Работа № 4. Приготовление раствора заданной концентрации Краткое теоретическое обоснование

Количественной характеристикой любого раствора является его состав, который выражается концентрацией.

Концентрация раствора определяет отношение количества (моль) или массы (г) данного компонента в растворе к массе или объему раствора либо растворителя.

В химической практике наиболее часто используются следующие виды выражения концентрации растворов:

1. Массовая доля или процентная концентрация вещества В, ω (B) – отношение массы данного компонента m (B) к массе всего раствора m_р-ра:

или .

Выражается в долях единицы или процентах.

2. Молярная доля или мольная доля вещества B, N(B) - отношение количества вещества данного компонента - _B, содержащегося в растворе, к общему количеству всех компонентов раствора ( ):

Выражается в долях единицы или процентах.

3. Молярная концентрация вещества B или молярность, С(B) – отношение количества данного компонента – ν_B, содержащегося в растворе, к объёму раствора V_р-ра:

; ,

где m_B, M_B –масса и молярная масса вещества В.

Выражается в моль/л или обозначается буквой М.

4. Молярная концентрация эквивалента вещества B или нормальная концентрация, С_э(B) – отношение количества эквивалента данного компонента– ν_{э B}, содержащегося в растворе, к объёму раствора V_р-ра:

; ,

где m_в, М_{э в} - масса и молярная масса эквивалента вещества B.

Выражается в моль/л или обозначается н.

5. Моляльная концентрация вещества B или моляльность, C_т(B) - отношение количества вещества данного компонента - ν_B, содержащегося в растворе, к массе растворителя m_р-ля (в кг):

.

Выражается в моль/кг.

6. Титр раствора по веществу В, Т(В) – отношение массы данного компонента - m_в (в граммах), содержащегося в растворе, к объёму раствора – V_р-ра (в мл или см³): . Выражается в г/мл или г/см³.

Существует несколько методов приготовления раствора заданной концентрации, наиболее простым среди них является метод разбавления.

Для приготовления раствора соли с заданной массовой долей (%) из более концентрированного раствора, надо знать плотность исходного раствора. Ориентировочное определение процентной концентрации растворенного вещества в полученном растворе в пределах точности ±0,5% может быть проведено путем экспериментального измерения плотности раствора и последующего нахождения концентрации, соответствующей измеренной плотности, по табличным данным, имеющимся для кислот, растворимых оснований и большинства солей в справочниках.

Плотность растворов определяется с помощью специальных приборов – ареометров (денсиметров) – при этом точность определения не превышает третьего знака после запятой.

Ареометр (рис. 1) представляет собой стеклянный сосуд, состоящий из двух частей – широкой и узкой. Широкая часть ареометра заполнена дробью, а на узкую часть нанесена шкала с делениями. Каждому делению соответствует определенная плотность. Ареометры обычно находятся в комплекте, позволяющем измерять плотность растворов в широком интервале. Если ареометр предназначен для измерения плотностей больших, чем измеряемая, то он тонет в растворе, если наоборот, то жидкость выталкивает его. Поэтому при измерении плотности жидкости нужно хотя бы ориентировочно знать плотность исследуемого раствора.

Для измерения плотности жидкость наливают в цилиндр и осторожно опускают в нее ареометр. Измерение производят, если ареометр свободно плавает в растворе, не касаясь дна и стенок цилиндра. Плотность раствора определяется делением шкалы ареометра, до которого он погружается в раствор. Отсчет производят по нижнему краю мениска. По величине экспериментально определенной плотности находят процентную концентрацию раствора, используя табличные данные.

Если в таблице отсутствует точное значение плотности, определенное ареометром, применяют метод интерполяции, который заключается в том, что в узком интервале концентраций зависимость между плотностью и концентрацией считают линейной. Делают это следующим образом.

Допустим, что плотность раствора хлорида натрия, определенная ареометром, равна 1,024 г/см³. В таблице 1 имеются значения плотности 1,020 и 1,027 г /см³, которым соответствуют концентрации 3% и 4 %. Следовательно, при изменении концентрации на 1% плотность изменяется на величину 0,007. Разность между экспериментально определенной плотностью и ближайшим меньшим табличным значением составляет (1,024 – 1,020) = 0,004. Составляем пропорцию и находим поправку к концентрации: 0,007 - 1%

0,004 - х% , откуда х = 0,57%.

Таким образом, концентрация полученного раствора хлорида натрия равна сумме меньшей табличной величины и поправки, найденной методом интерполяции: 3% + 0,57% = 3,57%.