Как приготовить раствор заданной концентрации


ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ ЗАДАННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

ТЕМА: Растворы. Способы выражения концентрации. Приготовление раствора заданной концентрации.

Цель: Научиться навыкам проведения расчетов, необходимых для приготовления растворов различных концентраций и умению готовить такие растворы.

Задачи:

1. Ознакомиться со способами выражения концентрации растворов.

2. Разобрать обучающие задачи по расчету концентрации растворов.

3. Подготовиться к лабораторной работе «Приготовление раствора соли заданной концентрации».

Студент должен знать:

1. до изучения темы: Понятия массовой доли, количества вещества, концентрации раствора и их взаимную связь.

2. после изучения темы: Понятия: раствор, растворитель, растворенное вещество; особенности структуры воды в жидком и твердом состояниях; растворимость твердых веществ, газов в воде; факторы, влияющие на растворимость; способы выражения концентрации растворов: по растворению точной навески (объема) сухого вещества, кристаллогидрата, газа; из концентрированного раствора путем его разбавления; из разбавленного раствора путем его концентрирования.

Студент должен уметь: Проводить необходимые расчеты для приготовления раствора с заданной концентрацией раствора. Пользоваться аналитическими весами, мерной посудой (пипетки, бюретки, мерные пробирки, цилиндры, мензурки) и химическими приборами (ареометр).

Теоретическое введение

Растворы играют важную роль в живой и неживой природе, а также в науке и технике.

Большинство физиологических процессов в организмах человека, животных и в растениях, различных промышленных процессов, биохимических процессов в почвах и т.п. протекают в растворах.

Раствор – это гомогенная многокомпонентная система, в которой одно вещество распределено в среде другого или других веществ.

Растворы могут быть в газообразном (воздух), жидком и твердом (сплавы, цветные стекла) агрегатных состояниях. Чаще всего приходится работать с жидкими растворами.

Содержание данного вещества в единице массы или объема раствора называется концентрацией раствора. На практике наиболее часто пользуются следующими способами выражения концентрации:

1. Массовая доля – отношение массы данного компонента в растворе к общей массе этого раствора. Массовая доля может быть выражена в долях единицы, процентах (%), промилле (тысячная часть %) и в миллионных долях (млнˉ1). Массовая доля данного компонента, выраженная в процентах, показывает, сколько граммов данного компонента содержится в 100 г раствора.

2. Массовая концентрация – отношение массы компонента, содержащегося в растворе, к объему этого раствора. Единицы измерения массовой концентрации кг/м3, г/л.

3. Титр Т – число граммов растворенного вещества в 1 мл раствора. Единицы измерения титра – г/мл, кг/см3.

4. Молярная концентрация с – отношение количества вещества (в молях), содержащегося в растворе, к объему раствора. Единицы измерения - моль/м3, (моль /л). Раствор, имеющий концентрацию 1 моль/л, обозначают 1М; 0,5 моль/л, обозначают 0,5 М.

5. Молярная концентрация эквивалентов сэк (нормальная концентрация) – это отношение количества вещества эквивалентов (моль) к объему раствора (л). Единица измерения нормальной концентрации моль/л. Например, сэк(KOH) = 1 моль/л, сэк(1/2h3SO4) = 1 моль/л, сэк(1/3 AlCl3) = 1 моль/л. Раствор в 1 л которого содержится 1 моль вещества эквивалентов, называют нормальным и обозначают 1 н.

6. Моляльность b - это отношение количества растворенного вещества (в молях) к массе m растворителя. Единица измерения моляльности - моль/кг. Например, b(HCl/h3O) = 2 моль/кг.

7. Молярная доля – отношение числа молей растворенного вещества к общему числу молей вещества и растворителя. Молярная доля может быть выражена в долях единицы, процентах (%), промилле (тысячная часть %) и в миллионных долях (млн-1).

Для приготовления растворов определенной концентрации, для точного измерения объемов применяют мерную посуду: мерные колбы, пипетки и бюретки.

Мерные колбы – тонкостенные плоскодонные сосуды с длинным узким горлом, на котором нанесена метка в виде кольцевой черты. На каждой колбе обозначены ее емкость и температура, при которой эта емкость измерена. Колба должна плотно закрываться пробкой (рис.1).

Рис. 1 Мерная посуда

а - мерная колба; б – пипетки; в – бюретка.

Пипетки используют для отбора определенного объема пробы жидкости.

Пипетки Мора представляют собой стеклянные трубки с расширением посередине. Нижний конец оттянут в капилляр, на верхнем конце нанесена метка, до которой следует набирать измеряемую жидкость. На пипетке указана объемность.

Широко применяют также градуированные пипетки различной емкости, на наружной стенке которых нанесены деления. Для наполнения пипетки нижний конец ее опускают в жидкость и втягивают последнюю при помощи груши или специального приспособления. Жидкость набирают так, чтобы она поднялась на 2-3 см выше метки, затем быстро закрывают верхнее отверстие указательным пальцем правой руки, придерживая в то же время пипетку большим и средним пальцами. Затем ослабляют нажим указательного пальца, в результате чего жидкость будет медленно вытекать из пипетки. В тот момент, когда нижний мениск (уровень) жидкости окажется на одном уровне с меткой, палец снова прижимают. Введя пипетку в сосуд, отнимают указательный палец и дают жидкости стечь по стенке сосуда. После того, как жидкость вытечет, пипетку держат еще 5секунд прислоненной к стенке сосуда, слегка поворачивая вокруг оси.

