Растворы. Приготовление растворов заданной концентрации

Лабораторная работа № 5.

Примеры решения задач.

Пример 1. Найти молярную концентрацию 10% раствора сахарозы. Плотность раствора 1,08 г/мл. Формула сахарозы – С₁₂Н₂₂О₁₁.

Запишем условия задачи так, чтобы было ясно какие количества вещества вам даны.

Количество растворенного вещества Количество раствора

Хм ______________________________1000 мл

10 г _______________________________100 г

«Столбики» этой записи сознательно отклонены от «вертикалей» вследствии различия единиц измерения. Это сразу определяет необходимость дополнительных предварительных действий:

А) выясним, каково количество молей в 10 г сахарозы

Nm = m/M = 10/342 моль,

Б) вычислим массу 1000 мл раствора

G =1.08∙1000 г

Пропорция для решения задачи будет иметь вид:

Хм_________________________1000мл = 1,08∙1000г

10/342моль = 10г________________100г

Решаем ее, используя строгие «вертикали» с совпадающими единицами измерения:

Хм = 10г∙1,08∙1000 = 0,315 моль/л

Пример 2. Найти процентную концентрацию 0,1 н раствора H₂SO₄ плотность = 1,03.

Исходная пропорция:

Х г.___________________________________100 г.

0.1 моль экв.___________________________1000мл.

С учетом эквивалента H₂SO₄ и плотности:

Хг.___________________________________100 г

49∙0,1г = 0,1моль экв.___________________1000 мл = 1,03∙1000г.

Получаем: Х = 49∙0,1∙100 / 1,03∙1000 = 0,475

Гидролиз солей – «разрушение» солей водой с образованием слабого электролита.

Рекомендуемая последовательность действий:

а) составить уравнение диссоциации соли;

б) выяснить, по какому виду идет гидролиз;

в) Составить для этого иона уравнение реакции взаимодействия с водой (с одной молекулой, т.к. речь идет о первой ступени). Это уравнение не будет сокращенным ионным уравнением гидролиза, оно определяет наступающее в растворе равновесие и характеризуется собственной константой;

г) записать уравнение гидролиза в молекулярном виде. При этом в основу берется ионное уравнение (пункт а), а для составления нейтральных молекул используются противоионы из уравнения диссоциации
соли (пункт а).

Пример 3. Составьте уравнение гидролиза сульфата меди.

а) CuSO₄ = Cu²⁺ +SO₄^2-

б) Выясняем, что иону Cu²⁺ соответствует слабое основание, а иону SO₄^2- сильная кислота, значит гидролиз идет по катиону:

в) Cu²⁺ + H₂O = (CuOH)⁺ + H⁺

Естественно, что положительный ион Cu²⁺ «вырвет» из воды отрицательную часть ОН-. Заряд образовавшегося иона CuOH⁺ определяем суммированием зарядов Cu²⁺ и ОН^-. Не забудьте, что связывание ионов ОН^- ведет к избытку в растворе ионов H⁺, что определяет кислую реакцию среды.

г) при составлении уравнения в молекулярной форме констатируем, что всем положительным ионам уравнения соответствуют имеющиеся в свободном виде отрицательные ионы SO₄^2-. С учетом зарядов ионов составляем электронейтральные молекулы:

CuSO₄ + H₂O = (CuOH)₂SO₄ + H₂SO₄,

а затем подбираем необходимые коэффициенты:

2CuSO₄ + 2H₂O = (CuOH)₂SO₄ + H₂SO_4.

Напоминаем, что в растворе реально существуют ионы Н₃О⁺, а не Н⁺

Перед началом выполнения лабораторной работы получите задания для работы у преподавателя и ознакомьтесь с мерной посудой, ареометром и правилами работы с ними.

Задание для работы:

1. Приготовьте водный раствор соли заданной %-ной концентрации и определить его плотность.

2. Приготовьте раствор серной кислоты или гидроксида натрия заданной молярной и нормальной концентрации.

3. Определите концентрацию кислоты или щелочи в приготовленном растворе титрованием.

Определение плотности раствора ареометром. Ориентировочное определение массовой концентрации растворенного вещества с точностью ±0,5% может быть проведено путем измерения плотности раствора и последующего нахождения концентрации, соответствующей плотности по табличным данным, имеющимся для растворов кислот щелочей и некоторых солей в справочнике.

Плотность раствора определяют ареометром. Ареометр представляет собой стеклянный поплавок со шкалой плотности. Для определения плотности жидкость налейте в стеклянный цилиндр на 3/4 его объема и осторожно погрузите ареометр в жидкость так, чтобы он не касался стенки цилиндра. При этом ареометр не должен плавать на поверхности или быть полностью погруженным в жидкость. Уровень жидкости должен приходится на шкалу ареометра. Если для испытания взять слишком тяжелый или слишком легкий ареометр, его следует осторожно вынуть, ополоснуть водой, вытереть, положить на место в коробочку с набором ареометров и взять другой, соответственно легче или тяжелее. То значение на шкале ареометра, до которого он погружается в жидкость, и будет отвечать ее плотности. После определения плотности жидкости ареометр промойте водой и уберите в коробку с набором ареометров. С помощью ареометров плотность жидкости определяют с точностью до третьего десятичного знака.

