Занятие № 2
I. Тема: Способы выражения состава растворов
II. Актуальность темы: В аналитической и фармацевтической практике часто пользуются растворами определенного состава. Состав раствора - это его важнейший параметр, от него зависит характер протекания реакций, физиологическое действие лекарственного препарата на организм человека. Только овладев способами выражения состава растворов и научившись пересчитывать одни способы выражения состава в другие, можно рассчитать и приготовить требуемый объем раствора заданного состава, разбавить концентрированный раствор до нужного состава, определить необходимое для какой-либо цели количество раствора. Знание способов выражения концентрации растворов необходимо при изучении многих химических дисциплин.
III.Цель: Cформировать представление о способах выражения концентрации растворов. Привить навыки производить расчеты, необходимые для приготовления растворов различных концентраций и умению готовить такие растворы.
IV. Исходный уровень:
Для усвоения материала темы нужно знать:
1. Понятия: моль, эквивалент, молярная масса, молярная масса эквивалента, фактор эквивалентности.
2. Нахождение эквивалентных величин для различных веществ.
3. Понятия: масса, объем, плотность и единицы их измерения.
4. Дольные и кратные приставки к единицам измерения величин системы СИ.
V. Учебно – целевые вопросы:
1. Единицы измерения массы, объема, плотности и формула, связывающая эти величины.
2. Понятия: раствор, растворитель, растворенное вещество, растворимость, компонент.
3. Доля компонента: определение и виды: массовая, объемная и молярная, формулы и примеры расчета.
4. Решение задач на расчет массовой доли при разбавлении растворов и объемов смешиваемых растворов, необходимых для приготовления заданного объема раствора с нужной массовой долей.
5. Отношение: определения и виды: массовое, моляльность, коэффициент растворимости, размерности и примеры расчета. Расчет отношений и пересчет их в доли.
6. Концентрация растворов: определения и виды: молярная, молярная концентрация эквивалента, массовая, титр. Их обозначения, размерности и примеры расчета; формулы перехода от одних видов концентраций к другим.
7. Формулы, связывающие долю и концентрацию растворенного вещества. Пересчет одних способов выражения состава растворов в другие.
VI. После изучения темы студент должен
знать:
- основные способы выражения концентрации растворов и их физический смысл: массовая доля, молярная, моляльная, молярная концентрация эквивалента, титр, мольная доля.
- закон эквивалентов и следствие из него.
уметь:
- решать задачи с использованием основных понятий и законов химии;
- решать задачи используя различные способы выражения концентрации растворов и взаимосвязь между ними;
- осуществлять перевод одних способов выражения концентрации в другие
Литература:
1. Общая химия [Электронный ресурс] / Попков В.А., Пузаков С.А. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. - https://www.studmedlib.ru/book/ISBN9785970415702.html
2. Учебное пособие по общей и неорганической химии для самостоятельной работы студентов I курса фармацевтического факультета [Электронный ресурс]: учебное пособие / С. И. Красиков [и др.]; ред. С. И. Красиков. - Электрон.текстовые дан. - Оренбург: Изд-во ОрГМА, 2009. (ВЭБС)
Эталоны решения задач
Задача № 1
Определите фактор эквивалентности вещества, указанного в уравнении и схе ме реакций первым:
а) Ва(ОН)2 + H2SO4 = BaSO4 + 2H2O;
б) Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl;
в) H2S + KOH = KHS + H2O;
г) KI + NaNO2 + H2SO4 → I2 + NO + K2SO4 + Na2SO4 + H2O.
Решение: Значение фактора эквивалентности определяется природой реагирующих веществ и характером данной реакций.
а) f(Ba(OH)2) = 1/2, т.к. одна молекула Ва(ОН)2 является акцептором двух ио- нов водорода.
б) f(Na2CO3) = 1, т.к. замещается один катион натрия, что эквивалентно заме- щению одного иона водорода.
в) f(H2S) = 1, т.к. замещается один ион водорода.
г) f(KI) = 1, т.к. из полуреакции окисления восстановителя 2I – – 2e →I2 видно, что две частицы восстановителя (йодид-ионы) отдают 2 электрона, значит один ион I – отдает 1 е, следовательно, эквивалентом является реальная частица – I –.
Ответ: f(Ba(OH)2) = 1/2, f(Na2CO3) = 1, f(H2S) = 1, f(KI) = 1.
Задача № 2
В 1,5 л раствора содержится 8,55 г алюмокалиевых квасцов KАl(SO4)2 12H2O. Рассчитайте: а) молярную массу эквивалента соли в реакции: KАl(SO4)2 12H2O + 3KOH = Al(OH)3 + 2K2SO4 + 12H2O; б) молярную концентрацию эквивалента алюмокалиевых квасцов в растворе для указанной выше реакции.
