Как обозначается объемная доля. Спектрофотометрические измерения концентрация растворов

Некоторый газ при 25 о С и давлении 99,3 кПа занимает объем 1,52 мл. Какой объем займет этот газ при н.у.?

Решение:

Для приведения газа к н.у. используем объединенный газовый закон Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

где Т о = 273 К; Т = 273 + t = 273 + 25 = 298 К; Р о = 101,325 кПа.

Находим
;
мл.

Ответ : 136,5 мл.

Задача № 2

Определить относительную плотность по водороду газообразного вещества, 1 г которого при 27 о С и давлении 101656 Па занимает объем 760 мл.

Решение:

Для нахождения относительной плотности газа надо знать молярные массы: м(газа) и м(н2).

Молярную массу газа найдем из уравнения Менделеева-Клапейрона:
отсюда
.

Газовая постоянная R = 8,31 Дж/мольК; Т = 273 + 27 = 300 К.

При выражении газовой постоянной в Дж/мольК, объем газа должен выражаться в м 3 , а давление в Па: V =760 мл=76010 -6 м 3 .

Находим молярную массу газа: М =
=32,2 г/моль.

Находим плотность этого газа по водороду по формуле:

D(Н 2) =
=
.

Ответ : 16,1.

Задача № 3

Какой объем оксида углерода(II) окислился кислородом (н.у.), если образовалось 10 л оксида углерода(IV), измеренного при 0С и давлении 1,5 атм.?

Решение:

Запишем уравнение реакции окисления оксида углерода(II):

2СО + О 2 = 2СО 2 .

Вычисляем количество оксида углерода(IV), используя уравнение Менделеева-Клапейрона. Для расчетов необходимо предварительно исходные данные выразить в единицах СИ:

R =8,31 Дж/мольK; p = 1,5101000= 151,510 3 Па; Т = t + 273=273К; V =1010 –3 м 3 .

n = ;n =

Рассчитаем, используя уравнение реакции, количество оксида углерода(II):

;  n (CO) = 0,668 (моль).

Находим объем оксида углерода(II) при н.у.:

V (CO) = n (СО)V м;

V (CO) = 0,668моль22,4л/моль = 15л.

Ответ : 15 л СО.

Сколько молекул содержится в 100 мл газа при 47 о С и давлении 64848 Па? (Ответ : 1,4710 21)

Какой объем займут 6,0210 20 молекул газа при температуре 127 о С и давлении 4 атм.? (Ответ : 8,2 мл)

400 мл двухатомного газа при 27 о С и 133322 Па имеют массу 0,685 г. Определите какой это газ. (Ответ : кислород)

Какой объем займет 1 г азота при 273 о С и давлении 26,7 кПа?

(Ответ : 6,07 л)

Определите давление, при котором 1 г аммиака при 100 о С займет объем 2 л. (Ответ : 91,2 кПа)

Определите молярную массу газа, если 560 мл газа при давлении 1,1 атм и 25 о С имеют массу 1,109 г. (Ответ : 44 г/моль)

Вычислите среднюю молярную массу смеси, состоящей из 30% кислорода и 70% оксида азота(I). (Ответ : 40,4 г/моль)

Дополнительные задания

Чему равна относительная плотность по гелию газа, плотность которого при нормальных условиях равна 1,429 г/л? (Ответ : 8)

В сосуде объемом 40 л находится 77 г углекислого газа под давлением 106,6 кПа. Найдите температуру газа. (Ответ : 20 о С)

Занятие 8. Объемная доля газов в смеси. Молярная доля

 Вопросы для самостоятельной подготовки

Закон объемных отношений.

Объемная доля ( ).

Молярная доля (N или  ).

Типовые задачи с решениями

Задача № 1

Масса 10,75 л смеси водорода и кислорода (н.у.) составляет 2 г. Найдите объемные доли газов в смеси.

Решение:

Находим плотность смеси газов:

ρ(смеси) = (г/л);ρ(смеси)=
= 0,186 г/л.

