Г.Д. Солтамурадов, М.Х. Мутузова

Раздел II. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ.

2.1 Способы выражения концентрации вещества в растворе

Концентрация раствора – количество вещества в определенной массе раствора или растворителя или в определенном объеме раствора.

Концентрация выражается в граммах, процентах, молях, грамм-эквивалентахнаединицумассыилиобъемараствораилина единицу объема растворителя.

Концентрациярастворавграммах– массавещества(вграм-

мах), содержащегося в 1 литре раствора (г/л)

Массовая доля растворенного вещества (процентная кон-

центрация, С% или ) – процентное отношение массы раствомассе раствора (в долях от единицы или в про-

Молярная концентрация эквивалентов (нормальность, Сн или N) – количество эквивалентов, содержащееся в одном литре раствора (моль экв/л, моль/л).

40

Cm = m(р − ля) = M(в − ва) ∙ m(р − ля) ∙ 1000

Мольная доля (Ni) – отношение количества растворенного вещества или растворителя к сумме количеств всех веществ, содержащихся в растворе (в долях единицы).

Дляраствора,состоящегоизрастворителяиодногорастворенного вещества мольная доляNi =растворенногоν /(ν1 + ν2) вещества (Ni) равна

где ν1, ν2 – соответственно, количество вещества (моль) растворителя и растворенного вещества.

41

Г.Д. Солтамурадов, М.Х. Мутузова

42

Расчеты в аналитической химии

С = ω%∙ 1000

Переход от массовой доли к моляльности m (100 − ω%) ∙ M(в − ва)

Примеры решения задач

Задача 1. Вычислить процентное содержание растворенных веществ в растворах, содержащих: а) 15 г NaCl в 450 г воды; б) 75 г К2СО3 в 300 г воды.

Решение а) Находим массу раствора

Задача2. СколькограммовNa2SO3 потребуетсядляприготов-

ления 5 л 8%-ного (по массе) раствора (ρ = 1,075 г/мл)?

5375Решениег р−ра = 5000мл ∙1,075 г⁄мл =

Определяем массу раствора:

100г р-ра содержат 8 г Na SO , а 5375г будет содержать х г

х = 5375 ∙ 8 = 430г 2 3

Составляем пропорцию: 100 : 5375 = 8 : х

100

Задача 3. Плотность 26%-ного (по массе) раствора KOH равна 1,24 г/мл. Сколько молей КОН находится в 5 л раствора?

Решение

=Найдем∙ = массу1,24г/5млитров∙5000растворамл = 6200КОНг

43

Г.Д. Солтамурадов, М.Х6200. Мутузова∙ 0,26 = 1612г

В этой массе раствора содержится

Mr(KOH) = 39 + 17 = 56

ν = НаходимmM = 161256, сколько= 28,7молямолей составляют 1612 г КОН

Задача 4. Найти массу NaNO3, необходимую для приготовления 300 мл 0,2М раствора.

Решение

0,2 моль NaNO3 содержится в 1000 мл раствора

хмоль NaNO3 содержится в 300 мл

х= 0,06 моль

m = νˑMэ = 0,06ˑ85 = 5,1 г.

МЭ – молярная масса эквивалента - масса 1 моль эквива-

лента вещества.

Мэ = fэкв∙М, г/моль, где fэкв – фактор эквивалентности = 1/Z (Z – число эквивалентов вещества, содержащихся в 1 моль веще-

44

Расчеты в аналитической химии

Задача 5. Для нейтрализации 30 мл 0,1 н. раствора щелочи потребовалось 12мл кислоты. Определить нормальность кислоты.

твора равна 1,395 г/мл. Найти: а) массовую долю КОН; б) молярность; в) моляльность; г) мольные доли щелочи и воды.

Решение

Находим массу раствора mр-ра = 1000 + 666 = 1666 г

Определяем процентную концентрацию

В 1666 г раствора содержится 666 г КОН в 100 г раствора х х = 40%

Определяем молярность

Находим массу раствора. Т.к. объем раствора по условию за- дачи не дан, принимаемр−ра = 1000егомлза 1∙1,л395тогдаг/мл = 1395 г

Если в 100 г раствора содержится 40 г КОН

то в 1395 г растворах =будет1395содержаться∙ 40 = 558 гх г КОН

100

558

CM= 56 =9,96 моль/л

Или по формуле при известной массовой доле. 10∙ρ∙ω%

CM= М

CM=10∙1,395∙40=9,96 моль/л

56

Определяем моляльность

Вычисляем, сколько щелочи приходится на 1 кг растворителя:

Если в 40% растворе на 60 г Н О приходится 40 г щелочи,

1000 ∙40 2

то на 1000 г Н Охприходится= х=г щелочи666,67 г.

