Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

54 № 3545

Л 125

лабораторный практикум по неорганической и коллоидной химии

для студентов III курса экологических специальностей

всех форм обучения

НОВОСИБИРСК

2008

УДК 541.18+546](076.5)

Л 125

Составители: Н.И. Ларичкина канд. геол.-минерал. наук, доцент,

Н.Г. Кузьмина, ассистент

Рецензент А.М. Шкаруба, д-р биолог. наук, профессор

Работа подготовлена на кафедре инженерных проблем экологии

лабораторный практикум по неорганической и коллоидной химии

Редактор Л.Н. Ветчакова

Выпускающий редактор И.П. Брованова

Корректор Л.Н. Ветчакова

Компьютерная верстка Л.А. Веселовская

Подписано в печать 03.10.2008. Формат 60  84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Уч.-изд. л. 1,62. Печ. л. 1,75. Изд. № 181. Заказ № . Цена договорная

Отпечатано в типографии

Новосибирского государственного технического университета

630092, Г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

© Hовосибиpский государственный технический университет, 2008   

Лабораторная работа № 1

Установление точной концентрации раствора щелочи по соляной кислоте

1. Теоретическая часть

1.1. Растворы. Способы выражения концентрации растворов

Растворы широко применяются в различных сферах деятельности человека. Они имеют большое значение для живых организмов. В различных производственных и биологических процессах значительное место занимают растворы электролитов. Свойства этих растворов объясняет теория электролитической диссоциации, знание которой является основой для изучения свойств неорганических соединений, для глубокого понимания механизмов химических реакций в растворах электролитов. Природная вода является раствором. Минеральные воды, которые представляют собой растворы углекислого газа, сероводорода, соединений железа, брома, йода и других веществ, применяют для лечения различных заболеваний.

Растворы – гомогенные (однородные) системы переменного состава, которые содержат два или несколько химических компонента.

В зависимости от агрегатного состояния веществ растворы бывают жидкие, газообразные и твердые (сплавы).

Наиболее распространены жидкие растворы. Они состоят из растворителя (жидкости) и растворенного вещества (газ, жидкость, твердое вещество). Жидкие растворы могут быть водные и неводные.

Водные растворы – это растворы, в которых растворителем является вода.

Неводные растворы – это растворы, в которых растворителями являются другие жидкости (бензол, спирт и т.д.).

На практике чаще всего применяются водные растворы.

Растворимость вещества выражают в граммах на литр (г/л). По растворимости в воде вещества делятся на три группы:

 хорошо растворимые (Р),

 малорастворимые (М),

 практически нерастворимые (Н).

Хорошо растворимые вещества – это вещества, растворимость которых составляет более 10 г на 1 л воды. Например, в 1 л воды может раствориться до 2000 г сахара.

Малорастворимые вещества – это вещества, растворимость которых составляет от 0,01 до 10 г на 1 л воды. Например, в 1 л воды растворяется не более 2 г гипса (CaSO₄· 2H₂O).

Практически нерастворимые вещества – это вещества, растворимость которых составляет менее 0,01 г на 1 л воды. Например, AgCl: в 1 л воды растворяется 1,5·10^-3 г.

Растворы, применяемые на практике, могут быть различной концентрации. Существует несколько способов выражения концентрации растворенного вещества (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Способы выражения концентрации

Название и определение	Обозначение	Размерность	Формула измерения
Молярная концентрация – это число молей растворенного вещества n(X) в 1 л раствора (V) Моль – это количество вещества, содержащее столько молекул (атомов) этого вещества, сколько атомов содержится в 12 г углерода (12С). Молярная масса – это масса одного моля вещества	См, М n(X) М(Х)	Моль/л Моль г/моль кг/кмоль	См=n(X)/V=m/M(X)V Если объем измеряется в миллилитрах, тогда См=m·1000/M(X)V. n(X)=m/M(X)
Молярная концентрация эквивалента (эквивалентная концентрация) – число эквивалентных масс (nэ(Х)), растворенного в 1 л раствора Молярная масса эквивалента  это масса моля эквивалента вещества X. Она равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества	Сэ, н, N Mэ(X)	Моль·экв/л г/моль	Сэ= nэ(Х)/V = = m /M(X) ·fэкв.V Если объем раствора измеряется в миллилитрах, тогда Сэ=m·1000/M(X)·fэкв.V Мэ(Х) = fэкв.·М(Х)

Продолжение табл. 1.1

Название и определение	Обозначение	Размерность	Формула измерения
Эквивалент  это некая реальная или условная частица, которая может присоединять или высвобождать один ион водорода (Н+) в кислотно-основных реакциях или один электрон в окислительно-восстановительных реакциях. Единицей количества вещества эквивалента является моль. Фактор эквивалентности  число, показывающее, какая доля реальной частицы вещества X эквивалентна одному иону Н+ в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции. Фактор эквивалентности  безразмерная величина fэкв  l. Его рассчитывают из формулы кислоты, основания, соли, кристаллогидрата или по стехиометрии указанной реакции.  для кислоты  основания  соли	fэкв(X)		fэкв=1/основность кислоты fэкв=1/кислотность основания fэкв=1/число атомов металла* валентность металла
Массовая доля (массовая процентная концентрация)  отношение массы данного компонента в растворе (m) к общей массе этого раствора (mр-ра)	С%, % m mр-ра	Доля единицы, % кг, г кг, г	mр-ра = V

Окончание табл. 1.1

Название и определение	Обозначение	Размерность	Формула измерения
Плотность раствора Объем раствора	 V	кг/л, г/мл л, мл
Титр раствора это отношение массы вещества к объему раствора, т.е. это масса вещества в граммах, содержащаяся в 1 мл раствора	Т	г/мл	Т = m / V

Примечание

Например, f_экв(HCl) = 1, f_экв(H₂SO₄) = 1/2, f_экв(Н₃РО₄) =1/3. Но если многоосновная кислота в конкретной реакции проявляет себя как одноосновная или двухосновная, то f_экв ее будет меняться. Например:

H₃PO₄ + NaOH = NaH₂PO₄ + H₂O ; f_экв(Н₃РО₄) =1.

H₃PO₄ +2NaOH = Na₂HPO₄ + 2H₂O ; f_экв(Н₃РО₄) =1/2.

H₃PO₄ +3NaOH = Na₃PO₄ + 3H₂O ; f_экв(Н₃РО₄) =1/3.

f_экв(NaOH) = 1; f_экв(Al(OH)₃) = 1/3.

f_экв(NaCl) = 1;

M_э(H₂SO₄) = 98 г/моль ∙1/2 = 49 г/моль.

Все виды концентраций пропорциональны друг другу, следовательно, можно от одного способа выражения концентрации перейти к другому. Так, например: