При приготовлении растворов процентной концентрации вещество отвешивают на техно-химических весах, а жид- I кости отмеривают мерным цилиндром. Поэтому навеску! вещества рассчитывают с точностью до 0,1 г, а объем 1 жидкости с точностью до 1 мл.
Прежде чем приступить к приготовлению раствора, | необходимо произвести расчет, т. е. рассчитать количество растворяемого вещества и растворителя для приготовления определенного количества раствора заданной концентрации.
РАСЧЕТЫ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ
Пример 1. Надо приготовить 500 г 5% раствора нитЯ рата калия. 100 г такого раствора содержат 5 г KN0 3 ;1 Составляем пропорцию:
100 г раствора-5 г KN0 3
500 » 1 - х » KN0 3
5-500 „_ х= -jQg- = 25 г.
Воды нужно взять 500-25 = 475 мл.
Пример 2. Надо приготовить 500 г 5% раствора СаСЬ из соли СаС1 2 -6Н 2 0. Вначале производим расчет для безводной соли.
100 г раствора-5 г СаС1 2 500 » » -х » СаС1 2 5-500 _ х= 100 = 25 г —
Мольная масса СаС1 2 = 111, мольная масса СаС1 2 - 6Н 2 0 = 219*. Следовательно, 219 г СаС1 2 -6Н 2 0 содержат 111 г СаС1 2 . Составляем пропорцию:
219 г СаС1 2 -6Н 2 0-111 г СаС1 2
х » СаС1 2 -6Н 2 0- 26 » CaCI,
219-25 х = -jjj- = 49,3 г.
Количество воды равно 500-49,3=450,7 г, или 450,7 мл. Так как воду отмеривают мерным цилиндром, то десятые доли миллилитра в расчет не принимают. Следовательно, нужно отмерить 451 мл воды.
РАСЧЕТЫ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ РАСТВОРОВ КИСЛОТ
При приготовлении растворов кислот необходимо учитывать, что концентрированные растворы кислот не являются 100% и содержат воду. Кроме того, нужное количество кислоты не отвешивают, а отмеривают мерным цилиндром.
Пример 1. Нужно приготовить 500 г 10% раствора соляной кислоты, исходя из имеющейся 58% кислоты, плотность которой d=l,19.
1. Находим количество чистого хлористого водорода, которое должно быть в приготовленном растворе кислоты:
100 г раствора -10 г НС1 500 » » - х » НС1 500-10 * = 100 = 50 г —
* Для расчета растворов процентной концентрации мольную, массу округляют до целых чисел.
2. Находим количество граммов концентрированной }
кислоты, в котором будет находиться 50 г НС1:
100 г кислоты-38 г НС1 х » » -50 » НС1 100 50
X gg— » = 131 ,6 Г.
3. Находим объем, который занимает это количество 1
кислоты:
V — - — 131 ‘ 6 110 6 щ
4. Количество растворителя (воды) равно 500-;
-131,6 = 368,4 г, или 368,4 мл. Так как необходимое ко-
личество воды и кислоты отмеривают мерным цилинд-
ром, то десятые доли миллилитра в расчет не принима-
ют. Следовательно, для приготовления 500 г 10% раство-
ра соляной кислоты необходимо взять 111 мл соляной I
кислоты и 368 мл воды.
Пример 2. Обычно при расчетах для приготовления кислот пользуются стандартными таблицами, в которых указаны процент раствора кислоты, плотность данного раствора при определенной температуре и количество граммов этой кислоты, содержащееся в 1 л раствора данной концентрации (см. приложение V). В этом случае расчет упрощается. Количество приготовляемого раствора кислоты может быть рассчитано на определенный объем.
Например, нужно приготовить 500 мл 10% раствора соляной кислоты, исходя из концентрированного 38% j раствора. По таблицам находим, что 10% раствор соляной кислоты содержит 104,7 г НС1 в 1 л раствора. Нам I нужно приготовить 500 мл, следовательно, в растворе должно быть 104,7:2 = 52,35 г НО.
Вычислим, сколько нужно взять концентрированной I кислоты. По таблице 1 л концентрированной НС1 содержит 451,6 г НС1. Составляем пропорцию: 1000 мл-451,6 г НС1 х » -52,35 » НС1
1000-52,35 х = 451,6 =»5 мл.
Количество воды равно 500-115 = 385 мл.
Следовательно, для приготовления 500 мл 10% раствора соляной кислоты нужно взять 115 мл концентрированного раствора НС1 и 385 мл воды.
Растворы
Приготовление растворов солей
Техника определения концентрации растворов.
Определение концентрации денсиметрией
Определение концентрации титриметрически.
Основные понятия и термины титриметрического анализа.
Схема титриметрического определения.
Шесть правил титрования.
Условия титриметрического определения концентрации вещества
Приготовление титрованного раствора по точной навеске исходного вещества
Установка титра раствора при помощи установочного вещества
Вычисления в объемном анализе.
Список использованной литературы
РАСТВОРЫ
1. Понятие растворы и растворимость
Как в качественном, так и в количественном анализе основная работа проводится с растворами. Обычно, употребляя название «раствор», мы имеем в виду истинные растворы. В истинных растворах растворенное вещество в виде отдельных молекул или ионов распределено среди молекул растворителя.
Раство́р - гомогенная (однородная) смесь, состоящая из частиц растворённого вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия. При растворении твердого вещества в воде или другом растворителе молекулы поверхностного слоя переходят в растворитель и в результате диффузии распределяются по всему объему растворителя, затем в растворитель переходит новый слой молекул и т. д. Одновременно с растворителем происходит и обратный процесс - выделение молекул из раствора. Чем выше концентрация раствора, тем в большей степени будет происходить этот процесс. Повышая концентрацию раствора, не меняя других условий, мы достигаем состояния, при котором за единицу времени из раствора будет выделяться столько же молекул растворенного вещества, сколько и растворяться. Такой раствор называется насыщенным. Если добавить к нему хотя бы небольшое количество растворенного вещества, оно останется нерастворенным.
