WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«высшего профессионального образования Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого Факультет естественных наук и природных ресурсов Кафедра химии и экологии КОНЦЕНТРАЦИЯ РАСТВОРОВ. ...»

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого

Факультет естественных наук и природных ресурсов

Кафедра химии и экологии

КОНЦЕНТРАЦИЯ РАСТВОРОВ .

ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ ЗАДАННОЙ

КОНЦЕНТРАЦИИ

Методическое пособие

Великий Новгород Концентрация растворов. Приготовление растворов заданной концентрации .

Методические указания к лабораторной работе Составители: Олисова Г. Н., Ульянова Н.И .

Великий Новгород, 2006 г., 16 стр .

ВВЕДЕНИЕ

Растворы играют громадную роль в жизни и практической деятельности человека. Все важнейшие биологические системы (цитоплазма, кровь, лимфа, слюна и др.) являются водными растворами солей, белков, углеводов, липидов. Усвоение пищи, транспорт метаболитов, большинство биохимических реакций в живых организмах протекают в растворах .

Производства, в основе которых лежат химические процессы, обычно также связаны с использованием растворов. Они применяются, например, в технологии получения полупроводниковых и проводниковых приборов, в очистке веществ, в гальванических процессах получения и очистки металлов, при травлении металлов и полупроводников и т. д. В практике находят применение как водные, так и неводные растворы .



ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РАСТВОРАХ

Понятие «растворы» включает истинные растворы и коллоидные растворы. Различие между ними заключается прежде всего в размерах частиц и однородности систем .

Истинные растворы – это термодинамически устойчивые однофазные, однородные гомогенные системы, состоящие из двух или большего числа компонентов с размером частиц на уровне 10-10–10-9 м .

Компонентами, составляющими раствор, являются растворитель и растворенные вещества. Растворителем условно принято считать компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора, и который содержится в большем количестве. Растворители могут быть жидкими или твердыми, а растворяемые вещества могут находиться в любом из трех агрегатных состояний .

КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ И СПОСОБЫ ИХ ВЫРАЖЕНИЯ

Концентрация – это важнейшая характеристика любого раствора. Она определяет содержание вещества в единице массы или объема раствора (иногда растворителя) .

В аналитической практике чаще всего используют следующие концентрации: массовая доля, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента (или нормальная концентрация), моляльная концентрация, титр раствора, молярная доля .

Обозначения:

Х – растворенное вещество;

mp или m(р-ра) – масса раствора, г;

Vp или V(р-ра) – объем раствора, л;

р или (р-ра) – плотность раствора, г/мл или г/л;

(х) или n(х) – количеств

–  –  –

Фактор эквивалентности определяется:

1) природой вещества,

2) конкретной химической реакцией .

а) в обменных реакциях;

КИСЛОТЫ

Величина z фактора эквивалентности кислот определяется числом атомов водорода, которые могут быть замещены в молекуле кислоты на атомы металла .



Пример 1. Определить факторы эквивалентности для кислот: а) НСl,

б) Н2SO4, в) Н3РО4; г) Н4[Fe(CN)6] .

Решение .

а) z=1, фактор эквивалентности – 1;

б) z=2; Фактор эквивалентности - ;

в) z=3; фактор эквивалентности - ;

г) z=4; фактор эквивалентности - .

В случае многоосновных кислот фактор эквивалентности зависит от конкретной реакции:

а) H2SO4 + 2KOH K2SO4 + 2H2O .

в этой реакции в молекуле серной кислоты замещается два атома водорода, следовательно, z=2, фактор эквивалентности - .

б) Н2SO4 + KOH KHSO4 + H2O .

В этом случае в молекуле серной кислоты замещается один атом водорода, z=1, фактор эквивалентности – 1 .

Для фосфорной кислоты, в зависимости от реакции, значения факторов эквивалентности могут быть: 1,, .

ОСНОВАНИЯ

Величина z основания определяется числом гидроксидных групп, которые могут быть замещены на кислотный остаток .

Пример 2. Определить факторы эквивалентности оснований: а) КОН;

б) Cu(OH)2; в) La(OH)3 .

Решение .

а) z=1, фактор эквивалентности – 1;

б) z=2, фактор эквивалентности – ;

в) z=3, фактор эквивалентности – .