Бюретки применяют при титровании, для измерения точных объемов и т.д.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ ЗАДАННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

Опыт 1. Приготовление растворов кислот за­данной концентрации

Раствор готовится разбавлением более концентрированного раствора исходной кислоты.

В соответствии со своим вариантом (таблица 1) рассчитайте (с точностью до десятых долей миллилит­ра) объемы кислот, необходимые для приготовления указанного объема раствора с заданной концентрацией.

Таблица 1. Варианты для выполнения опыта 1

Вариант Н2SO4 HNO3 HCl
0,1М 0,01н 12%
0,01н 0,1М 8%
0,001М 0,05н 4%
0,05н 0,001М 6%
0,005М 0,025н 2%
0,025н 0,005М 10%
20% 0,01н
26% 0,02н 0,1М
30% 0,01М 0,05н
38% 0,25н 0,001М
40% 0,005М 0,025н
0,025н 60% 0,005М
0,8М 56%
0,5н 18%
0,75н 10% 0,5М

Пользуясь таблицей «Плотность растворов некоторых кислот при 20°С», определи­те процентную концентрацию исходной кислоты.

Плотность растворов некоторых кислот при 20°С (г/мл)

Массовая доля, % h3SO4 HNO3 HCl
1.0116 1.0091 1.0081
1.0250 1.0202 1.0179
1.0385 1.0314 1.0278
1.0522 1.0427 1.0377
1.0661 1.0543 1.0476
1.0802 1.0660 1.0576
1.0947 1.0780 1.0676
1.1094 1.0901 1.0777
1.1245 1.1025 1.0878
1.1398 1.1150 1.0980
1.1554 1.1277 1.1083
1.1714 1.1406 1.1185
1.1872 1.1536 1.1288
1.2031 1.1668 1.1391
1.2191 1.1801 1.1492
1.2353 1.1934 1.1594
1.2518 1.2068 1.1693
1.2685 1.2022 1.1791
1.2855 1.2335 1.1886
1.3028 1.2466 1.1977
1.3205 1.259  
1.3386 1.272  
1.3570 1.285  
1.3759 1.297  
1.3952 1.310  
1.4149 1.322  
1.4351 1.333  
1.4558 1.345  
1.4770 1.356  
1.4987 1.367  
1.520 1.377  
1.542 1.386  
1.565 1.396  
1.587 1.405  
1.6105 1.413  
1.634 1.422  
1.657 1.430  
1.681 1.437  
1.704 1.445  
1.7272 1.452  
1.749 1.459  
1.769 1.465  
1.802 1.477  
1.8144 1.482  
1.8240 1.487  
1.8312 1.409  
1.8355 1.497  
1.8361 1.505  
1.8305 1.513  

Пример 1. Нужно узнать объем 96% Н2SO4 (ρ=1,8355 г/мл), необходимый для приготовления 500мл 1М раствораН2SO4.

Рассчитаем массу Н2SO4:

См = (1), отсюда m(Н2SO4) = См ∙М(Н2SO4)∙Vр-ра=1моль/л∙98г/моль∙0,5л=49г.

Вычислим, в какой массе 96% раствора содержится 49г Н2SO4:

ω%= ∙100% (2), следовательно, m р-ра = = =51г.

Переведем массу 96% раствора Н2SO4 в объем, учитывая плотность:

ρ= (3), значит V = =27,8 мл

Если необходимо приготовить раствор Н2SO4 с заданной нормальностью, расчеты ведут аналогично, но при расчете необходимой массы кислоты вместо формулы 1 пользуются формулой:

Сн = (4) .

Пример 2. Нужно узнать объем 36% HCl (ρ=1,1791 г/мл), необходимый для приготовления 250 мл 20% раствора НСl (ρ= 1,0980 г/мл).

Найдем массу 250 мл 20% раствора НСl:

ρ= , значитm (20% р-ра)= ρ∙ V=1,0980г/мл∙250мл=274,5г.

Узнаем массу кислоты, необходимую для приготовления 247,5 г 20% раствора НСl:

ω%= ∙100%, следовательно m(НСl)= = =54,9г.

Вычислим, в какой массе 36% раствора содержится 54,9 г НСl:

ω%= ∙100% , тогда m р-ра = = =152,5г.

Переведем массу 36% раствора НСl в объем, учитывая плотность:

ρ= , значит V = =129,3 мл

Результат запишите в таблицу

Объем раствора кислоты Объем воды
   
   
   

Про­верьте правильность своих расчетов, показав их преподавателю.

Растворы готовятся в мерной колбе объемом 100 мл. Внимание! Разбавление концентрированных кислот (особенно Н2SO4) следует производить, приливая кислоту в воду, а не наоборот. В противном случае возможно вскипание жидкости и ее разбрызгивание. Запомните: Сначала вода, потом – кислота! Иначе случится большая беда! Мерную колбу примерно наполовину заполните дистиллированной водой. Отберите вычисленный объем исходной кислоты в пипетку и перенесите кислоту в мерную колбу. Кислоту следует приливать малыми порциями или очень тонкой струей при непрерывном перемешивании раствора. При сильном разогревании раствора следует дать ему охладиться. Аккуратно доведите объем раство­ра до метки 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.