Раствори́мость - способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы - растворы, в которых вещество находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц. Количество вещества в насыщенном растворе определяет растворимость вещества при данных условиях. Растворимость различных веществ в тех или иных растворителях различна. В определенном количестве каждого растворителя может быть растворено не более определенного количества данного вещества. Растворимость выражают количеством граммов веществав 100 г растворителя в насыщенном растворе, при данной температуре. По способности растворяться в воде вещества делят на:1)хорошо растворимые (едкий натр, сахар); 2)малорастворимые (гипс, бертолетова соль); 3) практически нерастворимые (сульфит меди). Практически нерастворимые вещества часто называют нерастворимыми, хотя абсолютно нерастворимых веществ нет. «Нерастворимыми обычно называют такие вещества, растворимость которых чрезвычайно мала (1вес.ч. вещества растворяется в 10000 частей растворителя).
Обычно растворимость твердых веществ увеличивается с повышением температуры. Если приготовить при нагревании раствор, близкий к насыщенному, а затем быстро, но осторожно охладить его, образуется так называемый пересыщенный раствор. Если в такой раствор бросить кристаллик растворенного вещества или перемешать его, то из раствора начнут выпадать кристаллы. Следовательно, в охлажденном растворе вещества содержится больше, чем это возможно для насыщенного раствора при данной температуре. Поэтому при внесении кристалла растворенного вещества весь излишек вещества выкристаллизовывается.
Свойства растворов всегда отличаются от свойств растворителя. Раствор кипит при более высокой температуре, чем чистый растворитель. Температура замерзания, наоборот, у раствора ниже, чем у растворителя.
По характеру растворителя растворы делятся на водные и неводные. К последним принадлежат растворы веществ в таких органических растворителях, как спирт, ацетон, бензол, хлороформ и т. д.
Растворы большинства солей, кислот, щелочей готовятся водные.
2. Способы выражения концентрации растворов. Понятие грамм- эквивалента.
Каждый раствор характеризуется концентрацией растворенного вещества: количеством вещества, содержащегося в определенном количестве раствора. Концентрация растворов может выражаться в процентах, в молях на 1 л раствора, в эквивалентах на 1 л раствора и титром.
Концентрацию веществ в растворах можно выразить разными способами.:
Массовая доля растворённого вещества w(B) - это безразмерная величина, равная отношению массы растворённого вещества к общей массе раствора m
или иначе называют: процентная концентрация раствора - определяется количеством граммов вещества в 100 г раствора. Например, 5% раствор содержит 5 г вещества в 100 г раствора, т. е. 5 г вещества и 100-5 = 95 г растворителя.
Молярная концентрация C(B) показывает, сколько моль растворённого вещества содержится в 1 литре раствора.
C(B) = n(B) / V = m(B) / (M(B) · V),
где М(B) - молярная масса растворенного вещества г/моль.
Молярная концентрация измеряется в моль/л и обозначается "M". Например, 2 M NaOH - двумолярный раствор гидроксида натрия; одномолярные (1 М) растворы содержат 1 моль вещества в 1 л раствора, двумолярные (2 М) - 2 моля в 1 л и т. д.
Для того чтобы установить, какое количество граммов данного вещества находится в 1 л раствора заданной молярной концентрации, необходимо знать его мольную массу, т. е. массу 1 моля. Мольная масса вещества, выраженная в граммах, численно равна молекулярной массе данного вещества. Например, молекулярная масса NaCl равна 58, 45, следовательно, мольная масса тоже равна 58, 45 г. Таким образом, 1 М раствор NaCl содержит 58, 45 г хлорида натрия в 1 л раствора.
Нормальность раствора обозначает число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора или число миллиграмм-эквивалентов в одном миллилитре раствора.
Грамм - эквивалентом
вещества называется количество граммов вещества, численно равное его эквиваленту.
Эквивалент сложного вещества - называют такое его количество, которое в данной реакции соответствует (эквивалентно) 1 молю водорода.
Фактор эквивалентности определяется:
2) конкретной химической реакцией.
а) в обменных реакциях;
Величина эквивалента кислот определяется числом атомов водорода, которые могут быть замещены в молекуле кислоты на атомы металла.
Пример 1. Определить эквивалент для кислот: а) НСl, б) Н 2 SO 4 , в) Н 3 РО 4 ; г) Н 4 .
Решение.
В случае многоосновных кислот эквивалент зависит от конкретной реакции:
а) H 2 SO 4 + 2KOH → K 2 SO 4 + 2H 2 O.
в этой реакции в молекуле серной кислоты замещается два атома водорода, следовательно, Э= М.М/2
б) H 2 SO 4 + KOH → KHSO 4 + H 2 O.
В этом случае в молекуле серной кислоты замещается один атом водорода Э= М.М/1
Для фосфорной кислоты, в зависимости от реакции, значения а) Э= М.М/1
б) Э= М.М/2 в) Э= М.М/3
ОСНОВАНИЯ
Эквивалент основания определяется числом гидроксильных групп, которые могут быть замещены на кислотный остаток.
Пример 2. Определить эквивалент оснований: а) КОН; б) Cu(OH) 2 ;
Решение.
Значения эквивалента солей определяются по катиону.
Величина на которую должна быть разделена М.Мв случае солей равна q·n , где q – заряд катиона металла, n – число катионов в формуле соли.
Пример 3. Определить эквивалент солей: а) KNO 3 ; б) Na 3 PO 4 ; в) Cr 2 (SO 4) 3;
Решение.
а) q·n = 1 б) 1·3 = 3 в) z = 3·2 = 6, г) z = 3·1 = 3
Значение факторов эквивалентности для солей зависит также и от
реакции, аналогично зависимости его для кислот и оснований.
б) в окислительно-восстановительных реакциях для определения
эквивалента используют схему электронного баланса.
Величина на которую должна быть разделена М.М для вещества в этом случае равно числу принятых или отданных электронов молекулой вещества.