Решение: 1) Определяем fэкв квасцов: одна молекула алюмокалиевых квасцов реагирует с тремя гидроксид-ионами и, следовательно, эквивалентна трем ионам водорода: f(KАl(SO4)2 12H2O) = 1/3
2) Молярную массу эквивалента соли рассчитываем по формуле: М(1/3 KАl(SO4)2 12H2O) = M f =1/3∙474,4 = 158,1 г/моль.
3) Молярную концентрацию эквивалента соли определяем по формуле:
С(1/3 KАl(SO4)2 12H2O) = m квасцов / М (1/3квасцов) V;
С(1/3 KАl(SO4)2 12H2O) = 8,55/158,1 1,5= 0,036 (моль/л).
Ответ: М(1/ 3 KАl(SO4)2 12H2O) = 158,1 г/моль; C(1/ 3 KАl(SO4)2 12H2O) = 0,036 моль/л.
Задача № 3
Вычислите массу вещества, содержащуюся в заданном количестве вещества эквивалентов: а) 0,5 моль эквивалентов Na2B4O7 10H2O; б) 0,1 моль эквивалентов Н3РО4 в реакции полного обмена ионов водорода; в) 0,2 моль эквивалентов Mg(OH)2 в реакции полного обмена гидроксид-ионов; г) 0,02 моль эквивалентов KMnO4 в сильнокислой среде.
Решение:
а) m(Na2B4O7 10H2O) = n(1/2 Na2B4O7 10H2O)∙M(1/2 Na2B4O7 ∙10H2O);
m(Na2B4O7 ∙10H2O) = 0,5 191 = 95,5 (г);
б) m(Н3РО4) = n(1/3 Н3РО4) M(1/3 Н3РО4);
m(Н3РО4) = 0,1 1/3 98 = 3,27 (г);
f(Н3РО4) = 1/3, т.к. в реакции участвуют все три иона водорода;
в) m(Mg(OH)2) = n(1/2 Mg(OH)2) M(1/2 Mg(OH)2);
m(Mg(OH)2) = 0,2 29 = 5,8 (г);
f(Mg(OH)2) = 1/2, т.к. в реакции участвуют два гидроксид-иона;
г) в сильнокислой среде восстановление ионов MnO4- происходит по схеме: MnO4- +5e + 8H + = Mn2+ + 4H2O, поэтому f(KMnO4) = 1/5.
Следовательно, m(KMnO4) = n(1/5 KMnO4) M(1/5 KMnO4);
m(KMnO4) = 0,02 31,6 = 0,632 (г).
Ответ: а) 95,5 (г); б) 3,27(г); в) 5,8(г); г) 0,632 (г).
Задача № 4
Приготовьте 500г раствора NaCl с ω=10%.
Дано: m раствора (NaCl)=500г ω (NaCl)=10% | Решение ω =m вещества·100%/ m раствора 1. Определяем массу NaCl по формуле: m вещества= ω· m раствора 100% m (NaCl)= 10%·500г =50г 100г 2. Определяем массу воды по формуле: m раствора= m вещества+ m растворителя m (H2O)= m раствора- m вещества m (H2O)=500г-50г=450г. Согласно формуле ρ= m/V, где ρ- плотность раствора, m-масса, V-объем V(H2O)= m (H2O) = 450г =450мл ρ (H2O) 1г/мл |
Найти: m (NaCl)=? m (H2O)=? |
Ответ: Для того, что бы приготовить 500г раствора NaCl с ω=10%, нужно взвесить на аналитических весах 50г NaCl, поместить в любую посуду и добавить туда 450мл воды, отмерив ее цилиндром
Задача № 5
Приготовьте 250мл 0,5М раствора CuSO4 из безводного CuSO4 мл
Дано: Cм(CuSO4)=0,5М V (CuSO4)=0,25л | Решение См=n(CuSO4)/V Находим количество молей раствора CuSO4 по формуле n(CuSO4)= См·V, тогда n(CuSO4)=0,5моль/л·0,25л=0,125моль. М(CuSO4)=160г/моль Согласно формуле n=m/M, находим массу CuSO4 m (CuSO4)= n· M=0,125моль ·160г/моль=20г |
Найти: m (CuSO4)=? |
Ответ: Для того, что бы приготовить 250мл CuSO4 из безводного, нужно взвесить на аналитических весах 20г CuSO4, перенести в мерную колбу объемом 250мл и довести до метки водой.
