Модуль №2 по Химии Вопрос №1 Способы выражения концентрации растворов: массовая доля вещества в растворе, молярная концентрация, нормальная концентрация, титр.

Массовая доля (ω) - отношение массы соответствующего компонента в растворе к общей массе этого раствора. Выражается в единицах или процентах. Численно массовая доля равна числу граммов вещества, растворенного в 100г раствора.

Молярная концентрация (См) - отношение количества растворенного вещества к объему раствора. Численно (См) равна количеству молей растворенного вещества, содержащегося в 1 л. раствора). Сокращенно пишут М.

1моль/л = 1М раствор – одномолярный раствор (в 1 л раствора содержится 1 моль растворенного вещества);

0,1М – децимолярный раствор;

0,01М – сантимолярный раствор;

0,001М – милимолярный раствор.

Нормальная концентрация (молярная концентрация эквивалента, СN)- количество мольэквивалентов вещества, содержащегося в 1 л раствора. Единица измерения моль-экв/л, сокращенно обозначается буквой N.

Титр- титрованная концентрация (Т). Показывает сколько грамм растворенного вещества содержится в 1 мл раствора (выражается в г\мл)

V-объем в мл

N-нормальная концентрация nэкв/V;

Mэкв(х)- моль-экв масса вещества

Вопрос № 2 Способы приготовления растворов (метод навески, метод разбавления, приготовление из фиксанала, метод смешивания).

Стандартные - растворы с известной концентрацией, которые служат для определения концентрации других растворов

Способы приготовления стандартных растворов:

• Метод точной навески

Предполагает работу с растворами, которые не меняют свою молекулярную массу и объем при взаимодействии с воздухом. К таким веществам относятся щавелевая кислота, сода, бура (Na2B4O7·10H2O), бихромат калия и ряд других веществ. На аналитических (погрешность таких весов составляет 0,0002г) весах точно взвешивают вещество и переносят в мерную колбу для растворения, доводят до метки растворителем (водой) и тщательно перемешивают.

Растворы точной навески можно приготовить лишь для немногих веществ. Эти вещества должны отвечать следующим требованиям:

- вещество должно быть чистым (без примесей)

- иметь постоянный состав (соответствовать определённой химической формуле)

- быть устойчивым как на воздухе, так и в растворе

- иметь достаточно высокую молекулярную массу.

Такие соединения называются установочными.

• Метод неточной или приблизительной навески

Предполагает работу с растворами, которые не соответствуют этим требованиям, например, меняют свою массу на воздухе, например, перманганат калия. Перед применением их в качестве стандартных растворов, необходимо оттитровать другим раствором с точно известной концентрацией.

• Метод разбавления

Из раствора с точно известной концентрацией готовят разбавлением раствор другой концентрации. Концентрация полученного раствора зависит от концентрации исходного.

• Фиксанальный метод

Предполагает приготовление растворов из фиксаналов. Фиксанал - ампула с сухим веществом или раствором с точно известным количеством эквивалентов. концентрацией. Фиксанал разбивают и переносят в колбу для растворения. Этот метод считается наиболее точным. Первичный стандарт - стандартный раствор, приготовленный по точной навеске Вторичный стандарт - стандартный раствор, характеристики которого установлены по первичному стандарту

Вопрос № 3.

Какие растворы называются буферными растворами?

Буферными растворами называются растворы, сохраняющие неизменными значения рН при разбавлении или добавлении небольшого количества сильной кислоты или основания.

Вопрос №4

Классификация буферных растворов. Примеры.

Различают в основном протолитические буферные растворы двух типов:

• Кислотные т.е. состоящие из слабой кислоты и избытка сопряженного с ней основания (соли, образованной сильным основанием и анионом этой кислоты). Например: СН₃СООН и СН₃СООNa - ацетатный буфер

СН₃СООН + Н₂О ↔ Н₃О⁺ + СН₃СОО^- избыток сопряженного основания

СН₃СООNa → Na⁺ + CH₃COO^-

• Основные, т.е. состоящие из слабого основания и избытка сопряженной с ним кислоты (т.е. соли, образованной сильной кислотой и катионом этого основания). Например: NH₄OH и NH₄Cl – аммиачный буфер.

