Глава 2. СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
2.1. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ СОСТАВА РАСТВОРОВ
Существует несколько способов выражения состава растворов.
Массовая доля вещества в растворе W(х) – отношение массы растворенного вещества к массе раствора:
|
W(x)= m(x) |
= |
m(x) |
|
|
|
ρ V |
||||
|
m |
р-ра |
|
||
|
|
|
р-ра |
||
где m(x) – масса растворенного вещества, г; |
|||||
mр-ра |
– масса раствора, г; |
|
|
|
|
Vр−ра |
– объём раствора, мл или см3; |
ρ – плотность раствора, г/мл или |
|||
г/см3.
Массовая доля может быть выражена в процентах W(х)%:
W(x)% = |
m(x) |
100% = |
m(x) |
100% |
||
m |
р-ра |
ρ V |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
р-ра |
|
||
Молярная концентрация С(х) – отношение количества растворенного вещества к объему раствора:
C(x)= |
n (x) |
= |
m(x) |
[моль л] |
|
V |
M(x) V |
||||
|
|
|
|||
|
р-ра |
|
р-ра |
|
где n (x)– количество вещества, моль; m(x) – масса растворенного вещества, г; M(x) – молярная масса вещества, г/моль; Vр−ра – объём раствора, л или дм3.
Химический эквивалент – реальная или условная (гипотетическая) частица вещества, которая в протолитической реакции вступает в реакцию с одним ионом водорода (протоном – Н+), а в окислительно-восстановительной реакции отдает или присоединяет один электрон.
Фактор эквивалентности (1/z или f) – величина, показывающая, какая доля реальной частицы соответствует эквиваленту.
В кислотно-основных реакциях
H2S + KOH → KHS + H2O
эквивалентом сероводорода будет одна молекула H2S (реальная частица),
H2S + 2 KOH → K2S + 2 H2O
эквивалентом будет половина (1/2) молекулы H2S (условная частица).
13
Если химическая реакция не задана, то
– для кислот фактор эквивалентности равен единице, деленной на сумму ионов водорода в молекуле. Например:
|
|
|
|
|
z |
|
|
2 |
z |
|
|
|
1 |
1 |
(HNO |
)= |
1 |
=1 |
1 |
(H SO |
)= 1 |
1 (H |
PO |
)= |
3 |
||
z |
3 |
|
1 |
|
|
2 |
4 |
|
|
3 |
4 |
|
|
– для оснований фактор эквивалентности равен единице, деленной на сумму гидроксид-ионов в молекуле. Например:
1z (NaOH)=1 |
z |
1 |
1 (Ba(OH)2 )= |
2 |
– для солей фактор эквивалентности равен единице, деленной на суммарный заряд катионов соли. Например:
|
|
|
1 |
(NaCl)=1 |
|
1 |
(NaHCO3 )=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
)= |
1 |
|
1 (CaCl2 )= |
1 |
|
1 |
(Al |
(SO |
) |
)= |
1 |
|
1 (Na SO |
2 |
|
2 |
|
6 |
|||||||||
|
2 4 |
|
|
z |
|
z |
2 |
|
4 |
3 |
|
|||
В окислительно-восстановительных реакциях |
|
|
|
|
|
|
||||||||
2 H2S2– + H2SO3 → 3 S0 + 2 H2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
эквивалентом является 1/2 молекулы H2S, т.к. |
S2– |
– 2 ē → S0, |
|
|
|
|
|
|
||||||
2 H2S2– + 3 О2 → 2 S4+O2 + 2 H2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
эквивалентом является 1/6 молекулы H2S, т.к. |
S2– |
– 6 ē → S4+. |
|
|
|
|
|
|
||||||
Таким |
образом, |
одно и |
то же |
вещество может иметь |
несколько |
|||||||||
эквивалентов и определить его можно исходя из конкретной химической реакции.
SO32– + H2O + 2 ē → SO42– + 2 H+ |
1 |
(SO 2− ) |
= |
1 |
|
z |
3 ок−ль |
|
|
|
|
|
2 |
|
SO32– + 6 H+ – 4 ē → S0 + 3 H2O |
1 |
(SO 2− ) |
= |
1 |
|
z |
3 вос−ль |
|
|
|
|
|
4 |
Для удобства расчетов в аналитической химии используют вспомогательный способ выражения состава раствора – молярную концентрацию эквивалента С(1/z х) (нормальную концентрацию) отношение количества вещества эквивалентов в растворе n(1/z х) к объему раствора:
C(1 z x)= n (1 z x)= |
m(x) |
|
[моль л], |
M(1 z x) V |
|
||
V |
|
|
|
р-ра |
р-ра |
||
где n (1 z x) – количество эквивалентов вещества, моль; |
|||
m(x) – масса растворенного вещества, г; V |
– объём раствора, л или дм ; |
||
|
р−ра |
3 |
|
M(1
z x) – молярная масса эквивалентав вещества, г/моль.
В соответствии с законом эквивалентов – количества веществ эквивалентов реагирующих соединений равны.
n (1
z x)= n (1
z y)
14
Следствие из закона эквивалентовимеетвид:
С(1
z x) V(x)= С(1
z y) V(y),
где С(1
z x), С(1
z y) – молярныеконцентрацииэквивалентовреагирующих веществ,моль/л; V(x), V(y) – объемы реагирующих веществ, мл или л.
Закон эквивалентов лежит в основе количественного титриметрического анализа. Титр T(x) или t(x) – отношение массы растворенного вещества m(х) в
граммах к одному миллилитру раствора:
T(х)= m(x) |
[г мл], |
V |
|
р-ра |
|
где m(x) – масса растворенного вещества, г;
Vð−ðà – объём раствора, мл.
Моляльная концентрация (моляльность)
вещества n(х) к массе растворителя в кг:
Сm (x)= |
n (x) |
= |
m(x) |
|
M(x) mр-ля |
||
|
mр-ля |
||
где n (x)– количество вещества, моль; mр-ля – масса растворителя, кг;
m(x) – масса растворенного вещества, г; M(x) – молярная масса вещества, г/моль.
Cm(х) – отношение количества
[моль
кг],
Объемная доля φ(х) – отношение объема растворенного вещества к объему раствора:
ϕ(x)= V (x),
Vр-ра
где V(x) – объём растворенного вещества, мл; Vр−ра – объём раствора, мл.
Объемную долю используют для выражения состава газовых растворов, например вдыхаемых смесей для наркоза.
15
16
Образцы решений задач
I. Задачи на приготовление растворов из стандартных веществ.
1. Рассчитайте массу хлорида калия и воды, необходимых для приготовления 200 г раствора с массовой долей 14%.
Дано: Решение:
mр−ра = 200 г W(KCl)% =14%
Найти:
m(KCl), m(H2O)
W(KCl)% = |
m(KCl) 100% |
|
следовательно |
|||
|
|
mр−ра |
|
|
|
|
m(KCl)= |
mр−ра W(KCl)% |
|
= |
200г 14% |
= 28 г |
|
|
100% |
|||||
|
|
100% |
|
|
|
|
Масса воды для приготовления раствора равна:
m(H2O)= mр−ра −m(KCl)= 200г −28 г =172 г
Ответ: m(KCl)= 28г, m(H2O)=172 г.
2. Рассчитайте, сколько граммов химически чистой соды следует взять для
приготовления |
200 мл раствора с молярной концентрацией эквивалента |
|||||||||||||
0,2 моль/л. Вычислите молярную концентрацию и титр этого раствора. |
||||||||||||||
Дано: |
Решение: |
|
|
m(Na2CO3 ) |
|
|
|
|
||||||
Vр−ра = 200 мл |
C(1 z Na2CO3 )= |
|
|
следовательно |
||||||||||
|
M(1 z Na CO ) |
V |
|
|||||||||||
С(1 z Na2CO3 )= 0,2моль л |
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
р−ра |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Найти: m(Na2CO3 ), |
m(Na2CO3 )= C(1 z Na2CO3 ) M(1 z Na2CO3 ) Vр−ра |
|
||||||||||||
С(Na2CO3 ), T(Na 2 CO3 ) |
z |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 (Na2ÑO3 )= |
2 |
|
|
|
М(Na2CО3 )=106 г моль |
|
||||||||
|
М(1 z Na 2CО3 )= 1 М(Na 2CО3 )= |
1 106 г моль = 53г моль |
||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
m(Na2CO3 )= 0,2моль л 53г моль 0,2л = 2,12 г |
|
||||||||||||
|
C(Na2CO3 )= |
|
m(Na2CO3 ) |
|
|
|
|
|
2,12г |
моль |
||||
|
|
|
|
|
|
= |
|
= 0,1 |
л |
|||||
|
M(Na |
CO |
) V |
|
|
106г моль 0,2л |
||||||||
|
|
2 |
3 |
|
р−ра |
|
|
|
|
|
|
|||
|
T(Na2CO3 )= m(Na2CO3 )= |
2,12г |
= 0,0106г мл |
|
||||||||||
|
200 мл |
|
||||||||||||
|
|
|
Vр-ра |
|
|
|
|
|
||||||
Ответ: m(Na2CO3 )= 2,12 г, С(Na2CO3 )= 0,1моль
л, T(Na2CO3 )= 0,0106г
мл.
