VI. После изучения темы студент должен

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.