Сода na2co3*10h2o массой 97,2г растворена в воде объемом 300 мл. плотность полученного раствора 1,094 г/см3. каков состав раствора: а) в массовых долях? б) в молярных долях (%)? в) какова моляльность в растворе? г) какова молярная концентрация эквивалента вещества?
M(Na₂CO₃) = 2*23+12+3*16 = 106 г/моль
M(Na₂CO₃*10 H₂O) = 106 + 10*18 = 286 г/моль
m(Na₂CO₃*10 H₂O) = 97.2 г
V(H₂O) = 300 мл
m(H₂O) = 300 г
d = 1.094 г/мл
а)
Массовая доля (процентная концентрация) - это отношение массы растворенного вещества к массе раствора (выраженная в процентах).
w(X) = m(X) / m(раствор)
Масса раствора равна сумме массы воды, взятой для растворения, и массы соли, взятой для растворения: m(раствор) = m(H₂O) + m(Na₂CO₃*10 H₂O) = 300 г + 97.2 г = 397,2 г.
Масса десятиводной соды Na₂CO₃*10H₂O - 97,2 г. Но в эту массу входит и масса кристаллогидратной воды. А чтобы найти массовую долю Na₂CO₃ нам нужно знать массу чистого вещества Na₂CO₃. Найдем ее, исходя из молекулярных масс безводной соды и десятиводной соды:
Na₂CO₃ * 10 H₂O - Na₂CO₃
286 г 106 г
97,2 г х г
х = 97,2*106/286 = 36,025 г = m(Na₂CO₃)
w(Na₂CO₃) = m(Na₂CO₃) / m(раствор) = 36,025 / 397,2 = 0,09070 = 9,07%
Массовая доля 9,07%
б)
Молярная (мольная) доля - отношение количества растворенного вещества к сумме количества всех веществ смеси (раствора): x(X) = n(X) / [ n(X) + n(Y) +n(Z) +].
В нашем случае x(Na₂CO₃) = n(Na₂CO₃) / [ n(Na₂CO₃) + n(H₂O)].
n(Na₂CO₃) = m(Na₂CO₃) / M(Na₂CO₃) = 36.025 г / 106 г/моль = 0,340 моль
Количество вещества воды узнаем, исходя из массы воды. Для этого к исходным 300 г. воды нужно прибавить массу кристаллогидратной воды. Но можно из массы раствора отнять массу безводной соды:
m(H₂O) = m(раствор) - m(Na₂CO₃) = 397,2 - 36,025 = 361,175 г.
Тогда n(H₂O) = m(H₂O) / M(H₂O) = 361,175 г / 18 г/моль = 20,065 моль
Тогда x(Na₂CO₃) = 0,34 / [0,34 + 20,065] = 0,01666 = 1,67%
Мольная доля 1,67%
в)
Моляльность – отношение количества растворенного вещества к массе чистого растворителя (в кг)
Количество вещества n(Na₂CO₃) = 0,340 моль
Масса чистого растворителя (воды) m(H₂O) = 361,175 г = 0,361175 кг.
Моляльность равна: 0,340 моль / 0,361175 кг = 0,94 моль/кг
Моляльность 0,94 моль/кг
г)
Молярная концентрация эквивалента - количество вещества эквивалента в одном литре раствора: Cn = n(Э) / V(л) (другое название - нормальность раствора)
Связь между молярной концентрацией Cm и молярной концентрацией эквивалентов Cn:
Cn = zCm = Сm / f, где z - число эквивалентности, f - фактор эквивалентности. z - это число эквивалентов вещества, содержащихся в одном моль этого вещества - целое положительное число.
Оно зависит от конкретной реакции, в которую вступает вещество. В нашем случае типичная реакция с ионами водорода:
Na₂CO₃ + 2 H⁺ = 2 Na⁺ + CO₂ + H₂O
Как видно, один карбонат-ион соответствует (эквивалентен) 2 ионам водорода. А это значит, что число z равно 2
Для удобства сначала рассчитаем молярную концентрацию Na₂CO₃: Cm(Na₂CO₃) = n(Na₂CO₃) / V(л)
Мы уже знаем, что n(Na₂CO₃) = 0,340 моль
Объем раствора узнаем, разделив массу раствора на плотность: V = 397,2 г/ 1,094 г/мл = 363,07 мл = 0,363607 л.
Тогда молярная концентрация Cm(Na₂CO₃) = 0,340 моль / 0,36307 л = 0,94 моль/л (0,94 М)
Cn = zCm = 2*0,94 = 1,88 моль эквивалента / л (1,88 N)
Молярная концентрация эквивалента 1,88 моль эквивалента / л