Опыт 2. Приготовление раствора соли с заданной массовой долей (%) из навески соли

Рассчитайте, сколько граммов соли и воды потребуются для приготовления 100 г раствора соли заданной концентрации в соответствии со своим вариантом (таблица 3).

Таблица 3. Варианты для выполнения опыта 2

Вариант КВr MgSO4∙7Н2О Nah3PO4∙2Н2О
1% 14% 4%
3% 10% 7%
5% 12% 1%
8% 6% 10%
10% 3% 15%
14% 1% 9%
0,5% 24% 2%
20% 0,5% 7%
2% 20% 0,5%
40% 5% 20%
9% 16% 5%
24% 5% 16%
6% 18% 3%
4% 20% 32%
30% 7% 40%
       

Пример 1. Нужно узнать какую массу медного купороса CuSO4∙5Н2О и какой объем воды необходимо взять для приготовления 500 г раствора с массовой долей 16 %.

Найдем массу CuSO4, необходимую для приготовления 500г 16% раствора:

ω%= ∙100% (1), следовательно, m (CuSO4)= = =80г.

М(CuSO4) = 64∙2+32+16∙4=160 г/моль.

М(CuSO4∙5h3O) = 64∙2+32+16∙4+5∙(1∙2+16) = 250 г/моль.

Учитывая, что приготовление раствора производится из кристаллогидрата CuSO4∙5Н2О, составим пропорцию:

160 г CuSO4 – 250 г CuSO4∙5Н2О

80 г CuSO4 – х г CuSO4∙5Н2О

х= =125г CuSO4∙5Н2О

Находим массу воды:

m(р-ра) = m(CuSO4∙5Н2О) + m(Н2О) (2),

значит m(Н2О)= m(р-ра) - m(CuSO4∙5Н2О)=500-125=375 г или 375 мл.

В том случае, если раствор готовится из безводной соли, используют формулы 1 и 2 и не прибегают к составлению пропорции:

m (CuSO4)= (3) ; m(Н2О)= m(р-ра) - m(CuSO4) (4).

Результат запишите в таблицу

Масса навески соли Масса воды
   
   
   

Про­верьте правильность расчета, показав его преподавателю.

Взвесьте на лабораторных весах нужное количество соли и высыпьте ее в стакан. Вылейте в этот стакан необходимое количество воды. Воду необходимо приливать постепен­но, все время перемешивая раствор. После полного растворения соли приготовленный раствор перелейте в цилиндр и измерьте ареометром его плотность. По плотности с помощью таблицы «Плотность растворов некоторых солей при 20°С» определите массовую долю соли в приготовленном растворе. Совпадает ли она с рассчитанной вами?

Плотность растворов некоторых солей при 20°С(г/мл)

megalektsii.ru

Приготовление растворов заданной концентрации.

Глава 4. РАСТВОРЫ

Раствором называют однородную смесь, состоящую из двух или более веществ (компонентов), состав которой в определенных пределах может непрерывно изменяться. Как правило, компоненты раствора подразделяют на растворитель и растворенные вещества. Растворителем называют то вещество, которое в чистом виде находится в той же фазе, что и раствор. Так, при растворении в жидкости твердого или газообразного вещества, растворителем считают жидкость. Если же одна жидкость растворяется в другой, то растворителем обычно считается та, которой в растворе больше.

Наряду с давлением и температурой важным параметром состояния раствора является его состав. Количественный состав раствора выражается с помощью концентраций. Под концентрацией понимают относительное содержание компонентов в растворе. Рассмотрим наиболее часто применяемые способы выражения концентрации.

1. Массовая доля (wi) или массовое содержание (wi, %) данного компонента, выраженное в процентах, – отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора, выраженное в долях единицы или в процентах:

, %,

где - масса i-го компонента, кг, г; - сумма масс компонентов раствора, кг или г.

2. Объемная доля ( ) или объемное содержание ( , %) данного компонента, выраженное в процентах, – отношение объема растворенного вещества к объему раствора, выраженное в долях единицы или в процентах:

, %,

где - объем i-го компонента, , л или мл; - объем компонентов раствора, , л или мл.

3. Молярная концентрация ( ) – количество (число молей) i -го компонента к объему раствора, выраженная в моль/м3, моль/дм3, моль/см3 или моль/л:

,

где – число молей растворенного вещества, моль, V - объем раствора, м3, дм3, см3 или л. В том случае, когда объем раствора выражается в литрах, молярную концентрацию называют молярностью.

4. Молярная концентрация эквивалента вещества (нормальная концентрация) ( , С(1/z В)) – количество (число молей эквивалента) i -го компонента к объему раствора, выраженная в моль/м3, моль/дм3, моль/см3 или моль/л:

,

где – число молей эквивалента растворенного вещества, моль, V - объем раствора, м3, дм3, см3 или л. В том случае, когда объем раствора выражается в литрах, нормальную концентрацию называют нормальностью.

5. Моляльность (Сm,i) - количество i -го компонента в молях в 1000 г растворителя, измеряется в моль/1000 г или моль/кг растворителя:

, или ,

где – число молей i -го компонента в молях, m – масса растворителя, г или кг.

6. Молярная доля ( ) или молярное содержание данного компонента, выраженное в процентах - отношение числа молей i-го компонента к общему числу молей компонентов раствора:

, %,

где - число молей i-го компонента, - общее число молей компонентов раствора, .

