Приготовление растворов заданных концентраций

Теоретические сведения.

Растворы – гомогенные (однородные) системы переменного состава, содержащие два или несколько компонентов. Компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора, принято называть растворителем, а другой компонент – растворенным веществом. При одинаковом агрегатном состоянии компонентов растворителем считают обычно то вещество, которое преобладает в растворе. Растворы бывают твердыми (сплавы металлов), жидкими и газообразными (смеси газов). В медицине наиболее распространены жидкие (чаще водные) растворы.

Концентрация раствора – величина, измеряемая количеством растворенного вещества в определенном объеме или массе раствора или растворителя. Существуют различные способы выражения концентрации растворов:

Процентная концентрация по массе W_% (массовая доля) показывает число единиц массы растворенного вещества (г, кг) в 100 единицах массы раствора (г, кг) и рассчитывается по формуле:

W_% = m_в-ва· 100% / m_р-ра (1),

где m_р-ра - масса раствора, в котором содержится масса вещества m_в-ва.

Следовательно, физиологический раствор (0,9 % NaCl) содержит 0,9 г NaCl в 100 г раствора.

Молярная концентрация С_М (молярность) показывает число молей растворенного вещества в 1л (1дм³) раствора. Согласно определению С_М = ν / V, где количество вещества ν = m/M, а объем раствора V выражен в литрах. Таким образом, получаем формулу:

С_М = m / М·V (2),

где m -масса вещества, г; М - молярная масса вещества, г/моль; V – объем раствора, л.

Например, 5М раствор глюкозы содержит 5моль С₆Н₁₂О₆ в 1л раствора.

Нормальная концентрация С_N (нормальность, молярная концентрация эквивалента) показывает, сколько эквивалентов вещества находится в 1л (1дм³) раствора. Эквивалент Э (эквивалентная масса, молярная масса эквивалента) – это реальная или условная частица вещества, которая в данной реакции реагирует с одним атомом или ионом водорода, или одним электроном. Эквивалент зависит от типа реакции, в которой участвует данное вещество.

Эквивалент кислоты находится делением молярной массы кислоты на ее основность (число атомов водорода в формуле), эквивалент основания – делением молярной массы на кислотность (число ОН групп), эквивалент соли равен молярной массе, деленной на произведение степени окисления металла на число его атомов в формуле.

Например, Э (Н₂SO₄)= 98/2=49 (г/моль), Э (Са(ОН)₂)=74/2=37 (г/моль), Э (Al₂(SO₄)₃)=342/3·2=57 (г/моль). Для реагентов, используемых в окислительно-восстановительных реакциях, эквивалент находят делением молярной массы на число участвующих в превращении электронов.

Нормальную концентрацию рассчитывают по формуле:

С_N = m / Э ·V (3),

где m -масса вещества, г; Э - эквивалент, г/моль; V – объем раствора, л.

Запись 0,1N HCl (или 0,1н HCl) означает, что 1л раствора содержит 0,1 эквивалента HCl.

Зная нормальность раствора, можно найти молярность, и наоборот::

С_N · Э = С_M · M (4).

Титр Т - это масса вещества (г) в 1мл (1см³) раствора. Согласно определению

Т = m / V (6),

где m –навеска вещества, г; V – объем раствора, мл.

Титр также может быть найден по формуле: Т = Э · С_N /1000 (7),

где Э -эквивалент вещества, г/моль; С_N – нормальная концентрация, N; 1000 -коэффициент для пересчета размерности (в 1л 1000мл).

Пример.

Как приготовить 400 мл 25% раствора MgSO₄ с плотностью ρ =1,2 г/мл из более концентрированного 5 М раствора?

Решение:

1) Найдем массу раствора, который мы собираемся приготовить: m _р-ра = V·ρ = 400 ·1,2 = 480 (г)

2) Найдем, сколько г MgSO₄ содержится в 480 г раствора:

25г (MgSO₄) - в 100 г (раствора), (в соответствии с определением процентной концентрации)

X г (MgSO₄) - в 480 г (раствора),

таким образом находим X= 25·480 / 100 = 120 г (MgSO₄).

3) Однако по условию задачи у нас нет кристаллического MgSO₄, который мы могли бы взвесить для приготовления раствора: нужно разбавить более концентрированный раствор, который содержит 5 моль (MgSO₄) в 1л. Найдем массу 5 моль MgSO₄:

m (MgSO₄) = n· M = 5моль · 120 г/моль = 600 г.

4) Найдем объем 5M раствора, который содержит 120 г MgSO₄:

600 г (MgSO₄) – в 1000 мл

120 г (MgSO₄) – в X мл, тогда X= 200 мл.

Таким образом, мы отбираем 200 мл 5M раствора MgSO₄, помещаем в мерную колбу на 400 мл, добавляем необходимое количество дистиллированной воды до метки (фактически раствор должен быть разбавлен в 2 раза).

Ответ: 200 мл 5М р-ра разбавить до 400 мл.

Задачи для самостоятельного решения

1. Рассчитайте молярную концентрацию 10 % CaCl₂, если плотность ρ = 1,1 г/см³.

2. Найдите титр 0,1M H₂SO₄.

3. Определите молярную и нормальную концентрацию растворенного вещества в 1 л раствора с массовой долей H₂SO₄ 62%, плотность которого равна 1,52 г/мл.

Приготовление растворов заданных концентраций

Оборудование:

аналитические весы; технохимические весы; набор ареометров; мерные колбы на 50, 100, 200, 250 мл; мерные цилиндры емкостью на 50, 100, 250 мл; стаканы емкостью на 100 и 250 мл; воронки; пустые склянки для растворов; стеклянные палочки; шпатели и капсулаторки; резиновые груши; пипетки; стаканчики для взвешивания; фильтры.

Реактивы:

дистиллированная вода; твердые соли CoSO₄•6Н₂О, CuSO₄•5Н₂О, K₃[Fe(CN)₆], K₄[Fe(CN)₆] •3Н₂О, Na₂CO₃, NaCl, NiSO₄•7Н₂О; твердый NaOH; концентрированные растворы HCl, CН₃COOH, H₂SO₄.

Ход работы.

1. Выполнить расчеты по предложенным вариантам.

2. Приготовить растворы указанных концентраций по заданию преподавателя.

Вариант № 1

1. Приготовить 100 г 3%-ного раствора хлорида натрия NaCl из твердой соли.

Вариант № 2

1. Приготовить 250 мл 1М раствора хлорида натрия NaCl из твердой соли.