ความเข้มข้นของสารละลาย

ความเข้มข้นของสารละลาย (Solution concentration)

2

Concentration Units 3 The concentration of a solution is the amount of solute present in a given quantity of solvent or solution. Percent by Mass % by mass = mass of mass of solute solvent x 100% solute + mass of = mass of solute x 100% mass of solution

4

5

6 จงคาํ นวณหาความเข้มข้นเป็ นร้อยละโดยมวลของสารละลายต่อไปนีโ้ ซเดยี ม คลอไรด์ 50.0 g ในนํา้ 200.0 g สารละลาย NaCl เข้มข้นร้อยละ 10 โดยมวล •จงหาเศษส่วนโมลของ NaCl •จงหาเศษส่วนโมลของ H2O (Na = 23 , Cl = 35.5 , H = 1 , O = 16)

7

8

9

Concentration Units 10 Molarity (M) M = moles of solute liters of solution Molality (m) m = moles of solute mass of solvent (kg)

Ex What is the molality of a 5.86 M ethanol (C2H5OH) solution 11 whose density is 0.927 g/mL? m= moles of solute moles of solute mass of solvent (kg) M= liters of solution Assume 1 L of solution: 5.86 moles ethanol = 270 g ethanol 927 g of solution (1000 mL x 0.927 g/mL) mass of solvent = mass of solution – mass of solute = 927 g – 270 g = 657 g = 0.657 kg m= moles of solute = 5.86 moles C2H5OH = 8.92 m mass of solvent (kg) 0.657 kg solvent

Solution Stoichiometry 12 The concentration of a solution is the amount of solute present in a given quantity of solvent or solution. M = molarity = moles of solute liters of solution What mass of KI is required to make 500. mL of a 2.80 M KI solution? M KI M KI volume KI moles KI grams KI 500. mL x 1 L x 2.80 mol KI 166 g KI = 232 g KI x 1000 mL 1 L soln 1 mol KI

13 สารละลาย H2SO4 เข้มข้นรอ้ ยละ 35 โดยมวล ความหนาแน่น 1.26 g/cm3 ท่ี 20 C 2.1 ในสารละลาย 100 cm3 มี H2SO4 ละลายก่ีกรมั 2.2 จงหาปริมาตรของสารละลายท่ีมี H2SO4 ละลายอยู่ 500 กรมั 2.3 สารละลายนี้เข้มข้นเท่าใด ในหน่วยโมลต่อลกู บาศกเ์ ดซิเมตร 2.4 สารละลายนี้เข้มข้นเท่าใด ในหน่วยโมลต่อกิโลกรมั

14

15

16 Ex สารละลาย HNO3 เข้มข้นร้อยละ 20 โดยมวล มีความหนาแน่น 1.117 กรมั ต่อลกู บาศกเ์ ซนติเมตร สารละลาย เข้มข้น กี่โมลต่อลิตร

17

18

19

20 Dilution is the procedure for preparing a less concentrated solution from a more concentrated solution. Dilution Add Solvent =Moles of solute Moles of solute after dilution (f) before dilution (i) =MiVi MfVf

21 How would you prepare 60.0 mL of 0.2 M HNO3 from a stock solution of 4.00 M HNO3? MiVi = MfVf Mi = 4.00 Mf = 0.200 Vf = 0.06 L Vi = ? L Vi = MfVf = 0.200 x 0.06 = 0.003 L = 3 mL Mi 4.00 3 mL of acid + 57 mL of water = 60 mL of solution

22 ถ้าต้องการเตรียมสารละลายแมกนีเซียมซัลเฟต 0.1 mol/dm3 จาํ นวน 100 cm3 จะต้องใช้แมกนีเซียมซัลเฟต (MgSO4 . 7H2O) กกี่ รัม (Mg = 24.3 , S = 32 , O = 16 , H = 1)

23 จงคาํ นวณหาปริมาตรของสารละลายเร่ิมต้นทตี่ ้องนํามาใช้เตรียมสารละลาย HCl 6.0 mol/dm3 จาํ นวน 500 cm3 จากสารละลาย HCl 12 mol/dm3 (H = 1 , Cl = 35.5)