NH₃ + H₂O ↔ OH^- + NH₄⁺ избыток сопряженной кислоты

NH₄Cl → Cl^- + NH₄⁺

• Амфотерные- Аминокислотные и белковые буферные системы. Буферное действие этих буферных систем начинает проявляться при добавлении к ним некоторого количества кислоты или щелочи. Образуется смесь двух форм белка: а) слабая «белок-кислота»+соль этой слабой кислоты б) слабое «белок-основание»+соль этого слабого основания– аминокислотные белковые р-ры (-NH2) – основания

(-СООН)

Механизм действия буферных растворов

Рассмотрим его на примере ацетатного буфера: СН₃СООН + СН₃СООNa

Высокая концентрация ацетат-ионов обусловлена полной диссоциацией сильного электролита – ацетата натрия, а уксусная кислота в присутствии одноименного аниона существует в растворе практически в неионизированном виде.

• При добавлении небольшого количества хлороводородной кислоты, ионы Н⁺ связываются с имеющимся в растворе сопряженным основанием СН₃СОО^- в слабый электролит СН₃СООН.

CH₃COO‾ +H ⁺ ↔ CH₃COOH (1)

Из уравнения (1) видно, что сильная кислота НС1 заменяется эквивалентным количеством слабой кислоты СН₃СООН. Количество СН₃СООН увеличивается и по закону разбавления В. Оствальда степень диссоциации уменьшается. В результате этого концентрация ионов Н⁺ в буфере увеличивается, но очень незначительно. рН сохраняется постоянным.

При добавлении кислоты к буферу рН определяется по формуле:

• При добавлении к буферу небольшого количества щелочи протекает реакция её с СН₃СООН. Молекулы уксусной кислоты будут реагировать с гидроксид-ионами с образованием Н₂О и СН₃СОО ^‾:

CH₃COOН + OH ^‾ ↔ CH₃COO‾ + H₂O (2)

В результате этого щелочь заменяется эквивалентным количеством слабоосновной соли CH₃COONa. Количество СН₃СООН убывает и по закону разбавления В. Оствальда степень диссоциации увеличивается за счет потенциальной кислотности оставшихся недиссоциированных молекул СН₃СООН. Следовательно, концентрация ионов Н⁺ практически не изменяется. рН остаётся постоянным.

При добавлении щелочи рН определяется по формуле:

• При разбавлении буфера рН также не меняется, т.к. константа диссоциации и соотношение компонентов при этом остаются неизменными.

Вопрос №5

Уравнение для расчета рН буферных систем кислотного и основного типа (Гендерсона – Гассельбаха). Факторы, влияющие на значение рН буферных систем.

Уравнение буферной системы рассчитывается по формуле Гендерсона-Гассельбаха:

где рК = -ℓg К_Д.

С – молярная или эквивалентная концентрация электролита (C = V N)

Таким образом, рН буфера зависит от: константы диссоциации и соотношения концентрации компонентов. Чем эти величины больше, тем больше рН буфера. рН буфера будет наибольшим при соотношении компонентов равным единице.

Вопрос №6

Интервал буферного действия (определение и формула для расчета).

Интервал значений рН, выше и ниже которого буферное действие прекращается, называется зоной буферного действия.

Она равна рН = рК ± 1

Вопрос №7

Буферная емкость (определение; формула для расчета; факторы, влияющие на значение буферной емкости).

Буферная ёмкость — это способность буферной системы противодействовать изменению рН среды. Факторы, влияющие на значение буферной емкости: концентрация электролитов и соотношение кол-ва сильной кислоты.

Интервал значений рН, выше и ниже которого буферное действие прекращается, называется зоной буферного действия.

Она равна рН = рК ± 1

Буферная ёмкость (В) выражается количеством моль-эквивалентов сильной кислоты или щелочи, которое следует добавить к одному литру буфера, чтобы сместить рН на единицу.

В – буферная ёмкость,

n_Э – количество моль-эквивалента сильной кислоты или щелочи,

рН_Н – начальное значение рН ( до добавления кислоты или щелочи)

рН_К – конечное значение рН (после добавления кислоты или щелочи)

ΔрН – изменение рН.

На практике буферная ёмкость рассчитывается по формуле:

V – объём кислоты или щелочи,

N – эквивалентная концентрация кислоты или щелочи,

V_буф.- объём буферного раствора,

Δ рН – изменение рН.