Определение концентрации раствора кислоты

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 Вили 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/ см³,

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

Титр также можно рассчитать по формуле

, г/см³,

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

Примеры решения задач

Пример 10.1. 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/ см³,

; = 0,354 г/ см³,

; = 0,354 г/ см³.

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 10.2. 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 10.3. 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.