Химический практикум (стр. 7 )

определения их концентрации. Усвоить способы выражения концентрации растворов.

2.  Основы теории

Раствор – это гомогенная многокомпонентная физико-химическая система, состоящая из растворителя и растворенного вещества. Количественно состав раствора выражают концентрацией.

Отношение количества или массы вещества, содержащегося в системе, к объему или массе этой системы называют концентрацией.

Массовая доля (процентная концентрация) ω – отношение массы данного компонента в растворе () к массе всего раствора ()

.

Массовая доля выражается обычно в процентах и показывает, сколько граммов данного компонента содержится в 100 г раствора.

, (1)

где – масса растворенного вещества, г или кг; – масса раствора, г или кг; V – объем раствора, см3 или м3; ρ – плотность раствора, г/см3 или кг/м3.

Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) определяется числом эквивалентных масс растворенного вещества, содержащегося в 1 л раствора, моль/л.

, (2)

где – эквивалентная масса растворенного вещества, г/моль; V – объем раствора, л; – масса растворенного вещества в V л раствора, г.

Титр – концентрация, показывающая сколько граммов растворенного вещества (), содержится в 1 см3 раствора (1 мл) – г/см3, г/мл

, (3)

где V – объем раствора, см3 или мл.

Титр раствора можно рассчитать через известные молярную, нормальную, процентную концентрации.

Т = ( См·М) / 1000 (4)

Т = (Сн · Мэ) /1000 (5)

Т = ω %· ρ / 1000 (6)

Для точного определения концентрации растворов используют метод, основанный на титровании (объемный метод).

Объемный метод анализа основан на измерении объемов растворов, вступающих в реакцию веществ.

При титровании к раствору неизвестной концентрации, точно отмеренному пипеткой, медленно из бюретки приливают раствор известной концентрации до момента эквивалентности, который определяется по изменению окраски индикатора. В момент эквивалентности количество эквивалентных масс двух реагирующих веществ в растворе равны в соответствии с законом эквивалентов:

V1· = V2· или . (7)

Из приведенного соотношения видно, что объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальным концентрациям.

В объемном анализе используются специальная мерная посуд.

Рассмотрите вопросы:

1. Что называется раствором?

2. Какие способы выражения концентрации растворов Вы знаете?

3. Для каких веществ значения молярной и нормальной концентрации совпадают?

4. Как рассчитать эквивалентной массы кислоты, основания и соли для приготовления раствора с определенной нормальной концентрацией?

5. Что такое титрование? Какой закон используется при расчетах в реакциях между растворами веществ в объемном методе?

6. Как измеряют плотность растворов?

7. Одинаковы ли понятия плотность и концентрация раствора?

3.  Экспериментальная часть

3.1. Приготовление раствора щелочи из более концентрированного раствора и определение его концентрации титрованием.

Получите у преподавателя мерную колбу на 50мл с 20 мл исходного концентрированного раствора щелочи NaOH с известной плотностью.

3.1.1.Приготовление раствора щелочи.

Разбавить полученный раствор, приливая к нему дистиллированную воду из промывалки до метки. Последние порции воды добавлять по каплям маленькой пипеткой. Плотно закрыть колбу пробкой, тщательно перемешать приготовленный раствор, несколько раз перевертывая колбу вверх дном, зажав пробку.

3.1.2. Определение концентрации приготовленного раствора щелочи.

Сухой пипеткой отобрать из мерной колбы 5 мл приготовленного раствора. Для этого кончик пипетки опустить в раствор, верхний конец пипетки взять в рот и втягивать в себя воздух до тех пор, пока жидкость не поднимется выше метки. При этом следить за тем, чтобы носик пипетки находился в растворе.

Набрав раствор, быстро закрыть верхнее отверстие пипетки указательным пальцем, приподнять пипетку над жидкостью и, ослабив нажим пальца, слить по каплям избыток раствора обратно в колбочку до тех пор, пока уровень жидкости (нижняя граница мениска) не совпадает с меткой. Плотно закрыв пальцем верхнее отверстие пипетки, отмеренный объем раствора перенести в коническую колбочку, прибавить из промывалки примерно такой же объем воды и 2-3 капли индикатора метилового оранжевого.