К 2 Cr 2 O 7 + HCl → CrCl 3 + Cl 2 + KCl + H 2 O
для прямой 2Сr +6 +2·3 е →2Cr 3+
реакции 2Cl - - 2·1 е →Cl 2
для обратной 2Cr+3-2·3 е →Cr +6
реакции Cl2-2 е →2Cl
(K 2 Cr 2 O 7)=1/6
(Cr)=1/3 (HCl)=1 (Cl)=1) (Cl2)=1/2 (Cl)=1
Нормальная концентрация обозначается буквой N (в расчетных формулах) или буквой «н» - при обозначении концентрации данного раствора. Если в 1л раствора содержится 0,1 эквивалента вещества, он называется децинормальным и обозначается 0,1 н. Раствор, содержащий 0,01 эквивалента вещества в 1 л раствора, называется сантинормальным и обозначается 0,01 н. Поскольку эквивалент является тем количеством любого вещества, которое в данной реакции. соответствует 1 молю водорода, очевидно, эквивалент любого вещества должен в данной реакции соответствовать эквиваленту всякого другого вещества. А это означает, что в любой реакции вещества реагируют в эквивалентных количествах.
Титрованными называют растворы, концентрация которых выражается титром, т. е. количеством граммов вещества, растворенного в 1 мл раствора. Очень часто в аналитических лабораториях титры раствора пересчитывают непосредственно на определяемое вещество. Тогда титр раствора показывает, какому количеству граммов определяемого вещества соответствует 1 мл данного раствора.
Для приготовления растворов молярной и нормальной концентрации навеску вещества отвешивают на аналитических весах, а растворы готовятся в мерной колбе. При приготовлении растворов кислот нужный объем концентрированного раствора кислоты отмеряют бюреткой со стеклянным краном.
Навеска растворяемого вещества подсчитывается с точностью до четвертого десятичного знака, а молекулярные массы берутся с точностью, с которой они приведены в справочных таблицах. Объем концентрированной кислоты подсчитывается с точностью до второго десятичного знака.
При приготовлении растворов процентной концентрации вещество отвешивают на техно-химических весах, а жидкости отмеривают мерным цилиндром. Поэтому навеску вещества рассчитывают с точностью до 0,1 г, а объем 1 жидкости с точностью до 1 мл.
Прежде чем приступить к приготовлению раствора, необходимо произвести расчет, т. е. рассчитать количество растворяемого вещества и растворителя для приготовления определенного количества раствора заданной концентрации.
3. Расчеты при приготовлении растворов солей
Пример 1. Надо приготовить 500 г 5% раствора нитрата калия. 100 г такого раствора содержат 5 г KN0 3 ; Составляем пропорцию:
100 г раствора-5 г KN0 3
500 » - х » KN0 3
5*500/100 = 25 г.
Воды нужно взять 500-25 = 475 мл.
Пример 2. Надо приготовить 500 г 5% раствора СаСI из соли СаС1 2 .6Н 2 0. Вначале производим расчет для безводной соли.
100 г раствора-5 г СаС1 2
500 » » - х г СаС1 2
5*500/ 100 = 25 г
Мольная масса СаС1 2 = 111, мольная масса СаС1 2 6Н 2 0 = 219. Следовательно,
219 г СаС1 2 *6Н 2 0 содержат 111 г СаС1 2 . Составляем пропорцию:
219 г СаС1 2 *6Н 2 0 -- 111 г СаС1 2
х » СаС1 2 -6Н 2 0- 25 » CaCI 2 ,
219*25/ 111= 49,3 г.
Количество воды равно 500-49,3=450,7 г, или 450,7 мл. Так как воду отмеривают мерным цилиндром, то десятые доли миллилитра в расчет не принимают. Следовательно, нужно отмерить 451 мл воды.
4. Расчеты при приготовлении растворов кислот
При приготовлении растворов кислот необходимо учитывать, что концентрированные растворы кислот не являются 100% и содержат воду. Кроме того, нужное количество кислоты не отвешивают, а отмеривают мерным цилиндром.
Пример 1. Нужно приготовить 500 г 10% раствора соляной кислоты, исходя из имеющейся 58% кислоты, плотность которой d=l,19.
1. Находим количество чистого хлористого водорода, которое должно быть в приготовленном растворе кислоты:
100 г раствора -10 г НС1
500 » » - х » НС1
500*10/100= 50 г
Для расчета растворов процентной концентрации мольную массу округляют до целых чисел.
2. Находим количество граммов концентрированной кислоты, в котором будет находиться 50 г НС1:
100 г кислоты-38 г НС1
х » » - 50 » НС1
100 50/38 = 131,6г.
3. Находим объем, который занимает это количество кислоты:
V = 131,6/ 1,19= 110, 6 мл. (округляем до111)
4. Количество растворителя (воды) равно 500-131,6 = 368,4 г, или 368,4 мл. Так как необходимое количество воды и кислоты отмеривают мерным цилиндром, то десятые доли миллилитра в расчет не принимают. Следовательно, для приготовления 500 г 10% раствора соляной кислоты необходимо взять 111 мл соляной кислоты и 368 мл воды.
Пример 2. Обычно при расчетах для приготовления кислот пользуются стандартными таблицами, в которых указаны процент раствора кислоты, плотность данного раствора при определенной температуре и количество граммов этой кислоты, содержащееся в 1 л раствора данной концентрации. В этом случае расчет упрощается. Количество приготовляемого раствора кислоты может быть рассчитано на определенный объем.
Например, нужно приготовить 500 мл 10% раствора соляной кислоты, исходя из концентрированного 38% раствора. По таблицам находим, что 10% раствор соляной кислоты содержит 104,7 г НС1 в 1 л раствора. Нам нужно приготовить 500 мл, следовательно, в растворе должно быть 104,7:2 = 52,35 г Н С1.
