Приготовление раствора заданной концентрации разбавлением концентрированного раствора

Выполнение работы

1. Получите от преподавателя задание - приготовить из концентрированного раствора определённый объём раствора меньшей концентрации.

2. Рассчитайте, сколько (мл) исходного раствора требуется для приготовления раствора заданной концентрации. Зная эту величину, найдите объём воды, необходимой для получения этого раствора. Для нахождения плотности раствора пользуйтесь таблицами. Проведённые расчёты представьте преподавателю.

3. После проверки преподавателем, приготовьте заданный раствор смешением найденных объёмов исходного раствора и воды. Для приготовления раствора определённой концентрации используйте: мерную колбу, мерный цилиндр и пипетку, при помощи которой определённый объём жидкости перенесите в мерную колбу. В мерной колбе этот раствор долейте водой до метки и перемешайте. Прибавление воды до метки производится сначала быстро, затем, когда до метки останется 1-2 см, по каплям. Отсчёт уровня жидкости в мерной колбе и мерном цилиндре производится по нижнему краю мениска. Перемешивание раствора в колбе осуществляется путём её переворачивания и встряхивания.

4. Приготовленный раствор сдайте дежурному лаборанту.

Пример расчёта:

Требуется приготовить 50 мл 0,05 N раствора Na₂CO₃ из 0,2 М раствора Na₂CO₃, если f_экв.(Na₂CO₃) = .

Расчёт: = 0,05^.0,05 = 0,0025 (моль); = 0,00125 (моль);

= 0,00625 л или 6,25 мл 0,2 М раствора.

ЗАНЯТИЕ 2

Тема: Растворы сильных и слабых электролитов

В водных растворах сильные электролиты полностью диссоциированы на ионы. Эффективную, условную молярную концентрацию иона называют

активностью (а) иона (i). Она равна а_i = ¦^.C_i, где ¦ - коэффициент активности. Коэффициент активности для различных ионов изменяется при изменении концентрации раствора: в концентрированных растворах ¦ < 1, а в разбавленных приближается к единице.

Раствор электролита характеризуется ионной силой раствора (I), которая вычисляется по уравнению , где

C_i - молярная концентрация i-того иона;

Z _i - заряд i-того иона в единицах заряда электрона.

Между коэффициентом активности и ионной силой раствора существует зависимость:

В отличие от сильных электролитов в водных растворах слабых электролитов не все молекулы электролита распадаются на ионы, а лишь небольшая их часть. Этот процесс количественно характеризуется степенью электролитической диссоциации (a), которая в зависимости от силы электролита принимает значения 0 < a < 1; для сильных электролитов a > 0,3, для слабых a < 0,03, а для электролитов средней силы 0,03 < a < 0,3. Степень электролитической диссоциации равна , где

N_i - число молекул электролита, распавшихся на ионы;

N- общее число молекул электролита в растворе (число молекул электролита, введенных в растворитель);

С_i - молярная концентрация молекул электролита, распавшихся на ионы;

С - молярная концентрация электролита;

n _i - количество вещества электролита, распавшегося на ионы;

n- количество вещества электролита, введённого в раствор.

Степень электролитической диссоциации зависит от ряда параметров, в том числе от концентрации, что делает её неудобной величиной для количественной

характеристики процесса диссоциации. Независящей от концентрации слабого электролита в растворе является константа диссоциации. В растворе слабого электролита (кислоты HAn или основания KtOH) устанавливается химическое равновесие: HAn « H⁺ + An^- (1)

KtOH « Kt⁺ + OH^- (2)

количественно характеризуемое константой диссоциации: K_а - для слабой кислоты HAn, K_b - для слабого основания KtOH.

K и a связаны между собой. Согласно закона Оствальда: для слабой кислоты . При 1- a » 1, K_a = a^2.С; для слабого основания , при 1- a » 1, K_b = a^2.С.