ในการเตรียมสารละลายซิลเวอร์ไนเตรต 24 1) ถ้าต้องการเตรียมสารละลายเข้มข้น 0.1 mol/dm3 จาํ นวน 250 cm3 จะต้องใช้ซิล เวอร์ไนเตรต(AgNO3) กก่ี รัม 2) ถ้าต้องการเตรียมสารละลายซิลเวอร์ไนเตรตเข้มข้น 0.025 mol/dm3 จาํ นวน 500 cm3 จากสารละลายในข้อ 1) จะต้องใช้สารละลายกี่ cm3

25 2) ถ้าต้องการเตรียมสารละลายซิลเวอร์ไนเตรตเข้มข้น 0.025 mol/dm3 จาํ นวน 500 cm3 จากสารละลายในข้อ 1) จะต้องใช้สารละลายกี่ cm3

26 Ex ถ้าต้องการเตีรยมสารละลาย HCl 0.5 โมลต่อลิตร จาํ นวน 500 ลกู บาศกเ์ ซนติเมตร จะต้องนําสารละลาย HCl 0.2 โมลต่อลิตร และ สารละลาย HCl 1.0 โมลต่อลิตรมาผสมกนั อย่างละก่ีลกู บาศก์ เซนติเมตร

Temperature and Solubility 27 Solid solubility and temperature ssoolluubbiilliittyy dineccrreeaasseess wwiitthh increasing temperature สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวุทธ แสงอุไร

Fractional crystallization is the separation of a mixture of 28 substances into pure components on the basis of their differing solubilities. Suppose you have 90 g KNO3 contaminated with 10 g NaCl. Fractional crystallization: 1. Dissolve sample in 100 mL of water at 600C 2. Cool solution to 00C 3. All NaCl will stay in solution (s = 34.2g/100g) 4. 78 g of PURE KNO3 will precipitate (s = 12 g/100g). 90 g – 12 g = 78 g สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวทุ ธ แสงอุไร

Temperature and Solubility 29 Gas solubility and temperature solubility usually decreases with increasing temperature สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวทุ ธ แสงอุไร

Pressure and Solubility of Gases 30 The solubility of a gas in a liquid is proportional to the pressure of the gas over the solution (Henry’s law). c = kP c is the concentration (M) of the dissolved gas P is the pressure of the gas over the solution k is a constant (mol/L•atm) that depends only on temperature low P high P สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราlวoทุ ธwแสงอcไุ ร high c

Chemistry In Action: The Killer Lake 31 8/21/86 Lake Nyos, West Africa CO2 Cloud Released 1700 Casualties Trigger? • earthquake • landslide • strong Winds

32 How would you prepare 60.0 mL of 0.2 M HNO3 from a stock solution of 4.00 M HNO3? MiVi = MfVf Mi = 4.00 Mf = 0.200 Vf = 0.06 L Vi = ? L Vi = MfVf = 0.200 x 0.06 = 0.003 L = 3 mL Mi 4.00 3 mL of acid + 57 mL of water = 60 mL of solution สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวทุ ธ แสงอไุ ร

Gravimetric Analysis 33 1. Dissolve unknown substance in water 2. React unknown with known substance to form a precipitate 3. Filter and dry precipitate 4. Weigh precipitate 5. Use chemical formula and mass of precipitate to determine amount of unknown ion สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวทุ ธ แสงอไุ ร

Titrations 34 In a titration a solution of accurately known concentration is added gradually added to another solution of unknown concentration until the chemical reaction between the two solutions is complete. Equivalence point – the point at which the reaction is complete Indicator – substance that changes color at (or near) the equivalence point Slowly add base to unknown acid UNTIL the indicator changes color สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวุทธ แสงอุไร

35 What volume of a 1.420 M NaOH solution is Required to titrate 25.00 mL of a 4.50 M H2SO4 solution? WRITE THE CHEMICAL EQUATION! H2SO4 + 2NaOH 2H2O + Na2SO4 volume acid M rx M moles acid moles base volume base acid coef. base 25.00 mL x 4.50 mol H2SO4 x 2 mol NaOH x 1000 ml soln = 158 mL 1000 mL soln 1 mol H2SO4 1.420 mol NaOH สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวุทธ แสงอไุ ร