5. Титр (Т) - число граммов растворенного вещества в 1 см3 ( или в 1 мл ) раствора, г/ см3 или г/мл:

,

где m – масса вещества в г, V – объем раствора в см3 или мл.

Перейти от одних единиц концентраций к другим можно, составив уравнения связи между ними.

Приведем в качестве примера уравнения связи между единицами концентраций для двухкомпонентного (бинарного) раствора, содержащего в объеме V литров молей растворителя с молярной массой и молей растворенного вещества с молярной массой , и плотностью r.

Связь между молярностью и процентами по массе определяется соотношением:

;

между моляльностью и процентами по массе :

;

между молярной долей и процентами по массе :

;

между титром Т и процентами по массе :

;

между молярностью и моляльностью :

;

между моляльностью и молярной долей :

.

Работа 4.1. Приготовление раствора из фиксанала.

Фиксаналы (стандарт-титры) – запаянные в стеклянную ампулу точно отвешенные количества различных твердых веществ или точно отмеренные объемы титрованных растворов, необходимые для приготовления 1 л раствора точно известной концентрации (нормальности или молярности). Использование других методик такой точности не дает, так как большинство веществ, из которых готовят растворы, трудно получить химически чистыми. Например, серная кислота Н2SO4 всегда содержит воду, гидроксид натрия NaOH – гигроскопическую воду и некоторое количество Na2CO3 вследствие поглощения СО2 из воздуха.

Экспериментальная часть

Необходимое оборудование: мерная колба на 1 л, боек, промывалка с дистиллированной водой, стеклянная воронка.

Необходимые реактивы: фиксанал раствора или твердого вещества (по заданию преподавателя), дистиллированная вода.

Экспериментальная часть

Необходимое оборудование: мерная колба на 100 (200, 250) мл, мерный цилиндр (10 мл).

Необходимые реактивы: 20 % серная кислота, дистиллированная вода.

Методика проведения эксперимента

Рассчитайте объем 20 %-го раствора серной кислоты плотностью 1,14 г/мл, который необходим для приготовления 100 (200, 250) мл раствора серной кислоты заданной молярной концентрации (0.05 – 0.2 М, по указанию преподавателя).

В соответствующую мерную колбу влейте примерно на 1/3 часть ее объема дистиллированной воды и отмеренный при помощи цилиндра рассчитанный объем 20 %-й серной кислоты. Перемешайте раствор и, постепенно приливая дистиллированную воду, доведите объем раствора в колбе до метки, закройте ее пробкой и тщательно перемешайте.

На колбу с готовым раствором наклеивают этикетку с названием и концентрацией раствора.

Экспериментальная часть

Необходимое оборудование: лабораторные электронные весы, шпатель, бюкс, мерная колба (100, 200, 250 мл), воронка, мерная посуда.

Необходимые реактивы: соль по заданию преподавателя, дистиллированная вода.

Методика проведения эксперимента

Рассчитывают массу навески соли, необходимую для приготовления 100 (200 или 250) мл раствора соли заданной концентрации.

Рассчитанную навеску соли взвешивают в бюксе.

В мерную колбу наливают дистиллированной воды на 1/3 ее объема. Осторожно переносят в нее через воронку навеску соли. Для этого бюкс медленно наклоняют над воронкой и не допускают рассыпания и распыления вещества. Остатки вещества в бюксе и на стенках воронки смывают в колбу.

При непрерывном перемешивании растворяют все кристаллы соли.

Затем доводят объем раствора в колбе до метки дистиллированной водой, закрывают ее пробкой и еще раз тщательно перемешивают раствор, переворачивая колбу несколько раз вверх дном.

На колбу с готовым раствором наклеивают этикетку с названием и концентрацией раствора.

Далее этот раствор используют как концентрированный для приготовления раствора меньшей концентрации (указывается преподавателем).

Рассчитывают объем концентрированного раствора, необходимый для приготовления заданного объема разбавленного раствора. Отмеряют рассчитанный объем исходного раствора и через воронку вливают его в мерную колбу соответствующего объема. Воронку ополаскивают и вынимают из горлышка колбы. Доводят объем раствора в колбе дистиллированной водой до метки, закрывают ее пробкой и тщательно перемешивают раствор.

На колбу с готовым раствором наклеивают этикетку с названием и концентрацией раствора.

Экспериментальная часть

Необходимое оборудование: лабораторные электронные весы, шпатель, часовое стекло или бюкс, коническая колба (100, 200, 250 мл), воронка, мерный цилиндр.

Необходимые реактивы: соль по заданию преподавателя, дистиллированная вода.

Методика проведения эксперимента

Первая часть работы состоит в приготовлении раствора соли с заданным массовым процентом. Масса раствора (50 – 100 г) или его объем (100 – 250 мл) задается преподавателем.

Получив у преподавателя задание, рассчитывают, сколько потребуется соли и воды для приготовления раствора заданной концентрации. Плотность раствора, необходимая для расчета, определяется по справочным таблицам или указывается преподавателем.

В бюксе или на часовом стекле взвешивают навеску соли (с точностью до 0,01 г), используя метод “взятия навески по разности”. Навеску соли высыпают через воронку в коническую колбу. Затем отмеряют цилиндром необходимое количество воды и вливают в колбу с солью (воду необходимо приливать постепенно, все время перемешивая раствор). Колбу закрывают пробкой и наклеивают этикетку с названием и концентрацией раствора.

