1. Введение
.pdfЗанятие №1 ВВЕДЕНИЕ В ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Вопросы к занятию:
1.Правила работы в химической лаборатории и правила техники безопасности.
2.Правила пользования реактивами и химической посудой.
3.Порядок взвешивания на технохимических и аптекарских весах.
4.Понятие о химическом эквиваленте и факторе эквивалентности.
5.Определение эквивалента вещества в реакциях обмена и окислительновосстановительных реакциях.
6.Способы выражения состава раствора: массовая доля, мольная доля, молярная и моляльная концентрации, молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация).
7.Решение задач на концентрации растворов.
§1. Правила техники безопасности
Порядок работы в химической лаборатории.
без белого халата нельзя присутствовать на занятиях и находиться в лаборатории;
рабочее место необходимо содержать в чистоте и порядке; на столе можно хранить тетрадь, ручку, карандаш; все остальные вещи следует хранить в специальных ящиках для портфелей; около рабочего места ничего не должно лежать;
верхнюю одежду необходимо сдавать в гардероб;
перед началом работы внимательно прочитать методичку и строго следовать описанию, приведенному в ней;
реактивы и посуду не трогать без разрешения преподавателя; реактивы без этикеток не использовать в работе;
после окончания работы рабочее место убрать; посуду за собой помыть;
ход лабораторной работы записывать в тетрадь.
Меры предосторожности при работе в лаборатории.
при работе в лаборатории необходимо быть очень внимательным, соблюдать осторожность;
все опыты с ядовитыми и неприятно пахнущими веществами проводить под вытяжным шкафом;
нюхать химическое вещество. Нужно направлять пары или газ движением руки;
категорически запрещается пробовать химические реактивы на язык;
запрещается набирать ртом через пипетки жидкости, необходимо использовать резиновые груши;
запомните: при приготовлении растворов кислот надо вливать кислоту в воду; использовать при этом толстостенную посуду;
при измельчении щелочи нужно пользоваться фарфоровыми ступкой и пестиком; щелочь насыпают лопаткой;
при нагревании пробирки нужно держать ее от себя и от товарища; пробирки не пережимать, нагрев вести равномерно над горелкой;
переливать жидкости без брызг; не наклоняться над сосудом;
при попадании кислоты на кожу, промыть поверхность обильно водой и нейтрализовать раствором пищевой соды;
при попадании на кожу щелочи, промыть поверхность обильно водой и нейтрализовать 2–3% раствором уксусной или борной кислоты;
если произошел разлив кислоты или щелочи, площадь засыпать песком из ящика, песок выкинуть, место разлива промыть водой, нейтрализовать раствором соды или кислоты;
при работе с ЛВЖ надо работать в вытяжном шкафу, подальше от огня;
действующие газовые и электроприборы не оставлять без присмотра;
перед включением электроприборов в сеть проверить целостность вилки, розетки, провода, корпуса прибора;
при уходе из лаборатории отключить газ, воду, энергию.
Правила пользования реактивами и химической посудой.
реактивы хранят в стеклянной посуде, закрытой притертыми пробками; каждая банка должна быть снабжена этикеткой с четким названием и указанием концентрации;
излишек реактива не сливать обратно в сосуд, а сливать в специальные склянки;
после употребления банку закрыть и поставить на место;
твердые реактивы брать при помощи ложек или лопаток, которые должны быть чистыми и сухими;
жидкие реактивы брать при помощи стеклянных пипеток; нельзя отбирать пробу если Вы предварительно брали этой пипеткой реактив из другой банки;
в химической лаборатории применяют тонкостенную стеклянную посуду;
пробирки применяют для работы с небольшими объемами;
химические стаканы используют для приготовления растворов, осаждения и промывания осадков;
плоскодонные колбы для нагревания жидкостей;
круглодонные колбы для нагревания жидких и твердых тел;
колба Вюрца для перегонки жидкостей и проведения реакций, сопровождающихся выделением газов;
конические колбы Эрленмейера применяют для титрования и переливания жидкостей;
воронки используют для переливания жидкостей;
бюксы, для взвешивания малого объема веществ;
для измерения объемов служит специальная мерная посуда;
мерная колба, плоскодонная с узким горлом, с отметкой до какого уровня наливать жидкость при 200С, применяется для приготовления растворов определенной концентрации;
пипетка, трубка с оттянутым концом используется для отбора точного объема жидкостей;
бюретка необходима для измерения объема жидкостей, расходуемых в опыте;
мерные цилиндры и мензурки;
используется и фарфоровая посуда;
тигель для прокаливания сухих веществ;
воронка Бюхнера, для фильтрования под вакуумом;
ступка с пестиком для измельчения твердых тел.
