Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия. Расчеты в количественном анализе. Практикум
.pdf
41
2. По приблизительной навеске готовят растворы веществ,
Способ
выражения
состава
раствора
Формула расчета массы вещества
Единицы
измере-
ния
объема
Номер
фор-
мулы
ω(X), %
100
(Х) V
m(X)=
см
3
(3.19)
Т(X), г/см3
m(X) = T(X) · V
см3
(3.20)
С
ЭКВ
(X),
моль/дм3
m(X) = C
ЭКВ
(X) · М
ЭКВ
(X) · V
дм3
(3.21)
С(X),
моль/дм3
m(X) = C(X) · М(X) · V
дм3
(3.22)
Т(X/Y), г/см3
m(X)=T(X/Y) ·V· М
ЭКВ
(X)/М
ЭКВ
(Y)
см3
(3.23)
не удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к стандартным веществам, или растворы с приблизительной концентрацией. Для приготовления растворов по навеске можно воспользоваться формулами, приведенными в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Расчет массы вещества для приготовления растворов по навеске
3. Из фиксанала (стандарт-титра, норма-дозы) готовят рас-
творы с точной концентрацией. Фиксанал – запаянное в стеклянную ампулу определенное количество вещества в сухом виде
или в виде концентрированных растворов; растворы готовят согласно прилагаемой инструкции.
4. Разбавлением концентрированного раствора. Растворы,
приготовленные по пп. 1, 3, имеют точную концентрацию. Растворы, приготовленные по пп. 2, 4, имеют приблизительную
концентрацию, а точную концентрацию их необходимо устанавливать дополнительно титрованием. Иногда растворы, приготовленные по п. 4, имеют точную концентрацию, если концентрация
исходного раствора была точной и при приготовлении использовали точную мерную посуду.
Пример. Сколько граммов стандартного хлорида калия по-
требуется для приготовления 0,2 дм3 раствора:
а) с массовой долей, равной 3,00 %, ρ = 1,030 г/см3;
42
б) с титром, равным 0,001841 г/см3;
3,00 200 1,030
6,1800
100 100
(KCl) V
m(KCl)
в) с молярной концентрацией эквивалента 0,2000 моль/дм3;
г) с молярной концентрацией 0,1111 моль/дм3;
д) с титром по серебру Т(KCl/Ag+), равным 0,001594 г/см3?
Решение: а) так как вещество стандартное, растворы мож-
но готовить по точной навеске. Массовая доля (в %) показывает,
сколько граммов растворенного вещества содержится в 100 г
раствора.
Для расчета необходимой массы воспользуемся формулой
(3.19) (см. табл. 3.1):
г;
б) титр раствора показывает массу растворенного вещества
в 1 см3 раствора. Массу KCl находим согласно формуле (3.20)
(см. табл. 3.1):
m(KCl) = T(KCl) · V = 0,001841 · 200 = 0,3682 г;
в) по условию задачи в 1 дм3 раствора содержится 0,2000
моль эквивалента хлорида калия. Массу КСl в 0,2 дм3 раствора
рассчитываем по формуле (3.21) (см. табл. 3.1). Так как
М
(KCl) = M(KCl) = 74,56 г/моль,
ЭКВ
то m(KCl)=C
ЭКВ
(KCl)·V
Р-РА·МЭКВ
(KCl)= 0,2000·0,2·74,56 = 2,9824 г;
г) используя формулу (3.22) (см. табл. 3.1), можно рассчи-
тать необходимую массу для приготовления раствора с заданной
молярной концентрацией:
m(KCI) = C(KCl) · M(KCl) · V = 0,1111 · 0,2 · 74,56 = 1,6567 г;
д) по условию задачи масса KCl, содержащаяся в 1 см3
раствора, реагирует с 0,001594 г ионов серебра; используя формулу (3.23) (см. табл. 3.1), рассчитываем массу хлорида калия:
43
М
ЭКВ
ЭКВ
74,56
0,001594 200 0, 2204 г.
107,87
M (KCl)
+
m(KCl)=T(KCl/Ag ) V
+
М (Ag )
ЭКВ
Р -РА
Р -РА ЭКВ
Р -РА Р - РА
Р -РА
ЭКВ
ЭКВ Р-РА
1000 1000
,
100
C (X) V М (X)
C(X) V M(X)
m(Х)=
Т(X/Y) V М (X)
(Х) V
=Т(Х) V
М (Y)
(Ag+) = М(Ag+) = 107,87 г/моль,
ЭКВ
Используя формулы (3.19–3.23), можно вывести соотно-
шение для расчета массы вещества при различных способах выражения количественного состава растворов:
где V
выражен в см3.
Р-РА
3.3.1. Алгоритмическое предписание
для решения задач на приготовление растворов
способом разбавления
Решение задач на приготовление растворов основывается
на том, что масса растворенного вещества или его количество
одинаковы как в разбавленном растворе, так и в концентрированном.