Рассчитываем среднюю молярную массу смеси газов:

М (смеси)=ρ(смеси)V м;

М (смеси) = 0,186г/л 22,4л/моль = 4,16 (г/моль).

Вычисляем объемные доли газов, используя следствие из закона Авогадро:

М (смеси)=φ (Н 2)М (Н 2) + φ (О 2)М (О 2).

Обозначаем φ (Н 2) = Х, а φ (О 2) = 1 – Х;

М (смеси) = Х2+(1–Х)32;

4,16 = Х2 + (1-Х)32;

Х=φ (Н 2)=0,927 или 92,7%; φ (О 2)=7,3%.

Ответ : φ (Н 2)=92,7%, φ (О 2)= 7,3%.

Задача № 2

Плотность смеси кислорода и озона по водороду равна 17. Определите молярную долю кислорода в смеси.

Решение:

Находим среднюю молярную массу смеси газов:

М (смеси газов) = 2D Н 2 ;

М (смеси газов) = 217 = 34 г/моль.

Определяем количества вещества кислорода в смеси:

М (смеси) = n (O 2)M (O 2) + n (O 3)M (O 3).

Пусть n (O 2) = х моль, тогда n (O 3) = 1 – х ;

М (смеси) = 32х + (1 – х ) 48 = 34;

х = 0,875 моль.

Определяем молярную долю кислорода в смеси:

;

Ответ : N (O 2) = 0,875.

Упражнения и задачи для самостоятельного решения

Смесь 11,2 л (н.у.) аммиака и водорода имеет массу 5,5 г. Определите объемную и массовую долю аммиака в этой смеси. (Ответ: 0,6; 0,927)

Массовая доля угарного газа СО в его смеси с углекислым газом составляет 40,54%. Найдите объемную долю СО в смеси. (Ответ : 51,7%)

Объемная доля хлороводорода в его смеси с хлором составляет 33,95%. Определите массовую долю хлороводорода в этой смеси.

(Ответ : 20,9%)

Какова объемная доля СО в смеси с СО 2 , если плотность по водороду этой смеси равна 20? (Ответ : 25%)

1 л смеси угарного газа и углекислого при н.у. имеет массу 1,43 г. Определите состав смеси в объемных долях. (Ответ: 75% СО, 25% СО 2)

Смесь оксидов углерода занимает объем 1,68 л (н.у.) и содержит 8,7310 23 электронов. Вычислите объемные доли газов в смеси.

(Ответ : 33,3% СО, 66,7% СО 2)

Дополнительные задания

Вычислите объем углекислого газа, который добавили к 5,6 л оксида углерода(II) (н.у.), если известно, что число электронов в полученной смеси стало в 14,5 раз больше числа Авогадро. (Ответ : 11,2 л)

При сжигании 3,28 г смеси этана, этена и этина образовалось 5,376 л СО 2 (н.у.). Сколько г воды при этом получилось? (Ответ : 3,6 г)

После взрыва 40 мл смеси водорода и кислорода осталось 4 мл водорода. Определите объемные доли газов в исходной смеси.

(Ответ : 60%Н 2 ; 40% О 2)

Через избыток известковой воды пропустили смесь газов объемом 5 л (н.у.), состоящую из СО, СО 2 и азота. При этом образовался осадок массой 5 г. Оставшуюся смесь газов пропустили над нагретым оксидом железа(Ш) и получили железо массой 5,6 г. Каковы объемные доли газов в исходной смеси? (Ответ : 22,4% СО 2 ; 67,3% СО; 10,3% N 2)

Равная отношению объёма какого-то вещества в смеси к сумме объёмов компонентов до смешивания .

Обычно обозначается греческой буквой ϕ {\displaystyle {\ce {\phi}}} .

Понятие применяется, в основном, к газам и жидкостям. В случае газов применение объемной доли удобно тем, что объёмная доля газа в смеси химически невзаимодействующих газов равна его молярной доле в этой же смеси, что достаточно точно выполняется при не слишком больших давлениях и температурах.