Вычислим, сколько нужно взять концентрированной кислоты. По таблице 1 л концентрированной НС1 содержит 451,6 г НС1. Составляем пропорцию:
1000 мл-451,6 г НС1
Х мл - 52,35 » НС1
1000*52,35/ 451,6 =115,9 мл.
Количество воды равно 500-116 = 384 мл.
Следовательно, для приготовления 500 мл 10% раствора соляной.кислоты нужно взять 116 мл концентрированного раствора НС1 и 384мл воды.
Пример 1. Сколько граммов хлорида бария необходимо для приготовления 2 л 0,2 М раствора?
Решение. Молекулярная масса хлорида бария равна 208,27. Следовательно. 1л 0,2 М раствора должен содержать 208,27*0,2= = 41,654 г ВаСI 2 . Для приготовления 2 л потребуется 41,654*2 = 83,308 г ВаСI 2 .
Пример 2. Сколько граммов безводной соды Na 2 C0 3 потребуется для приготовления 500 мл 0,1 н. раствора?
Решение. Молекулярная масса соды равна 106,004; эквивалентная масса Na 2 C0 3 =М: 2 = 53,002; 0,1 экв. = 5,3002 г.
1000 мл 0,1 н. раствора содержат 5,3002 г Na 2 C0 3
500 »» » » » х
» Na 2 C0 3
х= 2,6501 г Na 2 C0 3 .
Пример 3. Сколько концентрированной серной кислоты (96%: d=l,84) требуется для приготовления 2 л 0,05 н. раствора серной кислоты?
Решение. Молекулярная масса серной кислоты равна 98,08. Эквивалентная масса серной кислоты Н 2 so 4 =М: 2=98,08: 2 = 49,04 г. Масса 0,05 экв. = 49,04*0,05 = 2,452 г.
Найдем, сколько H 2 S0 4 должно содержаться в 2 л 0,05 н. раствора:
1 л-2,452 г H 2 S0 4
2 »- х » H 2 S0 4
х = 2,452*2 = 4,904 г H 2 S0 4 .
Чтобы определить, сколько для этого надо взять 96,% раствора H 2 S0 4 , составим пропорцию:
в 100 г конц. H 2 S0 4 -96 г H 2 S0 4
У » » H 2 S0 4 -4,904 г H 2 S0 4
У= 5,11 г H 2 S0 4 .
Пересчитываем это количество на объем:5,11:1.84=2.77
Таким образом, для приготовления 2 л 0,05 н. раствора надо взять 2,77 мл концентрированной серной кислоты.
Пример 4. Вычислить титр раствора NaOH, если известно, что его точная концентрация равна 0,0520 н.
Решение. Напомним, что титром называется содержание в 1 мл раствора вещества в граммах. Эквивалентная масса NaOH=40. 01 г Найдем, сколько граммов NaOH содержится в 1 л данного раствора:
40,01*0,0520 = 2,0805 г.
1итр раствора содержит 1000мл.
Т=0,00208 г/мл. Можно воспользоваться также формулой:
Т=Э N/1000 г/л
где Т - титр, г/мл; Э - эквивалентная масса; N - нормальность раствора.
Тогда титр данного раствора:40,01 0,0520/1000=0,00208 г/мл.
Пример 5 Вычислить нормальную концентрацию раствора HN0 3 , если известно, что титр данного раствора равен 0,0065 Для расчета воспользуемся формулой:
Т=Э N/1000 г/л, отсюда:
N=Т1000/Э 0,0065.1000/ 63,05= 0,1030 н.
Пример 6. Какова нормальная концентрация раствора, если известно, что в 200 мл этого раствора содержится 2,6501 г Na 2 C0 3
Решение.
Как было вычислено в примере 2: ЭNа 2 со 3 =53,002.
Найдем, сколько эквивалентов составляет 2,6501 г Na 2 C0 3:
2,6501: 53,002 = 0,05 экв.
Для того чтобы вычислить нормальную концентрацию раствора, составим пропорцию:
1000 » » х »
В 1 л данного раствора будет содержаться 0,25 эквивалентов, т. е. раствор будет 0,25 н.
Для такого расчета можно воспользоваться формулой:
N =Р 1000/Э V
где Р - количество вещества в граммах; Э - эквивалентная масса вещества; V - объем раствора в миллилитрах.
ЭNа 2 со 3 =53,002, тогда нормальная концентрация данного раствора
2,6501* 1000 / 53,002*200=0,25
5.Перерасчет концентрации из одного вида в другой .
В лабораторной практике часто приходится проводить пересчет концентрации имеющихся растворов из одних единиц в другие. При пересчете процентной концентрации в молярную и наоборот необходимо помнить, что процентная концентрация рассчитывается на определенную массу раствора, а молярная и нормальная - на объем, поэтому для пересчета необходимо знать плотность раствора.
Плотность раствора приводится в справочниках в соответствующих таблицах или измеряется ареометром. Если мы обозначим: С - процентная концентрация; М - молярная концентрация; N - нормальная концентрация; d - плотность раствора;Э - эквивалентная масса; m - мольная масса, то формулы для пересчета из процентной концентрации в молярную и нормальную будут следующими:
Пример 1. Какова молярная и нормальная концентрация 12% раствора сернойкислоты, плотность которого d=l,08 г/см??
Решение. Мольная масса серной кислоты равна 98. Следовательно,
Э н 2 so 4 =98:2=49.
Подставляя необходимые значения в формулы, получим:
1) молярная концентрация 12% раствора серной кислоты равна
М=12*1,08 *10/98=1,32 М;
2) нормальная концентрация 12% раствора серной кислоты равна
N = 12*1,08*10/49= 2,64 н.
Пример 2. Какова процентная концентрация 1 н. раствора соляной кислоты, плотность которого 1,013?