Правила взвешивания на технохимических и аптекарских весах.
На аптекарских весах взвешивают с точностью до 1г, на технохимических с точностью до 0,01г, а на аналитических с точностью до 0,0001г. К каждым весам должен прилагаться собственный набор гирь–разновесов. Правильность установки весов проверяют с помощью арретира.
Правила взвешивания:
весы не трогают с места;
весы устанавливают:
а) горизонтально по отвесу; б) при включенном арретире весы выводят на ноль, при помощи винтов на концах коромысла;
чашки весов должны быть чистыми;
вещества взвешиваю на стекле, в бюксе или бумаге;
разновесы ставят на правую чашку, а вещество на левую;
в течении одной работы взвешивают на одних и тех же весах.
§2. Понятие о химическом эквиваленте и факторе эквивалентности
В химии широко используют понятие эквивалента и фактора эквивалентности. Эквивалентом называют реальную или условную частицу вещества Х, которая
вданной кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода или
вданной окислительно-восстановительной реакции - одному электрону.
Например в реакции:
аА + bB ↔ cC + dD
которую можно переписать в виде:
A + B ↔ C + D
условная частица В, равноценна одной частице А, является эквивалентом вещества В данной реакции.
Множитель 1/z называют фактором эквивалентности вещества В и обозначают
fэкв (В).
Фактор эквивалентности fэкв(Х) – число, обозначающее какая доля реальной частицы вещества Х эквивалентна одному иону водорода в данной кислотноосновной реакции или одному электрону в данной окислительновосстановительной реакции.
fэкв (Х) = 1/z
Молярная масса эквивалента (размерность г/моль) – равна массе вещества, эквивалентной 1 молю водорода или 1 молю электронов в химической реакции. Молярная масса эквивалента равна молярной массе вещества умноженной на фактор эквивалентности:
М(1/z X) = M(X) · fэкв (X) = M(X) / z
Существуют следующие формулы для определения молярных масс эквивалентов сложных веществ:
Кислоты:
M(1 |
|
кислоты)= |
M(кислоты) |
|
z |
|
|||
основность кислоты |
||||
|
|
|||
|
|
|
||
|
|
|
М(НС1) |
|
НС1 : f (НС1) =1 |
|
М(1/1 НС1) = ––––––– |
||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
M(H2SO4) |
|
Н2SO4 : f (H2SO4 ) = ½ |
|
M(½ H2SO4) = –––––––– |
||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
M(H3PO4) |
|
H3PO4 : f (H3PO4) = ⅓ |
|
M(⅓ H3PO4) = ––––––––– |
||
|
|
|
3 |
Основания:
M(1 |
|
основания)= |
M(основания) |
|
z |
|
|||
кислотность основания |
||||
|
|
|||
|
|
|
M(NaOH) NaOH : f (NaOH) = 1 M(NaOH) = –––––––––
1
M (Ba(OH)2
Ba(OH)2 : f (Ba(OH)2 =½ M(½Ba(OH)2) = ––––––––––
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M (Al(OH)3) |
|
Al(OH)3 : f (Al(OH)3) = ⅓ |
|
M(⅓Al(OH)3 )= –––––––––– |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
Соли: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M( 1 |
соли)= |
|
|
|
M(соли) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
чиcло атомов Ме степень окисления Мe |
|||||||||||
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M (K2SO4) |
|
К2SO4 : f (K2SO4) = ½ |
|
|
|
M(½K2SO4) = ––––––––– |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M (CaCl2) |
|
CaCl2 : f (CaCl2) = ½ |
|
|
|
M(½CaCl2) = –––––––––– |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M( Fe2(SO4)3) |
|
Fe |
(SO ) |
: f (Fe |
(SO ) |
) = |
1 |
M( 1 |
Fe (SO ) |
) = –––––––––––– |
||||||
2 |
|
4 3 |
|
2 |
|
4 3 |
|
|
6 |
6 |
2 |
4 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
Оксиды: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
M( 1 |
оксида)= |
|
|
|
|
M(оксида) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
чиcло атомов эл-та степень окисления эл-тa |
||||||||||||
|
|
|
z |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M(Na2O) |
|
Na2O : f ( Na2O) = ½ |
|
|
|
M(½Na2O) = –––––––– |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M(NiO) |
||
NiO : f (NiO) = ½ |
|
|
|
|
M(½NiO) = –––––– |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
M(N2O5) |
N O : f (N O ) = 1 |
M( 1 |
N O ) = –––––––– |
|||||
2 |
5 |
2 |
5 |
10 |
10 |
2 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
Пример 1:
Укажите фактор эквивалентности щавелевой кислоты в реакции:
Н2С2О4 + 2NaOH ↔ Na2C2O4 + 2H2O
Найдите молярную массу эквивалента щавелевой кислоты. Решение:
В данной реакции одна молекула Н2С2О4 равноценна двум ионам водорода, следовательно:
fэкв (Н2С2О4) = 1/2 , а молярная масса эквивалента кислоты:
М(Н2С2О4) 90
М(½Н2С2О4) = ––––––––– = –––– = 45 (г/моль)
2 2
Пример 2:
Укажите факторы эквивалентности и молярные массы эквивалента КМО4 в реакциях:
а) 2 КМnО4 + 5 Na2C2O4 + 16 HCl ↔ 2 MnCl2 + 2 KCl + 10 CO2 + 8 H2O + 10 H2O б) 2 KMnO4 + 3 MnCl2 + H2O ↔ 5 MnO2↓ + 4 KCl + 4 HCl
Решение:
а) В полуреакции восстановления участвуют 5 электронов, следовательно:
MnO4– + 8H+ + 5ē ↔ Mn2+ + 4H2O fэкв(KMnO4) = 1/5 , а следовательно
M (KMnO4) |
158 |
М(1/5KMnO4) = –––––––––– = ––––– = 31,67 (г/моль) |
|
5 |
5 |
б) Поскольку в полуреакции восстановления KMnO4 участвуют 3 электрона: |
|
MnO4– + 2H2O + 3ē ↔ MnO2 + 4OH– |
|
fэкв(KMnO4) = 1/3, следовательно |
|
M(KMnO4) |
158 |
М(⅓KMnO4) = ––––––––––– = ––––––– = 52,67 (г/моль) |
|
3 |
3 |
§3. Способы выражения концентрации растворов
Концентрация раствора – величина, измеряемая количеством растворенного вещества, содержащегося в определенной массе или объеме растворителя. Ниже приведены наиболее часто употребляемые в химии способы выражения содержания растворенного вещества в растворе:
Таблица 1.
Способ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выражения |
|
Формулы, используемые для |
Единицы |
||||||||||||||||||||||
растворенного |
Определение |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
расчетов |
|
|
|
измерения |
||||||||||||||||
вещества в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
растворе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
процентное отношение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
массовая доля |
массы растворенного |
|
(X)= |
m(X) |
|
100% |
% |
||||||||||||||||||
ω(х) |
вещества к общей масс |
|
m(р-ра) |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
раствора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отношение количества |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
растворенного |
|
|
|
|
|
N1 = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
n1 +n2 |
|
|
|
|
||||||||||||||
мольная доля |
вещества (или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
растворителя) к сумме |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ni |
|
|
|
|
|
|
|
_ |
||||||
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
количеств всех |
|
|
|
|
|
Ni = m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
веществ, находящихся |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ni |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
в растворе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
молярная |
отношение количества |
|
C(X)= |
n(X) |
= |
|
|
|
|
m(X) |
|
|
|||||||||||||
|
Vр-ра |
M(X)×Vр-ра |
|
||||||||||||||||||||||
концентрация |
растворенного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
моль/л |
||||||||||||||
или молярность |
вещества к объему |
|
|
|
|
|
10×ω(X)×ρ |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
C(X)= |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
С(X); СМ |
раствора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
M(X) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
C( |
1 z X)= |
n( 1z X) |
= |
|
|
|
|
|
m(X) |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
V |
|
|
M( 1 |
z |
X) V |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
эквивалентная |
|
|
|
|
|
|
|
р-ра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р-ра |
|
|||
отношение числа |
|
|
|
|
|
z×m(X) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
концентрация |
CN |
(X)= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
эквивалентов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
или |
M(X)×Vр-ра |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
растворенного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
моль/л |
|||||||||||||||
нормальность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
вещества к объему |
|
|
10×ω(X)×ρ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
С(1/zX); |
CN |
(X)= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
раствора |
|
|
M( 1z X) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
CN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
CN |
(X)=z×C(X) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
моляльная |
отношение количества |
|
|
|
|
n(X) |
|
|
|
|
|
|
|
m(X) |
|
||||||||||
растворенного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
концентрация |
|
b(X)= |
|
= |
|
|
|
|
|
моль/кг |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
вещества к массе |
|
|
mр-ля |
|
M(X)×mр-ля |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
b(X) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
растворителя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Условные обозначения:
m(X) – масса растворенного вещества;
M(X) – молярная масса растворенного вещества; V(р-ра) – объем раствора;
m(р-ля) – масса растворителя;
n1 и n2 – соответственно количество вещества растворителя и растворенного вещества;
n(1/z) – количества эквивалентов растворенного вещества; n(X) – количество растворенного вещества.