Определение

Объёмная доля определяется по формуле:

При смешивании некоторых жидкостей их суммарный объём может изменяться относительно суммы объёмов компонентов, в связи с чем не всегда корректно заменять сумму объёмов компонентов на объём раствора (смеси), например, в смесях этанола с водой.

Объёмная концентрация

Иногда используется обычно близкая по величине схожая величина, называемая объёмной концентрацией σ B {\displaystyle \sigma _{\mathrm {B} }} :

Иногда эту величину также называют объёмной долей, поэтому рекомендуется указывать определения используемых величин для избежания разночтений. Например, в ГОСТ «Продукция алкогольная и сырьё для её производства. Метод определения объемной доли этилового спирта» под объёмной долей понимается величина, в данной статье называемая объёмной концентрацией.

Единицы измерения и обозначения

Как объёмная доля, так и объёмная концентрация, являются безразмерными величинами . Для удобства их часто выражают в процентах , иногда также используют

Определение массовой или объемной доли выхода продукта реакции от теоретически возможного

Количественную оценку выхода продукта реакции от теоретически возможного выражают в долях единицы или в процентах и рассчитывают по формулам:

M практ / m теорет ;

M практ / m теорет *100 %,

где (этта)- массовая доля выхода продукта реакции от теоретически возможного;

V практ / V теорет ;

V практ / V теорет * 100 %,

где (фи) - объемная доля выхода продукта реакции от теоретически возможного.

Пример 1. При восстановлении водородом оксида меди(II) массой 96 гполучена медь массой 56,4 г. Сколько это составит оттеоретически возможного выхода?

Решение:

1.Записываем уравнение химической реакции:

CuO + H 2 = Cu + Н 2 О

1 моль1 моль

2. Вычисляем химическое количество оксида меди (II ):

М(С u О) = 80г/моль,

n (CuO ) = 96/80 = 1,2 (моль).

3. Вычисляем теоретический выход меди: исходя из уравнения реакции, n (Cu ) = n (CuO ) = 1,2 моль,

m (С u ) = 1,2 · 64 = 76,8 (г),

т. к. М(С u ) = 64 г/моль

4.Вычисляем массовую долю выхода меди по сравнению с теоретически возможным: = 56.4/76.8= 0,73 или 73 %

Ответ: 73 %

Пример 2. Сколько йода может быть получено при действии хлора найодид калия массой 132,8 кг, если потеривпроизводстве составляют 4 %?

Решение:

1.Записываем уравнение реакции:

2KI + Cl 2 = 2KCl + I 2

2 кмоль 1 кмоль

2. Вычисляем химическое количество йодида калия:

М(К I ) = 166 кг/кмоль,

n (К I ) = 132.8/166= 0,8 (кмоль).

2. Определяем теоретический выход йода: исходя из уравнения реакции,

n(I 2)= 1/2n(KI) = 0,4 моль ,

М (I 2)= 254 кг / кмоль .

Откуда, m (I 2 ) = 0,4 * 254 = 101,6 (кг).

3. Определяем массовую долю практического выхода йода:

=(100 - 4) = 96 % или0,96

4. Определяем массу йода, практически полученного:

m (I 2 )= 101,6 * 0,96 = 97,54 (кг).

Ответ:97,54 кг йода

Пример 3. При сжигании 33,6 дм 3 аммиака получен азот объемом 15 дм 3 . Вычислите объемную долю выхода азота в % от теоретически возможного.

Решение:

1. Записываем уравнение реакции:

4 NH 3 + 3 O 2 = 2 N 2 + 6 H 2 O

4 моль2 моль

2. Вычисляем теоретический выход азота:согласно закону Гей –Люссака

при сжигании 4 дм 3 аммиака получается 2 дм 3 азота, а

при сжигании 33,6 дм 3 получаетсях дм 3 азота

х = 33. 6*2/4 = 16,8 (дм 3).

3. Вычисляем объемную долю выхода азота от теоретически возможного:

15/16.8 =0,89 или 89 %

Ответ:89 %

Пример 4. Какая массааммиака необходима для получения 5 т азотной кислоты с массовой долей кислоты 60 %, считая, что потери аммиака в производстве составляют 2,8 %?

