Як визначити концентрацію іонів у розчині

0 Comments

Як розрахувати концентрацію іонів водню

Концентрація іонів водню в розчині є результатом додавання кислоти. Сильні кислоти дають більшу концентрацію іонів водню, ніж слабкі кислоти, і отриману концентрацію іонів водню можна обчислити або з відома рН, або з відома міцності кислоти в розчині. Розв’язати з відомим рН простіше, ніж вирішити з константи дисоціації кислоти та початкової концентрації.

Розв’язування з відомим pH або pOH

Перевірте, щоб визначити, чи містить подана інформація рН або рОН.

Обчисліть концентрацію іонів водню, взявши 10 до потужності від’ємного рН. Наприклад, для розчину pH 6, 5 концентрація іонів водню становила б 1 * 10 ^ -6, 5, що дорівнює 3, 16 * 10 ^ -7. Вчені визначили рН як логарифмічний ярлик концентрації іонів водню. Це означає, що рН дорівнює негативному логарифму концентрації іонів водню.

Віднімайте pOH від 14 (pH і pOH завжди додають до 14), щоб досягти рН, якщо ви стикаєтесь лише з числом pOH, то виконайте вищенаведений розрахунок, оскільки pOH є негативним логарифмом концентрації іонів OH у розчині.

Розв’язання від постійної дисоціації кислоти (Ka) та кількості

Перевести від грамів до молей, якщо потрібно, використовуючи молярну масу кислоти. Clackamas Community College пропонує чудовий посібник про те, як це зробити (див. Ресурси). Кожен студент хімії повинен обов’язково розуміти перетворення одиниць і послідовно практикувати їх.

Знайдіть молярну концентрацію кислоти, обчисливши молей, розділених на літри: наприклад, 0, 15 молей кислоти в 100 мл буде дорівнює 0, 15, поділеному на 0, 100, що дорівнює 1, 5 М розчину.

Використовуйте початкову концентрацію кислоти як концентрацію іонів водню для сильної кислоти в розчині: вся кислота іонізується. Нижче перелічені єдині сильні кислоти: HCl (соляна), HBr (бромоводородна), HI (гідроіодова), H2SO4 (сірчана), HNO3 (азотна) та HClO4 (перхлорна) кислоти.

Використовуйте константу дисоціації кислоти та калькулятор, щоб знайти концентрацію іонів водню для слабкої кислоти. Випишіть це рівняння: Ka = (*) / де концентрація кислоти при рівновазі, – концентрація іонів водню, – концентрація кон’югату основи або аніона, яка буде дорівнює і Ka – константа дисоціації кислоти.

Підключіть відоме значення для Ka. Тоді рівняння виглядає так: Ka = x ^ 2 / Тепер, оскільки кислота розпадається на іони, мольна концентрація кожного іона в рівновазі дорівнює тій же кількості, що відсутня у вихідної кислоти. Так що рівняння дорівнює: Ka = x ^ 2 / (Початкова концентрація мінус x).

Перетворіть це у квадратичне рівняння: X ^ 2 + Ka x – (вихідна концентрація * Ka) = 0 Використовуйте квадратичну формулу для вирішення кінцевого значення x.

Як розрахувати концентрацію іонів у 0,010 водному розчині сірчаної кислоти

Сірчана кислота – це сильна неорганічна кислота, яка зазвичай використовується у промисловому виробництві хімічних речовин, у науково-дослідних роботах та в лабораторних умовах. Він має молекулярну формулу H2SO4. Він розчинний у воді у всіх концентраціях, утворюючи розчин сірчаної кислоти. В .

Вплив іонів водню на людину

Хіміки класифікують міру концентрації іонів водню як pH. Шкала рН переходить від 0, висококислого, до 14, високоосновного. рН відіграє різноманітну важливу роль у фізіології людини.

Як знайти концентрацію іонів гідроксиду

Дистильована вода слабо дисоціює, утворюючи водні (H +) та гідроксидні (OH-) іони (H2O = H + OH-). При заданій температурі добуток молярних концентрацій цих іонів завжди є постійним: [H +] x [OH] = постійне значення. Продукт водного іона залишається тим самим постійним числом у будь-якому розчині кислоти чи основи.