3. Определите молярную концентрацию и титр физиологического раствора с W(NaCl)% = 0,89% ( ρ =1г
мл). Рассчитайте, сколько граммов хлорида натрия требуется для приготовления 400 мл такого раствора.
17
Дано: |
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
W(NaCl)% = 0,89% |
М(NaCl)= 58,5г моль |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ρ =1г мл |
C(NaCl)= |
W(NaCl)% 10ρ |
= |
0,89% 10 1г мл |
= 0,152 |
моль л |
||||||
Vр−ра = 400 мл |
|
M(NaCl) |
|
|
58,5г моль |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Найти: C(NaCl), |
T(NaCl)= |
W(NaCl)% ρ |
= |
0,89% 1г мл |
= 0,0089г мл |
|||||||
T(NaCl), m(NaCl) |
100% |
|
|
100% |
||||||||
|
m(NaCl)= |
|
W(NaCl)% mр-ра |
|
= |
W(NaCl)% Vр-ра ρ |
|
|
||||
|
100% |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
100% |
|
|
|
||||
|
m(NaCl)= |
|
0,89% 400мл 1г мл = 3,56г |
|
|
|
|
|||||
|
|
100% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Массу хлорида натрия можно рассчитать и другими способами по формулам:
m(NaCl)= C(NaCl) M(NaCl) Vр−ра = 0,152 мольл 58,5 мольг 0,4л = 3,56 г m(NaCl)= t(NaCl) Vр-ра = 0,0089г
мл 400мл = 3,56 г
Ответ: C(NaCl)= 0,152моль
л, T(NaCl)= 0,0089г
мл, m(NaCl)= 3,56г .
II. Задачи на приготовление растворов из кристаллогидратов.
1. Рассчитайте, сколько |
граммов |
|
Na2B4O7 ∙10 H2O |
следует |
|
взять |
для |
|||||||||||
приготовления 500 мл раствора, титр которого равен 0,017 г/мл. Найдите |
||||||||||||||||||
молярную концентрацию эквивалента этого раствора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Дано: |
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mр−ра = 500 мл |
М(Na2B4O7 10H2O)= 382г моль |
М(Na2B4O7 )= 202г моль |
||||||||||||||||
T(Na2B4O7 )= 0,017 г мл |
масса буры в растворе составляет: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Найти: |
m(Na2B4O7 )= T(Na2B4O7 ) Vр-ра = 0,017г мл 500мл =8,5 г |
|
|
|||||||||||||||
m(Na2B4O7 10H2 O), |
1 (Na2B4O7 )= 2 |
|
|
|
М(1 z Na2B4O7 )= |
1 |
202 |
|
г |
|
=101 |
г |
|
|||||
C(1 z Na2B4O7 ) |
|
|
|
2 |
моль |
моль |
||||||||||||
z |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
C(1 z Na2B4O7 )= |
m(Na2B4O7 ) |
|
8,5г |
|
|
|
моль |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
= |
|
|
= |
0,17 |
|
л |
|
|
|
|
|||
M(1 z Na |
B |
O |
7 |
) V |
101г моль 0,5л |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
2 |
4 |
|
р−ра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассчитаем массу кристаллогидрата буры, необходимую для |
||||||||||||||||||
приготовления раствора: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
202 г/моль (Na2B4O7) |
– 382 г/моль (Na2B4O7 ∙10 H2O) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
8,5 г (Na2B4O7) |
|
– x г (Na2B4O7 ∙10 H2O) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
m(Na2B4O7 10H2O)= 382г
моль 8,5г =16,1 г 202г моль
Ответ: C(1
z Na2B4O7 )= 0,17моль
л, m(Na2B4O7 10H2O)=16,1г .
18
2. В дистиллированной воде объемом 500 мл растворили 50 г кристаллической щавелевой кислоты (H2C2O4 ∙2 H2O). Определите массовую долю кристаллогидрата и безводной щавелевой кислоты в растворе.