Решение. Мольная масса НСI равна 36,5, следовательно, Энс1= 36,5. Из приведенной выше формулы (2) получим:
следовательно, процентная концентрация 1 н. раствора соляной кислоты равна
36,5*1/ 1,013*10 =3,6%
Иногда в лабораторной практике приходится пересчитывать молярную концентрацию в нормальную и наоборот. Если эквивалентная масса вещества равна мольной массе (например, КОН), то нормальная концентрация равна молярной концентрации. Так, 1 н. раствор соляной кислоты будет одновременно 1 М раствором. Однако для большинства соединений эквивалентная масса не равна мольной и, следовательно, нормальная концентрация растворов этих веществ не равна молярной концентрации. Для пересчета из одной концентрации в другую мы можем пользоваться формулами:
М = (NЭ)/m ; N=M(m/Э)
Пример 3. Нормальная концентрация 1М раствора серной кислоты Ответ-2М
Пример 4, Молярная концентрация 0,5 н. раствора Na 2 CО 3 Ответ-0.25Н
При пересчете процентной концентрации в молярную и наоборот, необходимо помнить, что процентная концентрация рассчитывается на определенную массу раствора, а молярная и нормальная - на объем, поэтому для пересчета необходимо знать плотность раствора. Если мы обозначим: с - процентная концентрация; M - молярная концентрация; N - нормальная концентрация; э - эквивалентная масса, r - плотность раствора; m - мольная масса, то формулы для пересчета из процентной концентрации будут следующими:
M = (c · p · 10) / m
N = (c · p · 10) / э
Этими же формулами можно воспользоваться, если нужно пересчитать нормальную или молярную концентрацию на процентную.
Иногда в лабораторной практике приходится пересчитывать молярную концентрацию в нормальную и наоборот. Если эквивалентная масса вещества равна мольной массе (Например, для HCl, KCl, KOH), то нормальная концентрация равна молярной концентрации. Так, 1 н. раствор соляной кислоты будет одновременно 1 M раствором. Однако для большинства соединений эквивалентная масса не равна мольной и, следовательно, нормальная концентрация растворов этих веществ не равна молярной концентрации.
Для пересчета из одной концентрации в другую можно использовать формулы:
M = (N · Э) / m
N = (M · m) / Э
Закон смешения растворов
Количества смешиваемых растворов обратно пропорциональны абсолютным разностям между их концентрациями и концентрацией получившегося раствора.
Закон смешения можно выразить математической формулой:
mA/mB =С-b/а-с,
где mA,mB –количества растворов А и В, взятые для смешения;
a, b, c-соответственно концентрации растворов А и В и раствора, полученного в результате смешения. Если концентрация выражена в %, то количества смешиваемых растворов нужно брать в весовых единицах; если концентрации взяты в молях или нормалях, то количества смешиваемых растворов нужно выражать только в литрах.
Для облегчения использования правила смешивания применяют правило креста:
m1 / m2 = (w3 – w2) / (w1 – w3)
Для этого по диагонали из большего значения концентрации вычитают меньшую, получают (w 1 – w 3), w 1 > w 3 и (w 3 – w 2), w 3 > w 2 . Затем составляют отношение масс исходных растворов m 1 / m 2 и вычисляют.
Пример
Определите массы исходных растворов с массовыми долями гидроксида натрия 5% и 40%, если при их смешивании образовался раствор массой 210 г с массовой долей гидроксида натрия 10%.
5 / 30 = m 1 / (210 - m 1)
1/6 = m 1 / (210 – m 1)
210 – m 1 = 6m 1
7m 1 = 210
m 1 =30 г; m 2 = 210 – m 1 = 210 – 30 = 180 г
Основные понятия и термины титриметрического анализа.
Титрант - раствор реагента известной концентрации (стандартный раствор).
Стандартный раствор – по способу приготовления различают первичные вторичные стандартные растворы. Первичный готовят растворением точного количества чистого химического вещества в определенном количестве растворителя. Вторичный готовят приблизительной концентрации и определяют его концентрацию по первичному стандарту.
Точка эквивалентности – момент, когда в добавленном объеме рабочего раствора содержится количество вещества эквивалентное количеству определяемого вещества.
Цель титрования - точное измерение объемов двух растворов, в которых содержится эквивалентное количество вещества
Прямое титрование – это титрование определенного вещества «А» непосредственно титрантом «Б». Его применяют в том случае, если реакция между «А» и «Б» протекает быстро.
Растворы
Понятие растворы и растворимость
Способы выражения концентрации растворов. Понятие грамм- эквивалента.
Расчеты при приготовлении растворов солей и кислот
Перерасчет концентрации из одного вида в другой.
Смешение и разбавление растворов.Закон смешения растворов
Техника приготовления растворов.
Приготовление растворов солей
Приготовление растворов кислот
Приготовление растворов оснований
Приготовление рабочего раствора из фиксанала.
Продолжаем цикл статей бытовой химии;-)
По традиции начну с краткого описания приготовляемого вещества:
Соляная кислота, иначе раствор хлороводорода HCI в воде. Едкая бесцветная жидкость с резким неприятным запахом, относительно безопасна при попадании на кожу, при условии что быстро смоете большим количеством воды. Дымит во влажном воздухе. Сам хлороводород представляет собой бесцветный газ с резким запахом, легко растворимый в холодной воде и плохо - в горячей. Отсюда делаем вывод - чтобы получить соляную кислоту нужно получить хлороводород и растворить его в холодной воде, чем холоднее вода тем более концентрированная кислота получится, максимально ~ 35% по массе.
Ингредиенты для получения:
1. Серная кислота H2SO4 . Если нет концентрированной, можно использовать электролит для свинцовых аккумуляторов плотностью 1,28 или 1,40 (корректирующий).
2. Хлорид натрия (поваренная соль) лучше каменную соль, не очищенную, без каких либо добавок (йод и т.д.) В общем самую дешевую.
Получение:
1. Упаривание электролита если нет концентрированной серной кислоты. Берем электролит, наливаем в любую подходящую колбу, лучше плоскодонную коническую Эрленмеера, бросаем пару – тройку кусочков неглазурованного фарфора или просто кусочки битого красного кирпича (для спокойного кипения без выбросов пара). Колбы ставим в сковороду с речным песком и упариваем на обычной газовой плите. При этом за процессом желательно следить, как только пар, выходящий из колбы станет едким и вонючим, процесс прекращаем. Охлаждаем, переливаем в емкость для хранения. Теперь у нас есть серная кислота концентрацией 75-85%.
