Способы выражения концентрации растворов

• Какой спосо б выражения концентрации растворов вам известен?

Вы уже знаете, как готовить раствор с заданной массовой долей растворённого вещества. В лабораторных исследованиях удобнее пользоваться растворами с определённой молярностью. Рассмотрим, как приготовить раствор определённой молярной концентрации.

МОЛЯРНОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ (МОЛЯРНОСТЬЮ) раствора называют от-

ношение количества растворённого вещества к объёму раствора:

Единица измерения молярной концентрации (С) — моль/л.

В практике часто используют растворы следующей молярной концентрации:

1 М — одномолярный раствор (С(Х) = 1,0 моль/л); 0,1 М — децимолярный раствор (С(Х) = 0,1 моль/л);

0,01 М — сантимолярный раствор (С(Х) = 0,01 моль/л).

Например, выражение «0,2 М раствор NaOH» означает, что в 1 л раствора содержится 0,2 моль едкого натра, т. е. молярная концентрация едкого натра в растворе составляет 0,2 моль/л.

Задача 1. Приготовьте 250 мл 0,5 М раствора NaOH.

Для решения задачи надо рассчитать массу гидроксида натрия, необходимого для приготовления раствора.

2)m(NaOH) = M · n = 40 · 0,125 = 5 (г)

Вмерную колбу на 250 мл перенесём рассчитанную массу едкого натра, растворим в небольшом объёме дистиллированной воды и дольём воду до метки.

66

Молярная концентрация раствора связана с массовой долей растворённого вещества (выраженной в процентах) соотношением

Задача 2. К 400 мл 25%-ного раствора сульфата меди(II) плотностью 1,2 г/см3 прилили 250 мл воды. Определите молярную концентрацию и массовую долю медного купороса (CuSO4 · 5Н2О) в полученном растворе.

=480 · 0,25 = 120 (г)

2)Рассчитаем массу полученного раствора и массовую долю медного купороса в этом растворе:

m2(р-ра) = 480 г + 250 мл · 1 г/мл = 730 г

3)Рассчитаем объём полученного раствора и его молярную концентра-

цию:

V2(р-ра) = 400 + 250 = 650 мл = 0,65 л

Молярная концентрация

1. Из 400 мл 20%-ного (по массе) раствора сульфата меди(II) (плотность 1,19 г/мл) при понижении температуры выпал осадок кристаллогидрата CuSO4 · 5Н2О массой 50 г. Чему равна массовая доля сульфата меди(II) в оставшемся растворе?

67

2.Вычислите массовую долю (в процентах) натрия в соли, полученной при взаимодействии 3 моль NaOH с 1 моль Н3РО4.

3.Какая соль образуется и чему равна её масса, если через 100 мл 32%-ного раствора гидроксида калия (плотность 1,32 г/мл) пропустили 5,6 л оксида углерода(IV) (н. у.)?

4.К 500 мл 0,5 М раствора гидроксида калия прилили раствор хлорида меди(II). Вычислите массу и количество (в молях) образовавшегося осадка.

Яумею решать задачи на приготовление раствора определённой молярной

концентрации.

Практическая работа 3. Приготовление растворов

сзаданной молярной концентрацией

1.Рассчитайте массу соли, которую необходимо взять для приготов-

ления:

Первый вариант — 100 мл 0,1 М раствора хлорида натрия. Второй вариант — 100 мл 0,2 М раствора хлорида калия.

2.Отвесьте рассчитанную вами массу соли; поместите соль в мерную колбу вместимостью 100 мл.

Если в кабинете нет достаточного количества мерных колб, молярный раствор можно приготовить в мерном цилиндре или химическом стакане

сделениями, указывающими объём воды при комнатной температуре. Для

перемешивания раствора в этих сосудах пользуются чистой стеклянной палочкой, которую нельзя класть на стол; лучше помещать её в чистую пробирку (стакан).

3.Растворите соль в небольшом количестве дистиллированной воды, затем долейте воду до метки. Чтобы не перелить воду, последние капли добавляйте с помощью пипетки.

4.Закройте мерную колбу пробкой и несколько раз переверните вверх дном, придерживая пробку пальцем. (Каждый раз, когда раствор в колбе будет принимать нормальное положение, открывайте пробку.)

5.Отчёт о работе составьте в произвольной форме.

Ямогу готовить раствор заданной молярной концентрации.

Яумею пользоваться лабораторным оборудованием

68

Практическая работа 4. Определение концентрации вещества

по его окраске (колориметрическим методом)

Оборудование. Пять пробирок или мерных колб либо цилиндров объёмом 100 мл при использовании кювет большого объёма, две пипетки объёмом 10 мл, химический стакан, груша резиновая, промывалка с дистиллированной водой.

