Определение концентрации раствора кислоты

Цель работы: изучить способы выражения концентрации растворов, научиться рассчитывать концентрацию растворов.

Задание: приготовить приблизительно 0, 1 н. раствор соляной кислоты и установить нормальность и титр кислоты. Выполнить требования к результатам работы, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Один из методов определения концентрации растворов – объемный анализ. Он сводится к измерению объемов реагирующих веществ, концентрация одного из которых известна.

Такое измерение производится постепенным прибавлением одного раствора к другому до окончания реакции. Этот процесс называется титрованием. Окончание реакции определяется с помощью индикатора.

При определении объемов растворов целесообразно использовать следующие способы выражения концентрации растворов:

Молярная концентрация эквивалентов вещества В или нормальность (с_эк (В) или н.) – отношение количества эквивалентов растворенного вещества к объему раствора:

, моль/л,

где n_эк(В) – количество эквивалентов вещества В, моль; m_B – масса вещества В, г; М_эк(В) – молярная масса эквивалентов вещества В, г/моль; V_р – объем раствора, л.

Массовая доля растворенного вещества В (ω _В) – отношение (обычно – процентное) массы растворенного вещества к массе раствора:

где m_B – масса вещества В, г; m_р – масса раствора, г.

Если выражать массу раствора через его плотность (ρ ) и объем (V_р), то

Титр раствора вещества В (Т_В) показывает массу растворенного вещества, содержащуюся в 1 мл (см³) раствора:

, г/мл,

где m_B – масса растворенного вещества В, г; V_p – объем раствора, мл.

Титр также можно рассчитать по формуле

, г/мл,

где М_эк(В) – молярная масса эквивалентов вещества В, г/моль; с_эк(В) – молярная концентрация эквивалентов, моль/л.

Выполнение работы

Опыт 1 . Приготовление приблизительно 0, 1 н. раствора соляной кислоты

(Проводить в вытяжном шкафу! ). Налить в цилиндр концентрированный раствор соляной кислоты и ареометром определить его плотность.

По измеренной плотности по табл. Б. 2 найти массовую долю (%) кислоты в растворе. Рассчитать массу кислоты, необходимую для приготовления 250 мл 0, 1 н. раствора HCl по формуле

, откуда m = с_эк· М_эк(HCl)· V,

где с_эк – молярная концентрация эквивалентов, моль/л; m – масса кислоты, г; М_эк(HCl) – молярная масса эквивалентов кислоты, г/моль; V – объем кислоты, л.

Полученную величину (m) пересчитать на объем, который требуется для приготовления 250 мл 0, 1 н. раствора кислоты по формуле

, откуда V = ,

где V – объем кислоты, мл; m – масса кислоты, г; ω – массовая доля в % HCl, найденная по табл. Б. 2; ρ – плотность кислоты, г/мл, измеренная ареометром.

Пипеткой отобрать рассчитанный объем раствора кислоты, перенести его в мерную колбу, разбавить водой до метки и хорошо перемешать.

Опыт 2 . Установление нормальности и титра кислоты

Отмерить пипеткой 10 мл приготовленного раствора кислоты, перенести его в коническую колбу, добавить 1–2 капли фенолфталеина.

В бюретку налить 0, 1 н. раствор NaOH. Оттитровать раствор кислоты. Для этого медленно приливать из бюретки щелочь в колбу с раствором кислоты, непрерывно перемешивая его в процессе титрования. Место, в которое падают капли щелочи, окрашивается в розовый цвет, исчезающий при взбалтывании.. Титрование проводить до тех пор, пока от одной капли щелочи раствор примет неисчезающую окраску. Появление окраски означает, что кислота полностью нейтрализована щелочью. Первое титрование – ориентировочное. Повторить титрование еще три раза. Расхождение между последними тремя титрованиями не должно превышать 0, 1 мл.

Требования к результату опыта

Данные опыта занести в табл. 7.1:

Таблица 7.1

Данные опыта и результаты расчетов

Номер титрования	V (HCl) (объем кислоты)	V (NaOH) (объем щелочи)	V_ср (NaOH) (среднее значение объема щелочи)

Вычислить:

1. Молярную концентрацию эквивалентов раствора кислоты по закону эквивалентов:

с_эк (HCl)∙ V(HCl) = с_эк (NaOH)∙ V (NaOH),

откуда , моль/л,

где с_эк (HCl) и с_эк (NaOH) – молярные концентрации эквивалентов растворов; V (HCl) и V (NaOH) – объемы реагирующих растворов.