1. Проводим индексацию данных задачи, обозначая индек-
сами 1 (или «к») данные, касающиеся концентрированного раствора, а индексами 2 (или «р») – разбавленного раствора.
2. Рассчитываем массу растворенного вещества по тому
раствору, для которого известны концентрация и объем.
3. Найденное значение массы используем для расчета не-
известной величины для другого раствора.
Пример. Какой объем (см3) хлороводородной кислоты с
массовой долей, равной 20 %, необходимо взять для приготовления 500,00 см3 раствора с молярной концентрацией эквивалента,
(3.24)
44
равной 0,0510 моль/дм3? Плотность исходного раствора равна
Дано:
ω1(HCl) = 20,00 %
ρ
1Р-РА
= 1,098 г/см3
V
2Р-РА
= 500 cм3
С
2ЭКВ
= 0,0510 моль/дм3
Решение. 1. Согласно п. 2 алгоритмического предписания по формуле (3.21)
(см. табл. 3.1) рассчитываем массу
хлороводорода, используя данные разбавленного раствора, так как для него
известны объем (V2) и концентрация
(С
2
):
m(HCl) = C
2ЭКВ
(HCl)· V
2Р-РА·MЭКВ
(HCl).
V
1Р-РА
− ?
1Р РА 1Р РА1
1
,
100
--
(HCl) V
m (HCl)=
1Р РА
1
1Р РА
1
( ) 100
()
-
-
m HCl
V
ω HCl
1Р РА
0,9295 100
4,23 4,0
20 1,098
-
V
1,098 г/см3.
Так как для НCl Z = 1, то М
m(HCl) = 0,0510 · 0,5 · 36,45 = 0,9295 г.
2. Так как m(HCl) одинакова в обоих растворах, используем полученное значение массы для расчета объема концентрированного раствора (формула (3.19), см. табл. 3.1):
Подставляем численные данные:
3.3.2. Задачи на приготовление растворов по навеске
Рассчитайте массу вещества «Х», необходимую для приго-
товления четырех растворов заданного объема с концентрацией,
указанной в графах 4–7 (табл. 3.2).
(HCl) = M(HCl) = 36,45 г/моль;
ЭКВ
см3.
.
46
45
Таблица 3.2
Вариант
Вещество «Х»
Объем
приго-
товлен-
ного
раство-
ра, см3
Концентрация приготовленного раствора
Примеча-
ние.
Вещество
использу-
ется для
стандар-
тизации
рабочего
раствора
молярная
концен-
трация
С(Х),
моль/дм3
молярная
концен-
трация
эквива-
лента
С
ЭКВ
(Х),
моль/дм3
титр (Х),
г/см
3
титр по определяемому
веществу Т(Х/У), г/см3
1 2 3 4 5
6 7 8 1 K2Cr2O
7
1000
0,1511
0,1506
0,094000
Т(K2Cr2O7/Fe) = 0,094000
Na2S2O
3
2
H2C2O4
500
0,0509
0,0500
0,006303
T(H2C2O4/KMnO4) = 0,006303
KMnO4 3 Na2CO
3
2000
0,1051
0,1022
0,005299
T(Na2CO3/HCI) = 0,005299
кислот 4 Na2B4O7
1000
0,1033
0,1046
0,001906
T(Na2B4O7/H2SO4) = 0,001906
кислот 5 H2C2O4
1000
0,1088
0,1024
0,006303
T(H2C2O4/NaOH) = 0,006303
щелочей
6
(NH4)2C2O4
2000
0,0551
0,0528
0,007105
T((NH4)2C2O4 / KMnO4) =
0,007105
KMnO4 7 C4H6O
4
Янтарная кислота
1000
0,1044
0,1023
0,005404
T(C4H6O4/NaOH) = 0,005404
щелочей
8
C6H5COOH
Бензойная кислота
1000
0,1013
0,1007
0,001221
T(C6H5COOH/NaOH) =
0,001221
щелочей
9
KCl
2000
0,0521
0,0509
0,005045
T(KCl/Hg2(NO3)2) = 0,005045
Hg2(NO3)2
Индивидуальные задания
47
46
Окончание табл. 3.2
1 2 3 4 5
6 7 8
10
Na2C2O
4
1000
0,1016
0,1022
0,005299
T(Na2C2O4/ H2SO4) = 0,005299
кислот
11
KBrO
3
1000
0,0533
0,0526
0,005474
T(KBrO3/Fe) = 0,005474
NaAsO
2
12
I
2
500
0,0509
0,0502
0,005820
T(I2/Sn2+) = 0,005820
Na2S2O3