Во второй части работы из полученного раствора готовят раствор соли меньшей концентрации, используя метод разбавления. Концентрация разбавленного раствора задается преподавателем.

Рассчитывают объемы готового раствора и дистиллированной воды, необходимые для приготовления разбавленного раствора.

Отмеряют цилиндрами рассчитанные объемы исходного раствора и дистиллированной воды, вливают их в коническую колбу и тщательно перемешивают полученный раствор. Колбу закрывают пробкой, и наклеивают этикетку с названием и концентрацией раствора.

Экспериментальная часть

Необходимое оборудование: пикнометр, аналитические весы, разновесы, термометр, химический стакан, мензурка, воронка, пипетка, стеклянная палочка.

Необходимые реактивы: реактивы по заданию преподавателя.

Методика выполнения работы

Работа состоит из двух частей: приготовление раствора с заданным процентом по массе и определение его плотности.

После получения задания от преподавателя готовят раствор заданной концентрации по методике, описанной в работах № 4.3 или 4.4.

Далее определяют плотность раствора. Для этого взвешивают на аналитических весах пустой сухой пикнометр, пикнометр с водой и пикнометр с исследуемым раствором. Измеряют температуру воды и исследуемого раствора, они должны быть одинаковыми. Заполнение пикнометра жидкостями производится до метки. Капли жидкости выше метки необходимо удалить фильтровальной бумагой. Перед заполнением пикнометра исследуемым раствором его следует ополоснуть этим раствором.

Глава 4. РАСТВОРЫ

Раствором называют однородную смесь, состоящую из двух или более веществ (компонентов), состав которой в определенных пределах может непрерывно изменяться. Как правило, компоненты раствора подразделяют на растворитель и растворенные вещества. Растворителем называют то вещество, которое в чистом виде находится в той же фазе, что и раствор. Так, при растворении в жидкости твердого или газообразного вещества, растворителем считают жидкость. Если же одна жидкость растворяется в другой, то растворителем обычно считается та, которой в растворе больше.

Наряду с давлением и температурой важным параметром состояния раствора является его состав. Количественный состав раствора выражается с помощью концентраций. Под концентрацией понимают относительное содержание компонентов в растворе. Рассмотрим наиболее часто применяемые способы выражения концентрации.

1. Массовая доля (wi) или массовое содержание (wi, %) данного компонента, выраженное в процентах, – отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора, выраженное в долях единицы или в процентах:

, %,

где - масса i-го компонента, кг, г; - сумма масс компонентов раствора, кг или г.

2. Объемная доля ( ) или объемное содержание ( , %) данного компонента, выраженное в процентах, – отношение объема растворенного вещества к объему раствора, выраженное в долях единицы или в процентах:

, %,

где - объем i-го компонента, , л или мл; - объем компонентов раствора, , л или мл.

3. Молярная концентрация ( ) – количество (число молей) i -го компонента к объему раствора, выраженная в моль/м3, моль/дм3, моль/см3 или моль/л:

,

где – число молей растворенного вещества, моль, V - объем раствора, м3, дм3, см3 или л. В том случае, когда объем раствора выражается в литрах, молярную концентрацию называют молярностью.

4. Молярная концентрация эквивалента вещества (нормальная концентрация) ( , С(1/z В)) – количество (число молей эквивалента) i -го компонента к объему раствора, выраженная в моль/м3, моль/дм3, моль/см3 или моль/л:

,

где – число молей эквивалента растворенного вещества, моль, V - объем раствора, м3, дм3, см3 или л. В том случае, когда объем раствора выражается в литрах, нормальную концентрацию называют нормальностью.

5. Моляльность (Сm,i) - количество i -го компонента в молях в 1000 г растворителя, измеряется в моль/1000 г или моль/кг растворителя:

, или ,

где – число молей i -го компонента в молях, m – масса растворителя, г или кг.

6. Молярная доля ( ) или молярное содержание данного компонента, выраженное в процентах - отношение числа молей i-го компонента к общему числу молей компонентов раствора:

, %,

где - число молей i-го компонента, - общее число молей компонентов раствора, .

5. Титр (Т) - число граммов растворенного вещества в 1 см3 ( или в 1 мл ) раствора, г/ см3 или г/мл:

,

где m – масса вещества в г, V – объем раствора в см3 или мл.

Перейти от одних единиц концентраций к другим можно, составив уравнения связи между ними.

Приведем в качестве примера уравнения связи между единицами концентраций для двухкомпонентного (бинарного) раствора, содержащего в объеме V литров молей растворителя с молярной массой и молей растворенного вещества с молярной массой , и плотностью r.

Связь между молярностью и процентами по массе определяется соотношением:

;

между моляльностью и процентами по массе :

;

между молярной долей и процентами по массе :

;

между титром Т и процентами по массе :

;

между молярностью и моляльностью :

;

между моляльностью и молярной долей :

.

Приготовление растворов заданной концентрации.

Растворы определенной концентрации готовят следующими методами: 1) из фиксаналов; 2) растворением известной навески твердого вещества в определенной массе или объеме растворителя или раствора; 3) разбавлением концентрированных растворов.

При приготовлении и разбавлении растворов часто приходится переходить от одних способов выражения концентраций к другим.

Методику таких расчетов покажем на следующем примере.

Пример 1. Имеется водный раствор Al2(SO4)3 c концентраций w = 10 % и плотностью r = 1,105 г/мл. Каковы молярность, нормальность, титр, моляльность и молярная доля вещества этого раствора?

Решение. 1. При переходе от процентной концентрации к молярной или нормальной необходимо учитывать плотность раствора. Как известно, масса тела (m), его плотность (r) и объем (V) связаны соотношением m = r×V или V = m/r.

Тогда, масса 1 л раствора равна mр = rр×Vр = 1,105×1000 = 1105 г. По

определению массового процента, в 100 г раствора содержится 10 г соли, следовательно, в 1105 г (т. е. в 1 л) соответственно (1105×10)/100 = 110,5 г Al2(SO4)3. Молярная масса Al2(SO4)3 М(Al2(SO4)3) = 342 г/моль. Таким образом, в 1 л раствора содержится n = 110,5/342 = 0.32 моля Al2(SO4)3 и молярная концентрация раствора С равна 0,32 моль/л, или 0,32 М.

2. Эквивалент молекулы Al2(SO4)3 Э(Al2(SO4)3) = 1/6Al2(SO4)3. Соответственно 1 моль эквивалента составляет 1/6 часть моля Al2(SO4)3. Следовательно, в одном моле Al2(SO4)3 содержится 6 молей эквивалента Al2(SO4)3, а в 1 л раствора – nэкв = 0,32×6 = 1,92 молей эквивалента Al2(SO4)3 (nэкв = n×z, где nэкв – число молей эквивалента вещества, n – число молей вещества, z – эквивалентное число, в данном случае z = 6). Молярная концентрация эквивалента вещества Сэкв. (или нормальность) равна 1,92 моль/л или 1,92 н.

3. Поскольку выше было найдено, что в 1000 мл раствора содержится 110,5 г растворенного вещества, то в 1 мл находится 110,5/1000 = 0,1105 г Al2(SO4)3 и титр раствора Т = 0,1105 г/мл.

4. По условию в 100 г раствора содержится 10 г Al2(SO4)3 и 90 г Н2О. Тогда на 1000 г воды приходится (1000×10)/90 = 111,11 г Al2(SO4)3. Это составляет 111,11/342 = 0,325 моля. Следовательно, в 1000 г растворителя содержится 0,325 молей растворенного вещества, и моляльность раствора Сm, по определению, равна 0,325 моль/1000 г Н2О.

5. Из данных п. 1 следует, что в 1 л раствора содержится 1105-110,5 = 994,5 г воды. Это составляет 994,5/18 = 55,25 молей воды. Откуда молярная доля Al2(SO4)3 в растворе x = 0,32/(0,32 + 55,25) = 0,058.



infopedia.su

Расчеты при приготовлении растворов и особенности приготовления растворов разных концентраций

Точность расчетов при приготовлении растворов зависит оттого, какой готовят раствор: приблизительный или точный. При расчетах приблизительных растворов атомные и молекулярные массы округляют до трех значащих цифр. Так, например, атомную массу хлора принимают равной 35,5 вместо 35,453, атомную массу водорода — 1,0 вместо 1,00797 и т. п. Округление ведут обычно в большую сторону.

При приготовлении стандартных растворов вычисления проводят с точностью до пяти значащих цифр. Атомные массы элементов берут с такой же точностью. При расчетах пользуются пятизначными или четырехзначными логарифмами. Растворы, концентрацию которых будем затем устанавливать титрованием, готовят, как и приблизительные.

Растворы могут быть приготовлены растворением твердых веществ, жидкостей или разбавлением более концентрированных растворов.

Расчеты при приготовлении растворов нормальной концентрации

Навеску вещества (г) для приготовления раствора определенной нормальности рассчитывают по формуле:

mн=ЭNV/1000,

где Э — химический эквивалент растворяемого вещества;

N — требуемая нормальность раствора, г-экв/л;

V — объем раствора, мл.

Навеску вещества обычно растворяют в мерной колбе. Разбавленные приблизительные растворы можно готовить, растворяя навеску вещества в объеме растворителя, равном объему раствора. Этот объем может быть отмерен мерным цилиндром или мензуркой.

Если раствор готовят из навески кристаллогидрата вещества, то в расчетное уравнение для определения навески подставляют величину химического эквивалента кристаллогидрата.

При приготовлении раствора с определенной нормальной концентрацией путем разбавления более концентрированного раствора объем концентрированного раствора (мл) рассчитывают по формуле:

Vк=ЭNV/Тк,

где Тк — концентрация концентрированного раствора, г/л, или:

Vк=NV/Nк,

где Nк — нормальность концентрированного раствора, или:

Vк=ЭNV/10 pкdк,

где pк — процентная концентрация концентрированного раствора;

dк — плотность концентрированного раствора, г/см3.

Концентрированные растворы разбавляют в мерных колбах. При приготовлении точных растворов (например, эталонных растворов из более концентрированного стандартного раствора) концентрированные растворы отмеривают пипетками или приливают их из бюреток. При приготовлении приблизительных растворов разбавление можно делать путем смешивания концентрированного раствора с объемом воды, равным разности между объемами разбавленного и концентрированного растворов:

Vh3O=V-Vk

Расчеты при приготовлении растворов, концентрация которых выражена в граммах на 1 л

Величину навески вещества (г) для таких растворов рассчитывают по формуле:

mн=TV/1000,

где Т — концентрация раствора, г/л;

V — объем раствора, мл.