ТИТРОВАНИЕ. В бюретку для титрования через воронку налить 1н раствор серной кислоты выше нулевого деления. Воронку из бюретки вынуть и довести уровень кислоты до нуля, сливая раствор по каплям через нижний конец бюретки в фарфоровый стаканчик. Отчет вести по нижнему уровню мениска (рис. в).

Провести первое (ориентировочное) титрование.

Для этого коническую колбу с раствором щелочи поставить под нижний конец бюретки для титрования и по каплям приливать раствор кислоты из бюретки, постоянно перемешивая раствор в колбе круговыми движениями. Конец титрования устанавливают по изменению окраски индикатора с желтой на оранжевую от одной капли кислоты.

Произвести отсчет объема израсходованной кислоты.

Титрование повторить еще 2 раза. Результаты титрования не должны отличаться друг от друга более чем на 0,1мл.

Перед каждым титрованием колбочку для титрования необходимо вымыть и ополоснуть дистиллированной водой, а уровень кислоты в бюретке довести до нуля.

Результаты занести в табл. 1.

Таблица 1

Титрование	Объем взятого раствора щелочи, мл	Объем раствора кислоты, мл	Средний объем кислоты, мл
1 2 3

3.1.3. Обработка опытных данных

По данным опыта рассчитать:

1)  нормальность, молярность и титр приготовленного раствора щелочи и сопоставить с заданной (узнать у преподавателя), вычислить абсолютную и относительную ошибку;

2)  нормальность, титр и процентную концентрацию исходного концентрированного раствора (см. пример расчета)

Пример расчета

25 мл (Vх) исходного раствора щелочи NaOH плотностью ρ =1,04г/см3 в мерной колбе разбавили водой до 50 мл (Vпр). Рассчитать нормальную (Cн), молярную (Cм) концентрации и титр (Т) приготовленного раствора щелочи, если на титрование 2 мл (Vщ) этого раствора пошло 5 мл (Vк) 0,2н (Cк) раствора кислоты. Рассчитать нормальность (Cнисх) и процентную концентрацию исходного раствора щелочи (C%исх).

Решение

1)  Из соотношения (9) находим нормальную концентрацию приготовленного раствора щелочи

Cщ·Vщ = Cк·Vк или Cщ =( Cк·Vк )/ Vщ = (0,2·5) / 2 = 0,5н

2)  Молярная концентрация приготовленного раствора щелочи будет равна нормальной, т. к.

Мэ(NaOH) = М(NaOH) / 1 = М(NaOH), т. е См = 0,5м

3)  Зная нормальную концентрацию, можно рассчитать титр раствора по формуле (7)

Т = Cн· Мэ(NaOH) / 1000 = 0,5·40/1000 = 2·10-2 г/мл

4)  Нормальную концентрацию исходного раствора Cнисх рассчитаем аналогично нормальной концентрации приготовленного раствора Сн из соотношения (8):

Сн· Vпр = Cнисх · Vисх

Cнисх = Сн· Vпр / Vисх = 0,5·50 / 25 = 1н.

5)  Зная Cнисх и плотность исходного раствора ρ =1,04 г/см3, находим процентную концентрацию этого раствора C%исх.

ω%исх = ( / Vр-ра · ρ) ·100%

объем исходного раствора равен 25 мл (см. условие)

Масса растворенного вещества в 25 мл 1н раствора щелочи составит:

= Cнисх · Э· V = 1·40·0,025 = 1 г.

тогда C%исх = 1·100/25·1,04 = 3,85%

Таким образом, мы рассчитали

Сн = 0,5 н; См= 0,5 м; Тпр = 2·10-2 г/мл,

Cнисх = 1 н; C%исх = 3,85 %.

3.2.  Приготовление раствора соли из более концентрированного раствора разбавлением и определением его концентрации по плотности.

В работе следует приготовить определенный объем раствора соли заданной концентрации (объем и концентрацию указывает преподаватель) из более концентрированного раствора. Концентрацию приготовленного раствора находят по плотности, которую измеряют с помощью ареометра.

Ареомерт (рис.5) – стеклянный поплавок, имеющий вверху шкалу, градуированную в единицах плотности. Действие ареометра основано на законе Архимеда. Для определения плотности ареометр опускают в раствор и по нижнему краю мениска жидкости отчитывают показание.

Рис.5.1 Ареометр

Выполнение работы