Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Концентрация раствора (С) - это отношение количества растворенного вещества (А) к объему раствора (V). Другими словами, С (А) показывает количество вещества в единице объема раствора.
Основной единицей измерения количества вещества является моль.1 моль вещества содержит 6,022 * 1023 элементарных объектов (например атомов).
В количественном анализе широко используют и дольную единицу моля - миллимоль (ммоль). 1 моль = 1000 ммоль.
В системе СИ основной единицей выражения концентрации растворов является молярная концентрации (моль/м3), на практике - моль/дм3, допускается моль/л.
М о л я р н а я концентрация C (А), См - это количество моль вещества А, содержащегося в 1 л раствора.
CМ = m1000/МV ,
где m –масса вещества , г; М – относительная молекулярная (молярная ) масса вещества, г/моль; V – объем раствора, мл.
При этом используют следующие формы записи: например, 0,1М HCl, или С(НСl) =0,1 моль/л = 0,1 ммоль/мл.
Молярная концентрация эквивалента СН (нормальная концентрация) - это количество моль эквивалентов вещества, находящихся в 1 л раствора.
При этом применяют такие формы записи: например, 0,1 н H2SO4, С(H2SO4) = 0,1 моль-экв/л = 0,1 мэкв/мл; С(1/2 H2SO4) = 0,1 моль/л, где 1/2 - фактор эквивалентности ( f ). Если f=1, то предпочтительнее использовать термин "молярная" концентрация.
Эквивалентом называется такая часть атома, иона или молекулы, которая химически равноценна (эквивалентна) одному иону
водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции. Единицей количества эквивалента вещества является моль.
Например, в реакции
2NaOH+ H2SO4 =Na2SO4 +2H2 О или
NaOH+1/2 H2SO4 =1/2Na2SO4 +H2 О
эквивалент серной кислоты будет равен 1/2H2SO4 , где 1/2 - фактор эквивалентности.
Фактор эквивалентности ( f ) - это число, показывающее какая часть моля вещества равноценна одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в данной, окислительно-восстановительной реакции.
Фактор эквивалентности может быть равен 1 или меньше 1, например, f (NH4OH)=1; f (H2SO4 )=1/2; f (KMnO4)= 1/5 и т.д.
Для нахождения фактора эквивалентности вещества обязательно надо указывать реакцию , в которой данное вещество участвует. В реакциях кислотно-основного взаимодействия
фактор экивалентности равен :
f = 1/[H+], где [H+]- число ионов водорода ,отдаваемое или присоединяемое одной молекулой или одним ионом.
Для нахождения f в окислительно- восстановительной реакции составляют полуреакции и вычисляют его значение по формуле:
f = 1/ z , где z – число электронов , отдаваемое или присоединяемое одной молекулой или одним ионом в данной полуреакции. Например, в полуреакции:
I2 + 2e = 2I-
f ( I2 ) =1/2, а f ( I- ) = 1.
Молярной масс о й эквивалента вещества (МЭ) называют массу одного моль-эквивалента этого вещества, равную произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества (М). Например. МЭ(H2SO4) =f(H2SO4 )M(H2SO4 )=1/298 =49г/моль-экв; МЭ(H2SO4) - молярная масса эквивалента серной кислоты.
Молярная концентрация эквивалента вычисляется по формуле:
СН = m1000/ MЭ· V
Взаимосвязь между молярной концентрацией и молярной концентрацией эквивалента отражена в следующей формуле:
СМ =fCН
Расчет результатов титриметрического анализа основан на принципе эквивалентности, в соответствии с которым вещества реагируют между собой строго в эквивалентных соотношениях. Другими словами, количество моль-эквивалентов одного вещества (А) равно количеству моль -эквивалентов другого вещества (В), если они взаимодействуют между собой без остатка. Если известна молярная концентрация эквивалента, например, щелочи С(NaОН) и объем раствора V (NaOH), израсходованный на титрование кислоты (НСI), то количество миллиэквивалентов (мэкв) щелочи, затраченное на реакцию, будет равно:
n (NaOH) =Cн(NaOH)·V(NaOH).
По закону эквивалентов:
n(NaOH)=n(HCI)
Количество мэкв кислоты, находящееся в растворе, можно представить соотношением:
n(HCI)=Cн(HCI)V(HCI)
Отсюда получается важное уравнение:
Cн(NaOH) V (NaOH)= Cн(HCI)V(HCI),
которое лежит в основе всех расчетов в титриметрическом анализе и представляет собой математическое выражение закона эквивалентов в титриметрии.
Массовая концентрация - это отношение массы растворенного вещества к объему раствора.
Численное значение этой концентрации выражается в г/л, мг/мл , г/мл. В титриметрическом анализе применяют единицу измерения массовой концентрации в г/мл. Это - т и т р раствора, Т.
Например, Т (HNO3)=0,01232 г/мл.
