Определение концентрации растворов методом титрования

Семинар №2

Способы выражения состава растворов

 

План семинара

 

1. Тест№1. Основные понятия и законы химии

2. Способы выражения концентрации растворов

3. Способы приготовления растворов. Примеры.

4. Решение задач

5. Тест№2 Классы неорганических соединений

6. Домашнее задание: решить задачи по теме «Растворы» №1-12

 

Теоретический материал к семинару

Растворы

Растворы - сложная физико-химическая система, представляющая собой смесь компонентов. Этооднородные (гомогенные) системы переменного состава.

Растворы состоят по меньшей мере из двух компонентов – растворителя и растворенного вещества. За растворитель принимают то вещество, которое сохраняет свое агрегатное состояние в процессе образования растворов или то, которое находится в избытке.

Количество (масса) растворенного вещества в единице массы или объема раствора называют концентрацией раствора.

 

Наиболее распространенные способы выражения концентрации растворов:

Массовая доля – это масса вещества в 100 г раствора:

Размерность – доли единицы или проценты

Пример: ω (NaCl) = 10% десятипроцентный раствор хлорида натрия

В 100 г раствора хлорида натрия содержится 10 г. хлорида натрия.

m( Н₂О)=100-10 = 90 г

V _(Н2О)= m/r =90/1=90 мл

Масса раствора состоит из массы вещества и массы растворителя:

m_р= m_в+m(Н₂О)

Мольная доля – это отношение количества растворенного вещества к общему количеству вещества всех компонентов раствора:

 

Объёмная доля — отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора. Объёмная доля измеряется в долях единицы или в процентах.

, где:

· V ₁ — объём растворённого вещества, л;

· V — общий объём раствора, л.

 

Молярная концентрация – это количество вещества в 1 л раствора:

Размерность – моль/л

Пример: С (NaCl) = 1М одномолярный раствор хлорида натрия

1 моль вещества хлорида натрия содержится в 1 литре раствора хлорида натрия.

Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) – это число эквивалентов вещества в 1 л раствора:

Размерность – моль экв/л

Пример: С _Н(NaCl) = 1Н однонормальный раствор хлорида натрия

1 моль эквивалентов вещества хлорида натрия содержится в 1 литре раствора хлорида натрия

 

Моляльная концентрация – это количество вещества в 1 кг растворителя:

Размерность – моль/1 кг H₂O

Пример: С _μ(NaCl) = 1моль/ 1 кг Н₂О одномоляльный раствор хлорида натрия

1 моль вещества хлорида натрия содержится в 1кг Н₂О

 

Массовая концентрация Размерность – г/л

С (NaCl) = 5 г/л

5 граммов вещества хлорида натрия содержится в 1 литре раствора

Титр — масса растворённого вещества (в граммах), содержащаяся в одном миллилитре (см³) раствора.

Рассчитывается по формуле:

, где

— титр раствора (в г/мл);

— масса растворённого вещества (в г);

— объём раствора (в мл).

 

Растворимость – это способность одного вещества растворяться в другом при заданных условиях.

Количественно она выражается коэффициентом растворимости s. Он равен концентрации насыщенного при данных условиях раствора. В том случае, когда концентрация растворенного вещества меньше коэффициента растворимости, мы имеем дело с ненасыщенными растворами. Иногда можно получить пересыщенные растворы, однако они неустойчивы и легко выделяют избыток вещества, превращаясь в насыщенные растворы.

Растворимость веществ зависит от температуры и давления: для жидких и твердых веществ она увеличивается при повышении температуры, для газов – при понижении температуры и повышении давления.

 

Зависимость между ω и s:

ω = s/s+100

Определение концентрации растворов методом титрования

Среди многочисленных методов определения концентрации раствора особое место занимает титрование.

Титрование лежит в основе титриметрического, или объемного анализа – метода количественного химического анализа, основанного на измерении объема одного реагента, затраченного на реакцию с определяемым реагентом. По типу протекающих при титровании реакций различают кислотно-основное титрование, окислительно-восстановительное и другие титриметрические методы.

Из закона эквивалентов известно, что вещества реагируют и образуются в строго эквивалентных соотношениях, т.е. νэ1= νэ2=… и т.д. Пользуясь нормальными концентрациями растворов, можно рассчитать, в каких объемных соотношениях их следует смешивать, чтобы растворенные в них вещества прореагировали без остатка. Например, если V1л раствора вещества 1 с нормальностью N1 реагирует с V2л раствора вещества 2 с нормальность N2, это означает, что в реакцию вступило V1N1 эквивалентов вещества 1 и V2N2 эквивалентов вещества 2. Тогда математически закон эквивалентов для растворов можно записать в виде следующих соотношений:

V1N1= V2N2 или V1/ V2= N2/ N1

Таким образом, объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям.

На основании этого соотношения можно не только вычислять необходимые для проведения реакции объемы растворов, но и по объемам пошедших на реакцию растворов определять их концентрации, а значит, и массы прореагировавших веществ.

Титрование представляет собой постепенное приливание раствора известной концентрации (стандартного раствора, или титранта) к анализируемому раствору неизвестной концентрации, но точно заданного объема (аликвотная доля, или аликвота).

Момент титрования, в который количества эквивалентов реагирующих веществ оказываются равными (вещества прореагируют друг с другом полностью), называют точкой эквивалентности ТЭ (стехиометрическая точка, теоретическая конечная точка).

Приливание стандартного раствора производится при помощи калиброванной бюретки и заканчивается в момент, когда резко изменяется окраска анализируемого раствора в присутствии индикатора. Этот момент называют конечной точкой титрования КТТ. КТТ более или менее соответствует ТЭ, но чаще всего не совпадает с ней, чем может обусловливать ошибки метода.

Упражнения и задачи

 

1. В каких единицах измеряется нормальная, молярная, моляльная, массовая концентрации раствора, массовая доля растворенного вещества? Дайте определения различным концентрациям.

2. Какова молярность 0,3Н раствора фосфорной кислоты?

Какова нормальность 0,1М раствора серной кислоты?

3. Вычислите массу Na₂S0₃ в 5 л раствора (р = 1,075 г/мл), если массовая доля сульфита натрия со­ставляет 8%. (430 г.)

4. Какую массу раствора с массовой долей серной кислоты 30% надо прибавить к 300 г воды для получе­ния раствора с массовой долей кислоты 10%. (150 г.)

5. Из 700 г раствора с массовой долей серной кис­лоты 60% выпариванием удалили 200 г воды. Чему равна массовая доля серной кислоты в оставшемся растворе? (84%.)

6. Из 10 кг раствора с массовой долей хлорида натрия 20% при охлаждении выделилось 400 г соли. Чему равна массовая доля хлорида натрия в охлажден­ном растворе? (16,7%.)

7.Вычислите молярную и нормальную концентра­ции растворенного вещества:

если в растворе объемом 2 л содержится азотная кислота массой 12,6 г; (0,1 М; 0,1 н.)

8.Определите массу растворенного вещества, со­держащегося в растворе объемом 500 мл с концентрацией 0,1 H КОН; (2,8 г.)

9.Рассчитать молярную концентрацию серной кислоты в растворе, если на титрование 100 мл этого раствора затрачено 163 мл раствора гидроксида калия с С_Н(КОН) = 0,045 моль экв/л.

10.Рассчитать, какой объем раствора серной кислоты c молярной концентрацией эквивалента 0,2 моль/л потребуется для нейтрализации раствора, содержащего 0,4 г гидроксида натрия.