Дано: Решение:
V(H2O)= 500 мл |
Масса полученного раствора: |
|
|||
m(H2C2O4 2H2 O)= 50г |
mр−ра = m(H2O)+m(H2C2O4 2H2 O)=500г+50 г =550 г |
|
|||
Найти: W(H2C2O4 )% , |
Массовая |
доля |
кристаллогидрата |
H2C2O4 |
|
W(H2C2O4 2H2 O)% |
рассчитывается по формуле: |
|
|||
|
W(H2C2O4 2H2 O)% = m(H2C2O4 2H2 O) 100% |
|
|||
|
|
|
|
mр−ра |
|
|
W(H2C2O4 2H2 O)= |
50г |
100% =9,1% |
|
|
|
550г |
|
|||
М(H2C2O4 2H2 O)=126г моль |
|
М(H2C2O4 )= 90г моль |
|
||
|
|
|
|||
Масса безводной щавелевой кислоты в 50 г кристаллагидрата:
m(H2C2O4 )= m(H2C2O(4 2H2O) М(H)2C2O4 ) М H2C2O4 2H2O
m(H2C2O4 )= 50г 90г
моль = 35,7г 126г моль
Массовая доля безводной H2C2O4 рассчитывается по формуле:
W(H2C2O4 )% = m(H2C2O4 ) 100%
mр−ра
W(H2C2O4 )% = 35,7550гг 100% = 6,5%
Ответ: W(H2C2O4 2H2 O)% = 9,1% , W(H2C2O4 )% = 6,5% .
III. Задачи на приготовление растворов методом разведения.
1. Рассчитайте объем раствора гидроксида натрия (W(NaOH)% = 20% ,
ρ=1,22г
мл), который надо разбавить водой для получения 200 мл раствора
смолярной концентрацией эквивалента 0,1 мол/л.
Дано:
W(NaOH)% = 20% ρ =1,22г
мл
С(1
z NaOH)= 0,1моль
л
Vразб.р−ра = 200 мл
Найти: Vконц.р−ра
Решение:
В концентрированном и разбавленном растворе содержится одинаковое количество вещества NaOH, следовательно одинакова m(NaOH).
Вычислим m(NaOH), содержащуюся в растворе:
m(NaOH)= C(1
z NaOH) M(1
z NaOH) Vразб.р-ра
1
z(NaOH)=1 М(NaOH)= М(1
z NaOH)= 40г
моль m(NaOH)= 0,1моль
л 40г
моль 0,2л = 0,8г
Рассчитаем массу раствора с W(NaOH)% = 20% , который содержит 0,8 г NaOH:
19
mконц.р-ра = |
m(NaOH) 100% |
= |
0,8г 100% |
= 4г |
||||
W(NaOH)% |
|
20% |
||||||
Вычислим объем: Vконц.р-ра = |
|
|
|
|||||
mконц.р-ра |
= |
|
4г |
|
|
=3,28мл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
ρ |
|
1,22г мл |
|
|
|||
Ответ: Для приготовления 200 мл раствора с С(1
z NaOH)= 0,1моль
л требуется 3,28 мл 20% раствора NaOH.
2. Рассчитайте объем 35%-ного раствора серной кислоты (ρ =1,2г
мл),
необходимый для |
|
приготовления |
250 мл раствора с молярной |
|||||||||
концентрацией эквивалента 0,2 моль/л. |
|
|
|
|||||||||
Дано: |
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|
||||
W(H2SO4 )% = 35% |
m(H2SO4 )конц.р−ра = m(H2SO4 )разб.р−ра |
|||||||||||
ρ =1,2г мл |
m(H2SO4 )= C(1 z H2SO4 ) M(1 z H2SO4 ) Vразб.р-ра |
|||||||||||
С(1 z H2SO4 )= 0,2моль л |
1z (H2SO4 )= 12 |
М(1 z H2SO4 )= 12 98 г моль = 49г моль |
||||||||||
Vразб.р−ра = 250 мл |
||||||||||||
Найти: Vконц.р−ра |
m(H2SO4 )= 0,2моль л 49г моль 0,25л = 2,45г |
|||||||||||
|
mконц.р-ра = |
|
m(H2SO4 ) |
2,45г |
= 7г |
|||||||
|
|
|
|
|
= |
0,35 |
||||||
|
|
W(H SO |
) |
|||||||||
|
|
|
|
2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
= |
mконц.р-ра |
= |
|
|
|
7г |
=5,8мл |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
конц.р-ра |
|
|
ρ |
|
1,2г мл |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Ответ: Vконц.р-ра =5,8мл.
IV. Задачи на приготовление растворов из фиксанала.
Фиксанал, стандарт-титр, точно известное количество вещества (сухого или в растворе) в запаянной ампуле, служащее для приготовления стандартного раствора в титриметрическом анализе.
