Stężenie normalne - omówienie

Podobnie jak pojęcie gramorównoważnika chemicznego, stężenie normalne nie jest już powszechnie stosowane i nie jest przedmiotem nauczania w szkołach średnich i wyższych. Jednak ze względu na to, iż ten temat często pojawia się w starszej literaturze, warto nauczyć się wykonywać obliczenia ze stężenia normalnego.

 

Definicja:
Stężenie normalne jest to liczba gramorównoważników substancji zawarta (rozpuszczona) w 1 dm³ roztworu.

 

Wzory:

$\mathit{C}\mathit{n}\mathbf{=}\frac{\mathbf{z}}{{\mathbf{V}}_{\mathbf{r}}}$

Przydatna może być zależność:

$\mathit{z}\mathbf{=}\frac{{\mathbf{m}}_{\mathbf{s}}}{\mathbf{g}\mathbf{R}}$

$\mathit{g}\mathit{R}\mathbf{=}\frac{\mathbf{M}}{\mathbf{w}}$

 

Oznaczenia:

C_n - stężenie normalne [N] ($\left[N\right]=\left[\frac{gR}{d{m}^3}\right]$)

z - liczba gramorównoważników substancji (gR)

V_r - objętość roztworu [dm³]

m_s - masa substancji [g]

gR - gramorównoważnik substancji

M - masa molowa (mola) substancji [g/mol] ([g])

w - wartościowość

---

Przykład 1.

Wyprowadzenie wzoru na stężenie normalne C_n.

 

X gR(s) -------------- 1 dm³(r)

z gR(s) --------------  V_r dm³(r)
------------------------------------
$$\begin{gathered} X·V_r=z·1 \\ X=\frac{z·1}{V_r} \\ X=\frac{z}{V_r} \end{gathered}$$

$X=\frac{\left[gR\right]·\left[d{m}^3\right]}{\left[d{m}^3\right]}=\left[gR\right]$

$X\Rightarrow C_n$

${\mathit{C}}_{\mathbf{n}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{z}}{{\mathbf{V}}_{\mathbf{r}}}$

---

---

Przykład 2.

Oblicz stężenie normalne 500 cm³ roztworu, w którym rozpuszczono 20 g NaOH.

Rozwiązanie:

Dane:

m_s = 20 g;

V_r = 500 cm³ = 0,5 dm³.

Szukane:

C_n = ?.

Z ukaładu okresowego pierwiastków chemicznych (UOP), lub tablic chemicznych, obliczamy masę molową NaOH.

M_NaOH = 40 g/mol.

 

Obliczenia:

Obliczamy gramorównoważnik NaOH.

Sód ma wartościowość 1, więc

 gR = 40 g/1 = 40 g.

 

 A)

Obliczamy liczbę gramorównoważników (z).

 1gR(s) -------------- 40 g(s)

 z gR(s) -------------- 20 g(s)
-------------------------------------
   z = (1 • 20)/40 = 0,5

 

Obliczamy stężenie normalne (C_n).

  X   gR(s) --------------   1   dm³(r)

 0,5 gR(s) -------------- 0,5 dm³(r)
---------------------------------------------
   X = (0,5 • 1)/0,5 = 1   ⇒  C_n

   C_n = 1 N

---

B)

Obliczamy liczbę gramorównoważników (z).

$$\begin{gathered} z=\frac{{\mathrm{m}}_{\mathrm{s}}}{\mathrm{gR}} \\ z=\frac{20}{40}=0,5 \\ z=\frac{\left[\mathrm{g}\right]}{\left[\mathrm{g}\right]}=\left[1\right]=\left(\mathrm{gR}\right) \\ z=0,5 \left(\mathrm{gR}\right) \end{gathered}$$

 

Obliczamy stężenie normalne (C_n).

$$\begin{gathered} \mathit{C}\mathit{n}\mathbf{=}\frac{\mathbf{z}}{{\mathbf{V}}_{\mathbf{r}}} \\ {C}_n=\frac{0,5}{0,5}=1 \\ {C}_n=\frac{\left[gR\right]}{\left[d{m}^3\right]}=\left[\frac{gR}{d{m}^3}\right]=\left[N\right] \\ {C}_n =\mathbf{1}\mathit{N} \end{gathered}$$

 

Odpowiedź:

Stężenie normalne tego roztworu wynosi 1 N.

---

---

Przykład 3.