Задача № 6
Рассчитайте массу кристаллического хлорида натрия, необходимую для при- готовления 250 мл раствора с молярной концентрацией хлорида натрия 0,8М. Выразите концентрацию полученного раствора через массовую долю и титр. Плотность раствора равна 1,027 г/мл.
Решение: 1) C(NaCl)= m (NaCl)/ MV
отсюда m(NaCl) = c(NaCl) M(NaCl) Vр-ра;
m(NaCl) = 0,8 58,5 0,25 = 11,7 (г)
2) ω(NaCl) = С(NaCl) М (NaCl)/p∙ 10;
ω(NaCl) = 0,8 58,5/1,027∙ 10 = 4,56%.
3) Т(NaCl) = m(NaCl)/Vр-ра
T(NaCl) = 11,7/ 250 = 0,04680 (г/мл).
Ответ: m(NaCl) = 11,7 г; w(NaCl) = 4,56%; Т(NaCl) = 0,04680 г/мл.
Cm(С2Н5ОН) = 19,28 моль/кг; N(С2Н5ОН) = 0,258; N(Н2О) = 0,742.
Задача № 7
Рассчитайте массу навески декагидрата карбоната натрия, необходимую для приготовления 100,0 мл раствора с молярной концентрацией эквивалента соли 0,05 моль/л.
Решение: 1) Определяем фактор эквивалентности соли:
f(Na2CO3 10H2O) = 1/2, т.к. замещается два катиона натрия.
2) Рассчитываем массу соли, используя формулу
Cэкв (Na2CO3 10H2O) = m(Na2CO3 10H2O) ∙1000/ М∙ f ∙Vотсюда:
m(Na2CO3 10H2O)= C экв (Na2CO3 10H2O)∙М(соли) ∙ f ∙V / 1000
m(Na2CO3 10H2O)= 0,05 ∙ 286∙ 1/2∙100 = 0,715 г.
Ответ: m(Na2CO3 10H2O) = 0,715
Задачи для самостоятельного решения
Вариант 1
1. 2,5 г нашатырного спирта () растворили в мерной колбе на 100 мл. На титрование 10 мл этого раствора пошло 15 мл 0,1 М раствора соляной кислоты. Определить массовую долю нашатырного спирта.
2. Приготовьте 1000г раствора CaCl2 с ω=10%.
3. Рассчитать, какой объем раствора H2SO4 с молярной концентрацией эквивалента 0,01 моль/л необходимо затратить, чтобы оттитровать 20 мл раствора NaOH с T(NaOH) = 0,0004 г/мл.
Вариант 2
1. Подсчитать молярную массу эквивалента соли NaHSO4 в реакции:
NaHSO4 + MgCl2 = MgSO4 + NaCl + HCl
2. Рассчитать молярную концентрацию эквивалента НСlО4 в растворе, если на титрование 10 мл этого раствора затрачено 16,3 мл раствора гидроксида калия с С( КОН) = 0,045 моль/л.
3. На титрование 5 мл раствора гидроксида бария израсходовано 13 мл раствора соляной кислоты с С( НСl) = 0,095 моль/л. Вычислить Т(Ва(ОН)2) и m(Ва(ОН)2) в растворе.
Вариант 3
1. Подсчитать молярную массу эквивалента кислоты H3PO4 в реакции:
H3PO4 +2KOH = K2HPO4 + 2H2O
2. На титрование раствора азотной кислоты израсходовано 10,6 мл раствора гидроксида натрия с С( NaOH) = 0,05 моль/л. Вычислить массу кислоты в растворе.
3. Определить массовую долю сульфата меди (II) в растворе, полученном при растворении 50 г медного купороса в 750 г воды.
Вариант 4
1. Подсчитать молярную массу эквивалента соли Ca3(PO4)2 в реакции:
Ca3(PO4)2 + H2SO4 = 2CaHSO4 + CaSO4
2. В мерной колбе объемом 150 мл растворено 0,69 г карбоната калия. На титрование 10 мл полученного раствора израсходовано 16,7 мл раствора соляной кислоты. Определить С( НСl) и Т(НCl).
3. Рассчитать массу гидроксида натрия в растворе, если на титрование этого раствора затрачено 12,6 мл раствора серной кислоты с С( Н2SO4) = 0,025 моль/л.
Вариант 5
1.Определить молярную концентрацию эквивалента тиосульфата натрия в растворе, если на титрование 15 мл этого раствора затрачено 10,8 мл раствора иода с Т(I2) =0,00254 г/мл.