Фактор эквивалентности многокислотных оснований может изменяться в зависимости от количества замещенных групп (также как и у кислот) .

Например, для гидроксида латана возможны значения фактора эквивалентности – 1,, .

СОЛИ Значения факторов эквивалентности солей определяются по катиону .

Величина z в случае солей равна q·n, где q – заряд катиона металла, n – число катионов в формуле соли .

Пример 3. Определить фактор эквивалентности солей: а) KNO3;

б) Na3PO4; в) Cr2(SO4)3; г) Al(NO3)3 .

Решение .

а) z = q·n = 1, фактор эквивалентности – 1;

б) z = 1·3 = 1, фактор эквивалентности – ;

в) z = 3·2 = 1, фактор эквивалентности – ;

г) z = 3·1 = 1, фактор эквивалентности – .

Значение факторов эквивалентности для солей зависит также и от реакции, аналогично зависимости его для кислот и оснований .

б) в окислительно-восстановительных реакциях для определения факторов эквивалентности используют схему электронного баланса .

Число z для вещества в этом случае равно числу принятых или отданных электронов молекулой вещества .

К2Cr2O7 + HCl CrCl3 + Cl2 + KCl + H2O 2Сr+6+2·3 е 2Cr3+ для прямой 2Cl-- 2·1 е Cl2 реакции

–  –  –

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА РАСТВОРА

1) Метод денсиметрии – измерение плотности раствора ареометром .

Ареометр представляет поплавок с дробью или ртутью и узким отростком – трубкой, в которой находится шкала с делениями. Он погружается в различных жидкостях на различную глубину. При этом он вытесняет объемы этих жидкостей одной и той же массы, равной массе ареометра, а следовательно, обратно пропорциональные их плотности. То деление шкалы, до которого ареометр погружается в жидкость, показывает плотность этой жидкости .





–  –  –

Титриметрический анализ заключается в измерении объема титранта (раствора точно известной концентрации), затраченного на реакцию с определяемым веществом. Процесс постепенного добавления титранта к анализируемой пробе называется титрованием, а момент завершения реакции

– точкой эквивалентности. Расчет в титриметрическом анализе основан на законе эквивалентности. Условимся в дальнейшем любое анализируемое вещество обозначать «Х», а любой титрант «Т». тогда закон эквивалентности можно записать следующей формулой:

1 1 с X V ( X ) = c Т V (Т ), где z z с(1/z Х) – молярная концентрация эквивалента вещества, V – объем раствора .

Выделим три основных задачи, которые необходимо решить для успешного проведения титриметрического анализа .

1. Необходимо знать точную концентрацию титранта (понятие «точная концентрация» здесь условно; ясно, что опрерируя экспериментальными данными, имеющими приблизительный характер, мы лишь оговариваем степень точности. Точной будем называть такую концентрацию, которая в числовом выражении имеет три значащих цифры, например: 1,38; 0, 0138;

0,400) .

2. Необходимо знать точные объемы растворов реагирующих вещестьв, т. е. титранта и анализируемого вещества .

3. Необходимо правильно выбирать реакцию для определения и надежно фиксировать точку эквивалентности .

В титриметрическом анализе могут использоваться не все химические реакции, а только те, которые отвечают определенным требованиям .

Перечислим основные:

1. реакция должна быть практически необратимой;

2. реакция должна протекать в строгом соответствии с уравнением химической реакции, без побочных продуктов (это требование часто формулируется как «стехеометричность процесса»);

3. реакция должна протекать достаточно быстро;

4. должен существовать способ фиксирования точки эквивалентности .

Многие кислотно-основные реакции удовлетворяют этим требованиям, которые были перечислены выше .

Использование в качестве титрантов только сильных кислот и сильных оснований обеспечивает практическую необратимость многих реакций .

Реакции между кислотами и основаниями не сопровождаются, как правило, какими-либо внешними эффектами, поэтому для фиксирования точки эквивалентности приходится использовать специальные веществаиндикаторы .

Кислотно-основные индикаторы – слабые кислоты или основания, степень ионизации которых определяется концентрацией Н+-ионов в растворе .