1. Ампула фиксанала содержит 0,1 моль-эквивалентов перманганата калия. Из ампулы приготовили 2 л раствора. Какова молярная концентрация эквивалента и титр раствора перманганата калия? (Фактор эквивалентности KMnO4 равен 1/5)
Дано: |
|
Решение: |
|
n(1 z KMnO4 ) |
|
|
|
|
|
||
n(1 z KMnO4 )= 0,1моль |
C(1 z KMnO4 )= |
= |
0,1моль |
= 0,05 моль л |
|||||||
Vр−ра = 2 л |
|
|
|
Vр−ра |
|
2л |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
z |
1 |
М(KMnO4 )=158 г моль |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
||
1 (KMnO4 )= |
5 |
М(1 z KMnO4 )= |
М(KMnO4 ) |
= |
158 г моль = 31,6г моль |
||||||
|
|
5 |
5 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Найти: C(1 z KMnO4 ), |
T(KMnO4 )= |
C(1 z KMnO4 ) M(1 z KMnO4 ) |
|||||||||
T(KMnO4 ) |
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
20
T(KMnO4 )= 0,05 моль
л 31,6г
моль = 0,0016г мл 1000
Ответ: C(1
z KMnO4 )= 0,005 моль
л, T(KMnO4 )= 0,0016г
мл.
V. Задачи на закон эквивалентов.
1. Вычислите молярную концентрацию эквивалента и титр раствора соляной кислоты, если на титрование исследуемого раствора объемом 5 мл затрачено 4 мл раствора NaOH с молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л.
Дано: |
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|
V(HCl)= 5 мл |
Приведем уравнение химической реакции: |
|
|
|||||
V(NaOH)= 4 мл |
HCl + NaOH → NaCl + H2O |
|
|
|
||||
С(1 z NaOH)= 0,05моль л |
По следствию из закона эквивалентов |
|
|
|||||
Найти: С(1 z HCl), |
С(1 z HCl) V(HCl)= С(1 z NaOH) V(NaOH) |
|
|
|||||
T(HCl) |
С(1 z HCl)= |
С(1 z NaOH) V(NaOH) |
= |
0,05моль л 4мм |
= 0,04 |
моль |
||
|
|
V(HCl) |
|
5мм |
л |
|||
|
1 z(HCl)=1 |
М(HCl)= М(1 z HCl)= 36,5г моль |
|
|||||
T(HCl)= C(1 z HCl) M(1 z HCl)= |
0,04 моль л 36,5г моль = 0,00146г мл |
|
||||||
|
1000 |
|
1000 |
|
|
|
|
|
Ответ: С(1
z HCl)= 0,04моль
л, T(HCl)= 0,0146г
мл .
2. На нейтрализацию 10 мл раствора K2CO3 потребовалось 16 мл раствора HNO3 с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л. Вычислите молярную концентрацию эквивалента, молярную концентрацию, титр и массу K2CO3 в 200 мл этого раствора.
Дано:
V(K2CO3 )=10 мл
V(HNO3 )=16 мл
С(1
z HNO3 )= 0,1моль
л Vр−ра = 200 мл
Решение:
Приведем уравнение химической реакции:
K2CO3 + 2 HNO3 → 2 KNO3 + H2CO3
С(1
z K2CO3 ) V(K2CO3 )= С(1
z HNO3 ) V(HNO3 )
следовательно С(1 z K2CO3 )= С(1
z HNO( 3 )V(HNO) 3 ) V K2CO3
Найти: С(1 z K2CO3 ), |
С(1 z K2CO3 )= |
0,1моль л 16 мл = 0,16моль л |
|
||
C(K2CO3 ), T(K2CO3 ), |
z |
1 |
|
10 мл |
|
|
|
2 |
|
||
m(K2CO3 ) |
1 (K2CO3 )= |
2 |
|
М(1 z K2CО3 )= 1 138 г моль = |
69г моль |
|
C(K2CO3 )= |
1 |
C(1 z K2CO3 )= 1 0,16моль л = 0,08моль л |
||
|
|
z |
|
2 |
|
T(K2CO3 )= |
C(K2CO3 ) M(K2CO3 )= C(1 z K2CO3 ) M(1 z K2CO3 ) |
||||
|
1000 |
|
1000 |
|
|
21
|
0,08 |
моль |
138 |
г |
0,16 |
моль |
69 |
г |
г |
||||
T(K2CO3 )= |
л |
моль |
|
= |
л |
моль |
|
= 0,011 |
|||||
|
1000 |
|
|
|
1000 |
|
|
мл |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
m(K2CO3 )= t(K2CO3 ) Vр-ра = 0,011г
мл 200мл = 2,2г
Ответ: С(1
z K2CO3 )= 0,16моль
л, C(K2CO3 )= 0,08моль
л, T(K2CO3 )= 0,011г
мл , m(K2CO3 )= 2,2г.