Растворение вещества обычно ведут в мерной колбе с доведением объема раствора после растворения до метки. Приблизительные растворы можно готовить путем растворения навески в объеме воды, равном объему раствора.

Если раствор готовят из навески кристаллогидрата, а концентрация раствора выражена из расчета на безводное вещество, навеску кристаллогидрата вычисляют по формуле:

mн=TVMk/1000M,

где Mk — молекулярная масса кристаллогидрата;

М —молекулярная масса безводного вещества.

При приготовлении растворов путем разбавления более концентрированных объем концентрированного раствора определяют по формуле:

Vк=VT/Tk,

где Tk — концентрация концентрированного раствора, г/л, или:

Vк=100VT/1000pkdk,

где pk — процентная концентрация концентрированного раствора;

dk — плотность концентрированного раствора, г/см3;

или:

Vк=VT/ЭNk,

где Nk — нормальная концентрация концентрированного раствора; Э — химический эквивалент вещества.

Растворы готовят так же, как и при приготовлении растворов определенной нормальной концентрации путем разбавления более концентрированных растворов.

Для приближенных расчетов, связанных с приготовлением растворов путем разбавления более концентрированных, можно пользоваться правилом разбавления («правилом креста»), которое гласит, что объемы смешиваемых растворов обратно пропорциональны разностям концентраций смешиваемых и полученного при смешивании растворов. Это выражают схемами:

или:

где N1, Т1, N3, T3 — концентрации смешиваемых растворов;

N2, Т2 — концентрации раствора, полученного при смешивании;

V1, V3 — объемы смешиваемых растворов.

Если раствор готовят разбавлением концентрированного раствора водой, то N3 = 0 или Т3 = 0. Например, для приготовления раствора концентрации Т2 =  50 г/л из растворов концентрации T1 =  100 г/л и T3 = 20 г/л необходимо смешать объем V1 = 50 – 20 = 30 мл раствора концентрации 100 г/л и V3 =  100 – 50 = 50 мл раствора концентрации 20 г/л:

Расчеты при приготовлении растворов определенной процентной концентрации

Массу навески (г) рассчитывают по формуле:

mн=pQ/100,

где p — процентная концентрация раствора;

Q — масса раствора, г.

Если задан объем раствора V, массу раствора определяют:

Q=dV,

где d — плотность раствора, г/см3 (может быть найдена в справочных таблицах).

Массу навески при заданном объеме раствора рассчитывают:

mн=pdV/100.

Массу воды для растворения навески определяют:

mh3O=Q-m,

Так как масса воды численно приблизительно равна ее объему, то воду обычно отмеривают мерным цилиндром.

Если раствор готовят растворением кристаллогидрата вещества, а концентрация раствора выражена в процентах безводного вещества, то массу кристаллогидрата рассчитывают по формуле:

mн=pQMk/100M,

где Мk — молекулярная масса кристаллогидрата;

М — молекулярная масса безводного вещества.

Приготовление растворов разбавлением более концентрированных удобно производить путем отмеривания определенных объемов растворов и воды, при этом объем концентрированного раствора вычисляют по формуле:

Vк=pdV/pkdk,

где dk — плотность концентрированного раствора.

Растворы определенной процентной концентрации готовят как приблизительные, а поэтому навески веществ с точностью до двух-трех значащих цифр взвешивают на технических весах, а для отмеривания объемов пользуются мензурками или мерными цилиндрами.

Если раствор получают смешиванием двух других растворов, один из которых имеет большую концентрацию, а другой —меньшую, то массу исходных растворов можно определить, пользуясь правилом разбавления («правилом креста»), которое для растворов определенной процентной концентрации гласит: массы смешиваемых растворов обратно пропорциональны разностям процентных концентраций смешиваемых и получаемого растворов. Это правило выражают схемой:

Например, для получения раствора в концентрации p2=10% из растворов концентрации p1=20% и р3=5% нужно смешать количество исходных растворов: m1=10-5=5г 20%-ного раствора и m3=20-10=10г 5%-ного раствора. Зная плотность растворов, можно легко определить требуемые для смешивания объемы.

www.sdelaysam.info

2. Приготовление растворов заданной концентрации разбавлением

Пример. Приготовить 20 мл раствора с содержанием 0,1 моль/лNaОН из раствора с содержанием 0,5 моль/л NaОН.

Решение. Находим массу NaОН, которая должна содержаться в 20 мл раствора с концентрацией 0,1 моль NaОН.

В 1000 мл р-ра (0,1 моль/л NaОН) содержится 4 г NaОН,

В 20 мл р-ра (0,1 моль/л NaОН) содержится х г NaОН,

тогда х = = 0,08 г

Далее находим объем (мл) раствора с концентрацией 0,5 моль/л, в котором содержится 0,08 г NaОН.

20 г NaОН содержится в 1000 мл р-ра (0,5 моль/л NaОН)

0,08 г NaОН содержится в y мл р-ра (0,5 моль/л NaОН)

тогда у = = 4 мл

Следовательно, чтобы приготовить 20 мл раствора с содержанием 0,1 моль/л NaОН надо взять 4 мл раствора с содержанием 0,5 моль/л NaОН и прилить 16 мл воды (20мл – 4 мл).