Для индикатора-кислоты НInd существует равновесие:

H+ + IndНInd Чем больше будет концентрация Н+-ионов, тем меньше будет степень ионизации индикатора. Молекулярная HInd и ионная Ind- -формы индикатора имеют разные окраски. Таким образом, концентрация ионов Н+ влияет на соотоношение концентраций HInd и ионная Ind-, что, в свою очередь, определяет характер или яркость окраски. Для характеристики растворов в химии широко пользуются водородным показателем, рН .

В первом приближении:

рН=-lg с(Н+) .

(в дальнейшем определение будет уточнено) .

В кислых растворах рН7, в щелочных рН7, в нейтральных рН=7 .

Все индикаторы изменяют свою окраску не скачкообразно, а плавно, т. е. в определенном интервале значений рН, называемом интервалом перехода. Поскольку индикаторы как кислоты или основания отличаются друг от друга по силе, они имеют разные интервалы перехода (см.справочник) .

Значение рН раствора в процессе титрования постоянно меняется, вблизи точки эквивалентности наблюдается так называемый скачок титрования – резкое изменение рН раствора при незначительном добавлении титранта .

Для надежного фиксирования точки эквивалентности надо подобрать такой индикатор, интервал перехода окраски которого попадал бы в скачок титрования .

В аналитической практике из индикаторов чаще других применяют метилоранж (МО, интервал перехода 3,1 – 4,4) и фенолфталеин (ФФ, интервал перехода 8,0 – 9,6). При титровании сильной кислоты сильным основанием скачок титрования находится в диапазоне рН от 4 до 10 (при концентрации реагирующих веществ, равной 0,1 моль·дм-3) .

В данном случае могут использоваться метилоранж и фенолфталеин .

При титровании слабой кислоты сильным основанием точка эквивалентности смещается с линии нейтральности в щелочную область вследствие гидролиза образующейся в точке эквивалентности соли (рН7) .

Скачок титрования сужается и будет тем уже, чем слабее титруемая кислота .

В этом случае в качестве индикатора может быть использован из двух упомянутых индикаторов только фенолфталеин .

При титровании слабого основания сильной кислотой по завершении реакции образуется соль, гидролизирующаяся по катиону; точка эквивалентности смещается в кислую область. Для фиксирования точки эквивалентности можно использовать метилоранж, нельзя – фенолфталеин .

При уменьшении концентрации реагирующих веществ скачок титрования сужается. Что усложняет проблему выбора индикатора. При титровании многоосновных кислот или солей могут наблюдаться два скачка титрования .

Титранты, применяемые в кислотно-основном титровании

Различают ацидиметрию – титрование с помощью кислот и алкалиметрию – титрование с помощью оснований. Ацидиметрически можно определять основания и соли, вступающие в необратимое взаимодействие с сильными кислотами (например, карбонаты – вследствие выделения газообразного продукта, бораты – вследствие образования слабой борной кислоты). Алкалиметрически можно определять кислоты и гидролизующие соли .

В ацидиметрии используется в основном раствор хлорводородной кислоты (соляная кислота), с концентрациями от 0,05 до 0,2 моль·дм-3 .

Раствор НСl нельзя приготовить по точной массе исходного вещества из-за его летучести, поэтому титрант готовят приблизительной концентрации разбавлением концентрированного раствора, а затем его стандартизируют .

Для этого нужно иметь первичный стандарт – вещество, раствор которого можно приготовить по точной массе и которое реагирует с титрантом. Для определения точной концентрации титранта используют вспомогательное титрование, которое и называют стандартизацией титранта .

В качестве первичных стандартов для раствора HCl используют декагидрат тетрабората натрия Na2B4O7·10H2O (бура) или декагидрат карбоната натрия Na2CO3·10H2O .

В основе стандартизации лежат следующие реакции:

Na2B4O7+2HCl+5H2O=4H3BO3+2NaCl, Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2 .

В алкалиметрии титрантом является раствор гидроксида натрия. Этот раствор также нельзя приготовить по точной массе, т.к. исходное вещество вследствие его взаимодействия с углекислым газом всегда загрязнено примесью карбоната натрия .

Титрант готовят приблизительной концентрации, разбавляя водой 50%ный раствор (т.к. растворимость карбоната натрия в концентрированном растворе NaОН мала, он из этого раствора выпадает в осадок) .

