Приготовление растворов кислот

Лабораторная работа (10 неделя)

Теоретическая часть.

1) Молярная концентрация определяется количеством молей (грамм-молекул) вещества в 1 л раствора. Молярной концентрацией раствора (С_М) называют отношение количества растворенного вещества в молях (ν) к определенному объему этого раствора (V).

 

С_M = (ν/V) или

C_м = m_в-ва / (M_в-ва · V_р-ра)

2) Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) определяется числом эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора.

Эквивалент - это реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять или быть каким либо другим образом эквивалентна одному иону водорода в кислотно основных реакциях, или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

 

Эквивалентная масса кислоты равна ее молярной массе, деленной на основность кислоты (количество протонов, т.е. количество ионов водорода):

 

Э кислоты = Mr (кислоты)/количество водорода

 Так, для азотной кислоты HNO₃ эквивалентная масса равна ее молярной массе. Для серной кислоты эквивалентная масса равна 98:2 = 49. Для трехосновной фосфорной кислоты эквивалентная масса равна 98:3 = 32,6. Таким способом вычисляется эквивалентная масса для реакций полного обмена или полной нейтрализации.

При реакциях неполной нейтрализации и неполного обмена эквивалентная масса вещества зависит от течения реакции. Например, в реакции:

 

1) H₃PO₄ + NaOH = NaH₂PO₄+H₂O

1 моль фосфорной кислоты вступает в реакцию с 1 молем гидроксида натрия. Отсюда следует, что 1 моль гидроксида натрия эквивалентен в данной реакции 1 моль кислоты.

 

2) H₃PO₄ + 2 NaOH = Na₂HPO₄+H₂O

1 моль фосфорной кислоты вступает в реакцию с 2 молями гидроксида натрия. Отсюда следует, что 1 моль гидроксида натрия эквивалентен в данной реакции 1/2 моль кислоты.

3) H₃PO₄ + 3 NaOH = Na₃PO₄+H₂O

1 моль фосфорной кислоты вступает в реакцию с 3 молями гидроксида натрия. Отсюда следует, что 1 моль гидроксида натрия эквивалентен в данной реакции 1/3 моль кислоты.

 

Эквивалентная масса основания равна его молярной массе, деленной на число гидроксильных групп.

 

Э основания = Mr (основания)/количество ОН^-

 

Например, эквивалентная масса гидроксида натрия NaOH равна его молярной массе, а эквивалентная масса гидроксида магния Mg(OH)₂ равна 58,32:2 =29,16 г. Так вычисляется эквивалентная масса только для реакции полной нейтрализации. Для реакции неполной нейтрализации эта величина также будет зависеть от течения реакции.

 

Эквивалентная масса соли равна молярной массе соли, деленной на произведение валентности металла на число его атомов в молекуле соли

 

Эсоли = Mr (соли)/суммарный заряд катионов, участвующих в реакции (произведение валентности металла на число атомов металла)

 

 Так эквивалентная масса сульфата натрия равна 142: (1х2) = 71 г., а эквивалентная масса сульфата алюминия Аl₂(SO₄)₃ равна 342: (3х2) = 57 г. Однако если соль участвует в реакции неполного обмена, то учитывается только число атомов металла, участвующих в реакции.

 

Практическая часть.

 

Алгоритм приготовления растворов молярной концентрации соли:

 

Необходимо приготовить 1 литр 0,25 М раствора карбоната натрия (Na₂CO₃):

1) Рассчитываем молярную массу соединения

Mr (Na₂CO₃)=23*2+12+16*3=106 г/моль

2) См=m/Mr; m=Cм*Mr=0,25*106=26,5 г

3) Навеску карбоната натрия 26,5 г, взвешенную на весах, помещаем в мерную колбу вместимостью 1 литр (дм³). Растворяем навеску, доводим до метки дистиллированной водой и перемешиваем.

 

Примечание: Если требуется меньший или больший объём раствора нормальной или молярной концентрации, пропорцией можно пересчитать навеску или объём.

Например, для приготовления 1 литра мы рассчитали навеску 26,5 г, а для 0,5 литров:

1 л ________26,5 г

0,5 л ______ Х г,    Х=(0,5*26,5)/1=13,25 г

Для 2 литров:

1 л _______26,5 г

2 л _______Х г,      Х=(2*26,5)/1=53 г

 

Алгоритм приготовления растворов нормальной концентрации соли:

Необходимо приготовить 1 литр 0,25 Н раствора карбоната натрия (Na₂CO₃):

1) Рассчитываем эквивалентную массу соединения

Э(Na₂CO₃)=Mr(Na₂CO₃)/валентность Na * количество =(23*2+12+16*3)/2*1=106/2=53 г/экв

2) Сн=m/Э; m=Cн*Э=0,25*53=13,25 г

3) Навеску карбоната натрия 13,25 г, взвешенную на весах, помещаем в мерную колбу вместимостью 1 литр (дм³). Растворяем навеску, доводим до метки дистиллированной водой и перемешиваем.

