2015-01-21
13178
Растворами называются гомогенные системы переменного состава, состоящие из двух или большего числа компонентов и продуктов их взаимодействия.
Под компонентами подразумеваются растворенные вещества и растворитель.
Важнейшей характеристикой раствора является концентрация.
Относительное содержание растворенного вещества в растворе можно выразить через размерные величины - концентрации и безразмерные - доли.
В зависимости от целей использования раствора применяют различные способы выражения концентрации, основные из которых рассмотрены ниже.
1. Массовая доля и процентная концентрация
Массовой долей (ω) называется отношение массы растворенного вещества к массе раствора:
где тв - масса растворенного вещества, г; m(p-pa)- масса раствора, г.
При выражении этой величины в процентах она называется
процентной концентрацией:
2. Молярная концентрация (молярность)
Молярная концентрация (См)- это отношение количества (числа молей) вещества к объему раствора, выраженному в литрах.
|
|
|
|
|
Так как
- количество вещества (моль), то:
|
где См - молярная концентрация раствора, моль/л;
тв - масса растворенного вещества, г;
Мв - молярная масса растворенного вещества, г/моль; Vр-ра - объем раствора, л.
3. Молярная концентрация эквивалента (нормальность)
Нормальность (Сн) - это количество эквивалентов растворенного вещества, содержащееся в 1 литре раствора:
|
|
- количество эквивалентов вещества, моль.
|
то
где сн - нормальность раствора, моль/л;
ть - масса растворенного вещества, г;
fэкв - фактор эквивалентности;
Мэкв - молярная масса эквивалента, моль/л; Vр-ра - объем раствора, л.
|
| 4. Моляльная концентрация (моляльность) |
| Моляльная концентрация (Cm) определяется числом молей растворенного вещества в 1000 граммах (1 кг) растворителя: |
где тв - масса растворенного вещества, г;
Mв - молярная масса растворенного вещества, г/моль; mр-теля - масса растворителя, г.
5. Титр раствора
Титр раствора (7) определяется массой растворенного вещества в 1 мл раствора:
где Т —титр раствора, г/мл;
тв - масса растворенного вещества, г; Vр-ра — объем раствора, мл.
Экспериментальная часть
Опыт 1. Приготовление раствора соляной кислоты заданной концентрации
Раствор готовится разбавлением более концентрированного раствора исходной кислоты.
Для определения концентрации раствора исходной соляной кислоты измерьте ареометром ее плотность (ρ, г/см). Для этого кислоту налейте в цилиндр, опустите в нее ареометр. Отметьте деление шкалы ареометра, совпадающее с нижним мениском жидкости в цилиндре. Это и есть плотность раствора. Пользуясь табл. 1, определите процентную концентрацию исходной соляной кислоты (ωисх, %).
|
|
|
Далее рассчитайте (с точностью до десятых долей миллилитра) объем исходной кислоты, необходимый для приготовления 100 мл раствора с концентрацией, указанной преподавателем. Проверьте правильность расчета, показав его преподавателю.
Раствор готовится в мерной колбе объемом 100 мл. Мерную колбу примерно наполовину заполните дистиллированной водой.
| пипетку и пере- |
Отберите вычисленный объем исходной кислоты в
несите кислоту в мерную колбу. Аккуратно доведите объем раствора до риски дистиллированной водой. Закройте колбу пробкой и, придерживая пробку пальцем, тщательно перемешайте, переворачивая колбу 8-10 раз вверх дном так, чтобы воздушный пузырь перемещался через всю колбу.
