Тема 7. Розчини. Приготування розчинів Лабораторна робота

Заправка бюретки та тренувальне титрування.

Перевірка еквівалентної концентрації аналізованого розчину титриметричним методом аналізу

Мета: сформувати вміння з техніки заправки розчином бюретки та проведення титрування; навчитися визначати точку еквівалентності реагуючих за індикатором; досягти усвідомлення важливості оволодіння навичками титрування в технології хімічного аналізу.

Прилади, обладнання та матеріали: бюретка, лійка скляна для заправки бюретки, колба конічна для титрування, стакан хімічний на 200- 250 мл, 0,1 н розчин кислоти хлоридної НСl, 0,1 н розчин лугу NаОН, розчин індикатора метилового оранжевого, вода.

Вимоги щодо виконання лабораторної роботи

Ознайомитись з теоретичним матеріалом теми за інструкцією і рекомендованою літературою, виконати завдання та оформити звіт.

ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ

Складові частини розчину називаються компонентами. Відповідно, розчин – однофазна (гомогенна) система, яка складається з кількох компонентів. Компонентами розчину являється розчинник (середовище) і розчинна речовина, яка рівномірно розподілена в розчині у вигляді молекул та йонів.

Розчинником вважають речовину, яка знаходиться у тому ж агрегатному стані, що і розчин. Наприклад: розчинник – вода, розчинна речовина – цукор.

Якщо речовини, що складають розчин, мають однаковий агрегатний стан (спирт-вода), то розчинником називають речовину, якої в розчині більше.

Розчинність. Кожна речовина при даній температурі характеризується визначеною розчинністю у воді та інших розчинниках (спирт, бензин та ін.). У воді можуть розчинятися тверді речовини (цукор, кухонна сіль), рідини (спирт) і газоподібні речовини (амоніак, гідроген хлорид).

За розчинністю у воді речовини діляться на:

- добре розчинні (їдкий натр, цукор);

- малорозчинні (гіпс, бертолетова сіль);

- практично нерозчинні (купрум сульфід).

Мірою розчинності речовини служить концентрація її насиченого розчину за даної температури. Кількісно прийнято виражати число грамів речовини, яку за даної температури можна розчинити в 100 г розчинника. Це число називається коефіцієнтом розчинності або розчинністю речовини. Наприклад, розчинність NаСl у воді при 20 С дорівнює 36,0 г. якщо за цієї температури у вказаний розчин додати ще деяку кількість NаСl, то доданий надлишок не розчиниться і залишиться у вигляді осаду. Такий розчин називається насиченим.

Інколи розчинність виражають числом молей речовини і 1 л розчину (молярна розчинність).

Щоб розчинність у г виразити в молях, потрібно число г речовини, що знаходиться в 1 л розчину за даної температури, поділити на величину 1 моля цієї речовини. Наприклад, в 1 л насиченого розчину міститься 360 г NаСl, 1 моль NаСl дорівнює 58,4 г. Тоді розчинність (моль) дорівнює 360/58,4 = 6,17 моль/л.

При розчинності, вираженій у молях, можна виразити у г. Для цього значення 1 моля даної речовини слід помножити на число молей, що знаходяться в 1 л. розчину. Наприклад, розчинність РbCl при 20 С дорівнює 0,035 моль/л; 1 моль РbCl = 278,1 г відповідно, розчинність РbCl (г) = 278,1∙0,035 = 9,73 г/л.

Розчинність речовин часто виражають масою речовини, що міститься в 100 масових частках розчинника. Наприклад, розчинність натрій хлориду за температури 18 °С дорівнює 35,86 г у 100 г води.

Розчин, що містить розчинну речовину у меншій кількості, ніж його міститься в насиченому розчині (менше ніж його розчинність), називається ненасиченим.

Пересичений розчин – розчин, в якому розчинено кількість речовини більше, ніж його розчинність.

Випадання речовини із розчину при пониженні температури називається кристалізацією.

Концентрація розчину – це кількість розчиненої речовини, що міститься в одиниці об’єму, або маси розчину або розчинника.

Існують різні способи вираження кількісного складу розчинів. Склад розчину може виражатися за допомогою безрозмірних одиниць (часток або відсотків) і розмірних одиниць – концентрації.

Масова частка розчиненої речовини ω (омега) – це безрозмірна фізична величина, рівна відношенню маси розчиненої речовини до загальної маси розчину:

ω = т (речовини) / т (розчину),

де ω – масова частка розчиненої речовини.

Масову частку розчиненої речовини звичайно виражають у частках одиниці або у відсотках:

ω = т (речовини) ∙ 100% / т (розчину).

П р и к л а д. Масова частка розчиненої речовини – сульфатної кислоти – у воді дорівнює 0,08 або 8%. Це означає, що в розчині масою 100 г міститься 8 г сульфатної кислоти і 100 – 8 = 92 г води.

Мольна частка – це безрозмірна фізична величина, яка дорівнює відношенню кількості розчиненої речовини (або розчинника) до суми кількостей усіх речовин, що складають розчин.

П р и к л а д. Якщо розчин містить одну розчинену речовину в кількості υ₁ моль, то мольна частка розчиненої речовини

N₁ = υ₁ / (υ₁ + υ₂),

де υ₂ – кількість молів розчинника в розчині.

Мольна частка розчинника

N₂ = υ₂ / (υ₁ + υ₂).

Молярна концентрація, або молярність, – це відношення кількості розчиненої речовини (υ, моль) до об’єму розчину (V, л або дм³):

М = υ / V.

Молярна концентрація має розмірність моль/л (або моль/дм³). Молярність позначається С_м або (після чисельного значення молярності) М.