2 60

Находим, сколько это будет молей

45

Задачи для самостоятельного решения

1.Какой объём газообразного хлороводорода, приведенного к н.у., необходимо растворить в 250 г воды для получения 10%-й кислоты?

2.Определите массовую долю растворенного вещества в 0,7 М растворе гидроксида натрия (ρ = 1,03).

3.Определитемассовуюдолюрастворенноговеществав10н.рас-

творе H2SO4 (ρ= 1,290).

4.В 120 г воды растворено 14,3 г кристаллогидрата

Na2CO3ˑ10Н2O. Чему равна массовая доля карбоната натрия в полученном растворе?

5.В каком объеме воды необходимо растворить 25 г медного купороса CuSO4ˑ5H2O. чтобы получить 8%-й раствор СuSO4?

6.Для нейтрализации 20 мл децимолярной соляной кислоты потребовалось8млрастворагидроксиданатрия.Сколькограммов NaOH содержит один литр этого раствора?

7.Каким объемом 2 М серной кислоты можно полностью разло-

жить0,65л20%-гораствораK2CO3 (ρ=1,189)?Какойобъемзаймет выделившийся углекислый газ при н.у.?

46

Расчеты в аналитической химии

8.Сколько миллилитров 23%-го раствора аммиака (ρ = 0,916) требуется для реакции с 750 мл шестинормального раствора НС1? Сколько граммов хлорида аммония образуется при этом?

9.Определить процентную концентрацию, моляльность и молярность 1,9 н. раствора фосфорной кислоты, плотность которого

1,031 при fэкв= 1/3, 1/2.

10.Сколько миллилитров 8 н. раствора NaOH требуется, чтобы приготовить: а) 1 л 0,25 н. раствора; б) 1 л 5%-ного раствора (плотность 1,06)? Сколько граммов кристаллогидрата сульфата меди содержится в 5 мл 0,2 н. раствора?

2.2. Гравиметрический метод анализа

Гравиметрический метод – это метод анализа, основанный на законах стехиометрии (закон сохранения массы веществ, закон постоянствасоставаизаконэквивалентов).Следовательно,этометод, который основывается на точном измерении массы искомого компонента, который получен как соединение с известным химическим составом и подразделяется на три основные группы:

1.Метод отгонки

2.Метод выделения

3.Метод осаждения.

1.Метод отгонки – определяемое вещество выделяют из анализируемой пробы в виде газообразного вещества и измеряют либо массу отогнанного вещества (прямой метод), либо массу остатка (косвенный метод). Например, при определении содержания CO2

вкарбонате кальция СаСО3методом отгонки навеску карбоната кальция растворяют в кислоте:

СаСО3 +2НСl → СО2↑ +CaCl2 +Н2O

Углекислый газ пропускают через поглотитель и по увеличению его массы измеряют массу образовавшегося газа.

2. Метод выделения – определяемое вещество выделяют (обычно израствора).Например,приопределениимедивсплавесзолотом, сплав переводят в раствор и отделяют золото. Из раствора электролизом (электрогравиметрически) выделяют медь. Электрод с выделившейся медью промывают, высушивают и взвешивают. По увеличению массы электрода находят массу выделившейся меди.

47

Г.Д. Солтамурадов, М.Х. Мутузова

3. Метод осаждения - определяемое вещество осаждается из раствора в виде малорастворимого соединения (осадка).

Основные понятия метода осаждения

1. Осаждаемая форма - осадок, образующийся в результате химической реакции между осаждаемым ионом и осадителем:

Ba2+ + SO42– → BaSO4

2. Гравиметрическая форма – вещество, получаемое после прокаливания осаждаемой формы.

3. Гравиметрическийфактор(факторпересчета)(F) – отно-

шение молярной массы определяемого вещества к молярной массе гравиметрической формы с учетом их стехиометрических коэффициентов: F = ∙Мопр.в−ва

∙ Мгр.формы

где a и b – стехиометрические коэффициенты.

Требования к осаждаемой форме10−6

1. малая величина растворимости (около моль/л);

2.крупнокристаллический осадок;

3.осаждаемая форма должна легко и полно превращаться в гравиметрическую форму.

Требования к гравиметрической форме

1.Гравиметрическая форма посвоемусоставудолжнасоответствовать определенной стехиометрической формуле.

2.Онанедолжнаменятьсвоеймассы навоздухеиз-запоглоще- ния паров H2O и CO2 или частичного разложения.

3.Содержание определяемого элемента в гравиметрической форме должно быть, как можно меньше, т. к. в таком случае погрешности взвешивания в меньшей степени сказываются на результате.

Требования к осадителям:

1.Осадитель должен образовывать с определяемым веществом осадок, обладающий наименьшей растворимостью.

2.Летучесть осадителя – примеси его легко удалить при прокаливании.

3.Осадитель должен быть специфичным, т. е. осаждать избирательно.

48