Реактивы. Запасные растворы сульфата меди(II) CuSO4 с концентрацией 50 г/л (в расчёте на безводное вещество) или перманганата калия KMnO4 с концентрацией 50 мг/л (свежеприготовленный), пробы с неизвестной концентрацией соответствующих веществ.

Цифровая лаборатория. Датчик оптической плотности на 520—550 нм (при работе с перманганатом калия) или на 590 нм (при работе с сульфатом меди).

Если вещество окрашено, то оно поглощает видимый свет с некоторыми длинами волн. Длина волны, при которой поглощение максимально, соответствует обычно цвету, дополнительному к окраске раствора (т. е. поглощённый и прошедший свет вместе дают белый). Дополнительные цвета можно определить по кругу Гёте (рис. 24).

Интенсивность поглощения света с данной длиной волны характеризуется оптической плотностью. Она пропорциональна концентрации растворённого веще-

Рис. 24. Цветовой круг. Цвета, находящиеся друг напротив друга, являются дополнительными

69

Рис. 25. Калибровочный график — зависимость оптической плотности вещества от его концентрации. Чтобы найти неизвестную концентрацию Cx по оптической плотности Dx, строят прямую 1 до её пересечения с графиком, после чего из точки пересечения опускают перпендикуляр 2 на ось концентраций. Место пересечения перпендикуляра с осью соответствует концентрации

ства, т. е. зависимость оптической плотности D от концентрации вещества с представляет собой прямую вида D = A · с. Чтобы найти угловой коэффициент этой прямой A и отрезок B, эту прямую строят, измеряя оптическую плотность растворов известной концентрации. Точки наносят на график и приближают к прямой. Так получается калибровочный график. Концентрацию неизвестного вещества находят либо графически (рис. 25), либо аналитически (зная D и A, находят с).

1.Сначала приготовьте серию стандартных растворов, т. е. растворов известной концентрации. Для сульфата меди это должно быть 10, 20, 30, 40 и 50 г/л, для перманганата калия — 10, 20, 30, 40 и 50 мг/л. Например, для приготовления раствора сульфата меди с концентрацией 10 г/л в мерный цилиндр наливают 20 мл запасного раствора с концентрацией 50 г/л

идоводят водой до 100 мл. Либо пипеткой в мерную колбу на 100 мл отбирают 20 мл запасного раствора с концентрацией 50 г/л и доводят водой до метки. Если используются кюветы на 3 мл, то стандартные растворы готовят в сухих пробирках. Для этого в пробирку наливают определённый объём запасного раствора и добавляют к нему воду так, чтобы суммарный объём был 10 мл.

• Методику приготовления серии стандартных растворов напишите са-

мостоятельно, в зависимости от необходимого объёма и имеющегося у вас оборудования.

2.Постройте калибровочный график. Залейте в кювету дистиллированную воду и настройте по ней датчик. Измерьте оптическую плотность (она должна быть равна 0) и зафиксируйте её, отметив, что она соответствует концентрации 0.

70

Снимите кювету, вылейте из неё воду, а затем налейте раствор с наименьшей концентрацией определяемого вещества. Определите оптическую плотность этого раствора и зафиксируйте её, указав соответствующее значение концентрации. Сполосните кювету и залейте её вторым раствором. Аналогичные измерения повторите для всех оставшихся растворов.

В любой программе работы с электронными таблицами или на бумаге постройте график зависимости оптической плотности раствора от концентрации растворённого вещества. Так вы получите калибровочный график. Точки на нём должны близко ложится на прямую. Если какая-то точка выпадает, то для неё следует снова приготовить раствор и повторить измерение оптической плотности.

На бумаге или средствами программы (например, в программе Excel — функциями «НАКЛОН» и «ОТРЕЗОК») определите наклон калибровочной прямой A и отрезок B, который она отсекает на оси ординат. Тем самым вы получите аналитическое выражение для калибровочной зависимости:

D = A Ч С + B

3. Определите концентрацию растворённого вещества в пробе. Сполосните кювету и залейте в неё пробу с неизвестной концентраци-

ей растворённого вещества. Измерьте оптическую плотность данного раствора и по графику определите, какой концентрации соответствует полученное значение. Отметьте данную точку на калибровочном графике. По графику (рис. 25) или калибровочной зависимости рассчитайте величину концентрации С.

4. Отчёт. В отчёте приведите график калибровочной зависимости, аналитическое выражение для неё и значение концентрации в выданной вам пробе.

Я умею определить концентрацию окрашенного вещества в выданном рас-

творе по интенсивности его окраски (колориметрическим методом)

71