ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

Цель работы: определение точной концентрации приготовленного раствора гидроксида натрия титрованием его 0, 1М раствором серной кислоты.

Раствором называется гомогенная система переменного состава, в котором молекулы одного вещества равномерно распределены среди молекул другого.

Концентрацию раствора определяют как содержание растворенного вещества в единице массы или объема раствора или растворителя.

В химии наиболее часто используют следующие способы выражения концентраций:

1. С_% – процентная концентрация или ω – массовая доля определяется числом единиц массы растворенного вещества в 100 единицах массы раствора:

. (4)

2. С_Н – нормальная (эквивалентная) концентрация определяется числом молей эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора:

, (5)

где	m	–	масса растворенного вещества, г;
	М Э	–	молярная масса эквивалента данного вещества, г/моль-экв;
	V	–	объем раствора, л.

Растворы разной нормальной концентрации реагируют между собой в объемах, обратно пропорциональных их концентрациям:

. (6)

Это соотношение используется при определении концентрации методами объемного анализа.

3. С_М – молярная концентрация определяется числом молей растворенного вещества в 1 л раствора:

, (7)

где m – масса растворенного вещества, г;

М – его молярная масса, г/моль; V – объем раствора, л.

4. C_m – моляльная концентрация определяется числом молей растворенного вещества в 1 кг растворителя:

, (8)

где m – масса растворенного вещества, г;

М – его молярная масса, г/моль; m ₁ – масса растворителя, г.

5. Т – титр раствора определяется отношением массы растворенного вещества к объему раствора:

, или . (9)

На практике часто приходится переходить от одного выражения концентрации к другому. Если одна концентрация объемная (С_М, С_Н), а другая массовая (С_%), то для пересчета необходимо знать плотность раствора. Экспериментально относительная плотность раствора определяется с помощью ареометра следующим образом. В мерный цилиндр наливается испытуемый раствор. В раствор осторожно опускают ареометр. Показания ареометра отмечают по шкале. Во время наблюдения ареометр не должен касаться стенок цилиндра. Приподняв ареометр на 1-2 см, его вновь опускают в раствор и еще раз определяют показания.

Если известна плотность раствора, то процентную концентрацию его можно найти в справочных таблицах, а по плотности и процентной концентрации можно рассчитать нормальность раствора:

, (10)

где r – плотность раствора;

С_% – его процентная концентрация;

M_Э – эквивалентная масса растворенного вещества.

Для перехода от нормальной к молярной концентрации следует воспользоваться формулами (2) и (4), из которых вытекает, что

. (11)

Одним из методов количественного анализа, позволяющим определить концентрацию раствора, является объемный анализ. Он основан на измерении объема раствора известной концентрации, затраченного на реакцию с определенным компонентом.

Раствор реактива, имеющего точную концентрацию, называют стандартным или титрованным. Титрованный раствор добавляют к раствору анализируемого вещества до тех пор, пока количество прибавленного реактива не станет соответствовать количеству реагирующего с ним компонента. Этот процесс называется титрованием. Момент титрования, когда достигнуто эквивалентное соотношение реагирующих веществ, называется точкой эквивалентности. Ее устанавливают с помощью индикаторов – веществ, резко изменяющих окраску титруемых растворов вблизи точки эквивалентности. В данной работе используется один из методов объемного анализа – метод нейтрализации, который позволяет с помощью титрованных растворов кислот определять количество основания и наоборот. При титровании необходимо выбирать такой индикатор, чтобы изменение окраски раствора происходило вблизи точки эквивалентности.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Приготовление раствора гидроксида натрия заданной нормальной концентрации.

Выполнение работы

Рассчитайте, какую массу NaOH нужно взять для приготовления
0, 5 л 0, 05 н раствора. На технических весах взвесьте (с точностью до 0, 1 г) вычисленную массу. Навеску аккуратно перенесите в мерную колбу объемом 0, 5 л и долейте до метки дистиллированной водой. Тщательно перемешайте раствор.

Опыт 2. Определение точной концентрации приготовленного раствора титрованием его серной кислотой известной концентрации.

Выполнение работы

В бюретку налейте 0, 1 н раствор H ₂ SO ₄ почти доверху, осторожно слейте до нулевого значения (следите, чтобы нижняя часть бюретки была заполнена). В коническую колбу отмерьте пипеткой определенный объем щелочи, добавьте 1-2 капли индикатора метилового оранжевого. Затем к данному раствору добавляйте небольшими порциями кислоту из бюретки, непрерывно перемешивая раствор круговыми движениями колбы. Окраска индикатора должна измениться до розовой от одной избыточной капли кислоты. Отметьте объем раствора серной кислоты, пошедшей на титрование. Повторите определение три раза. Расхождение между титрованиями не должно превышать 1 мл. Результаты определения занесите в таблицу.

№ п/п	Объем щелочи, мл	Объем кислоты, мл

Найдите среднее значение объема кислоты и по формуле (3) рассчитайте нормальную концентрацию щелочи.

Контрольные вопросы

1. Чем определяется концентрация раствора? Какие способы выражения концентрации раствора известны?

2. В каких единицах выражена нормальная концентрация? Молярная концентрация? Титр?

3. Сколько молей серной кислоты содержится в 1 л 2 н раствора H ₂ SO ₄?

4. Чему равна нормальная концентрация 1М KOH?

5. Сколько граммов NaOH нужно взять для приготовления 100 мл 0, 5 % раствора (r принять равной 1 г/мл)?

6. Сколько эквивалентов H ₃ PO ₄ содержится в 0, 5 л 0, 15 н раствора?

7. Что такое титрование? Как установить точку эквивалентности?

8. В 1 л раствора содержится 5, 6 г KOH. Определите молярную концентрацию и титр раствора.

9. Что называется титрованным раствором?

10. Какие индикаторы могут быть использованы для установления точки эквивалентности при нейтрализации?

11. На титрование 20 мл KОН израсходовано 40 мл 0, 1 н раствора H ₂ SO ₄. Определите нормальную концентрацию раствора гидроксида калия.

12. Раствор азотной кислоты (r = 1, 200 г/см³) содержит 33 % HNO ₃. Определите нормальную концентрацию данного раствора.