книги / Методические указания к лабораторным работам по общей химии (1 семестр) для студентов нехимических специальностей

Лабораторная работа Л I

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА

Теоретические сведения

^япттапром jwnaHPQiwo.a твердая, жидкая ндн газообразная гомо­ генная (однородная) система, состоящая из двух или белее компо­ нентов (составных частей), относительные количества которых мо­ гут изменяться в анрокнх иределах. Больное практическое значение имеют жидкие раствори.

Раствор состоит из растворенного вещества н растворителя. Растворителем считают тот компонент, который в чистом виде су­ ществует в том же агрегатном ооотоянии, что н полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем является вода) • Если оба компонента до раотворения находились в одинако­ вом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то раствори­ телем считается компонент, взятый в большем количестве.

Концентрацией раствора нарывается массовое содержание раст­ воренного вещества в определенном массовом количестве ндн в оп­ ределенном объеме раствора или растворителя.

Используют различные опособы траления концентрации раст­

вора:

1. Процентная концентрация выражается числом г р а т о в вещест­

ного вещества, содержащегося в одном литре раствора. Полярность обозначается М. Раствор, содержащий в одном литре I моль раство­ ренного вещества, называется одноышхярыыы, или просто молярным (I М раствор), раствор, содержащий 0,1 моля, называется децнмолярным (0,1 М раствор).

3. Моляльнооть раствора выражается числом молей вещества, растворенного в 100 г растворителя. Моляльнооть обозначается пт .

4. Нормальная концентрация выражается числом гр ат -экв и в а ­ лентов раствореиного вещества, содержащегося в одном литре раот­ вора. Нормальность обозначается к . Раотвор называется однонор­ мальным, или просто нормальным, если в одном лнтре-рчз содержите*

I г-экв растворенного вещества (I н.раствор)» Например, если в

Эквивалент соли равен ее молекулярной массе, деленной на степень окисления металла и на число его атомов в молекуле соли. Например, эквивалент сульфата алюминия

«3 42

Одним нэ методов определения коицентращи раствора является объемный анализ. Он сводится к измерению объемов растворов реаги­ рующих веществ, концентрация одного из которых известна.

Количественное определение содержания в растворах кислот п щелочей производится методом, основанным на реакции нейтрализа­ ции. Для определения концентрации раствора щелочи (или кислоты) берут определенный объем исследуемого раотвора и нейтрализуют

рассчитайте навеску вещества из расчета приготовления 100 мл его раствора требуемой нормальности. Результат дайте на провер­ ку преподавателю..

Взвесьте вещество на химико-технических весах о точностью до 0,01 г .Если вещество находится в крупных кусках» до. взвеши­ вания разотрите его в ступке, чтобы ускорить последующее раство­ рение. Поместите навеску в мерную колбу на 100 мл, добавьте при­ мерно 3/4 требуемого объема растворителя (дистиллированной воды) и, взбалтывая содериимое колбы, растворите вещество. Затем дове­ дите объем раствора до метки (по нижнему краю мениска). Хорошо перемещайте. Если раствор мутный, отфильтруйте его и приступайте к следующей операции - определению нормаяьнооти раствора методом титрования.

Опыт 2. Определение нормаяьнооти и титра раствора

Чисто вшитую бюретку сполосните дистиллированной водой, а ватем несколькими миллилитрами того раствора, который будет на­ лит в бюретку* Установите бюретку вертикально в закяме атам ва* Налейте в бюретку раствор H2SÛ4 • концентрация которого

нэвеотма, н устанопте уровень жидкости на нулевом делении. Возьмите пипеткой 10 мл приготовленного в первом опыте раст­

вора соды или щелочи, ш е й т е его в колбу Эрденмейера и прибавь­

те туда две к а п п индикатора. Раотвор соды титруйте о метилоран­ жем; раствор щелочи - о фенолфталеином.

Поставьте колбу с раствором под бюретку и приживайте посте­ пенно раотвор кжелюты из бюретки при постоянном перемеанвании

яндкости до изменения окраски индикатора» которое ш зет произой­ ти от одной хашш раствора кислоты. Для приблизительного опреде­ ления конца реакции предварительно произведите орнепткровочный опят» В этом случае раствор из бюретки приливайте по I мл и уста­ новите» какое приблизительно количество HeSО4 трвбуетоя для нейтрализации 10 мл раствора» При повторном точном определенна вое количество раствора» за исключением последнего миллилитра, прибавляйте сразу» последней келдкдитр прибавляйте по каплям» По доотвиенЕи нейтрализации установите объем затраченного на ре­ акцию раствора по уровню ладности в бюретке». Для большей точно­ сти определение повторите 3 раза к вычислите среднее значение.

Рассчитайте нормальность'и титр приготовленного раствора по швеприведенным формулам»

Вычислите процент ошибки по формуле

вещества в виде ионов» молекул» а такие вещества во взвешенном

Р е а е я i е . Определяем эквивалент сульфата магния:

где M jigS Û 4 - молекулярная масса сульфата магния.

В I л раствора содержится 180/2 * 90 мг оуяьфата магния.