3. Навеску технической соды массой 1,5 г растворили в мерной колбе объёмом 250 мл. На титрование 10 мл полученного раствора затрачено 8,5 мл соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л. Определите молярную концентрацию эквивалента, молярную концентрацию, титр и массовую долю Na2CO3 в навеске.
Дано:
mнавески =1,5г
Vр−ра = 250 мл V(Na2CO3 )=10 мл V(HCl)=8,5 мл
С(1
z HCl)= 0,1моль
л
Найти:
С(1
z Na2CO3 ),
C(Na2CO3 ),
T(Na 2CO3 ),
Wчист.(Na2CO3 )%
Решение:
Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + H2CO3
по следствию из закона эквивалентов:
С(1 z Na2CO3 ) V(Na2CO3 )= С(1 z HCl) V(HCl) |
|
|
|||||||
|
|
|
С(1 z HCl) V(HCl) |
0,1 |
моль 8,5мл |
|
моль |
||
С(1 z Na2CO3 )= |
V(Na2CO3 ) |
|
= |
|
л |
= 0,085 |
|
||
|
|
10мл |
л |
||||||
z |
1 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 (Na2CO3 )= |
2 |
|
следовательно |
|
|
|
|||
C(Na2CO3 )= |
1 |
C(1 z Na2CO3 )= |
1 0,085моль л = 0,0425моль л |
||||||
|
z |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
Найдем массу соды в приготовленном растворе и титр этого раствора (М(Na2CО3 )=106 г
моль):
m(Na2CO3 )= C(Na2CO3 ) M(Na2CO3 ) Vр−ра
m(Na2CO3 )= 0,0425моль
л 106г
моль 0,25л =1,126 г
T(Na2CO3 )= m(Na2CO3 )= |
1,126г |
= 0,0045г мл |
|
250 мл |
|||
Vр-ра |
|
Рассчитаем массовую долю чистой соды в навеске:
W |
(Na |
CO |
)% = m(Na2CO3 ) 100% |
=1,126г 100% = 75,07% |
чист. |
2 |
3 |
mнавески |
1,5 г |
|
|
|
Ответ: С(1
z Na2CO3 )= 0,085моль
л, C(Na2CO3 )= 0,0425моль
л, T(Na2CO3 )=0,0045г
мл,
Wчист.(Na2CO3 )% = 75,07% .
4. Определите массу серной кислоты в растворе, если на его титрование затрачено 6 мл раствора гидроксида калия с молярной концентрацией 0,1 моль/л.
22
Дано: |
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
V(KOH)= 6 мл |
H SO |
4 |
+ 2 KOH → K SO |
4 |
+ 2 H O |
||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
||||
С(KOH)= 0,1моль л |
По закону эквивалентов: |
|
|
|
|
|
|||||||||
Найти: m(H2SO4) |
n(1 z H2SO4 )= n(1 z KOH) |
|
следовательно |
||||||||||||
|
|
|
m(H2SO4 ) |
|
= C(1 z KOH) V(KOH) |
||||||||||
|
|
M(1 z H SO |
4 |
) |
|||||||||||
|
|
z |
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
)= |
|
М(1 z H SO |
|
)= |
1 98 г моль = 49г моль |
|||||
|
|
1 (H SO |
|
2 |
|
||||||||||
|
|
|
2 |
|
4 |
|
|
2 |
4 |
|
|
2 |
|||
1
z(KOH)=1 C(1
z KOH)= C(KOH)= 0,1моль
л
m(H2SO4 )= M(1
z H2SO4 ) C(1
z KOH) V(KOH) m(H2SO4 )= 49г
моль 0,1моль
л 0,006л = 0,0294г
Ответ: m(H2SO4 )= 0,0294г.