3. Приготовление раствора промежуточной концентрации из

двух растворов большей и меньшей концентрации

Пример. В каких массовых отношениях надо смешать 20%-ный раствор и 5%-ный раствор NaОН, чтобы получить 10%-ный раствор?

Решение. Допустим, надо взять Х массовых частей 20%-ного раствора и у массовых частей 5%-ного раствора. Количество массовых частей растворенного вещества в 20%-ном растворе:

= 0,2х.

Количество массовых частей растворенного вещества в 5%-ном растворе равно: = 0,05у

Количество массовых частей растворенного вещества в 10%-ном растворе равно: 0,1 (х+у).

Масса растворенного вещества до сливания равна массе растворенного вещества после сливания.

Составляем и решаем уравнение: 0,2х + 0,05у = 0,1 (х+у)

0,2х + 0,05у = 0,1 (х+у)

0,2х – 0,1х = 0,1у – 0,05у

0,1х = 0,05у ==

Следовательно, 20%-ного раствора надо взять 1 массовую часть, а 5%-ного раствора - 2 массовых части.

Когда не требуется особенной точности для разбавления растворов или смешивания их для получения растворов другой концентрации, можно воспользоваться следующим простым и быстрым способом, используя диагональную схему (правило креста).

«Правило креста»

В центре схемы пишут искомую концентрацию. Пишем вначале так:

20

10%, где 20 и 5 – процентные концентрации исходных

5 растворов.

Теперь из 20 вычитаем 10, и полученное значение пишем в правом нижнем углу, вычитая 5 из 10, пишем полученную цифру в правом верхнем углу. Схема примет вид: 20 5, т.е. нужно взять 5 мас-

10

5 10

совых частей 20%-ного раствора и 10 массовых частей 5%-ного раствора или 1 массовую часть 20%-ного раствора и 2 массовых части 5%-ного раствора.

Экспериментальная часть

Измерительными приборами, применяемыми в объемном анализе, служат мерная колба, пипетка и бюретка.

Рис. 1 а) б) в)

Мерная колба – круглая плоскодонная колба с узким горлом, плотно закрывающимся пробкой (рис. 1а). На горле имеется метка, а на самой колбе указан ее рабочий объем и температура, при которой производилась градуировка.

Для приготовления растворов данной концентрации определенный объем жидкости при помощи пипетки переносят в мерную колбу, доливают водой до метки и перемешивают. Отсчет уровня жидкости в мерной колбе производится по нижнему мениску. Уровень жидкости прозрачных растворов устанавливают по нижнему краю мениска, а непрозрачных – по верхнему краю мениска.

Для перемешивания раствора в колбе ее плотно закрывают пробкой, переворачивают вверх дном и, держа одной рукой за круглую часть, другой – за пробку, несколько раз сильно встряхивают.

Пипетка – стеклянная трубка с расширением в средней части и меткой в верхней части (рис.1б). Нижняя часть пипетки заканчивается оттянутым кончиком. На расширенной или верхней частях указывают ее рабочий объем и температуру калибровки (рис. 1б). Чтобы наполнить пипетку, надо втянуть в нее резиновой грушей жидкость выше метки и быстро закрыть указательным пальцем правой руки ее верхнее отверстие.

Вынув пипетку из жидкости и держа ее над ним вертикально, установить глаз на вертикальном уровне с меткой пипетки. Осторожным движением указательного пальца дать вытекать жидкости из пипетки до тех пор, пока нижний край мениска не опустится до метки; в этот момент следует плотно закрыть пальцем отверстие пипетки и перелить в сосуд. После вытекания раствора из пипетки остающуюся каплю жидкости в ее кончике удаляют, коснувшись кончиком пипетки стенки того сосуда, в который выливается жидкость.

Бюретка – узкая трубка с делениями, отмеривающая объем вытекающей жидкости (рис.1в). Емкость бюреток различна – от 5 до 100 мл. Бюретки заполняются жидкостью через воронку с коротким концом, таким, чтобы он не доходил до нулевого деления бюретки. Затем открывают кран или зажим и заполняют раствором часть бюретки, расположенную ниже крана. Это нужно проделывать тщательно, чтобы в отводной части бюретки не оставалось пузырьков воздуха. Бюретки следует заполнять, чтобы вначале уровень жидкости был несколько выше нулевого деления шкалы, затем, осторожно приоткрывая кран, устанавливают уровень жидкости на нулевой отметке.

Опыт 1. Определение массовой доли соли в растворе по его относительной плотности, измеренной ареометром (рис.2).

Ознакомьтесь с устройством ареометра. Ареометры калибруются при 200С, поэтому, если температура испытуемого раствора отличается от 200С, следует нагреванием или охлаждением довести ее до 200С. Налейте в цилиндр около 250 мл испытуемого раствора соли при 200С и осторожно опустите в него ареометр. Отмерьте по шкале ареометра его показание. Ареометр не должен касаться стенок цилиндра. Приподняв ареометр на 1-2 см, вновь его опустите в раствор, еще раз определите показание. (Повторите это три раза). Раствор вылейте в склянку, вымойте ареометр.

Рис.2.

Таблица 1

studfiles.net


Смотрите также