2. Вычислить массовую долю безводной соли в растворе, полученном растворением 0,02 моль BaCl2 · 2H2O в 5,56 моль воды
3. На нейтрализацию 30 мл раствора серной кислоты израсходовано 20 мл раствора KOH с молярной концентрацией эквивалента равной 0,15 моль/л. Рассчитайте С(1/zH2SO4) в растворе.
Вариант 6
1. В мерной колбе объемом 300 мл растворено 0,45 г образца гидроксида натрия, содержащего посторонние примеси. На титрование 10 мл приготовленного раствора затрачено 8,2 мл раствора щавелевой кислоты с С( Н2С2О4) = 0,042 моль/л. Вычислить массовую долю примесей в образце.
2. На титрование 10 мл раствора серной кислоты израсходовано 12,5 мл раствора гидроксида калия с Т(КОН) = 0,0056 г/мл. Рассчи-тать Т(H2SO4).
3. На нейтрализацию 20 мл раствора серной кислоты израсходовано 15 мл раствора NaOH с молярной концентрацией эквивалента равной 0,2 моль/л. Рассчитайте С(1/zH2SO4) в растворе.
Вариант 7
1. На титрование раствора гидрокарбоната калия с молярной концентрацией эквивалента 0,025 моль/л израсходовано 9,6 мл раствора соляной кислоты с С( НСl) = 0,03 моль/л. Вычислить объем использованного раствора гидрокарбоната калия.
2. Рассчитать массу азотной кислоты, если для ее нейтрализации потребовалось 16 мл раствора гидроксида бария с Т(Ва(ОН)2) = 0,00171 г/мл.
3. Приготовьте 500 мл 0,1М раствора CuSO4 из безводного CuSO4
Вариант 8
1. Навеску хлорида аммония растворили в мерной колбе объемом 200 мл. На титрование 10 мл этого раствора потребовалось 6,3 мл раствора гидроксида натрия с С( NaOH) = 0,1 моль/л. Рассчитать массу навески.
2. На титрование раствора, содержащего 0,45 гNa2B4O7, затрачено 24,1 мл раствора серной кислоты. Вычислить С( Н2SO4) и T(Н2SO4).
3.На реакцию с 25 мл раствора калия карбоната с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,2 моль/л, израсходовано 50 мл раствора соляной кислоты. Рассчитать С(1/zHСl).
Вариант №8
1. На титрование 5 мл раствора карбоната калия израсходовано 13 мл раствора соляной кислоты с С( HCl) = 0,095 моль/л. Вычислить С( К2СО3), Т(К2СО3) и m(К2СО3) в растворе.
2. Определить объем раствора перманганата калия, титр которого равен 0,000948 г/мл, необходимого для титрования в кислой среде 5 мл раствора сульфата железа (II) с С( FeSO4) = 0,067 моль/л.
3. На нейтрализацию 10 мл раствора щавелевой кислоты пошло 20 мл раствора Ва(ОН)2 с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,4 моль/л. Рассчитать С(1/z Н2С2О4) в растворе.
Вариант №9
1. Навеску Na2B4O7×10Н2О растворили в мерной колбе объемом 500 мл. На титрование 10 мл полученного раствора было затрачено 8,9 мл раствора серной кислоты с С( H2SO4) = 0,12 моль/л. Найти массу навески.
2. На титрование 10 мл раствора гидроксида калия израсходовано 14,5 мл раствора соляной кислоты с Т(HCl) = 0,00073 г/мл. Вычислить С( КОН) и m(КОН) в растворе.
3. На нейтрализацию 50 мл раствора серной кислоты израсходовано 38 мл раствора КOH с молярной концентра цией эквивалента равной 0,15 моль/л. Рассчитайте С(1/z Н2SO4) в растворе.
Вариант №10
1. На титрование 10 мл раствора соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,125 моль/л потребовалось 11,5 мл раствора гидроксида натрия. Вычислить С( NaOH) и Т(NаОН).
2. Рассчитать массу навески гидрокарбоната калия, если известно, что на титрование его раствора до CO2 затрачено 14,3 мл раствора серной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,2 моль/л.
3. На нейтрализацию 130 мл раствора cерной кислоты пошло 65 мл раствора NaОН с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,3 моль/л. Рассчитать
С(1/zH2SO4) в растворе.
Вариант №11
1. На титрование 10 мл раствора тетрабората натрия с С( Na2B4O7) = 0,049 моль/л затрачено 9,3 мл раствора соляной кислоты. Вычислить молярную концентрацию эквивалентаНCl.
2. Найти массу иода в растворе объемом 350 мл, если на титрование 15 мл этого раствора затрачено 12,7 мл раствора тиосульфата натрия, титр которого равен 0,00316 г/мл.