5. На нейтрализацию |
раствора NaOH затрачено 10 мл раствора H2SO4 с |
|||||||
молярной концентрацией 0,15 моль/л. Вычислите массу NaOH в растворе. |
||||||||
Дано: |
|
|
|
Решение: |
|
|
|
|
V(H2SO4 )=10 мл |
|
|
2 NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2 H2O |
|
||||
С(H2SO4 )= 0,15моль л |
В момент полной нейтрализации: |
|
||||||
Найти: m(NaOH) |
|
С(1 z NaOH) V(NaOH)= С(1 z H2SO4 ) V(H2SO4 ) |
||||||
|
|
|
|
m(NaOH)= C(1 z NaOH) V(NaOH) M(1 z NaOH) |
||||
z |
|
|
1 |
m(NaOH)= C(1 z H2SO4 ) V(H2SO4 ) M(1 z NaOH) |
||||
|
|
|
|
)= C(H2SO4 )= |
|
|
||
1 (H SO |
)= |
2 |
C(1 z H |
SO |
0,15моль л = 0,3 |
моль |
||
|
2 4 |
|
2 |
4 |
1 z |
1 2 |
л |
|
1
z(NaOH)=1 М(NaOH)= М(1
z NaOH)= 40г
моль m(NaOH)= 0,3моль
л 0,01л 40г
моль = 0,12г
Ответ: m(NaOH)= 0,12г .
6. Рассчитайте, сколько миллилитров соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,15 моль/л требуется для нейтрализации 0,2 г химически чистой соды.
Дано: |
Решение: |
||
m(Na2CO3 )= 0,2г |
Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + CO2 ↑ + H2O |
||
C(1 z HCl)= 0,15моль л |
По закону эквивалентов: |
||
Найти: V(HCl) |
n(1 z Na2CO3 )= n(1 z HCl) следовательно |
||
|
|
m(Na2CO3 ) |
|
|
|
|
= C(1 z HCl) V(HCl) |
|
|
M(1 z Na2CO3 ) |
|
23
V(HCl)= |
|
m(Na2CO3 ) |
|
|||
C(1 z HCl) M(1 z Na2CO3 ) |
|
|
||||
z |
1 |
|
|
|
12 106 г моль = 53г моль |
|
1 (Na2CO3 )= 2 |
М(1 z Na2CO3 )= |
|||||
V(HCl)= |
|
|
0,2г |
|
||
|
|
= 0,02516л = 25,16 мл |
||||
|
0,15моль л 53г моль |
|||||
Ответ: V(HCl)= 25,16 мл.
Задачи для самостоятельного решения
1. Для нейтрализации раствора серной кислоты объемом 42 мл потребовалось 14 мл раствора щелочи с молярной концентрацией эквивалента 0,3 моль/л. Какова молярная концентрация серной кислоты в исследуемом растворе?
Ответ: С(H2SO4 )= 0,05моль
л.
2. Рассчитайте, какой объем воды необходимо взять, чтобы из 45 г сульфата натрия приготовить 20%-ный раствор соли?
Ответ: V(H2O)=180 мл.
3. Рассчитайте молярную концентрацию HCl и титр в растворе с массовой долей соляной кислоты 38% (ρ =1,19г
мл).
Ответ: C(HCl)=12,4 моль
л, T(HCl)= 0,4522г
мл.
4. Раствор с массовой долей глюкозы 5% (М(С6Н12О6 )=180 г
моль) применяют
для восполнения жидкости в организме как источник легкоусвояемого углевода. Вычислите молярную и моляльную концентрации глюкозы в данном растворе. Плотность раствора 1,02 г/мл.
Ответ: C(С6Н12О6 )= 0,28моль
л, Cm (С6Н12О6 )= 0,29моль
кг .
5. Хлорид цинка используется в качестве вяжущего и асептического средства. Определите молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалента, массовую долю и титр раствора, содержащего 5 г ZnCl2 в 100 г раствора
( ρ =1г
мл).
Ответ: C(ZnCl2 )= 0,37моль
л, С(1
z ZnCl2 )= 0,74моль
л, W(ZnCl2 )% =5% ,
T(ZnCl2 )= 0,05г
мл.
6. Водный раствор аммиака массой 2,12 г разбавлен в мерной колбе вместимостью 250 мл. На титрование 10 мл разбавленного раствора затрачено 8,4 мл титранта с концентрацией C(HCl)= 0,107 моль
л. Рассчитайте массовую долю аммиака в исходном растворе.
Ответ: W(NH3 )% =18,04% .
7. Плотность 26% раствора KOH равна 1,246 г/мл. Сколько моль KOH содержится в 5 л такого раствора?
24
Ответ: n(KOH)= 28,9моль.
8. На титрование пробы раствора гидроксида натрия затратили 15,1 мл рабочего раствора с концентрацией соляной кислоты 0,103 моль/л. Чему равна масса NaOH в исследуемом растворе?
Ответ: m(NaOH)= 0,062 г .