Следовательно, для одноосновной слабой кислоты: [H⁺] = , [H⁺] = C^.a.

Для слабого однокислотного основания: [OH^-] = , [OH^-] = C^.a.

Задачи с решениями.

1. Вычислите константу диссоциации уксусной кислоты, если a для 0,1 М раствора её равна 1,35%.

Дано: С(СН3СООН) = 0,1 M a = 1,35% = 0,0135 Ka = ?

Решение: CH3COOH « CH3COO- + H+ Ka = a2.С; Ka = (1,35.10-2)2.0,1 = 1,82.10-5 Ответ: Ka = 1,82.10-5.

2. В 1 л 0,01 М раствора уксусной кислоты содержится 6,26^.10²¹ её молекул и ионов. Определите изотонический коэффициент и степень диссоциации СН₃СООН.

Дано: V(p-pa) = 1 л C(CH3COOH) = 0,01 M N(всех частиц) = 6,26.1021 i = ? a = ?

Решение: CH3COOH « CH3COO- + H+ 1) n(CH3COOH) = C.V(р-ра) = 0,01 моль 2) N (молекул) = 6,02.1023.0,01 = 6,02.1021 3) = 1,04

4) = 0,04 или 4%.

Ответ: i = 1,04; a = 4%.

3. Вычислите ионную силу раствора, содержащего в 1 л воды 0,005 моль Cu(NO₃)₂ и 0,001 моль Al₂(SO₄)₃ и активность ионов Cu²⁺ в растворе (r = 1 г/мл).

Дано: n(Cu(NO3)2) = 0,005 моль n(Al2(SO4)3) = 0,001 моль V(H2O) = 1 л r = 1 г/мл I(p-pa) = ? а(Cu2+) = ?

Решение: Cu(NO3)2 = Cu2+ + 2NO3- (1) Al2(SO4)3 = 2 Al3+ + 3 SO42- (2) I =

1) По уравнению (1): n(Cu²⁺) = 0,005 моль, n(NO₃^-) = 2^.0,005 = 0,01моль.

2) По уравнению (2): n(Al³⁺) = 2^.0,001моль, n(SO₄^2-) = 3^.0,001= 0,003 моль.

3) I(p-pa) = [0,005^.2² + 0,001 (-1)² + 0,002^.3² + 0,003^.( -2)²] = 0,03 (моль/л).

4) а(Cu²⁺) = f^. C(Cu²⁺); = 1,66; f = 0,46.

а(Cu²⁺) = 0,46^.0,005 = 0,0023 (моль/л).

Ответ: I(p-pa) = 0,03 моль/л; а(Cu²⁺) = 0,0023 моль/л.

4. Определите концентрацию ионов ОН^- и степень диссоциации ам-миака в 0,01 М растворе, зная что K_b = 1,77^.10^-5.

Дано: C(NH3) = 0,01 моль/л Kb = 1,77.10-5 [OH-] = ?, a = ?

Решение: NH3 + H2O « NH4+ + OH- [OH-] =

1) [OH^-] = = 4,2^.10^-4 (моль/л);

2) a = = 4,2^.10^-2 или a= = 4,2^.10^-2.

Ответ: [OH^-] = 4,2^.10^-4 моль/л; a = 4,2^.10^-2.

Вопросы и задачи для самоподготовки.

1. Какие вещества называют электролитами? Чем отличаются водные растворы электролитов от растворов неэлектролитов?

2. Что понимают под электролитической диссоциацией (ионизацией)?

3. Какие величины являются количественными характеристиками процесса электролитической диссоциации (ионизации)?

4. На какие группы условно делят электролиты по степени их диссоциации? Приведите примеры.

5. Что называют активной концентрацией (активностью)? В каком соотношении она находится с аналитической концентрацией?

6. Что называют коэффициентом активности, и как изменяется его значение при разбавлении раствора?