Определяем жесткость вода:

I мг-эвв составляет 60 кг

X мг-экв составляет 90 иг

Амфотерные ооадкн содержат 0,07 -0,1 мг-экц/л солей жеотко­ отж. Речная вода имеет жесткость 10-20 мгуэкв/д. Жесткость мор­ окой воды доотжгает 130 мр- эке/ л .

В еависимостк от вида растворенных в воде солей магния н кальция рааличают постоянную и временную жесткость. К солям по­

щить воде ж другие растворимые химические соединения магния и кальция, но они встречаются в природных водах реже во сравнению о сульфатами и хлоридами. К солям временной жеоткоотж отнооягоя С а(Н С 0з)а ■ И д(Н С 0з)2 • В.отличие от карбонатов, гидрокарбонаты кальция ■ магния явл яй ся растворимыми солями.

Деление жесткости воды на временную м достоянную основыва­ ется на том, что при нагревании соли, сообщающие воде временную жесткость, раалагаютоя о выделением меиее растворимых карбона­

а солк постоянной жесткости црк нагрэвании вода не изменяют сво­ ей устойчивости.

Соли временной жесткости затрудняют работу паровых котлов, так как при нагревании вода гидрокарбонаты кальция и магния раз­ рушаются в на стенках труб и барабанов котлов выпадает осадок карбонатов (накипь)* Поскольку содн кесткоств играют отрицатель­ ную роль в технике, воду, предназначенную для технических целей, подвергают специальной обработке для устранения содей жесткости*

Жесткооть вода устраняют различными методами. В лаборатори­ ях воду дпотилдируют. Соли временной жесткости можно удалить из вода кипячением* Но использование метода кипячения для умягчения воды в промышленных масштабах экономически не оправдано. Поэтому устранение солей жесткости вз воды осуществляют действием хими­

Соли поотоянной жеотгоотж удаляют из растворов о помощью

Аналогичные реакции протекают о хлоридами, нитратами и д ругими оолями калымя и магния, Методы уметченмя вода с помощью хими­ чески реагентов применяется дхя умягчения .вода, имеющей высокую жесткость» Дхя получения глубоко умягченной вода, необходимой дхя питания энергетических паровых котков и некоторых производств, реагентные метода малоэффективны. В этом случае попользуется ме­ тод ионного обмена, который осуществляют о помощью ионообменных смол.

Ионообменные смолы представляют ообой органжческже вещества поххмернаго характера. Они состоят жа молекул, у которых, напри­

называется катионитом. Известные катиониты КУ- I , ЮГ-2 и др, . Если смола обменивает анконы, ее называют анионитом. Чаще

других копольауют анхонхты AB-I7, ЭДЭ-IOn и др, Волл катионит содерккт в качестве обменного катиона натрий, то его принято на­ зывать катжойитощв натриевой форме. Молво также иметь катионит в водородной, кальциевой и других формах.

Катионит, например» в натркевой форме, мождо хзобразжть

Краткой формой аапиов такого катконкта будет форма N a R , где под R подразумевают неподвижный органхчеокнй анкон (радикал).

Воли катионитом загрузить верткхальщую цклиндрЕчес^ю емхооть о фильтрующим дном, то пояучитоя так называемая ионообмен­ ная колонка. При процуоканих через ионообменную колонку жеотхой вода проиокодат реакция обмена:

С а * + 2 N aR — C a R a + 2 N a ! .

Кальций вытесняет ионы натрия из катюныта, а сам при этом пере­ ходит в фазу латжоыита и остается в колонке. Вмеото калымя в воду, проходящую через катхонкт, выделяется эквивалентное жолачаотво ионов натрия. Поскольку хоны натрия не сообщают ж есткое», процесс умягченкя на этом заканчивается.

С помощью ионообменных omis можно получить воду, вообще не содержащую посторонних ионов. Дкя этого ев нужно пропустить по* следовательно через катионит в Н +-Форме я анионит в ОН -форме.

На катионите будет протекать реакция

зованием молекул воду. Пооде того» как катионит полностью насы­ щается ионазш кальция, его подвергают регенерация: катножнт црокявают небольшим кохичеотвом раствора хлорвда натрия и он вновь переходит в Na4*-форсит. Ионы кальцая вытесняются из коиожкж а образуют концентрированный раствор СаСВ^ , объем которого во много раз меньше объема умягченной вода.

Опредехенве величины жесткости вода проводят методом титрования. С этой целью попользую реакцию взаимодействия ионов Cot

иМд2+ с натриевой болью этмендиамянтатраукоуоной ххолотн

Дня титрования отбирают в отдельный оосуд определенное колячеотво вода и добавляют индикатор (хромоген черный яви хполотдай

хром темно-оиний) • В присутствии ионов Сс* или Мд индика­ тор окрашивает раствор в винно-красный цвет. При титровании про­ бы вода раствором трххона Б ионы кахьцхя и магния овязнвеютсгя в слабо диссоциирующую оодь и их концеитращя поотепенио понкхает-

^в о р е во остается» поэтому индикатор нвионяот свой цвет: хромоген черный до оинего о захеноватым оттенком» а хром темно-оинхй до оинвватоовреневого. В работе можно жолохьзовать любой из ука­ занных индикаторов. 116 изменено) цвета индикатора определяет мо­ мент окончания титрования.