 

Алгоритм приготовления растворов молярной концентрации основания:

Необходимо приготовить 1 литр 0,05 М раствора гидроксида кальция (Ca(OH)₂)

1) Рассчитываем молярную массу соединения

Mr (Ca(OH)₂)=40+16*2+1*2=74 г/моль

2) См=m/Mr; m=Cм*Mr=0,05*74=3,7 г

3) Навеску гидрооксида кальция 3,7 г, взвешенную на весах, помещаем в мерную колбу вместимостью 1 литр (дм³). Растворяем навеску, доводим до метки дистиллированной водой и перемешиваем. Щелочи растворяются в воде с выделением тепла, перед доведением раствора до метки, нужно дождаться его охлаждения.

 

Алгоритм приготовления растворов нормальной концентрации основания:

Необходимо приготовить 1 литр 0,1 Н раствора гидроксида кальция (Ca(OH)₂)

1) Рассчитываем эквивалентную массу соединения

Э (Ca(OH)₂)=Mr (Ca(OH)₂) / количество ОН^-=(40+16*2+1*2)/2=

37 г/экв

2) Сн=m/Э; m=Cн*Э=0,1*37= 3,7 г

3) Навеску гидрооксида кальция 3,7 г, взвешенную на весах, помещаем в мерную колбу вместимостью 1 литр (дм³). Растворяем навеску, доводим до метки дистиллированной водой и перемешиваем. Щелочи растворяются в воде с выделением тепла, перед доведением раствора до метки, нужно дождаться его охлаждения.

Из расчетов видно, что навеска для приготовления 0,1 Н и 0,05 М раствора гидрооксида кальция одинакова. Можно сказать, что эти растворы готовятся одинаково.

 

Приготовление растворов кислот

Растворы кислот готовят, учитывая содержание основного вещества и его плотность, для пересчета массы в объём.

Алгоритм приготовления растворов молярной концентрации кислот:

Необходимо приготовить 1 литр 2 М раствора серной кислоты  из концентрированной (H₂SO₄)

1) Рассчитываем молярную массу соединения

Mr (H₂SO₄)=1*2+32+16*4=98 г/моль

2) Измеряем плотность исходного раствора. Примем плотность 1,830 г/см³. При этой плотности содержание серной кислоты составляет 93,64 % (из справочника).

3) См=m/Mr; m=Cм*Mr=2*98=196 г

4) Расчет массы кислоты с учетом процентного содержания:

Так как кислота не 100 %, нужно пересчитать массу 93,64 % кислоты, которая будет содержать 196 г H₂SO₄

100 % * 196 г= 93,64 % * Х г,

Х = 100*196/93,64=209,31 г

5) Рассчитываем объём кислоты:

V=m/ p= 209,31/1,830=114,4 мл

6) Объём серной кислоты 114,4 мл, отмеренный цилиндром, наливают тонкой струйкой в термостойкий стакан, содержащий 300-400 мл дистиллированной воды. Реакция идет с выделением тепла поэтому раствор охлаждаем, переводим количественно в мерную колбу вместимостью 1 литр(дм³). Доводим до метки дистиллированной водой и перемешиваем.

Примечание: Для приготовления меньшего или большего количества раствора, составив пропорцию можно пересчитать и объём:

 

1 л ______114,4 мл

0,25 л ______ Х мл,          Х=(0,25*114,4)/1=28,6 мл

 

Алгоритм приготовления растворов нормальной концентрации кислот:

Необходимо приготовить 1 литр 2 Н раствора серной кислоты из концентрированной (H₂SO₄)

1) Рассчитываем эквивалентную массу соединения

Э (H₂SO₄) =Mr (H₂SO₄)/количество Н⁺=(1*2+32+16*4)/2=98/2=

49 г/экв

2) Измеряем плотность раствора. Примем плотность 1,830 г/см³. При этой плотности содержание серной кислоты составляет 93,64 % (из справочника).

3) Сн=m/Э; m=Cн*Э=2*49=98 г

4) Расчет массы кислоты с учетом процентного содержания:

Так как кислота не 100 %, нужно пересчитать массу 93,64 % кислоты, которая будет содержать 98 г H₂SO₄

100 % * 98 г= 93,64 % * Х г,

Х = 100*98/93,64=104,66 г

5) Рассчитываем объём кислоты:

V=m/ p= 104,66/1,830=57,2 мл

6) Объём серной кислоты 57,2 мл, отмеренный цилиндром, наливают тонкой струйкой в термостойкий стакан, содержащий 300-400 мл дистиллированной воды. Реакция идет с выделением тепла, поэтому раствор охлаждаем, переводим количественно в мерную колбу вместимостью 1 литр (дм³). Доводим до метки дистиллированной водой и перемешиваем.

При работе с серной кислотой следует быть осторожным, так как попадая на открытые участки кожи она вызывает химические ожоги, а при попытке смыть ее, кислота, реагируя с водой обжигает еще больше. Поэтому следует одевать защитные очки и использовать печатки, рукава халата должны быть заправлены в перчатки.