Ile gramów KOH zawarte jest w 2 dm³ 2 N roztworu?

Rozwiązanie:

Dane:

C_n = 2 N

V_r = 2 dm³.

Szukane:

m_s = ?

A)

Obliczamy liczbę gramorównoważników (z).

 2 gR(s) -------------- 1 dm³(r)  ⇒ z def. C_n

 z gR(s) -------------- 2 dm³(r)
-------------------------------------
   z = (2 • 2)/1 = 4

 

Obliczamy wartość gR KOH

Masa mola KOH wynosi 56,1g, wartościowość potasu 1.

gR = 56,1/1 = 56,1 g

 

Obliczamy masę KOH (m_s).

  1 gR(s) -------------- 56,1 g(s)

  4 gR(s) --------------  m_s (s)
---------------------------------------------
   m_s = (4 • 56,1)/1 = 224,4

   m_s = 224,4 g

---

B)

Obliczamy liczbę gramorównoważników (z).

$$\begin{gathered} {\mathit{C}}_{\mathbf{n}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{z}}{{\mathbf{V}}_{\mathbf{r}}}\mathbf{ }\Rightarrow z=C_n·V_r \\ z=2·2=4 \\ z=\frac{\left(\mathrm{gR}\right)}{\left[{\mathrm{dm}}^3\right]}·\left[{\mathrm{dm}}^3\right]=\left(\mathrm{gR}\right) \\ z=4 \left(\mathrm{gR}\right) \end{gathered}$$

 

Obliczamy wartość gR KOH

Masa mola KOH wynosi 56,1g, wartościowość potasu 1.

gR = 56,1/1 = 56,1 g

 

Obliczamy masę KOH (m_s).

$$\begin{gathered} z=\frac{m_s}{gR} \Rightarrow m_s=z·gR \\ {m}_s=4·56,1=224,4 \\ {m}_s=[ ]·\left[g\right] = \left[g\right] \\ {m}_s=224,4 g \end{gathered}$$

 

Odpowiedź:

W tym roztworze zawarte jest 224,4 g KOH.

---

---

Przykład 4.

W jakiej objętości roztworu należy rozpuścić 392 g kwasu fosforowego(V), aby otrzymać 6-cio normalny roztwór?

Rozwiązanie:

Dane:

m_s = 392 g

C_n = 6 N.

Szukane:

V_r = ?

Obliczamy gramorównoważnik H₃PO₄

Masa mola kwasu wynosi 97,99 g, liczba wodorów 3.

 gR = 97,99 g/3 = 32,66 g.

A)

Obliczamy liczbę gramorównoważników (z).

 1 gR(s) -------------- 32,66  g(s)

 z gR(s) -------------- 392,00 g(s)
-------------------------------------
   z = 392,00/32,66 = 12

   z = 12

  

Obliczamy objętość roztworu (V_r).

  6 gR(s) -------------- 1 dm³(r)  ⇒ z def. C_n

  12 gR(s) --------------  V_r (r)
---------------------------------------------
   V_r = (12 • 1)/6 = 2

   V_r = ((gR) • dm³)/(gR) = [dm³]

   V_r = 2 dm³

---

B)

Obliczamy liczbę gramorównoważników (z).

$$\begin{gathered} z=\frac{{\mathrm{m}}_{\mathrm{s}}}{\left[\mathrm{gR}\right]} \\ z=\frac{392}{32,66}=12 \\ z=\frac{\left[\mathrm{g}\right]}{\left[\mathrm{g}\right]}=\left[1\right]=\left(\mathrm{gR}\right) \\ z=12 \left(gR\right) \end{gathered}$$

 

Obliczamy objętość roztworu (V_r).

 

$$\begin{gathered} {\mathit{C}}_{\mathbf{n}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{z}}{{\mathbf{V}}_{\mathbf{r}}} \Rightarrow V_r=\frac{z}{C_n} \\ {V}_r=\frac{12}{6}=2 \\ {V}_r=\frac{\left(\mathrm{gR}\right)}{{\displaystyle \frac{\left(\mathrm{gR}\right)}{\left[{\mathrm{dm}}^3\right]}}}=\left[{\mathrm{dm}}^3\right] \\ {V}_r=\mathbf{2}\mathbf{ }{\mathbf{dm}}^{\mathbf{3}} \end{gathered}$$

 

Odpowiedź:

 

Kwas ten należy rozpuścić w 2 dm³ roztworu.