2. Собираем прибор для перегонки как на рисунке ниже, для этого нам понадобится колба Вюрца и большая воронка, чем больше тем лучше, желательно прозрачную, чтобы через нее было видно уровень жидкости в которую воронка погружена. Так же как и с серной кислотой колбу ставим в сковороду с песком, немного закапываем ее, но чтобы между дном сковороды и дном колбы оставалась прослойка песка, иначе лопнет. Отвод колбы соединяем с воронкой резиновым или ПВХ шлангом. Воронку опускаем в широкий плоский сосуд вверх носиком, к которому подсоединена трубка от колбы, сосуд желательно стеклянный, пройдитесь по магазинам и купите что-нибудь подходящее. Почему должен быть именно стеклянный? - Стекло хорошо проводит тепло и не разъедается кислотами. Этот сосуд ставим в таз с холодной водой и добавляем снег или лед для охлаждения первого сосуда - приемника. Помните - чем холоднее вода для кислоты тем лучше растворяется в ней хлороводород.
3. Загружаем в колбу Вюрца поваренную соль и заливаем кислотой (кислоту лучше вливать не сразу, а по частям), закрываем пробкой, наливаем в приемник воды, при том столько, что бы при засасывании ее в воронку при растворении хлороводорода она не переплеснулась в колбу Вюрца, т.е. меньше объема воронки. Нагреваем. Сначала из вод воронки будут выходить пузыри, это воздух расширяется, но потом если сильно греете может пойти и не успевший раствориться хлороводород, так что за температурой лучше следить. По этой же причине нельзя вливать всю серную кислоту сразу. Смотря как собран прибор, если герметично - можно дома, если воняет, лучше на улице или в мастерской. В результате выделяющийся хлороводород растворяется в воде в приемнике, получается кислота. Все просто.
2NaCI + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCI
Как видите процесс еще доступнее, чем с азотной кислотой, единственное что понадобится - колба Вюрца, но как вы уже наверное догадались можно воспользоваться способом для жадных и использовать обычную бутылку с пробкой и трубкой для отвода хлороводорода.
Рисунок не могу найти, самому рисовать некогда да и не в чем, выложу как откопаю.
В анализах методом нейтрализации применяют 0,1 н. и 0,5 н. точные растворы серной и соляной кислот, а в других методах анализа, например в окислительно-восстановительном, часто используют 2 н. приблизительные растворы этих кислот.
Для быстрого приготовления точных растворов удобно пользоваться фиксаналами, представляющими собой навески (0,1 г-экв или 0,01 г-экв) химически чистых веществ, взвешенные с точностью до четырех-пяти значащих цифр, находящиеся в запаянных стеклянных ампулах. При приготовлении 1 л. раствора из фиксанала получают 0,1 н. или 0,01 н. растворы. Небольшие количества растворов соляной и серной кислот 0,1 н. концентрации можно готовить из фиксаналов. Стандартные растворы, приготовленные из фиксаналов, обычно служат для установления или проверки концентрации других растворов. Фиксаналы кислот можно хранить долгое время.
Для приготовления точного раствора из фиксанала ампулу обмывают теплой водой, смывая с нее надпись или этикетку, и хорошо обтирают. Если надпись сделана краской, то ее удаляют тряпочкой, смоченной спиртом. В мерную колбу емкостью 1 л. вставляют стеклянную воронку, а в нее - стеклянный боек, острый конец которого должен быть направлен вверх. После этого ампулу с фиксаналом слегка ударяют тонким дном об острие бойка или дают ей свободно падать, чтобы дно разбилось при ударе об острие. Затем стеклянным штырем с заостренным концом разбивают тонкую стенку углубления в верхней части ампулы и дают содержащейся в ампуле жидкости вытечь. Потом ампулу, находящуюся в воронке, тщательно промывают дистиллированной водой из промывалки, после чего удаляют из воронки, промывают воронку и удаляют ее из колбы, а раствор в колбе доливают до метки дистиллированной водой, закрывают пробкой и перемешивают.
При приготовлении растворов из сухих фиксаналов (например, из фиксанала щавелевой кислоты) берут сухую воронку, чтобы содержимое ампулы можно было при легком встряхивании пересыпать в колбу. После того как вещество перенесут в колбу, промывают ампулу и воронку, растворяют вещество в воде, находящейся в колбе, и доводят объем раствора дистиллированной водой до метки.
Большие количества 0,1 н. и 0,5 н. растворов соляной и серной кислот, а также приблизительные растворы этих кислот (2 н. и др.) готовят из концентрированных химически чистых кислот. Вначале ареометром или денсиметром определяют плотность концентрированной кислоты.
По плотности в справочных таблицах находят концентрацию кислоты (содержание хлористого водорода в соляной кислоте или моногидрата в серной), выраженную в граммах на 1 л. По формулам рассчитывают объем концентрированной кислоты, необходимый для приготовления заданного объема кислоты соответствующей концентрации. Расчет проводят с точностью до двух-трех значащих цифр. Количество воды для приготовления раствора определяют по разности объемов раствора и концентрированной кислоты.
Раствор соляной кислоты готовят путем приливания в сосуд для приготовления раствора половины требуемого количества дистиллированной воды, а затем концентрированной кислоты; после перемешивания раствор доливают до полного объема оставшимся количеством воды. Частью второй порции воды ополаскивают мензурку, которой отмеривали кислоту.
Раствор серной кислоты готовят путем медленного приливания концентрированной кислоты при постоянном перемешивании (чтобы не допустить разогревания) к воде, налитой в сосуд из термостойкого стекла. При этом небольшое количество воды оставляют для ополаскивания мензурки, которой отмеривали кислоту, приливая этот остаток в раствор после его охлаждения.
