Лабораторная работа № 4. Приготовление раствора и определение его концентрации

Цель работы: Ознакомиться с методами приготовления растворов заданной концентрации и анализом раствора при помощи титрования.

Сущность работы: растворы часто готовят путем разведения более концентрированного раствора до необходимой величины концентрации. Концентрацию приготовленного раствора уточняют количественным химическим анализом, например, титрованием (прием количественного анализа, при котором к точному объему раствора определяемого вещества по каплям приливают раствор реагента точно заданной концентрации – титранта). Задача титрования – определить объем титранта, необходимый для установления точки эквивалентности (состояние системы, в котором аналитическая реакция прошла полностью). В эквивалентной точке изменяется окраска индикатора, что позволяет определить эквивалентный объем титранта.

Общие сведения

Раствором называется гомогенная (однородная) система, состоящая из двух или более компонентов, состав которой может непрерывно изменяться в определенных пределах. По агрегатному состоянию растворы могут быть газообразными, жидкими и твердыми.

В растворах выделяют растворитель и растворенное вещество. Растворителем называют компонент, который образует непрерывную среду. остальные компоненты, которые распределены в среде растворителя в виде дискретных частиц, называются растворенными веществами. Состав раствора (концентрация) чаще всего выражается следующими способами.

Массовая доля или процентное содержание w – соотношение масс растворенного m_в вещества и раствора m_р-р, выраженное в долях или процентах.

.

Концентрация, выраженная в граммах на литр, С_г/л – показывает, какая масса растворенного вещества m_в, выраженная в граммах, содержится в единице объема раствора V_р-р:

, г/л.

Молярная концентрация или молярность, С_М – число молей растворенного вещества n_в в одном дм³ (л) раствора:

, моль/л.

Моляльная концентрация или моляльность, С_m– число молей растворенного вещества, приходящееся на один килограмм растворителя:

моль/кг.

Мольная доля или мольные проценты x_i – число молей компонента (растворителя или растворенного вещества) содержащееся в одном моле раствора:

.

Нормальная концентрация или нормальность, C_N – количество эквивалентов растворенного вещества n_эв, содержащееся в одном литре раствора:

экв/л,

где z – количество обменных эквивалентов растворенного вещества, содержащееся в одном его моле.

Для кислот z соответствует основности кислоты, т. е. числу атомов водорода в составе кислоты, обмениваемых в данной реакции на металл или нейтрализуемых основанием.

Для оснований z соответствует кислотности основания, т.е. числу гидроксильных групп в составе основания, обмениваемых на кислотный остаток или нейтрализуемых кислотой.

Для солей z рассчитывают как произведение числа атомов и степени окисления металла в составе соли.

Для окислителей и восстановителей в окислительно-восстановительных реакциях z – изменение их степени окисления в ходе реакции.

Прием количественного анализа, при котором к раствору определяемого вещества по каплям приливают раствор реагента точно заданной концентрации, называют титрованием. Состояние системы, в котором аналитическая реакция прошла полностью в соответствии со стехиометрическим уравнением при отсутствии избытка реагента, называют точкой эквивалентности. Задача титрования – определить эквивалентный объем добавляемого реагента – титранта, необходимый для установления точки эквивалентности, так как в ней числа эквивалентов определяемого вещества и титранта равны между собой. Из определения нормальной концентрации следует, что число эквивалентов вещества в растворе равно произведению нормальности на объем раствора. Следовательно:

.

Отобрав для титрования мерной пипеткой точный объем пробы V_x, зная нормальность титранта и определив эквивалентный объем V_T, можно вычислить концентрацию пробы .

До эквивалентной точки в ходе титрования в растворе присутствует избыток определяемого вещества, а после – избыток титранта. Поэтому в эквивалентной точке свойства раствора резко изменяются, в частности, изменяется окраска специально подобранных цветных индикаторов, что позволяет определить эквивалентный объем титранта.

Контрольные вопросы

1. Что такое раствор?

2. Какие существуют способы выражения концентрации раствора?

3. Что называется растворенным веществом?

4. Какой компонент раствора принимается за растворитель?

5. По какому уравнению осуществляется перерасчет от нормальной концентрации к молярной?

6. Что называется титрованием?

7. Какое состояние химической системы называется «точка эквивалентности»?

8. Что является задачей титрования?

9. Как экспериментально определить точку эквивалентности при титровании кислоты щелочью?

10. По какому уравнению рассчитывается концентрация анализируемого вещества при ттровании?

Оборудование и реактивы

В лаборатории: штатив с лапкой. Получать в лаборантской: колба мерная объемом 100 мл – 1 шт., колба коническая объемом 100 мл – 2 шт., пипетка мерная объемом 5 мл – 1 шт., бюретка объемом 25 мл – 1 шт., цилиндр мерный объемом 100 мл – 1 шт., ареометр – 1 шт.; кислота соляная – раствор концентрацией 10 %, гидроксид натрия – раствор концентрацией 0,2 н., фенолфталеин.

Выполнение работы

Приготовление раствора

1. При помощи ареометра определить плотность сходного раствора соляной кислоты. Для этого в мерный цилиндр объемом 100 мл отобрать пробу кислоты объемом 70-80 мл, погрузить в раствор ареометр и на шкале ареометра считать значение плотности исследуемого раствора. По таблице 1 определить концентрацию исходного раствора кислоты.

Таблица 1

Плотности водных растворов соляной кислоты при 20 °С

Плотность раствора, г/см3	Концентрация раствора
%	моль/л
1,01	2,3640	0,655
1,02	4,3880	1,227
1,03	6,4330	1,817
1,04	8,4900	2,421
1,05	10,5200	3,029
1,06	12,5100	3,638
1,07	14,5000	4,253
1,08	16,4700	4,878
1,09	18,4300	5,509
1,1	20,3900	6,150
1,11	22,3300	6,796
1,12	24,2600	7,449
1,13	26,2000	8,118
1,14	28,1800	8,809
1,15	30,1400	9,505
1,16	32,1400	10,220
1,17	34,1800	10,970
1,18	36,2300	11,730

2. Рассчитать, какой объем исходного раствора соляной кислоты следует взять для приготовления 100 мл раствора заданной преподавателем концентрации.

3. Рассчитанный объем исходного раствора из бюретки отобрать в мерную колбу, довести уровень жидкости в колбе дистиллированной водой до метки по нижнему краю мениска и перемешать раствор путем переворачивания плотно закрытой колбы.