5. Расчётные формулы и техника приготовления растворов кислот, солей и щелочей технических и аналитических концентраций.

Задача 1. В лаборатории имеется раствор с массовой долей гидроксида натрия 25%, плотность которого равна 1,27 г/мл. Рассчитайте его объём, который надо смешать с водой, чтобы получить 500 мл раствора с массовой долей NаОН 8% (плотность 1,09 г/мл).

Решение. Будем обозначать величины, относящиеся к исходному раствору, индексом “1” (например, m₁ – масса исходного раствора); величины, относящиеся к раствору, который надо приготовить, - индексом “2” (m₂ – масса раствора, который надо приготовить); величины, одинаковые для обоих растворов, индекса иметь не будут.

1. Рассчитываем массу раствора NaOH, который требуется приготовить:

m₂ = V₂ · ρ₂; m₂ = 500 ^. 1,09 г = 545 г.

2. Определяем массу NaOH, которая будет содержаться в растворе (такая же масса гидроксида натрия должна содержаться и в исходном растворе, которая будет разбавлена водой):

 Вычисляем массу раствора с ω₁(NaOH) = 25%, в котором содержится гидроксид натрия массой 43,6 г:

3. Рассчитываем объём исходного раствора NaOH, который надо разбавить водой:

V₁ = ; V₁ =

Ответ: объём гидроксида натрия 137,3 мл.

Задача 2. Реакция протекает по уравнению ЗВа²+ + 2РО₄^3- = Ва₃(РO₄)₂↓

Напишите два разных уравнения в молекулярной форме, соответствующих этой реакции.

Решение. К ионам в левой части исходного уравнения допишем ионы с противоположным значением заряда с таким коэффициентом, чтобы можно было составить формулы веществ. При этом учитываем,что исходные вещества должны быть достаточно хорошо растворимы в воде. Затем те же ионы с теми же коэффициентами пишем в правой части уравнения:

3Ва²⁺+ 2РО₄^3- = Ва₃(РО₄)₂↓

6Cl^- + 6Н⁺ = 6Сl^- + 6Н⁺

Объединяя ионы обоих равенств в молекулы, получим уравнение реакции в молекулярной форме:

3ВаСl₂ + 2Н₃РО₄ = Ва₃(РО₄)↓ + 6НСl

Аналогично подбираем и другие подходящие ионы:

3Ва²⁺ + 2РО₄^3- = Ва₃(РО₄)₂↓

 6NO₃^- + 6Na⁺ = 6NО₃^- + 6Na⁺   

Получаем второе уравнение в молекулярной форме:  

3Ba(NO₃)₂ + 2Nа₃РО₄ = Ва₃(РО₄)₂↓+ 6NaNO₃

Задача 3 . Принимая, что серная кислота диссоциирует полностью, определите рН её 0,012 М раствора.

Решение. Запишем уравнение полной диссоциации серной кислоты на ионы:

H₂SO₄ 2H⁺ + SO₄^2-

Как видим, из 1 моль кислоты образуется 2 моль Н⁺. Соответственно из 0,012 моль кислоты образуется 0,024 моль Н⁺. Концентрация ионов водорода в растворе будет равна 0,024 моль/л.

Отсюда рН = -lg[Н⁺];    рН = -lg 0,024 = 1,62.

Задача 4 . Какое количество бария нужно взять, чтобы при его взаимодействии с 1л воды образовался 2%-ный раствор гидроксида бария?

Решение. Барий растворяется в воде по уравнению

Пусть в реакцию вступило х моль Ва, тогда образовалось по x моль Ва(ОН)₂ (М=171) и Н₂. Масса вещества Ва(ОН)₂ в растворе составляет 171x, а масса раствора равна:

m(р-ра) = 1000 + m(Ba) - m(Н₂) = 1000 +137x – 2x = 1000+135x.

Массовая доля гидроксида бария равна:

ω(Ва(ОН)₂) =171x / (1000 +135x) = 0,02.

oткуда х = 0,119.