2. Титр раствора НСl по формуле

, г/мл.

Примеры решения задач

Пример 7.1. Водный раствор содержит 354 г H₃PO₄ в 1 л. Плотность раствора ρ = 1, 18 г/мл. Вычислить: а) массовую долю (%) H₃PO₄ в растворе; б) молярную концентрацию; в) молярную концентрацию эквивалентов; г) моляльность;

д) титр; е) молярные доли H₃PO₄ и Н₂О.

Решение. а). Для расчета массовой доли воспользуемся формулой

; .

б). Молярная концентрация вещества В или молярность(с_В или М) – отношение количества растворенного вещества к объему раствора:

, моль/л, (1)

где n_B – количество вещества В, моль; m_B – масса вещества В, г; М_В– молярная масса вещества В, г/моль; V_р– объем раствора, л.

Молярная масса H₃PO₄ равна 98 г/моль. Молярную концентрацию раствора находим из соотношения (1):

= 3, 61 моль/л.

в). Молярную концентрацию эквивалентов рассчитываем по формуле . Молярная масса эквивалентов H₃PO₄ равна 32, 7 г/моль. = 10, 83 моль/л.

г). Моляльная концентрация вещества В или моляльность(с_m(B)) – отношение количества растворенного вещества к массе растворителя:

, моль/кг, (2)

где n_В – количество вещества В, моль; m_B – масса вещества В, г; m_S – масса растворителя, г; М_В − молярная масса вещества В, г/моль.

Для определения моляльности по формуле (2) необходимо рассчитать массу растворителя в растворе. Масса раствора составляет 1, 18∙ 1000 = 1180 г.

Масса растворителя в растворе m_S = 1180 – 354 = 826 г.

Моляльная концентрация раствора равна

= 4, 37 моль/кг.

д). Титр раствора можно рассчитать по формулам:

; = = 0, 354 г/мл,

; = 0, 354 г/мл,

; = 0, 354 г/мл.

е). Молярная (мольная) доля вещества В(х_В), безразмерная величина – отношение количества данного вещества к суммарному количеству всех веществ, составляющих раствор, включая растворитель.

Если раствор состоит из одного растворенного вещества и растворителя, то молярная доля вещества (х_В) равна

, (3)

а молярная доля растворителя (x_S)

, (4)

где n_B – количество растворенного вещества, моль; n_S – количество вещества растворителя, моль.

Сумма молярных долей всех веществ раствора равна единице.

В 1 л раствора содержится 3, 61 моль H₃PO₄ (см. пункт б). Масса растворителя в растворе 826 г, что составляет = 45, 9 моль.

Молярные доли H₃PO₄ и Н₂О рассчитываем по формулам (3) и (4):

0, 073;

0, 927.

Пример 7. 2. Сколько миллилитров 50 %-го раствора HNO₃, плотность которого 1, 32 г/мл, требуется для приготовления 5 л 2 %-го раствора, плотность которого 1, 01 г/мл?

Решение. При решении задачи пользуемся формулой

Сначала находим массу азотной кислоты в 5 л 2 %-го раствора:

101 г.

Чтобы ответить на вопрос задачи, надо определить, в каком объеме раствора с массовой долей HNO₃ 50 % содержится 101 г HNO₃:

= 153 мл.

Таким образом, для приготовления 5 л 2 %-го раствора HNO₃ требуется 153 мл 50 %-ного раствора HNO₃.

Пример 7. 3. На нейтрализацию 50 мл раствора кислоты израсходовано 25 мл 0, 5 н. раствора щелочи. Чему равна нормальность кислоты?

Решение. Так как вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных количествах, то можно написать

V_A∙ н. (А) = V_B∙ н. (B);

50∙ н. (кислоты) = 25∙ 0, 5, отсюда

н. (кислоты) = 0, 25 н..

Следовательно, для реакции был использован 0, 25 н. раствор кислоты.

Задачи и упражнения для самостоятельного решения

7. 1. В одном литре раствора содержится 10, 6 г карбоната натрия Na₂CO₃. Рассчитать молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалентов и титр раствора. (Ответ: 0, 1 М; 0, 2 н.; 10, 6∙ 10^-3 г/мл)

7.2. Вычислить молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалентов 20 %-го раствора хлорида кальция плотностью 1, 178 г/мл.

(Ответ: 2, 1 М; 4, 2 н.).

7.3. Сколько моль HNO₃ содержится в 250 мл раствора с массовой долей кислоты 30 % и плотностью, равной 1, 18 г/мл? (Ответ: 1, 40 моль).