Плотность
Таблица 1 растворов некоторых кислот и оснований при 20°С
| Массовая доля, % | Н2SO4 | HNO3 | HCI | NaOH | NH3 |
| 1.012 | 1,009 | 1.008 | 1,021 | 0.990 | |
| 1,025 | 1,020 | 1,018 | 1,043 | 0,981 | |
| 1,038 | 1,031 | 1,023 | 1,065 | 0,973 | |
| 1,052 | 1,043 | 1,038 | 1,087 | 0,965 | |
| 1,066 | 1,054 | 1,047 | 1,109 | 0,958 | |
| 1,080 | 1,066 | 1,057 | 1,131 | 0,950 | |
| 1,095 | 1,078 | 1,069 | 1,153 | 0,943 | |
| 1,109 | 1,090 | 1,078 | 1,175 | 0,936 | |
| 1,124 | 1,103 | 1,088 | 1,197 | 0,930 | |
| 1,139 | 1,115 | 1,098 | 1,219 | 0,923 | |
| 1,155 | 1,128 | 1,108 | 1,241 | 0,916 | |
| 1,170 | 1,140 | 1,119 | 1,263 | 0,910 | |
| 1,186 | 1,153 | 1,129 | 1,285 | 0,904 | |
| 1,202 | 1,167 | 1,139 | 1,306 | 0,898 | |
| 1,219 | 1,180 | 1,149 | 1,328 | 0,892 | |
| 1,235 | 1,193 | 1,158 | 1,349 | 0,886 | |
| 1,252 | 1,207 | 1,169 | 1,370 | ||
| 1,268 | 1,221 | 1,179 | 1,390 | ||
| 1,286 | 1,234 | 1,189 | 1,410 | ||
| 1,303 | 1,246 | 1,198 | 1,430 | ||
| 1,321 | 1,259 | 1,449 | |||
| 1,337 | 1,272 | 1,469 | |||
| 1,357 | 1,285 | 1,487 | |||
| 1,376 | 1,298 | 1,507 | |||
| 1,395 | 1,310 | 1,525 | |||
| 1,415 | 1,322 | 1,543 | |||
| 1,435 | 1,334 |
Опыт 2. Определение концентрации кислоты методом титрования
Перед началом титрования бюретку сполосните раствором щелочи, выданным для работы. Нормальность раствора щелочи указана на этикетке склянки.
Заполните бюретку щелочью несколько выше нулевого деления. Установите уровень щелочи (по нижнему мениску) на нулевом делении бюретки. Если нулевая отметка находится значительно выше уровня глаз, титрование можно вести от другого деления, например от 10 мл.
Проведите ориентировочное титрование. Для этого в пипетку с помощью груши наберите 10 мл (аликвотную часть) приготовленного раствора кислоты. Из пипетки кислоту вылейте в коническую колбу для титрования, внесите туда 2-3 капли индикатора фенолфталеина. Из бюретки по каплям прилейте щелочь, постоянно перемешивая содержимое колбы кругообразными движениями. Титрование проведите на белом фоне, подложив под колбу лист белой бумаги. Как только раствор станет от прибавления одной капли щелочи бледно-розовым, добавление щелочи прекратите и запишите объем щелочи, пошедший на титрование.
Титрование надо будет повторить еще два раза. Каждый раз перед титрованием новой пробы кислоты подливайте щелочь в бюретку до нулевой отметки или до того уровня, с которого начали титровать в первом опыте. После каждого титрования объем щелочи с точностью до десятых долей миллилитра записывайте в таблицу. Эти объемы не должны отличаться более чем на 0,1 мл. Если результаты титрования отличаются на большую величину, титрование следует повторить.
Рассчитайте нормальную концентрацию приготовленного раствора кислоты, используя закон эквивалентов: вещества взаимодействуют друг с другом в эквивалентных количествах, т. е. число эквивалентов щелочи, пошедшее на титрование (Nщ), равно числу эквивалентов кислоты, взятой для анализа (NK):
Nщ=NK.
Число эквивалентов растворенного вещества в данном объеме раствора (V) равно произведению объема раствора на его нормальность, т. е.
N=V-CН,
где V- объем раствора, л;
Сн - нормальность раствора, моль/л. Тогда:
|
|
|
отсюда:
где Сн(к) и Сн(щ) - нормальные концентрации кислоты и щелочи, моль/л;
Vщ - средний объем щелочи, пошедший на титрование, л;
VK - объем кислоты, взятый для титрования (объем пипетки), л.
Расчет концентрации кислоты произведите с точностью до
четвертого знака после запятой.
При оформлении результатов опыта:
1. Запишите плотность (рисх) и процентную концентрацию (ωиех, %) исходного раствора.
2. Приведите расчет объема исходной кислоты (Vисх), необходимого для приготовления заданного раствора,
3. Запишите объем кислоты, взятый для титрования (объем пипетки, Vк), нормальность раствора щелочи Сн(щ). Затем заполните табл. 2.