Ответ. 0,119 моль Ва.

Задача 5 . Рассчитайте массовые доли веществ в растворе, образовавшемся при действии 25 мл 20%-ной соляной (плотность 1,1 г/мл) на 4,0 г сульфида железа (II).

Решение. Сульфид железа (II) растворяется в соляной кислоте по уравнению

0,0455		0,091		0,0455		0,0455
FeS	+	2HCl	=	FeCl2	+	H2S↑

m(р-ра НСl) = 25∙1,1 = 27,5 г. m(НСl) = 27,5∙0,2 = 5,5 г. v(НСl) = 5,5 / 36,5 = 0,151. v(FеS) = 4,0 / 88 = 0,0455. FeS находится в недостатке, и расчет по уравнению реакции надо вести по FеS.

В результате реакции образуется по 0,0455 моль FeСl₂ (массой 0,0455∙127 = 5,78 г) и Н₂S (массой 0,0455∙34=1,55 г), и расходуется 0,091 моль НСl. В растворе останется 0,151-0,091 = 0,06 моль НСl массой 0,06∙36,5 = 2,19 г.

Масса образовавшегося раствора равна:

m(р-ра) = 27,5 + m(FеS) - m(Н₂S) = 27,5 + 4,0 - 1,55 = 30,0 г.

Массовые доли веществ в растворе:

ω(FеСl₂) = 5,78 / 30,0 = 0,193, или 19,3%,

ω(НСl) = 2,19/ 30,0 = 0,073, или 7,3%.

Ответ. 19,3% FеСl₂, 7,3% НСl.

Правила приготовления растворов.

1. Все водные растворы следует готовить только на дистиллированной воде. При приготовлении водных растворов солей заданной концентрации нужно учитывать также кристаллизационную воду.

2. Приготовляя точные растворы, нельзя наливать в мерную колбу сразу всё нужное количество воды.

3. Мерные колбы калиброваны на определённый объём лишь при температуре, указанной на колбе. Поэтому точный объём жидкости можно получить только при стандартной температуре.

4. Так как приготовить растворы точно заданной концентрации трудно, то прежде чем пользоваться раствором, надо установить его концентрацию или поправку на нормальность.

5. Необходимо наклеивать этикетки (или делать надпись специальным карандашом) на сосудах с растворами.

6. Все растворы следует готовить только в хорошо вымытой посуде. Надо заботиться о том, чтобы приготовленные растворы не загрязнялись каким-либо образом. Нельзя путать пробки от посуды, содержащей растворы разных веществ.

7. Растворы, которые могут портиться от действия света, как марганцевокислый калий, азотнокислое серебро и др., нужно хранить только в тёмных склянках. Для некоторых веществ можно употреблять жёлтые склянки, для других же сосуды необходимо оклеивать чёрной бумагой, но не покрывать стекло черным лаком: лаковая пленка всегда немного пропускает свет. Если черной бумаги нет, бутыль или другой сосуд следует оклеить плотной бумагой и бумагу покрыть черным лаком.

8. Растворы щелочей нужно хранить так, чтобы на них не действовала двуокись углерода. Для этого в пробку вставляют хлоркальциевую трубку, наполненную натронной известью или другим твёрдым поглотителем двуокиси углерода.

9. Растворы щелочей следует готовить вначале очень концентрированными и разбавлять их до нужной концентрации только после отстаивания и фильтрования.

10. Надо быть осторожным с растворами, которые могут вредно действовать на кожу рук, одежду или обувь.

11. Все растворы нужно проверять. Точные растворы — путём установки титра, приблизительные — по плотности или иным путем.

12. Растворы (за исключением точных) после приготовления следует обязательно профильтровывать. Это относится одинаково и к водным растворам, и к растворам в органических жидкостях.

13. При приготовлении растворов в органических жидкостях надо применять только чистые растворители и, когда нужно, — безводные. Если растворитель чем-либо загрязнён, его следует перегнать или очистить от примесей каким-либо другим способом.