7.4. Водный раствор содержит 5 г CuSO₄ в 45 г воды. Вычислить массовую долю (%) CuSO₄ в растворе, а также моляльность и мольные доли CuSO₄ и Н₂О.

(Ответ: 10 %; 0, 694 моль/кг; 0, 012; 0, 988).

7.5. Вычислить титры растворов: а) 0, 05 М NaCl; б) 0, 004 н. Ca(OH)₂;

в) 30 %-го КОН, ρ = 1, 297 г/мл.

(Ответ: а) 0, 00292; б) 0, 148∙ 10^{‾ 3}; в) 0, 389 г/мл).

7.6. Чему равна нормальность 30 %-го раствора NaOH плотностью 1, 328 г/мл? К 1 л этого раствора прибавили 5 л воды. Получился раствор плотностью 1, 054 г/мл. Вычислить массовую долю (%) NaOH в полученном растворе. (Ответ: 9, 96 н.; 6, 3 %).

7.7. В 1 кг воды растворили 666 г КОН, плотность раствора равна 1, 395 г/мл. Вычислить массовую долю КОН в полученном растворе, молярность и мольные доли щелочи и воды. (Ответ: 40 %; 9, 96 моль/л; 0, 176; 0, 824).

7.8. Какой объем 2 М раствора К₂СО₃ надо взять для приготовления 1 л 0, 25 н. раствора? (Ответ: 62, 5 мл).

7.9. Из 600 г 5 %-го раствора сульфата меди упариванием удалили 100 г воды. Чему равна массовая доля CuSO₄ в оставшемся растворе? (Ответ: 6 %).

7.10. Какой объем 50 %-го КОН (ρ = 1, 538 г/мл) требуется для приготовления 3 л 6 %-го раствора (ρ = 1, 048 г/мл)? (Ответ: 245, 3 мл).

7.11. Какая масса гидроксида натрия потребуется для приготовления 2 л 0, 5 М раствора? (Ответ: 40 г).

7.12. Вычислить моляльную и молярную концентрацию эквивалентов 20, 8 %-го раствора HNO₃ плотностью 1, 12 г/мл. (Ответ: 4, 17 моль/кг; 3, 7 моль/л)

7.13. Сколько миллилитров 0, 2 М раствора Na₂CO₃ требуется для реакции с 50 мл 0, 5 М раствора CaCl₂? (Ответ: 125 мл).

7.14. Плотность 15 %-го раствора Н₂SO₄ 1, 105 г/мл. Вычислить молярность, моляльность и молярную концентрацию эквивалентов раствора серной кислоты. (Ответ: 1, 69 моль/л; 1, 8 моль/кг; 3, 38 моль/л).

7.15. Рассчитать массы медного купароса CuSO₄ ∙ 5Н₂О и воды, необходимые для приготовления 500 г 2 %-го раствора сульфата меди. Определить молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалентов, если плотность раствора равна 1, 015 г/мл. (Ответ: = 15, 6 г; = 484, 4 г;

= 0, 13 моль/л; с_эк (CuSO₄) = 0, 25 моль/л).

7.16. При растворении 18 г Н₃РО₄ в 282 мл воды получили раствор фосфорной кислоты, плотность которого 1, 031 г/мл. Вычислить молярную, моляльную, молярную концентрацию эквивалентов полученного раствора и его титр.

(Ответ: 0, 63моль/л; 0, 65 моль/кг; 1, 89 моль/л.; 0, 062 г/мл).

7.17. На нейтрализацию 20 мл раствора, содержащего в 1 л 12 г щелочи, израсходовано 24 мл 0, 25 н. раствора кислоты. Вычислить молярную массу эквивалентов щелочи. (Ответ: 40 г/моль).

7.18. На нейтрализацию 31 мл 0, 16 н. раствора щелочи требуется 217 мл раствора H₂SO₄. Вычислить нормальность и титр раствора H₂SO₄.

(Ответ: 0, 023 н.; 1, 127∙ 10^{‾ 3} г/мл).

7.19. Смешали 10 мл 10 %-го раствора HNO₃ (ρ = 1, 056 г/мл) и 100 мл 30 %-го раствора HNO₃ (ρ = 1, 184 г/мл). Вычислить массовую долю HNO₃ в полученном растворе. (Ответ: 28, 36 %).

7.20. Вычислить массовую долю (%) нитрата серебра в 1, 4 М растворе, плотность которого 1, 18 г/мл. (Ответ: 20, 2 %).

Лабораторная работа 8

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