EU peníze středním školám Název vzdělávacího materiálu: Roztoky – výpočet koncentrace Číslo vzdělávacího materiálu: ICT9/11 Šablona: III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název sady vzdělávacích materiálů: Anorganická a obecná chemie   Autor: Jakub Siegl Datum vytvoření: 23. 3. 2014 Garant (kontrola): Mgr. Šárka Kirchnerová Ročník: 1. - 4. (kvinta – oktáva) ročník gymnázia Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Chemie Téma: Výukový materiál – Roztoky – výpočet koncentrace Metodika/anotace: Powerpointová prezentace slouží jako výukový materiál pro třídu kvinty a jako opakování k maturitě z chemie. Jejím úkolem je procvičit výpočet hmotnostního a objemového zlomku. Časový rozvrh: 40 min Gymnázium Františka Křižíka a základní škola, s.r.o.

Roztoky jedná se o homogenní (stejnorodou) směs velikost částic je menší než 10-9m mají ve všech směrech stejné fyzikální i chemické vlastnosti skládají se ze dvou a více látek – rozpouštědla (látka, která je v nadbytku) a rozpouštěné látky vznik rozpouštěním – může i nemusí být omezené (viz dále)

Vyjadřování koncentrace roztoku často se setkáváme s tím, že je na etiketách, příbalových letácích či jiných označeních produktů vyjádření složení roztoku také v laboratořích je důležité znát přesné složení látek, se kterými pracujeme, tj. koncentraci roztoku koncentraci roztoku vyjadřuje mnoha způsoby, ale mezi nejčastěji používané způsoby patří: hmotnostní zlomek objemový zlomek molární koncentrace

Hmotnostní zlomek – ws nečastější způsob vyjádření koncentrace roztoku vyjadřuje hmotnostní zastoupení rozpouštěné látky v roztoku vycházíme z předpokladu, že mʘ = ms + mrozp., přičemž mʘ je hmotnost roztoku, je ms hmotnost sledované složky a mrozp. je hmotnost rozpouštědla na rozdíl od objemu tedy jednotlivé hmotnosti lze sčítat hmotnostní zlomek ws = ms mʘ výsledné vyjádření je v rozmezí od 0 do 1, nebo můžeme celý výraz vyjádřit vynásobením 100 v procentech

Příklad 1 Vypočítejte objem 7% roztoku soli, pokud bylo rozpuštěno 23 g NaCl. ρʘ = 1,049 g.cm-3 nejprve si musíme spočítat hmotnost roztoku (uvědomme si, že je třeba procentuální vyjádření w převést na normální číslo vydělením 100): ws = ms mʘ → mʘ = ms ws = 23 0,07 = 328,57 g následně je třeba přepočítat hmotnost na objem podle vztahu: Vʘ = mʘ ρʘ = 328,57 1,049 = 313,22 cm-3 Celkový objem 7% roztoku NaCl bude odpovídat 313,22 cm-3.

Příklad 2 Kolik g NaOH bude potřeba na přípravu jeho 20% roztoku, pokud jej chci připravit ze 150 ml vody? Vypočítejte také objem tohoto roztoku, jestliže znáte jeho hustotu ρʘ = 1,219 g.cm-3. nejprve si musíme spočítat hmotnost čistého hydroxidu: ws = ms mʘ → mNaOH = mʘ . wNaOH – jelikož mʘ neznáme, vyjádříme si ho ze vztahu pro jeho výpočet: mʘ = ms + mrozp.= ms + 150 (hustota vody je cca 1 g.cm-3) mNaOH = (mNaOH + 150) . wNaOH mNaOH = (mNaOH + 150) . 0,2 mNaOH = 0,2mNaOH + 30 0,8mNaOH = 30 mNaOH = 37,5 g K přípravě 20% roztoku hydroxidu sodného je zapotřebí 37,5 g.

Příklad 3 Kolik g NaOH bude potřeba na přípravu jeho 20% roztoku, pokud jej chci připravit ze 150 ml vody? Vypočítejte také objem tohoto roztoku, jestliže znáte jeho hustotu ρʘ = 1,219 g.cm-3. nyní je třeba spočítat objem roztoku – musíme proto nejprve odvodit celkovou hmotnost roztoku: mʘ = ms + mrozp. = 37,5 + 150 = 187,5 g nyní již jen dosadíme do vztahu pro výpočet objemu z hmotnosti a hustoty, tak jako v předešlém příkladu: Vʘ = mʘ ρʘ = 187,5 1,219 = 153,8 cm-3 Celkový objem 20% roztoku hydroxidu sodného bude zaujímat 153,8 cm-3.

Objemový zlomek – φs méně běžný způsob vyjádření koncentrace roztoku vyjadřuje objemové zastoupení rozpouštěné látky v roztoku v tomto případě neplatí, že součet dílčích objemů složek dává v součtu celkový objem roztoku dáno objemovou kontrakcí – vmezeřování částic jednotlivých složek objemový zlomek φs = Vs Vʘ , kdy Vs je objem složky a Vʘ objem roztoku výsledné vyjádření je opět v rozmezí od 0 do 1, nebo můžeme celý výraz vyjádřit vynásobením 100 v procentech

Příklad 1 Přepočítejte koncentrační objemové vyjádření roztoku kyseliny sírové o φH2SO4 = 11,75% na hmotnostní. Hustota roztoku je ρʘ = 1,132 g.cm-3, hustota čisté kyseliny - ρ H2SO4 = 1,83 g.cm-3 v zadání se sice neobjevuje žádné vyjádření množství roztoku či rozpouštěné látky, ale to není problém. Je třeba si uvědomit, že koncentrace, ať už jakkoli vyjádřená, je ve všech částech roztoku stejná a nezávisí na velikosti soustavy. Můžeme si tudíž objem roztoku stanovit sami. Ideálním číslem na propočet je 1 l, tedy 1000 ml: φs = Vs Vʘ → Vs = φs . Vʘ = 0,1175 . 1000 = 117,5 cm-3 následně je třeba přepočítat objem kyseliny na hmotnost podle vztahu: ms = ρs . Vs = 1,83 . 117,5 = 215,03 g totéž uděláme s objemem roztoku: mʘ = ρʘ. Vʘ= 1,132 . 1000 = 1132 g teď už jen dosadíme do vztahu pro výpočet w a je to: ws = ms mʘ = 215,03 1132 = 0,19 = 19% Hmotnostní procento roztoku je 19%.