Розчин, у 1 л якого міститься 1 моль розчиненої речовини, називається одномолярним, або просто молярним.

П р и к л а д. Двомолярний розчин натрій хлориду позначається як 2М NaCl або С_м (NaCl) = 2 моль/л.

Молярна концентрація еквівалента (інші назви: еквівалентна концентрація, нормальність) – це відношення еквівалентної кількості розчиненої речовини до об’єму розчину. Молярну концентрацію еквівалента виражають у молях еквівалента на літр і позначають літерою «н», а в формулах для обчислення – С_ек. Досить часто хіміки користуються такою термінологією: 1н – однонормальний розчин, 0,5н – напівнормальний розчин, 0,1н – децинормальний розчин, 0,01н – сантинормальний розчин і т. д.

П р и к л а д. Двонормальний розчин натрій сульфату позначається як 2н Nа₂SO₄ або С_ек (Nа₂SO₄) = 2 моль екв/л.

Кількісний склад розчину можна виражати через моляльність – число молів розчиненої речовини, що міститься в 1000 г розчинника.

Іноді (на виробництві) склад розчину виражають через його густину. Для розчину кожної речовини, що має певну густину, характерний певний вміст цієї речовини. Густину розчину наближено визначають спеціальним приладом – ареометром. Знаючи густину розчину, за спеціальними таблицями можна встановити масову частку розчиненої речовини у відсотках.

Склад розчину можна також виражати титром. Титром називають кількість грамів розчиненої речовини, що міститься в 1 мл розчину. Якщо в 1 л сульфатної кислоти з концентрацією 1н міститься 49,04 г Н₂SO₄, то титр цього розчину становитиме

ТН₂SO₄ = = 0,04904 г/мл.

Якщо реакції відбуваються між розчинами речовин, їх склад зручно виражати через молярну концентрацію еквівалента. У цьому разі легко обчислити, в яких об’ємних відношеннях слід змішати розчини, щоб розчинені речовини прореагували без залишку.

Основна перевага цих (0,1н, 0,01н і т. д.) розчинів полягає в тому, що розчини однакової концентрації реагують між собою в однакових об’ємних співвідношеннях. Так, для нейтралізації 1 л 1н розчину хлоридної кислоти потрібно точно 1 л 1н розчину натрій гідроксиду, оскільки кожен із цих роз­чинів містить по одному еквіваленту речовини в 1 л.

Зрозуміло, що чим більш концентрований розчин ми маємо, тим у меншому об’ємі його міститиметься така сама кількість розчиненої речовини, як і в певному об’ємі більш розбавленого розчину. Отже, між об’ємом розчину і його молярною концентрацією еквівалента існує обернено пропорційна залежність:

, або V₁Cек₁ = V₂Cек₂

За цією залежністю можна не тільки обчислювати об’єми розчинів, потрібні для проведення реакцій, а й за об’ємами розчинів, що беруть участь у реакції, знаходити їхні концентрації.

Знання способів вираження концентрації та приготування розчинів різної концентрації важливі в практиці хімічного аналізу, зокрема в методах титриметрії.

Титриметричний (об'ємний) метод аналізу ґрунтується на вимірюванні об'єму розчину реагента відомої концентрації, витраченого на взаємодію з аналізованою речовиною за умови, що речовини вступають у реакцію в стехіометричних кількостях.

Обов’язковою умовою титрування є використання бюретки і вміння нею користуватись (див. Лабораторна робота «Лабораторне обладнання, хімічний посуд і допоміжний лабораторний інвентар». Під час титрування необхідно лівою рукою управляти затискачем бюретки, а правою обертати колбу з рідиною, яка титрується. Це необхідно для перемішування останньої. Рідина із капіляра бюретки повинна витікати краплями, що дає можливість краще перемішувати рідину в колбі та своєчасно припинити процес титрування.

У титриметричних методах аналізу застосовують розчини реактивів з точно встановленою концентрацією. Це дуже важливо, бо такі розчини стають головним «інструментом» і стандартом у вимірюваннях. За такими розчинами визначають невідомі концентрації інших розчинів.

Стандартним розчином називається розчин з точно відомою концентрацією, який застосовується для визначення концентрацій інших розчинів.

Стандартний розчин ще називають титрованим або робочим.

Одні стандартні розчини готуються з кристалічних речовин, а інші з більш концентрованих розчинів.

У першому випадку береться строго визначена наважка речовини, розчиняється в невеликій кількості дистильованої води і доводиться нею до певного об’єму.

У другому випадку, як правило, визначають густину більш концентрованого вихідного розчину і розраховують його кількість для подальшого розбавлення дистильованою водою і доведення нею до певного об’єму.

Але найбільш точним і швидким способом приготування стандартного розчину є приготування його з фіксаналу.

Фіксанали – це точно зважені кількості твердих хімічно чистих речовин або точно відміряні об’єми їх розчинів, які поміщені в запаяні скляні ампули. Фіксанали готуються на хімічних заводах або в спеціальних лабораторіях. Розчиняючи вміст фіксаналу в дистильованій воді і доводячи нею об’єм у мірній колбі до мітки одержують стандартний розчин заданої концентрації.

Звичайно, що не завжди вдається приготувати розчин точно заданої концентрації, а це може відобразитись на результатах визначення. Для цього визначають поправний коефіцієнт або поправку (К). Поправка показує відношення концентрації приготовленого розчину до строго зазначеної концентрації:

фактична концентрація розчину

К = .

зазначена концентрація розчину

Прагнуть застосовувати розчини такої концентрації, щоб поправка до їх концентрації була близька до одиниці.

Поправка показує, на яке число потрібно помножити об’єм даного розчину, щоб привести його до об’єму розчину зазначеної концентрації.