Иногда для химического анализа применяют растворы твердых кислот (щавелевой, винной и др.). Эти растворы готовят растворением в дистиллированной воде навески химически чистой кислоты.
Массу навески кислоты вычисляют по формуле . Объем воды для растворения берут приблизительно равным объему раствора (если растворение ведется не в мерной колбе). Для растворения этих кислот применяют воду, не содержащую углекислого газа.
В таблице по плотности находим содержание хлористого водорода HCl в концентрированной кислоте: Г к = 315 г/л.
Рассчитываем объем концентрированного раствора соляной кислоты:
V к = 36,5N V / Т к = 36,5 0,1 10000 / 315 = 315 мл.
Количество воды, необходимое для приготовления раствора:
V H 2 O = 10000 - 115 = 9885 мл.
Масса навески щавелевой кислоты H2C2O4 2H2O:
63,03N V / 1000 = 63,03 0,1 3000 / 1000 = 12,6 г.
Установление концентрации рабочих растворов кислот можно проводить по карбонату натрия, буре, точному раствору щелочи (титрованному или приготовленному из фиксанала). При установлении концентрации растворов соляной или серной кислот по карбонату натрия или по буре пользуются методом титрования навесок или (реже) методом пипетирования. При методе титрования навесок используют бюретки емкостью 50 или 25 мл.
При установлении концентрации кислот большое значение имеет выбор индикатора. Титрование выполняют в присутствии такого индикатора, у которого переход окраски происходит в интервале pH, соответствующем точке эквивалентности для химической реакции, протекающей при титровании. При взаимодействии сильной кислоты с сильным основанием в качестве индикаторов можно использовать метиловый оранжевый, метиловый красный, фенолфталеин и другие, у которых переход окраски происходит при pH = 4?10.
При взаимодействии сильной кислоты со слабым основанием или с солями слабых кислот и сильных оснований в качестве индикаторов используют такие, у которых переход окраски происходит в кислой среде, например метиловый оранжевый. При взаимодействии слабых кислот с сильными щелочами применяют индикаторы, у которых переход окраски происходит в щелочной среде, например фенолфталеин. Концентрацию раствора нельзя определить титрованием, если при титровании взаимодействует слабая кислота со слабым основанием.
При установлении концентрации соляной или серной кислот по карбонату натрия на аналитических весах в отдельных бюксах берут три-четыре навески безводного химически чистого карбоната натрия с точностью до 0,0002 г. Для установления концентрации 0,1 н. раствора путем титрования из бюретки емкостью 50 мл масса навески должна быть около 0,15 г. Сушкой в сушильном шкафу при 150°С навески доводят до постоянной массы, а затем переносят в конические колбы емкостью 200-250 мл и растворяют в 25 мл дистиллированной воды. Бюксы с остатками карбоната взвешивают и по разности масс определяют точную массу каждой навески.
Титрование раствора карбоната натрия кислотой ведут в присутствии 1-2 капель 0,1%-ного раствора метилового оранжевого (титрование заканчивается в кислой среде) до изменения желтой окраски раствора в оранжево-желтую. При титровании полезно пользоваться раствором - «свидетелем», для приготовления которого в дистиллированную воду, налитую в такую же колбу, как и колба, в которой производится титрование, добавляют одну каплю кислоты из бюретки и столько капель индикатора, сколько его добавляют в титруемый раствор.
Объем дистиллированной воды для приготовления раствора - «свидетеля» должен быть примерно равен объему раствора в колбе в конце титрования.
Нормальную концентрацию кислоты рассчитывают по результатам титрования:
N = 1000m н / Э Na 2 CO 3 V = 1000m н / 52,99V
где m н - масса навески соды, г;
V - объем раствора кислоты (мл), израсходованный на титрование.
Из нескольких опытов берут среднюю сходящуюся величину концентрации.
Предполагаем израсходовать на титрование около 20 мл кислоты.
Масса навески соды:
52,99 0,1 20 / 1000 = 0,1 г.
Пример 4. Навеска карбоната натрия в 0,1482 г оттитрована 28,20 мл раствора соляной кислоты. Определить концентрацию кислоты.
Нормальная концентрация соляной кислоты:
1000 0,1482 / 52,99 28,2 = 0,1012 н.
При установлении концентрации раствора кислоты по карбонату натрия методом пипетирования навеску химически чистого карбоната натрия, предварительно доведенную высушиванием в сушильном шкафу до постоянной массы и взвешенную с точностью до 0,0002 г, растворяют в дистиллированной воде в откалиброванной мерной колбе емкостью 100 мл.
Величина навески при установлении концентрации 0,1 н. раствора кислоты должна быть около 0,5 г (чтобы при растворении получить примерно 0,1 н. раствор). На титрование берут пипеткой 10-25 мл раствора карбоната натрия (в зависимости от емкости бюретки) и 1-2 капли 0,1%-ного раствора метилового оранжевого.
Метод пипетирования часто применяют при установлении концентрации растворов с помощью полумикробюреток емкостью 10 мл с ценой деления 0,02 мл.
Нормальную концентрацию раствора кислоты при ее установлении методом пипетирования по карбонату натрия вычисляют по формуле:
N = 1000m н V 1 / 52,99V к V 2 ,
где m н - масса навески карбоната натрия, г;
V 1 - объем раствора карбоната, взятый на титрование, мл;
V к - объем мерной колбы, в которой производилось растворение навески карбоната;
V 2 - объем раствора кислоты, израсходованный на титрование.
Пример 5. Определить концентрацию раствора серной кислоты, если для ее установления 0,5122 г карбоната натрия было растворено в мерной колбе емкостью 100,00 мл и на титрование 15,00 мл раствора карбоната израсходовано 14,70 мл раствора кислоты (при использовании бюретки емкостью 25 мл).
Нормальная концентрация раствора серной кислоты:
1000 0,5122 15 / 52,99 100 14,7 = 0,09860 н.