9. При укусах муравьев, при соприкосновении с крапивой на коже возникает чувство жжения за счет действия муравьиной кислоты. Какая масса муравьиной кислоты может быть нейтрализована с помощью 10 мл 2% раствора NaHCO3, плотность которого равна 1,013 г/мл.
Ответ: m(HCOOH)= 0,11г.
10. Рассчитайте моляльную концентрацию хлорида ртути (II) в неводном растворе, полученном смешиванием 9,98 г этой соли и 120 мл этанола, плотность которого равна 0,785 г/мл.
Ответ: Cm (HgCl2 )= 0,39моль
кг.
11. При определении кислотности желудочного сока на титрование 15 мл сока было израсходовано 6,5 мл раствора с молярной концентрацией гидроксида натрия 0,02моль/л. Какова масса соляной кислоты в 200мл желудочного сока?
Ответ: m(HCl)= 0,064 г.
12. Определите массовую долю глюкозы в растворе, содержащем на 300 моль
воды 2 моль глюкозы. |
|
|
|
Ответ: 6,25%. |
|
|
|
13. За сутки в |
желудке человека |
выделяется 800 мл |
желудочного сока |
( ρ =1,065г мл). |
Рассчитайте массу |
NaCl, необходимую |
для образования |
соляной кислоты, содержащейся |
в желудочном соке |
с W(HCl)% = 0,5% . |
|
Предполагается, что из 1 моль NaCl образуется 1 моль HCl.
Ответ: 6,8 г.
14. Вычислите, сколько миллилитров 20% раствора хлорида натрия ( ρ =1,14г
мл) необходимо добавить к 40 мл воды, чтобы получить раствор с массовой долей 6%.
15.Для промывания желудка при отравлениях в качестве антидота применяют раствор тиосульфата натрия с молярной концентрацией 0,33 моль/л. Вычислите, сколько граммов тиосульфата натрия необходимо для приготовления 500 мл этого раствора.
16.Рассчитайте, какая масса хлора требуется для обеззараживания 500 г воды, если при хлорировании расходуется 0,002 мг хлора на 1 л воды.
17.Массовая доля неорганических веществ, входящих в состав костей человека, составляет 22%, из них 0,3% фторида кальция. Определите массу
25
CaF2 в костях человека с массой 70 кг, если массовая доля костей от массы тела 20%.
18.Больному ввели 10 мл 10% раствора хлорида кальция (ρ =1,2г
мл) внутривенно. Какой станет условно молярная концентрация и титр CaCl2 в крови (Vкрови =5 л).
19.Рассчитайте сколько моль NaCl необходимо для приготовления 500 г физиологического раствора с массовой долей хлорида натрия 0,9%.
20.Рассчитайте сколько мл раствора соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,12 моль/л требуется для нейтрализации 0,5 г химически чистой соды (Na2CO3).
21. Рассчитайте, какую масса слабительного средства MgSO4 7 Н2O нужно взять для приготовления раствора с титром 0,018 г/мл и объёмом 500 мл.
22.В табаке одной сигареты содержится в среднем 2,25∙10–5 граммов никеля. Из них 1,7∙10–5 граммов переходит в пепел, а остальной никель попадает в организм через дыхательные пути в виде токсического вещества –
тетракарбонилникеля [Ni(CO)4]. Какая масса карбонила попадает в организм? [Ni(CO)4] – раздражает глубокие дыхательные пути, вызывая пневмонии и отек легких, независимо от пути поступления в организм. Значительное общетоксическое действие направлено и на нервную систему. Подвергается внутриклеточному метаболизму с образованием никеля и угарного газа. Отравление характеризуется общим недомоганием, головной болью, головокружением, раздражением слизистых, как при вдыхании СО, но после скрытого периода (от нескольких часов до 2 суток) развивается одышка, кашель, повышение температуры, цианоз. У пожилых лиц наблюдают пневмосклероз, эмфизема, дыхательная недостаточность. У
молодых людей изменения в легких могут нормализоваться в течение года после прекращения курения. Динамическое наблюдение в течение нескольких лет устанавливает полное выздоровление.
23.В табаке сигарет содержится 8∙10–6 граммов железа. В пепле и окурках
остается 6∙10–6 граммов. Сколько газообразного токсического вещества
пентакарбонилжелеза [Fe(CO)5] попадает в организм при выкуривании одной сигареты?
[Fe(CO)5] – сильно ядовит при вдыхании, введении внутрь или всасывании через неповрежденную кожу. Вызывает острый отек легких независимо от пути введения. Предполагают, что выделение происходит через легкие. В условиях производства отравления протекают сходно с картиной интоксикацииугарным газом.
26