Розрахунок концентрацій з одиницями та розведеннями

Розрахунок концентрації хімічного розчину є основним навиком, який усі студенти-хіміки повинні розвинути на початку навчання. Що таке концентрація? Концентрація означає кількість розчиненої речовини , яка розчинена в розчиннику . Зазвичай ми думаємо про розчинену речовину як про тверду речовину, яка додається до розчинника (наприклад, додавання кухонної солі у воду), але розчинена речовина може легко перебувати в іншій фазі. Наприклад, якщо ми додаємо невелику кількість етанолу до води, то етанол буде розчиненою речовиною, а вода – розчинником. Якщо ми додаємо меншу кількість води до більшої кількості етанолу, тоді вода може бути розчиненою речовиною.

Як обчислити одиниці концентрації

Коли ви визначили розчинену речовину та розчинник у розчині, ви готові визначити його концентрацію . Концентрація може бути виражена кількома різними способами, використовуючи відсоток складу за масою , об’ємний відсоток , мольну частку , молярність , моляльність або нормальність .

Відсоток складу за масою (%)

Це маса розчиненої речовини, поділена на масу розчину (маса розчиненої речовини плюс маса розчинника), помножена на 100.
Приклад:

визначте відсотковий склад за масою 100 г розчину солі, який містить 20 г солі.
Розчин:

20 г NaCl / 100 г розчину x 100 = 20% розчин NaCl

Відсоток об’єму (% об./об.)

Об’ємні відсотки або об’ємні/об’ємні відсотки найчастіше використовуються при приготуванні розчинів рідин. Об’ємний відсоток визначається як:
об’ємний % = [(об’єм розчиненої речовини)/(об’єм розчину)] x 100%
Зауважте, що об’ємний відсоток відноситься до об’єму розчину, а не до об’єму розчинника . Наприклад, вино містить близько 12% етанолу. Це означає, що на кожні 100 мл вина припадає 12 мл етанолу. Важливо розуміти, що об’єми рідини та газу не обов’язково є адитивними. Якщо змішати 12 мл етанолу і 100 мл вина, то вийде менше 112 мл розчину.
Як інший приклад, 70% об./об. спирту можна приготувати, взявши 700 мл ізопропілового спирту та додавши достатню кількість води, щоб отримати 1000 мл розчину (який не буде 300 мл).

Мольна частка (X)

 Це кількість молей сполуки, поділена на загальну кількість молей усіх хімічних речовин у розчині. Майте на увазі, що сума всіх молярних часток у розчині завжди дорівнює 1.
Приклад:
Які молярні частки компонентів розчину утворюються, коли 92 г гліцерину змішують з 90 г води? (молекулярна маса води = 18; молекулярна маса гліцерину = 92)
Розв’язання:

90 г води = 90 г x 1 моль / 18 г = 5 моль води
92 г гліцерину = 92 г x 1 моль / 92 г = 1 моль гліцерину,
загальна кількість моль = 5 + 1 = 6 моль
x вода = 5 моль / 6 моль = 0,833
x гліцерин = 1 моль / 6 моль = 0,167
Варто перевірити свою математику, переконавшись, що мольні частки в сумі дорівнюють 1:
x вода + х гліцерин = 0,833 + 0,167 = 1,000

Молярність (M)

Мабуть, молярність є найбільш часто використовуваною одиницею концентрації. Це кількість молей розчиненої речовини на літр розчину (не обов’язково збігається з об’ємом розчинника!).
Приклад:

Яка молярність розчину , отриманого, коли воду додають до 11 г CaCl 2 для отримання 100 мл розчину? (Молекулярна маса CaCl 2 = 110)
Розчин:

11 г CaCl 2 / (110 г CaCl 2 / моль CaCl 2 ) = 0,10 моль CaCl 2
100 мл x 1 л / 1000 мл = 0,10 л
молярність = 0,10 моль / 0,10 л
молярність = 1,0 М

Моляльність (м)

Моляльність — це кількість молей розчиненої речовини на кілограм розчинника. Оскільки щільність води при 25°C становить приблизно 1 кілограм на літр, молярність приблизно дорівнює моляльності розбавлених водних розчинів при цій температурі. Це корисне наближення, але пам’ятайте, що воно є лише наближеним і не застосовується, якщо розчин має іншу температуру, не розбавлений або використовує розчинник, відмінний від води.
Приклад:
яка молярність розчину 10 г NaOH у 500 г води? (Молекулярна маса NaOH дорівнює 40)
Розчин:

10 г NaOH / (40 г NaOH / 1 моль NaOH) = 0,25 моль NaOH
500 г води x 1 кг / 1000 г = 0,50 кг
молярність води = 0,25 моль / 0,50 кг
молярність = 0,05 М / кг
молярність = 0,50 м

Нормальність (N)

Нормальність дорівнює грам-еквівалентній масі розчиненої речовини на літр розчину. Маса грам-еквівалента або еквівалент є мірою реакційної здатності даної молекули. Нормальність – це єдина одиниця концентрації, яка залежить від реакції.
Приклад:

1 М сірчаної кислоти (H 2 SO 4 ) дорівнює 2 Н для кислотно-основних реакцій, оскільки кожен моль сірчаної кислоти забезпечує 2 молі іонів H + . З іншого боку, 1 М сірчаної кислоти становить 1 Н для осадження сульфату, оскільки 1 моль сірчаної кислоти забезпечує 1 моль сульфат-іонів.

  1. Грами на літр (г/л)
    Це простий метод приготування розчину на основі грамів розчиненої речовини на літр розчину.
  2. Формальність (F)
    Формальне рішення виражається відносно одиниць формули ваги на літр розчину.
  3. Частини на мільйон (ppm) і частки на мільярд (ppb) Ці одиниці, які використовуються для дуже розбавлених розчинів, виражають співвідношення частин розчиненої речовини на 1 мільйон частин розчину або 1 мільярд частин розчину.
    Приклад:

    Зразок води містить 2 ppm свинцю. Це означає, що на кожен мільйон частин дві з них є свинцевими. Отже, у зразку води в один грам дві мільйонні частки грама будуть свинцем. Для водних розчинів щільність води приймається рівною 1,00 г/мл для цих одиниць концентрації.

Як розрахувати розведення

Ви розбавляєте розчин щоразу, коли додаєте до нього розчинник. Додавання розчинника призводить до отримання розчину меншої концентрації. Ви можете обчислити концентрацію розчину після розведення, застосувавши це рівняння:

де M — молярність, V — об’єм, а нижні індекси i та f відносяться до початкового та кінцевого значень.

Приклад:
Скільки мілілітрів 5,5 М NaOH потрібно для приготування 300 мл 1,2 М NaOH?

Рішення:
5,5 M x V 1 = 1,2 M x 0,3 L
V 1 = 1,2 M x 0,3 л / 5,5 M x
V 1 = 0,065 L
V 1 = 65 мл

Отже, щоб приготувати 1,2 М розчин NaOH, ви наливаєте 65 мл 5,5 М NaOH у свій контейнер і додаєте воду, щоб отримати 300 мл кінцевого об’єму.

Обчисліть концентрацію іонів у розчині

Цей опрацьований приклад задачі ілюструє етапи, необхідні для обчислення концентрації іонів у водному розчині в термінах молярності . Молярність є однією з найпоширеніших одиниць концентрації. Молярність вимірюється кількістю молей речовини на одиницю об’єму.

Питання

a. Вкажіть концентрацію, у молях на літр, кожного іона в 1,0 моль Al(NO 3 ) 3 .
b. Вкажіть концентрацію, у молях на літр, кожного іона в 0,20 моль K 2 CrO 4 .

Рішення

Частина а. При розчиненні 1 моль Al(NO 3 ) 3 у воді дисоціює на 1 моль Al 3+ і 3 моль NO 3- за реакцією:

Al(NO 3 ) 3 (s) → Al 3+ (aq) + 3 NO 3- (aq)

концентрація Al 3+ = 1,0 М
, концентрація NO 3- = 3,0 М

Частина b. K 2 CrO 4 дисоціює у воді за реакцією:

Один моль K 2 CrO 4 дає 2 моль K + і 1 моль CrO 4 2- . Отже, для розчину 0,20 М:

концентрація CrO 4 2- = 0,20 М
концентрація K + = 2×(0,20 М) = 0,40 М

Відповідь

Частина а.
Концентрація Al 3+ = 1,0 М
Концентрація NO 3- = 3,0 М

Частина b.
Концентрація CrO 4 2- = 0,20 М
Концентрація K + = 0,40 М