При установлении концентрации серной или соляной кислот по тетраборату натрия (буре) обычно используют метод титрования навесок. Кристаллогидрат буры Na 2 B 4 O 7 10H 2 O должен быть химически чистым и перед установлением по нему концентрации кислоты его подвергают перекристаллизации. Для перекристаллизации 50 г буры растворяют в 275 мл воды при 50-60°C; раствор фильтруют и охлаждают до 25-30°C. Энергично помешивая раствор, вызывают кристаллизацию. Кристаллы отфильтровывают на воронке Бюхнера, растворяют снова и перекристаллизовывают. После фильтрования кристаллы сушат между листами фильтровальной бумаги при температуре воздуха 20°C и относительной влажности воздуха 70%; сушку проводят на воздухе или в эксикаторе над насыщенным раствором хлорида натрия. Высушенные кристаллы не должны прилипать к стеклянной палочке.
Для титрования отбирают в бюкс поочередно 3-4 навески буры с точностью до 0,0002 г и переносят их в конические колбы для титрования, растворяя каждую навеску в 40-50 мл теплой воды при энергичном взбалтывании. После перенесения каждой навески из бюкса в колбу бюкс взвешивают. По разности масс при взвешивании определяют величину каждой навески. Величина отдельной навески буры для установления концентрации 0,1 н. раствора кислоты при применении бюретки емкостью 50 мл должна быть около 0,5 г.
Титрование растворов буры кислотой ведут в присутствии 1-2 капель 0,1%-ного раствора метилового красного до изменения желтой окраски раствора в оранжево-красную или в присутствии раствора смешанного индикатора, состоящего из метилового красного и метиленового синего.
Нормальную концентрацию раствора кислоты рассчитывают по формуле:
N = 1000m н / 190,69V,
где m н - масса навески буры, г;
V - объем раствора кислоты, израсходованный на титрование, мл.
На титрование предполагается израсходовать 15 мл раствора кислоты.
Масса навески буры:
190,69 0,1 15 / 1000 = 0,3 г.
Пример 7. Найти концентрацию раствора соляной кислоты, если для титрования навески буры в 0,4952 г израсходовано 24,38 мл соляной кислоты.
1000 0,4952 / 190,624,38 = 0,1068
Установление концентрации кислоты по раствору едкого натра или едкого кали проводят путем титрования раствором кислоты раствора щелочи в присутствии 1-2 капель 0,1%-ного раствора метилового оранжевого. Однако этот метод установления концентрации кислоты менее точный, чем приведенный выше. Его обычно используют при контрольных проверках концентрации кислот. В качестве исходного раствора часто пользуются раствором щелочи, приготовленным из фиксанала.
Нормальную концентрацию раствора кислоты N 2 рассчитывают по формуле:
N 2 = N 1 V 1 / V 2 ,
где N 1 - нормальная концентрация раствора щелочи;
V 1 - объем раствора щелочи, взятый для титрования;
V 2 - объем раствора кислоты, израсходованный на титрование (средняя величина сходящихся результатов титрования).
Пример 8. Определить концентрацию раствора серной кислоты, если на титрование 25,00 мл 0,1000 н. раствора едкого натра израсходовано 25,43 мл раствора серной кислоты.
Концентрация раствора кислоты.
Приготовление растворов. Раствором называют однородные смеси двух или более веществ. Концентрацию раствора выражают по-разному:
в весовых процентах, т.е. по количеству граммов вещества, содержащегося в 100 г раствора;
в объемных процентах, т.е. по количеству единиц объема (мл) вещества в 100 мл раствора;
молярностью, т.е. количеством грамм-молей вещества, находящегося в 1 л раствора (молярные растворы);
нормальностью, т.е. количеством грамм-эквивалентов раствореного вещества в 1 л раствора.
Растворы процентной концентрации. Процентные растворы готовят как приблизительные, при этом навеску вещества отвешивают на технохимических весах, а объемы отмеривают измерительными цилиндрами.
Для приготовления процентных растворов пользуются несколькими приемами.
Пример. Необходимо приготовить 1 кг 15%-ного раствора хлористого натрия. Сколько необходимо для этого взять соли? Расчет проводится согласно пропорции:
Следовательно воды для этого необходимо взять 1000-150 = 850 г.
В тех случаях, когда надо приготовить 1 л 15%-ного раствора хлористого натрия, необходимое количество соли рассчитывают другим способом. По справочнику находят плотность этого раствора и, умножив ее на заданный объем, получают массу необходимого количества раствора: 1000-1,184 = 1184 г.
Тогда следует:
Следовательно, необходимое количество хлористого натрия различно для приготовления 1 кг и 1 л раствора. В тех случаях, когда приготовляют растворы из реактивов, содержащих в составе кристаллизационную воду, следует ее учитывать при расчете необходимого количества реактива.
Пример. Необходимо приготовить 1000 мл 5%-ного раствора Na2CO3 плотностью 1,050 из соли, содержащей кристаллизационную воду (Na2CO3-10H2O)
Молекулярная масса (вес) Na2CO3 равна 106 г, молекулярная масса (вес) Na2CO3-10H2O равна 286 г, отсюда рассчитывают необходимое количество Na2CO3-10H2O для приготовления 5%-ного раствора:
Методом разбавления растворы приготовляют следующим образом.
Пример. Необходимо приготовить 1 л 10%-ного раствора HCl из раствора кислоты относительной плотностью 1,185 (37,3%). Относительная плотность 10%-ного раствора 1,047 (по справочной таблице), следовательно, масса (вес) 1 л такого раствора равна 1000X1,047 = 1047 г. В этом количестве раствора должно содержаться чистого хлористого водорода
Чтобы определить, сколько необходимо взять 37,3%-ной кислоты, составляем пропорцию:
При приготовлении растворов путем разбавления или смешивания двух растворов для упрощения расчетов применяют способ диагональной схемы или «правило креста». На пересечении двух линий пишется заданная концентрация, а у обоих концов слева - концентрация исходных растворов, для растворителя она равна нулю.
