить від його концентрації.
Густина — це фізична величина, яку визначають для однорідної суміші як відношення її маси до одиниці об’єму.
Густину розчину виражають у г/мл.
Під час розчинення у воді будь-яких речовин густина утвореного розчину відрізняється від густини води — вона або зменшується, або збільшується. Наприклад, у разі розчинення у воді спирту густина розчину зі збільшенням його масової частки зменшується навіть до 0,79 г/мл, тобто до густини безводного спирту, а зі збільшенням вмісту сульфатної кислоти в розчині його густина зростає до 1,84 г/мл — густини безводної сульфатної кислоти (табл. 4). Залежність між густиною розчину та концентрацією тієї чи іншої речовини можна знайти в довідковій літературі.
Таблиця 4
Залежність між масовою часткою розчиненої сульфатної кислоти й густиною розчину
Для визначення густини розчинів користуються ареометрами (рис. 18). Значення густини отриманого розчину звіряють з табличними даними.
Принцип дії ареометра ґрунтується на витискуванні рідиною твердого тіла певної маси (за законом Архімеда). Ареометр являє собою скляний поплавок з вантажем у нижній частині та поділками шкали у верхній (вузькій) частині. Густину оцінюють за поділкою, яка відповідає рівню рідини.
Демонстраційний дослід
Приготування розчину солі певного складу
Приготуємо 300 г розчину натрій нітрату з масовою часткою 10 %. Спочатку обчислюють кількість потрібної солі та води (приклад 4 у § 10). Далі зважують обчислену масу солі на технохімічних терезах (на годинниковому склі). Відміряють необхідний об’єм, тобто масу, води мірним циліндром. Переносять сіль у стакан ємністю 500 мл. Потім обмивають туди ж годинникове скло водою з мірного циліндра та переливають у стакан залишки води. Розмішують розчин скляною паличкою та знову переливають у мірний циліндр. Занурюють у нього ареометр і вимірюють густину приготованого розчину: вона має дорівнювати 1,067 г/мл.
Обчислення, пов’язані з виявленням залежності між густиною розчину і масовою часткою або молярною концентрацією розчиненої речовини
Приклади розв’язування задач
Приклад 1. Обчисліть молярну концентрацію калій йодиду в розчині, масова частка KI у якому становить 40 %, а густина — 1,395 г/мл.
За величину об’єму розчину приймаємо 100 мл, тобто 0,1 л. 1. Визначаємо масу розчину калій йодиду:
2. Розраховуємо масу розчиненого калій йодиду:
3. Обчислюємо кількість речовини калій йодиду:
4. Визначаємо молярну концентрацію розчину KI:
Відповідь: 3,36 моль/л.
Приклад 2. Обчисліть масову частку натрій гідроксиду в розчині, в якому молярна концентрація лугу дорівнює 5,5 моль/л, а густина — 1,2 г/мл.
2. Визначаємо масу NaOH, що міститься в 1 л, тобто в 1200 г розчину:
3. Обчислюємо масову частку NaOH у розчині: у 1200 г розчину міститься 220 г NaOH, а в 100 г розчину міститься x г NaOH, тоді
Відповідь: 18,33 %.
Приклад 3. Якою є молярна концентрація нітратної кислоти в розчині, густина якого 1,31 г/мл, а масова частка 40 %?
Розв’язання
Оскільки масова частка HNO3 дорівнює 40 %, то в 100 г розчину міститься 40 г кислоти.
Далі обчислюємо з урахуванням густини цього розчину.
1. Визначаємо об’єм розчину:
2. Обчислюємо кількість речовини кислоти:
3. Складаємо пропорцію:
у розчині об’ємом 0,07633 л міститься 0,635 моль HNO3, а в 1 л розчину міститься х моль HNO3.
Звідси
Отже, в 1 л розчину розчинено 8,32 моль HNO3, а це означає, що молярна концентрація кислоти становить 8,32 моль/л.
Відповідь: 8,32 моль/л.
Основні поняття. Густина розчину. Ареометр.
Запитання та завдання
°1. Як розчинена речовина може впливати на густину розчину?
°2. За допомогою якого приладу можна виміряти густину розчину? На чому ґрунтується принцип його дії?
3. Як можна приготувати розчин із заданою масовою часткою розчиненої речовини? Поясніть на прикладі.
4. Обчисліть молярну концентрацію сульфатної кислоти в розчині з густиною 1,60 г/мл і масовою часткою кислоти 69,1 %.
5. Обчисліть молярну концентрацію хлоридної кислоти в розчині, масова частка HCl у якому становить 20 %, а густина — 1,1 г/мл.
6. Обчисліть масову частку калій гідроксиду в розчині, де молярна концентрація лугу дорівнює 10 моль/л, а густина розчину — 1,4 г/мл.
7. Обчисліть масову частку ферум(ІІІ) хлориду в розчині, де його молярна концентрація дорівнює 3,5 моль/л, а густина розчину — 1,417 г/л.
8. Обчисліть молярну концентрацію аргентум^) нітрату в розчині, у якому масова частка солі становить 50 % , а густина розчину — 1,668 г/мл.
9. Визначте молярну концентрацію кислоти в розчині, у якому масова частка нітратної кислоти 30 %, а густина — 1,18 г/мл.
а) 5,9 моль/л; в) 6,4 моль/л;
б) 4,8 моль/л; г) 5,6 моль/л.
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Бутенко (поглиблений рівень)