7. Какими величинами определяется фактор активности для каждого иона и какой формулой выражается эта зависимость?

8. Что называют ионной силой раствора, и чем она определяется?

9. Запишите соотношения между ионной силой и молярной концентрацией разбавленных растворов для: а) бинарных электролитов с однозарядными и

двухзарядными ионами типа KCl и ZnSO₄;

б) трех- и четырехионных электролитов типа Na₂SO₄ и FeCl₃.

10. Как и почему влияет на степень диссоциации слабого электролита введение в его раствор одноименного иона и разбавление раствора?

11. Почему константа диссоциации (ионизации) является более удобной характеристикой электролита по сравнению со степенью диссоциации?

12. Какой формулой выражается закон разбавления Оствальда? Каковы границы применимости закона?

13. От каких факторов зависит константа диссоциации (ионизации)?

14. В каких случаях К_дисс. = C(электролита)^.a². Ответ мотивируйте.

15. Почему в случае сильного электролита [Kt⁺] = C(KtAn), а в случае слабого электролита [Kt⁺] = C(KtAn) ^.a?

16. Как найти концентрацию катиона слабого электролита KtAn, если известны: а) константа диссоциации и молярная концентрация электролита;

б) константа и степень диссоциации электролита?

17. Рассчитайте ионную силу раствора K₂SO₄, молярная концентрация которого равна 0,02 моль/л. Ответ: 0,06.

18. Определите ионную силу раствора, содержащего 1,62 г Са(НСО₃)₂ в 250 мл раствора. Ответ: 0,12.

19. Вычислите ионную силу раствора, содержащего 2,08 г BaCl₂ и 5,85г NaCl в 500 мл раствора. Ответ: 0,26

20. Вычислите ионную силу и активность ионов в растворе, содержащем по 0,01 моль Ca(NO₃)₂ и CaCl₂ в 1 л раствора.

Ответ: 0,06 моль/л; а(Ca²⁺) = 6,2^.10^-3, а(Cl^-) = а(NO₃^-) = 1,5^.10^-2.

21. Степень диссоциации уксусной кислоты в 1N, 0,1N, 0,01N растворах соответственно равна 0,42%, 1,34% и 4,25%. Вычислите K_a для растворов указанных концентраций, докажите, что константа диссоциации не зависит от концентрации раствора.

22. Константа диссоциации HNO₂ равна 5,1^.10^-4. Вычислите степень диссоциации в её 0,01 М растворе и концентрацию ионов Н⁺.

Ответ: 22,6%; 2,26^.10^-3моль/л.

23. Константа диссоциации Н₃РО₄ по первой ступени равна 7,11^.10^-3. Пренебрегая диссоциацией по другим ступеням, вычислите концентрацию ионов Н⁺ в 0,5 М растворе. Ответ: 5,96^.10^-2 моль/л.

24. Какова концентрация ионов Н⁺ в 1N растворе HCN, если её K_a = 4,9^.10^-10? Сколько (г) ионов содержится в 1,5 л раствора кислоты?

Ответ: 2,21^.10^-5моль/л; 5,97^.10^-4 г.

25. Определите степень диссоциации и концентрацию ионов ОН^- в 0,1N растворе NH₃, если K_b = 1,77^.10^-5. Ответ: 1,33%; 1,33^.10^-3 моль/л.

26. Во сколько раз концентрация ионов Н⁺ в 1 N растворе HNO₃ (a = 0,82) больше, чем в 1 N растворе H₂SO₄ по первой ступени диссоциации (a = 0,51)? Ответ: в 1,6 раза.

27. Сколько воды необходимо добавить к 300 мл 0,2 М раствора СН₃СООН, чтобы степень диссоциации кислоты удвоилась? Ответ: 900 мл.

28. В 1 мл 0,01 М раствора НСООН содержится 6,82^.10¹⁸ её молекул и ионов. Определите степень диссоциации кислоты. Ответ: 13,3%.