Концентрация растворов

Лабораторная  работа №2

Концентрация  растворов

Цель работы: ознакомление с методами выражения и экспериментального определения концентрации растворов.

1. Краткое теоретическое введение

Содержание растворенного  вещества выражается с помощью безразмерных единиц (долей или процентов), и через размерные величины – концентрации.

Массовая доля растворенного  вещества – отношение массы растворенного  вещества (m_i) к общей массе раствора ( ):

W =

,

 

Отношение может быть выражено в процентах:

С_%(масс)=

*100%.

Объемная доля – отношение объема растворенного вещества (V_i) к сумме объемов компонентов до приготовления раствора. ( )

= ,                              С_{% (об.)} = *100%.

Объемная доля (объемное содержание) газа в газовой смеси  – часть объема смеси, которую  занимало бы содержащееся в ней количество данного газа при той же температуре  и парциальном давлении, равном общему давлению газовой смеси; эта величина может быть выражена в долях единиц или в процентах.

 

Молярная доля – отношение количества растворенного вещества (или растворителя) к сумме всех веществ, составляющий раствор:

N_i =

.

Сумма молярных долей всех компонентов равна 1.

 

Молярная концентрация или молярность (С_м) – отношение количества растворенного вещества (моль) к объему раствора (м³):

С_м =

= .

Обычно пользуются кратной  единицей моль/дм³ (моль/л).

 

Молярная концентрация (С_м) – отношение количества растворенного вещества (моль) к массе растворителя (кг), моль/кг:

 

С_м =

= .

Эквивалентная концентрация (или нормальность) – молярная концентрация эквивалентов (С_н или Н) – отношение числа эквивалентов растворенного вещества к объему раствора, моль/л:

С_н =

.

 

Массовая концентрация – отношение массы растворенного вещества (кг) к объему раствора. Обычно пользуются кратной единицей г/л.

 

Титр – кратная  единица массовой концентрации, г/мл.

Т =

.

Для определения концентрации раствора применяют различные методы: весовой, колориметрический, электрохимический и др.

Если не требуется  большой точности, плотность раствора измеряют ареометром и определяют по таблице массовую концентрацию в процентах. Одним из простых и точных методов является объемный метод. При анализе титрованный раствор реактива (т.е. раствор, концентрация которого точно известна) наливают в измерительный сосуд, называемый бюреткой, и понемногу приливают его к исследуемому раствору до тех пор, пока тем или иным способом не будет установлено, что затраченное количество реактива эквивалентно количеству определяемого вещества. Эта операция носит название титрование. По результатам титрования производятся вычисления удобными способами. В этом случае концентрации растворов должны быть выражены через эквивалентные концентрации, так как между объемами реагирующих веществ наблюдается закономерная зависимость. Преобразуя формулу:

С_н =

Получим

С_н*V =

.

Как правая, так и левая  части равенства представляют собой  количество эквивалентных масс, растворенных в объеме V.

Учитывая закон эквивалентов, можно сделать вывод, что произведение для растворов двух веществ, вступивших в реакцию без остатка, равны между собой, т.е.

С_н * V = C_н * V.

Таким образом, объемы реагирующих  веществ обратно пропорциональны  их нормалиным концентрациям.

При объемном методе проводят главную операцию – титрование, которая при некотором навыке занимает всего несколько минут.

Одним из методов объемного  анализа является метод нейтрализации, в основе которого лежит реакция  нейтрализации:

Н⁺ + ОН^-

Н₂О

По этому методу можно, пользуясь титрованным раствором какой-либо кислоты, проводить количественное определение щелочи (ацидометрия) или, пользуясь каким-либо раствором щелочи, количественно определять концентрацию кислоты (алкалиметрия). При помощи этого метода проводят ряд других определений, так или иначе связанных с реакцией нейтрализации, подобно Na₂CO₃ и Na₂B₂O₇, сильнощелочную реакцию вследствие гидролиза и поэтому титрирующихся кислотами, определение жесткости воды, определение солей аммония, определение солей азота в органических соединениях и т.д.

Основными рабочими растворами метода нейтрализации является раствор  кислоты (обычно НСl или H₂SO₄) и раствор щелочи (обычно NaOH или KOH).

Признаком достижения точки  эквивалентности в методе нейтрализации  является изменение окраски индикаторов: лакмуса, метилового оранжевого, фенолфталеина и многих других веществ. Перемена окраски индикатора происходит не строго в точке эквивалентности, а с известным отклонением от нее, что влечет за собой так называемую индикаторную ошибку титрования. Поэтому большое значение имеет правильный выбор индикатора для титрования. Путем вычисления индикатора ошибки титрования решается вопрос о пригодности какого-либо заранее заданного индикатора.

2. Выполнение работы

Определение концентрации раствора

Определить концентрацию раствора щелочи методом титрования раствором сильной кислоты, концентрация которой определена.

Приборы и реактивы. Установка  для титрования (рис. 2.1), пипетка, конические колбы для титрования. Сосуд с  раствором щелочи NaOH.

Раствор 0,1 н. HCl. Растворы индикаторов – метилоранжа, фенолфталеина, бромтиноловый синий и нитразиновый желтый, 9 чистых пробирок.

Ход определения.

1. Вспомнить изменения цвета индикатора. Для этого налить в шесть чистых пробирок дистиллированную воду по одной трети объема. В три из них прилить по 2 капли раствора метилоранжа. Затем в одну из них прилить 2 капли раствора щелочи, во вторую – 2 капли раствора щелочи, во вторую – 2 капли кислоты. Взболтать содержимое пробирок и сравнить цвета индикатора в нейтральном, щелочном и кислом растворе. Наблюдения записать в табл. 2.1. В оставшиеся пробирки прилить по 2 капли раствора фенолфталеина и повторить опыт так же, как и с раствором метилоранжа. Наблюдения записать в табл. 2.1. тоже проделать с растворами бромтинола синего и нитразинового желтого.