Стандартизацию приготовленноготитранта проводят по дигидрату щавелевой кислоты Н2С2О4·2Н2О:

2NaOH+ Н2С2О4=Na2C2O4+2H2O .

Применение кислотно-основного титрования

Кислотно-основное титрование позволяет решать многие задачи, возникающие при клиническом анализе биологических жидкостей как при постановке диагноза, так и при лечении больных. Определение кислотности желудочного сока, буферной емкости крови, спинномозговой жидкости – примеры использования кислотно-основного титрования в повседневной практике .

С помощью этого метода можно анализировать лекарственные вещества, устанавливать доброкачественность продуктов питания (например, молока). Большое значение имеет рассматриваемый метод и при санитарногигиенической оценке объектов окружающей среды. Промышленные стоки могут содержать или кислые, или щелочные продукты. Закисление или защелачивание природных водоемов и почвы приводит порой к необратимым последствиям, в связи с чем контроль кислотно-основного баланса весьма важен .

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

«Приготовление растворов заданной концентрации»

Приборы и реактивы: бюретка на 25 мл, воронка, мерные колбы на 50 и 100 мл, пипетки на 10 мл и 2 мл, колбы конические для титрования, колба для слива, резиновая груша, ареометр .

Навеска соли, Раствор HCl 0,1 Н (с точно известной концентрацией), Раствор NaOH или КОН (концентрированный) с указанной концентрацией и плотностью, Раствор метилоранжа w=0,1 % и фенолфталеина w=0,1 % в капельницах .

Цель работы: научиться готовить раствор с заданной концентрацией из навески соли и разбавлением концентрированных растворов. Овладеть методикой денсиметрии и кислотно-основного титрования .

Задание:

1) приготовить раствор из навески соли;

2) приготовить раствор КОН (или NaOH) заданной концентрации .

Проверить концентрацию полученного раствора методом кислотноосновного титрования .

–  –  –

Опыт 1. Приготовление раствора с заданной массовой долей из навески соли .

Получив у преподавателя задание на выполнение опыта, варианты заданий представлены в таблице 1, рассчитайте, сколько соли и воды потребуется для приготовления раствора заданной концентрации общим объемом 50 мл .

Необходимое количество соли перенесите в мерную колбу .

Небольшими порциями вливайте воду в колбу при постоянном перемешивании. После растворения соли доведите раствор до метки .

Полученный раствор перелейте в цилиндр (на 50 мл) и ареометром измерьте его плотность .

–  –  –

Получить у преподавателя задание на выполнение опыта .

1. Рассчитать объем концентрированного раствора NaOH или КОН, необходимый для приготовления разбавленного раствора NaOH заданной концентрации, по следующему алгоритму:

1) рассчитать молярную концентрацию разбавленного раствора NaOH или КОН;

2) рассчитывают количество вещества ( ) щелочи, необходимой для приготовления заданного раствора;

3) рассчитываю массу щелочи, соответствующую этому количеству;

4) используя массовую долю вещества в растворе(w %), находят массу концентрированного раствора щелочи;

5) рассчитывают объем концентрированного раствора .

Необходимый объем концентрированного раствора отбирают пипеткой на 2 мл с помощью резиновой груши и качественного переносят в мерную колбу на 100 мл через воронку. Воронку ополаскиваю дистиллированной водой, затем раствор доводят до метки. Колбу закрывают резиновой пробкой и перемешивают полученный раствор .

2. С помощью пипетки на 10 мл отбирают пробы (аликвотные доли) в три конические колбы для титрования (по 10 мл приготовленного раствора в каждую колбу) .

В каждую колбу добавляют индикатор, несколько капель фенолфталеина .

Аликвотные доли титруют раствором HCl из бюретки. Для этого бюретку заполняют 0,1 Н раствором HCl (титрантом) до нулевой отметки перед каждым титрованием. Объемы титранта пошедшие на титрование заносят в таблицу. Титруют сначала в присутствии метилоранжа, а затем фенолфталеина .

№ Объем Индикатор Объем титранта Средний объем аликвотной V, мл титранта V, мл доли анализируемого раствора V, мл

Оформление опыта 2

1) Название опыта,

2) Расчет объема концентрированного раствора щелочи,

3) Обработка экспериментальных данных .

По результатам титрований находят средний объем титранта .