3. На нейтрализацию 20 мл раствора уксусной кислоты пошло 10 мл раствора NaОН с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,8 моль/л. Рассчитать С(1/z СН3СООН) в растворе.
Вариант №12
1. Вычислить массовую долю Na2B4O7×10Н2О в техническом препарате массой 0,875 г, если на титрование его раствора потребовалось 20,4 мл раствора соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента0,212 моль/л.
2. На титрование 15 мл раствора оксалата калия в кислой среде израсходовано 7,8 мл раствора перманганата калия с титром равным 0,00316 г/мл. Определить молярную концентрацию эквивалента оксалата калия в растворе.
3. На нейтрализацию 20 мл раствора фосфорной кислоты пошло 10 мл раствора NaОН с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1 моль/л. Рассчитать С(1/zH3PO4) в растворе.
Вариант №13
1. На титрование раствора хлорной кислоты израсходовано 13,3 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента 0,035 моль/л. Вычислить массу НClО4 в растворе.
2. При титровании в кислой среде 5 мл раствора хлорида железа (II) израсходовано 11,6 мл раствора перманганата калия с С( КМnО4) = 0,1 моль/л. Вычислить С( FeCl2).
3. На нейтрализацию 10 мл раствора серной кислоты израсходовано 20 мл раствора КOH с молярной концентрацией эквивалента равной 0,10 моль/л. Рассчитайте С(1/z Н2SO4) в растворе.
Вариант №14
1. Подсчитать молярную массу эквивалента соли SrCl2 в реакции:
SrCl2 + Na2SO4 = SrSO4 + 2NaCl
2. На титрование раствора, содержащего 0,53 г Na2CO3·10H2O, израсходовано 12,5 мл раствора серной кислоты. Вычислить Т(H2SO4).
3. Имеется раствор гидроксида калия объемом 500 мл. На титрование 10 мл этого раствора было израсходовано 9,2 мл раствора соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента0,1 моль/л. Определить массу КOH в исходном растворе.
Вариант №15
1. 2,5 г раствора азотной кислоты поместили в мерную колбу и разбавили водой до объема 400 мл. На титрование 5 мл полученного раствора израсходовали 17,6 мл раствора гидроксида натрия с Т(NaOH) =0,0008 г/мл. Определить массовую долю HNO3 в исходном концентрированном растворе.
2. На титрование 10 мл раствора гидроксида лития израсходовано 22,9 мл раствора соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента0,09 моль/л. Вычислить m(LiОН) в растворе.
3. Рассчитать массу навески серебра нитрата, необходимую для приготовления 450 мл раствора с концентрацией 0,5 моль/л
Вариант №16
1. Подсчитать молярную массу эквивалента соли NaHSO4 в реакции:
NaHSO4 + MgCl2 = MgSO4 + NaCl + HCl
2. На титрование раствора ацетата калия израсходовано 17,7 мл раствора серной кислоты с молярной концентрацией эквивалента0,05 моль/л. Вычислить массу СН3СООК в растворе.
3. Образец технического гидроксида натрия массой 6,5 г растворен в мерной колбе объемом 750 мл. На титрование 10 мл полученного раствора израсходовано 9,4 мл раствора щавелевой кислоты с Т(H2С2О4) = 0,0096 г/мл. Определить массовую долю гидроксида натрия в образце.
Вариант №17
1. Вычислите количество вещества и количество вещества эквивалентов в за- данной массе вещества: а) 24,5 г H2SO4; б) 0,8 кг CuSO4; в) 1,26 г H2C2O4 2H2O; г) 11,1 Са(ОН)2.
2. Навеску Na2B4O7 растворили в мерной колбе объемом 250 мл. На титрование 10 мл полученного раствора было затрачено 12,3 мл раствора соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента0,012 моль/л. Вычислить массу навески.
3. На титрование 10 мл раствора гидроксида бария израсходовано 13,6 мл раствора азотной кислоты с Т(НNО3) = 0,00126 г/мл. Определить молярную концентрацию эквивалентаBa(OH)2в растворе.
Вариант №18
1. На титрование 10 мл раствора серной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,24 моль/л потребовалось 11,5 мл раствора гидроксида натрия. Вычислить С( NaOH) и Т(NаОН).
2. Вычислить массовую долю Na2B4O7×10Н2О в техническом препарате массой 0,875 г, если на титрование его раствора потребовалось 20,4 мл раствора соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента0,212 моль/л.
3. Рассчитать массу азотной кислоты, если для ее нейтрализации потребовалось 16 мл раствора гидроксида калия с Т(КОН) = 0,00171 г/мл.