Таблица 2
Результаты титрования
| Объем кислоты, взятый для титрования, Vk, мл | Объем щелочи, пошедший на каждое титрование, Vщ, мл | 1 Средний объем щелочи, Vщ ср, мл | ||
| i ■.. — |
Опыт 3. Приготовление раствора соли с заданной массо
вой долей (ω соли, %)
Получите у преподавателя задание. Рассчитайте, сколько
граммов соли и какой объем воды потребуются для приготовления
100 мл раствора соли заданной концентрации.
Взвесьте на лабораторных весах нужное количество соли и высыпьте ее в мерную колбу, предварительно налив в нее небольшой объем воды. Затем дистиллированной водой доведите объем раствора в колбе до метки (воду необходимо приливать постепенно, все время перемешивая раствор). Приготовленный раствор из колбы отлейте в цилиндр и измерьте ареометром его плотность. По плотности с помощью табл. 3 определите массовую долю соли в приготовленном растворе. (Совпадает ли она с рассчитанной вами?)
Таблица 3 Плотность растворов некоторых солей при 20°С
| Массовая доля, % | NaCl | KCl | NH4C1 | Na2S04 | (NH4)2SO4 | A12(S04)3 | Na2SO4.10H2O |
| 1,007 | 1,05 | 1,01 | 1,007 | 1,004 | 1,009 | 1,004 | |
| 1,014 | 1,011 | 1,004 | 1,016 | 1,010 | 1,019 | 1,008 | |
| 1,022 | 1,017 | 1,008 | 1,026 | 1,016 | 1,029 | 1,012 | |
| 1,029 | 1,024 | 1,011 | 1,035 | 1,022 | 1,040 | 1,016 | |
| 1,036 | 1,030 | 1,014 | 1,044 | 1,028 | 1,050 | 1,020 | |
| 1,044 | 1,037 | 1,017 | 1,053 | 1.034 | 1,061 | 1,024 | |
| 1,051 | 1,043 | 1,020 | 1,063 | 1.040 | 1,072 | 1,028 | |
| 1,058 | 1,050 | 1,023 | 1,072 | 1,046 | 1,083 | 1,032 | |
| 1,065 | 1,056 | 1,026 | 1,082 | 1,051 | 1,094 | 1,036 | |
| 1,073 | 1,063 | 1,029 | 1,091 | 1,057 | 1,105 | 1,040 | |
| И | 1,081 | 1,070 | 1,031 | 1,101 J | 1,063 | 1,117 | 1,044 |
| 1,089 | 1,077 | 1,034 | 1,111 | 1,06 | 1,129 | 1,048 | |
| 1,096 | 1,083 | 1,037 | 1,121 | 1,075 | 1,140 | 1,052 | |
| 1,104 | 1,090 | 1,040 | 1,131 | 1,081 | 1,152 | 1,056 | |
| 1,119 | 1,104 | 1,046 | 1,141 | 1,092 | 1,176 | 1,064 | |
| 1,135 | 1,113 | 1,051 | 1,104 | 1,201 | 1,072 | ||
| 1,143 | 1,126 | 1,054 | 1,109 | 1,213 | 1,077 | ||
| 1,151 | 1.133 | 1,057 | 1,115 | 1,226 | 1,081 | ||
| 1,159 | 1,140 | 1,059 | 1,121 | 1,239 | 1,085 | ||
| 1,062 | 1,127 | 1,252 | |||||
| 1,067 | 1,257 | ||||||
| 1,073 | 1,306 | ||||||
| 1,333 |
Рассчитайте молярную, нормальную концентрации и титр приготовленного раствора. Результаты опыта сведите в табл. 4.
|
|
|
Таблица4
Результаты опыта приготовления раствора соли
| Масса, г | Плотность раствора, р, г/мл | Концентрация Приготовленного раствора соли | ||
| соли | воды | молярная, См, моль/л | нормальная, Сн, моль/л | титр, г/мл |
Задания для самоконтроля
1. Содержание сульфата железа (II) в растворе (пл. 1,122 г/см)
составляет 12%. Вычислите молярную концентрацию и молярную
концентрацию эквивалента сульфата железа (И) в растворе.
2. На нейтрализацию 50 мл раствора КОН пошло 10 мл 0,8н раствора НС1. Рассчитайте нормальность раствора щелочи.
3. Для приготовления 0,025М раствора хлорида кальция используют СаСl2 в ампулах с массовой долей 0,45% (пл. 1,04 г/см).
Сколько мл этого раствора необходимо для приготовления 500 мл 0,02 5М раствора?