Концентрацию приготовленного раствора щелочи находят используя закон эквивалентов:

экв(КОН) = экв(HCl) экв(Х) = Сэкв(Х) · V(X)

–  –  –

Вывод:

1) проанализировать погрешности эксперимента;

2) указать применение растворов, методов приготовления и определение их состава .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какой закон лежит в основе титриметрического анализа? Приведите его математическую запись .

2. Какие требования предъявляются к реакциям, используемым в титриметрическом анализе?

3. Какие титранты применяют в ацидиметрии и алкалиметрии?

4. Чем вызвана необходимость стандартизации раствора хлорводородной кислоты?

5. Какие первичные стандарты применяют при определении точной концентрации растворов кислот?

6. Напишите уравнение реакции, лежащей в основе стандартизации раствора НСl .

7. Что из себя представляют индикаторы, применяемые в методе кислотно-основного титрования? Приведите примеры кислотно-основных индикаторов .

8. Что называется интервалом перехода индикатора? От чего он зависит?

9. Какие индикаторы следует выбирать при определении следующих веществ ацидиметрическим титрованием: КОН, NH3, NaHCO3?

10. Какие индикаторы следует выбирать при определении следующих веществ алкалиметрическим титрованием: HNO3, CH3COOH, HCl и CH3COOH в смеси?

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. А.С.Ленский. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию М.: Высшая школа. 1989 г., раздел 4.2 .

2. Ершов Ю.А. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов/ Ю.А.Ершов, В.А.Попков, А.С.Берменд и др.: Учеб.для мед.спец.вузов. Под.ред. Ю.А.Ершова. - М.: Высш.шк.., 1993. - 560 с., ил .

3. Глинка Н.Л. Общая химия - М.: 1988. - 720 с .

4. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. - Л.: 1984. – 264 с .

5. Никольский А. Б., Суворов А. В. Химия: Учебное пособие для вузов. – СПб.: Химиздат, 2001. – 512 с .

Дополнительная:

1. Алексеев В.А. Количественный анализ. - М.: Химия, 1980 г .

2. Васильев В.П. Аналитическая химия. - М.: Высшая школа, 1989, том 1 .

3. Бабков А.В. и др. Практикум по общей химии с элементами количественного анализа. - М.: Высшая школа, 1978 г. (при пользовании практимумом надо иметь в виду, что с момента его издания произошли изменения в терминологии и обозначениях) .






Похожие работы:

«№105 СРЕТЕНСКИЙ ЛИСТОК Апрель ВЕЛИКОЕ ИМЯ ЖЕНЩИНЫ Велико значение женского начала в творении. Это проявляется на всех уровнях человеческого бытия, как личного, так и общественного. Женщина действует совершенно особым образом: она, будто некий фильтр, очищает...»

«ЕВРОПЕЙСКОЕ СОГЛАШЕНИЕ О ВАЖНЕЙШИХ ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЯХ МЕЖДУНАРОДНОГО ЗНАЧЕНИЯ (СМВП) Договаривающиеся Стороны, Сознавая необходимость облегчения и развития в Европе международных перевозок внутре...»

«Issued with the consent of the Rector Editor in Chief Publishing House of Rzeszow University of Technology Leonard ZIEMIASKI Composition of the Scientific Council of Scientific Papers of the Faculty of Management of Rzeszow University of Technology „Management and Mar...»

«Наш комментарий: Террористы осваивают беспилотные летательные аппараты К полету БЛА "Mirsad 1" над территорией Израиля Евгений Мясников Центр по изучению проблем разоружения, энергетики и экологии при МФТИ Беспилотный летательный аппарат (БЛА) ливанской экстремистской организации "Хезболлах" вторгся в воздушное пространство Изр...»

«МУЗЕЙНЫЙ ГИД 2013 Музей-заповедник "Дивногорье", Воронежская область Музеи-участники проекта 2013 Азов Азовский историко-археологический и палеонтологический музей-заповедник Архангельская область Национальный парк "Кенозерский";...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова" (ФГБОУ ВО "УлГПУ...»

«Учебные программы Учебного центра филиала "Уренгой бурение" ООО "Газпром бурение" По профессиям I.1. Бурильщик эксплуатационного и разведочного бурения скважин на нефть и газ Квалификация: 5–8 разряд...»




 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.