Таблица 2.1.

Изменения окраски индикаторов

Индикатор	Цвет раствора
	В кислой среде	В нейтральной среде	В щелочной среде
Метилоранж	красный	оранжевый	желтый
Фенолфталеин	бесцветный	бесцветный	малиновый
Бромтиноловый синий	желтый	зеленый	синий
Нитразиновый желтый	желтый	серый	фиолетовый

2. Заполнить бюретку титрованным раствором (0,1 моль/л) кислоты. Для этого открыть кран 4 (вертикальное положение), зажать отверстие 8 указательным пальцем левой руки, а правой рукой с помощью резиновой груши 6 накачать раствор кислоты из сосуда 1в бюретку 2 примерно до середины шаровидного резервуара бюретки 9, прекратить накачивание раствора, быстро закрыть кран 4 (горизонтальное положение) и открыть отверстие 8. При этом избыточное количество раствора перетекает через капилляр 5 и трубку 10 обратно в сосуд 1. раствор кислоты автоматически установится на нулевом делении бюретки.
3. Набрать пипеткой соответствующее количество щелочи. Для этого, держа верхнюю часть пипетки большим и средним пальцами правой руки и глубоко погрузив нижний конец пипетки в жидкость (иначе последняя может попасть в рот), всасывать в пипетку раствор так, чтобы уровень жидкости поднялся приблизительно на 2 см выше метки. Затем быстро закрыть верхнее отверстие слегка влажным (не мокрым) указательным пальцем, и, приоткрывая его, дать жидкости вытечь.

По окончании истечения  прикоснуться кончиком пипетки к  стенке сосуда (колбочки для титрования) и ждать несколько секунд. После этого вынуть пипетку из сосуда, не обращая внимания на оставшуюся в ней каплю. Выдавать эту каплю ни в коем случае нельзя. Нацело уделить из пипетки оставшуюся в ней жидкость все равно нельзя, важно, чтобы количество ее было во всех случаях одинаковым. Это и достигается, если пользоваться одним и тем же описанным выше способом опорожнения пипетки. Прибегая к выдуванию последней капли такого постоянства условий, очевидно, нельзя создать, так как сила, с которой это делают, будет в разных случаях различной.

4. Ввести в колбу две капли фенолфталеина. Обратить внимание на цвет раствора в колбе.
5. Приступить к титрованию: из бюретки с помощью крана 3 спускать раствор кислоты небольшими пропорциями, приметно по 0,2 мл, в раствор щелочи, который непрерывно перемешивать. Область, в которую попадает кислота, обесцвечивается. Когда малиновый цвет начнет медленно переходить в розовый, начать спускать раствор кислоты по одной капле и продолжать до тех пор, пока от одной капли раствор полностью обесцветится.
6. Отметить по делениям бюретки, с точностью до 0,05 мл,  объем раствора кислоты, израсходованной на нейтрализацию щелочи.
7. Повторить титрование еще 2 раза, начиная каждый раз с нулевого деления бюретки. Расхождения между результатами титрования не должны превышать 0,1 мл.
8. Полученные значения объемов записать в виде таблицы (табл.2.2).

Таблица 2.2

Результаты титрования

Титрование	Объем взятого раствора щелочи, мл	Объем раствора кислоты, мл	Среднее значение объема кислоты, мл
1-е определение	10	7,2	7,3
2-е определение	10	7,6
3-е определение	10	7,1

 

9. Из всех значений объемов кислоты найти среднее значение.
3. Практическое решение
1. Определить эквивалентную концентрацию раствора щелочи (моль/л) по зависимости:

С_н

* V_NaOH = C_н * V_HCl

Отсюда

С_н

= = 0,073 моль/л

2. Вычислить массовую концентрацию щелочи:

Т_NaOH = C_н

* Э_NaOH =

и титр раствора (г/мл)

Т_NaOH =

  =

3. Вычислить молярную концентрацию щелочи (моль/л):

С_m

= = =

4. Вычислить молярную концентрацию щелочи, принимая плотность раствора = 1,005 г/см³ = 1,005 г/мл:

С

= ,

Если m_NaOH в 1л (1000мл) раствора равно Т = C_н * Э_NaOH, то m_{H O} = * 1000 - m = * 1000 - C_н * Э_NaOH

 

C

= =

5. Вычислить массовую долю (масса %):

W =

При этом в 1л (1000мл) m = C * Э , а m = * 1000

Следовательно,

W =

=

C_%(масс) =

*100 =

6. Вычислить молярную долю щелочи:

N_NaOH =

,

В 1л раствора

n_NaOH = = ,

a

n = =

Следовательно,

N_NaOH =

=

4. Вывод

Выполняя данную лабораторную работу, я ознакомилась с методами выражения и экспериментального определения концентрации растворов. На опыте я определяла концентрацию раствора щелочи (HCl) методом титрования раствором сильной кислоты (NaOH).

Для этого мною были сделаны  некоторые наблюдения и измерения, описанные в «ходе работы», результаты которых записаны в пункте 3 - «практическое  решение», так же произведены нужные подсчеты.

Я получила:

С_н = 0,073 моль/л; Т_NaOH =  г/мл; С_m = моль/л; C =  ; C_%(масс) =  ; N_NaOH = .