Т =m /V
Зная титр раствора, можно вычислить молярную концентрацию раствора вещества (A):
C(A)=T(A)1ООО/М(А)
Аналогично рассчитывают молярную концентрацию эквивалента вещества (А):
С(fA)=T(A)1000/MЭ(А)
В титриметрическом анализе для расчета массы определяемого вещества в серийных анализах используют такой способ выражения массовой концентрации, как титр рабочего раствора В по определяемому веществу А.
ТИТР рабочего раствора по определяемому веществу, Т(В/А) (г/мл) - это отношение массы m (А) определяемого вещества к эквивалентному объему V (В) рабочего раствора:
T(B/A)=m(А)/V(В).
Другими словами, Т(В/А) показывает, какая масса анализируемого вещества (А) реагирует с I мл рабочего раствора вещества (В).
Зная Т (В/А) (г/мл) и объем (мл) рабочего раствора (В), затраченного на титрование, можно рассчитать массу (г) определяемого вещества:
m (А) =Т(В/А)V(В).
Например, m(Na2CO3)=T(HCI/ Na2CO3)V(HCI). Кроме того:
Т (В/А) = Сн(В)МЭ(А)/1000
Массовая доля (А) вещества А -это отношение массы m(А) вещества А к общей массе mобщ раствора или смеси веществ:
(А)= m(А) / mобщ
В количественном анализе массовую долю измеряют в процентах.
Она характеризует содержание компонента в твердом веществе или растворе: (А) = [m (А)/ mобщ]100(%).)
При этом возможны, например, следующие варианты употребления терминов, реактив чистотой 98% (по массе); соль, содержащая по массе 3.1% примесей, минерал с массовой долей SiO2 8.4%,( SiO2) =8,4%; раствор плотностью 1,28 г/см3 с массовой долей H2SO4 37% или ( H2SO4)=37%.Это означает , что 37 г серной кислоты содержится в 100 г раствора , плотность которого равна 1.28 г/см3.
В справочных таблицах приведены для растворов кислот, оснований и некоторых солей соответствующие значения плотностей этих растворов ( в г/см3} и массовые доли ( %) веществ. Используя эти величины можно рассчитать молярную, нормальную или массовую концентрацию вещества в растворе.
Пример1: Вычислить молярную, нормальную концентрации и титр раствора H2SO4 по его массовой доле (30%) и плотности (1,22 г/см8).
Решение: В 100/1,22 мл раствора содержится 30 г H2SO4, а в
1000 мл - IOOO30I,22/IOO = 366 г. Тогда, С(H2SO4) =366/98= 3,7
моль/л, a С(I/2 H2SO4)=366/ 49=7, 5 моль/л. T( H2SO4) = 366/1000=
0,3660 г/мл.
Взаимосвязь между молярной концентрацией, молярной концентрацией эквивалента и массовой долей растворенного компонента приводится в следующих формулах:
СН =10 / МЭ
СМ =10 / М
При приготовлении растворов массу (или навеску) вещества mA, рассчитывают, исходя из заданных объема и концентрации (чаще всего нормальной) раствора, по формуле:
, (1)
Пример 2. Рассчитать навеску Н2С2O4 2H2O, необходимую для приготовления 200 см3 0,1 н раствора.
Решение. Используя формулу (1), получим:
(г)
г/моль экв.
При приготовлении разбавленных растворов из более концентрированных используют в расчетах математическое выражение закона эквивалентов, так как при разбавлении количество вещества, выраженное в моль-эквивалентах , а также в молях до разбавления и после разбавления остается постоянным, изменяется только концентрация и объем раствора.
(2)
Пример 3. Вычислить объем 18,24 н H2SO4, необходимый для приготовления 500 см3 0,1 н раствора.
Решение.Для расчета используем формулу 2
, откуда (см3).
Пример 4. Рассчитать, какой объем 3 н Н3PO4 следует прибавить к 1 дм3 0,6 н Н3PO4, чтобы получить 1,5 н раствор?
Решение.
.
Решив полученное уравнение, получим V = 600 см3.
При анализе какого-либо вещества известны его навеска ( а ) , объем титранта V(B), израсходованный на титрование растворенной навески (при анализе методом отдельной навески), и нормальная концентрация титранта Сн(В).
При наличии таких данных массу вещества, m(А), рассчитывают по формуле : (г) (3)
Затем по массе определяют массовую долю вещества, (А), в навеске:
(%) (4)
Если в анализе использован метод пипетирования, то в формулу (3) вводится коэффициент разбавления – отношение объема мерной колбы к объему аликвотной части раствора , взятой для анализа:
(5)
Пример 5. Для определения содержания Na2CO3 в содовом плаве навеска его 1,100 г растворена в воде и полученный раствор оттитрован 0,5012 н раствором H2SO4 с индикатором метиловым оранжевым. Чему равно содержание Na2CO3, если на титрование было израсходовано 35,00 см3 кислоты?
Решение. Из условия задачи видно, что определение проведено методом прямого титрования. Используя формулу (3), получим:
(г)
г/моль экв
По формуле (4)
(%)