Приготовление раствора соли заданной концентрации. Взвесьте на технохимических электронных весах в стеклянной таре рассчитанное количество соли. В мерную колбу примерно на 1/3 ее объема налейте дистиллированную воду. Затем вставьте в горлышко колбы сухую воронку и высыпьте взвешенную навеску соли в колбу, после чего тщательно перемешайте содержимое колбы до максимального растворения навески. Затем, добавляя воду, доведите уровень жидкости в колбе до метки. Измерения объемов проводите по нижнему краю мениска (для окрашенных жидкостей по верхнему). Плотно закройте колбу пробкой, перемешайте несколько раз полученный раствор, перевертывая колбу дном вверх. Определите плотность полученного раствора с помощью ареометра. Посмотрите по справочнику, какому процентному содержанию соли соответствует найденная плотность. По найденной %-ной концентрации и плотности, рассчитайте молярную, нормальную концентрацию и титр раствора.

Приготовление раствора серной кислоты заданной концентрации. Налейте имеющийся в лаборатории раствор серной кислоты в стеклянный цилиндр и определите плотность ее ареометром. Посмотрите по справочнику, какому процентному содержанию серной кислоты соответствует найденная плотность. Рассчитайте, какой объем этой кислоты необходимо взять для приготовления раствора заданной концентрации.

В мерную колбу примерно на 1/3 ее объема налейте дистиллированную воду. Затем отмерьте рассчитанный объем раствора серной кислоты мерной пипеткой, перенесите его в колбу и дождитесь охлаждения колбы до комнатной температуры. Затем, добавляя воду, доведите уровень жидкости в колбе до метки. Плотно закройте колбу пробкой, перемешайте несколько раз полученный раствор, перевертывая колбу дном вверх. Полученный раствор используйте для следующего опыта.

Определение концентрации кислоты титрованием. Растворы одинаковой нормальности реагируют в равных объемах, так как одинаковые объемы содержат равное число молей эквивалентов растворенного вещества. Из этого положения следует, что если для нейтрализации раствора основания объемом V₁ требуется раствор кислоты объемом V₂ и наоборот, то в момент нейтрализации справедливо соотношение

N₁V₁ = N₂V₂,

где N₁ и N₂ нормальность растворов кислоты и основания соответственно. Если записать это выражение в виде

V₁/V₂ = N₂/N₁,

Приходим к выводу, что в момент нейтрализации объемы растворов прореагировавших веществ обратно пропорциональны их нормальностям. Это соотношение лежит в основе количественных расчетов по результатам титриметрического анализа. Таким образом, если точно измерить объемы растворов кислоты и щелочи, вступивших в реакцию, и знать концентрацию одного из этих растворов, то легко вычислить концентрацию другого. Процесс определения концентрации, при котором измеряются объемы реагирующих веществ, называется титрованием.

Для проведения титрования необходимо тщательно промыть бюретку на 50 мл сначала проточной, а затем дистиллированной водой. Укрепив бюретку в штативе, через воронку налейте в нее кислоту несколько выше нулевой отметки. Доведите уровень жидкости в бюретки до нуля по нижнему краю мениска, выпуская раствор кислоты по каплям через нижний конец бюретки (кран или шланг с бусинкой).

В три конические колбы на 50-100 мл чистой пипеткой внесите 5-15 мл 0,1 н титрованного раствора щелочи (возьмите у лаборанта). Добавьте в раствор одну каплю индикатора. Проведите грубое титрование. Для этого порциями по 0,5 мл приливайте кислоту из бюретки в колбу со щелочью до изменения окраски индикатора. Раствор в колбе во время титрования необходимо постоянно перемешивать вращательными движениями колбы. Как только индикатор изменить свою окраску добавление кислоты прекратить и произвести отсчет объема израсходованной кислоты с точностью до десятых долей миллилитра. Аналогично повторите титрование еще три раза, однако последние порции кислоты следует добавлять по одной капле до изменения окраски индикатора от одной капли кислоты, что и является концом реакции и титрования (точка эквивалентности). Определите объем израсходованной кислоты с точностью до 0,05 мл и запишите результаты в таблицу.

№ п/п

Объем 0,1 н раствора гидроксида натрия, мл

Объем серной кислоты, пошедший на титрование, мл

Средний объем израсходованной серной кислоты, мл

По данным трех точных титрований вычислите среднее значение израсходованного объема серной кислоты и рассчитайте ее нормальную, молярную концентрацию и титр.

Дата добавления: 2015-08-31