Сода Na2CO3*10H2O массой 97,2 г 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 H₂ O) = 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