Chemistry in Action: Metals from the Sea 36 CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) CaO (s) + H2O (l) Ca2+ (aq) + 2OH- (aq) Mg2+ (aq) + 2OH -(aq) Mg(OH)2 (s) Mg(OH)2 (s) + 2HCl (aq) MgCl2 (aq) + 2H2O (l) Mg2+ + 2e- Mg 2Cl- Cl2 + 2e- MgCl2 (l) Mg (l) + Cl2 (g) สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวุทธ แสงอไุ ร

Colligative Properties of Nonelectrolyte Solutions 37 Colligative properties are properties that depend only on the number of solute particles in solution and not on the nature of the solute particles. Vapor-Pressure Lowering P1 = X1 P 0 P 0 = vapor pressure of pure solvent 1 1 Raoult’s law X1 = mole fraction of the solvent If the solution contains only one solute: X1 = 1 – X2 P 0 - P1 = P = X2 P 0 X2 = mole fraction of the solute 1 1 สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวทุ ธ แสงอไุ ร

38 Ideal Solution PA = XA P 0 A PB = XB P 0 B PT = PA + PB PT = XA P 0 + XB P 0 A B สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวุทธ แสงอไุ ร

PT is greater than 39 predicted by Raoults’s law PT is less than predicted by Raoults’s law Force < Force & Force Force > Force & Force A-B A-A B-B A-B A-A B-B สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวุทธ แสงอไุ ร

Fractional Distillation Apparatus 40

Boiling-Point Elevation 41 สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวทุ ธ แสงอไุ ร Tb = Tb – T 0 b T 0 is the boiling point of b the pure solvent T b is the boiling point of the solution Tb > T 0 Tb > 0 b Tb = Kb m m is the molality of the solution Kb is the molal boiling-point elevation constant (0C/m)

Freezing-Point Depression 42 Tf = T 0 – Tf f T 0 is the freezing point of f the pure solvent T f is the freezing point of the solution T 0 > Tf Tf > 0 f Tf = Kf m m is the molality of the solution Kf is the molal freezing-point depression constant (0C/m) สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวุทธ แสงอไุ ร

43

44 What is the freezing point of a solution containing 478 g of ethylene glycol (antifreeze) in 3202 g of water? The molar mass of ethylene glycol is 62.01 g. Tf = Kf m Kf water = 1.86 0C/m moles of solute 478 g x 1 mol 62.01 g m= = = 2.41 m mass of solvent (kg) 3.202 kg solvent Tf = Kf m = 1.86 0C/m x 2.41 m = 4.48 0C Tf = T 0 – Tf f Tf = T 0 – Tf = 0.00 0C – 4.48 0C = -4.48 0C f

Colligative Properties of Nonelectrolyte Solutions 45 Colligative properties are properties that depend only on the number of solute particles in solution and not on the nature of the solute particles. Vapor-Pressure Lowering P1 = X1 P 0 1 Boiling-Point Elevation Tb = Kb m Freezing-Point Depression Tf = Kf m Osmotic Pressure ()  = MRT

Colligative Properties of Electrolyte Solutions46 0.1 m NaCl solution 0.1 m Na+ ions & 0.1 m Cl- ions Colligative properties are properties that depend only on the number of solute particles in solution and not on the nature of the solute particles. 0.1 m NaCl solution 0.2 m ions in solution actual number of particles in soln after dissociation van’t Hoff factor (i) = number of formula units initially dissolved in soln nonelectrolytes i should be NaCl CaCl2 1 2 3

Change in Freezing Point Which would you use for the streets of Bloomington to lower the freezing point of ice and why? Would the temperature make any difference in your decision? a) sand, SiO2 b) Rock salt, NaCl c) Ice Melt, CaCl2 สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวุทธ แสงอไุ ร 47

Colligative Properties of Electrolyte Solutions 48 Boiling-Point Elevation Tb = i Kb m Freezing-Point Depression Tf = i Kf m Osmotic Pressure ()  = iMRT สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวทุ ธ แสงอไุ ร

Change in Freezing Point Common Applications of Freezing Point Depression Propylene glycol Ethylene glycol – สารละลาย ผสู้ อน: อ.ศราวุทธ แสงอไุ ร deadly to small animals 49

Change in Boiling Point Common Applications of Boiling Point Elevation สารละ1ล2าย/2ผ1สู้ /อ2น0:1อ9.ศราวทุ ธ แสงอุไร