Решение: 1. Записываем уравнения реакций, лежащих в основе производства азотной кислоты:

4NH 3 + 5 O 2 = 4NO + 6H 2 O

2NO + O 2 = 2NO 2

4NO 2 + O 2 + 2H 2 O = 4HNO 3

2. Исходя из уравнений реакций видим, что из 4 моль аммиака получается

4 моль азотной кислоты.Получаем схему:

NH 3 HNO 3

1 тмоль1тмоль

3.Вычисляем массуи химическое количество азотной кислоты, которая необходима для получения 5 траствора с массовой долей кислоты 60 %:

m (в-ва) = m (р-ра) * w (в-ва),

m (HNO 3 )= 5 * 0,6 = 3 (т),

4. Вычисляем химическое количество кислоты:

n (HNO 3 ) = 3/63 = 0,048 (тмоль),

т. к. М(HNO 3 ) = 63 г/моль.

5. Исходя из составленной схемы:

n (NH 3 ) = 0,048 тмоль,

а m (NH 3 ) = 0,048 · 17 = 0,82 (т),

т. к. М(NH 3 ) = 17 г/моль.

Но такое количество аммиака должно вступить в реакцию, если не учитывать потери аммиака в производстве.

6. Вычисляем массу аммиака с учетом потерь: примем массу аммиака, участвующего в реакции - 0,82 т- за97,2 %,

Объёмная доля -- отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора. Объёмная доля измеряется в долях единицы или в процентах.

где: V 1 -- объём растворённого вещества, л;

V -- общий объём раствора, л.

Как было указано выше, существуют ареометры, предназначенные для определения концентрации растворов определённых веществ. Такие ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора. Для распространённых растворов этилового спирта, концентрация которых обычно выражается в объёмных процентах, такие ареометры получили название спиртомеров или андрометров.

Молярность (молярная объемная концентрация)

молярность концентрация раствор

Молярная концентрация - выраженное в молях количество растворенного вещества, содержащее в одном литре раствора. Молярная концентрация в системе СИ измеряется в моль/мі, однако на практике её гораздо чаще выражают в моль/л или ммоль/л.

Возможно другое обозначение молярной концентрации C M , которое принято обозначать М. Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/л называют 0,5-молярным.

где: н -- количество растворённого вещества, моль;

V -- общий объём раствора, л.

Количество вещества в молях - это количество вещества, эквивалентное числу молей ионов водорода или числу молей электронов в соответствующих реакциях.

Молярность вычисляется двумя способами:

Способ 1 - по точной массе химически чистого вещества с помощбю формулы:

М=а*1000/Э*V,

где: а - масса навески химически чистого вещества, г;

Э - молярная масса эквивалента (условных частиц) химически чистого вещества, г/моль;

V - объем раствора, пошедшего на титрование массы вещества, мл;

1000 - количество миллилитров в 1 литре раствора.

Способ 2 - по титрованному раствору известной концентрации с помощью формулы:

М=М 0 *V 0 /V,

где: М 0 - молярность раствора вещества, по которому устанавливается титр (моль/л); V 0 - объем раствора, по которому устанавливается титр (мл); V - объем раствора, молярность которого устанавливают (мл).

Нормальная концентрация (мольная концентрация эквивалента)

Нормальная концентрация -- количество эквивалентов данного вещества в 1 литре раствора. Нормальную концентрацию выражают в моль-экв/л или г-экв/л (имеется в виду моль эквивалентов). Для записи концентрации таких растворов используют сокращения «н» или «N». Например, раствор, содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.

где: н -- количество растворённого вещества, моль; V -- общий объём раствора, л; z -- число эквивалентности.

Нормальная концентрация может отличаться в зависимости от реакции, в которой участвует вещество. Например, одномолярный раствор H 2 SO 4 будет однонормальным, если он предназначается для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата KHSO 4 , и двухнормальным в реакции с образованием K 2 SO 4 .