13
Fe2(SO4)3·
(NH4)2SO4
1000
0,1043
0,1032
0,004822
T(Fe2(SO4)3·(NH4)2SO4·
/SnCI2) = 0,004822
Ti2(SO4)3
14
ZnSO4
500
0,1014
0,1007
0,004033
T(ZnSO4 /Na2H2Y) = 0,004033
комплексона
III, Na2H2Y
15
MgSO4
1000
0,1011
0,1015
0,000603
T(MgSO4 / Na2H2Y) = 0,000603
комплексона
III, Na2H2Y
16
Na2C2O
4
500
0,0526
0,0566
0,006699
T(Na2C2O4/ KMnO4) = 0,006699
KMnO4
17
Na2CO3
1000
0,1058
0,1069
0,002649
T(Na2CO3/ H2SO4) = 0,002649
кислот
18
NaCI
500
0,1062
0,1049
0,005844
T(NaCI/Hg2(NO3)2·) = 0,005844
AgNO
3
19
AgNO3
1000
0,1019
0,1032
0,002950
T(AgNO3/Cl- ) = 0,002950
KCI
20
Hg2(NO3)
2
500
0,1046
0,1064
0,004903
T(Hg2(NO3)2/CI-) = 0,004903
NaCI
21
Na2S2O3
500
0,1055
0,1011
0,007905
T(Na2S2O3/ KMnO4) = 0,007905
I
2
22
KMnO
4
1000
0,5068
0,5024
0,003161
T(KMnO4/Fe2+) = 0,003161
NaNO
2
23
Na2S2O3
1000
0,0139
0,0178
0,001581
T(Na2S2O3/Ce(SO4)2) = 0,001581
Ce(SO4)
2
24
FeSO4
500
0,0532
0,0504
0,001281
T(FeSO4/I2) = 0,001281
KMnO
4
25
K4[Fe(CN)6]
1000
0,1016
0,1011
0,003015
T(K4[Fe(CN)6] /KMnO4) =
0,003015
KMnO4
26
As2O3
500
0,0537
0,0531
0,004818
T(As2O3/I2) = 0,004818
I
2
47
3.3.3. Задачи на приготовление растворов
№
п/п
Электролит
Данные для концен-
трированного
раствора
Данные для разбавлен-
ного раствора
ω1
ρ1
V2 ω2
ρ2 1 2 3 4 5 6 7 1
HNO3
1,310
200
20,00 2
H2SO4
20,73
250
1,070 3 HCl
30,14
500
10,52
1,050 4 H3PO4
1,380
1000
20,25
1,115 5 HClO4
70,15
2000
16,00 6
CH3COOH
1,055
500
1,090 7 KOH
50,80
1,520
250
20,88
1,195 8 NaOH
47,85
1,505
200
1,110 9 NH4OH
34,35
1000
5,75
0,974
10
Na2CO3
1,130
2000
3,11
1,030
11
HNO3
1,180
500
10,12
12
H2SO4
50,50
100
1,105
13
HCl
36,23
1,180
250
16,47
14
H3PO4
1,750
200
30,65
1,185
15
CH3COOH
61,40
2000
1,010
16
KOH
1,405
500
10,49
17
NaOH
40,00
1,430
1000
1,165
18
NH4OH
30,00
250
11,49
0,952
19
Na2CO3
16,02
500
1,070
20
HNO3
1,280
1000
15,13
21
H2SO4
29,57
2000
1,090
22
HCl
1,125
250
9,51
1,045
способом разбавления
Рассчитайте объемы концентрированного раствора (V1) и
воды (V(H2O)), необходимые для приготовления разбавленного
раствора заданного объема (V2) с массовой долей (ω2) (табл. 3.3).
Недостающие значения массовой доли и плотности растворов
найдите по справочнику [5].
Таблица 3.3
Варианты заданий
48
Окончание табл. 3.3
1 2 3 4 5 6 7
23
H3PO4
77,60
1,600
500
22,56 24
CH3COOH
36,20
1,045
200
4,64 25
KOH
30,21
1000
1,110
26
NaOH
44,17
2000
8,28
1,090
27
HClO4
1,540
200
20,26
1,130
28
Na2CO3
17,70
1,190
500
1,050
29
HClO4
47,49
1,380
250
10,06 30
H2SO4
25,22
200
1,030
3.3.4. Задачи на приготовление растворов
различными способами
1. Сколько граммов йодида калия необходимо взять для
приготовления 2 дм3 раствора, молярная концентрация которого
равна 0,1841 моль/дм3?
2. Сколько граммов гидроксида калия, содержащего 3,00 %
влаги, необходимо взять для приготовления раствора с титром,
равным 0,001512 г/см3?
3. Какой объем (см3) хлороводородной кислоты с массовой долей 30,14 % (плотность 1,150 г/см3) требуется для приготовления 1,5 дм3 раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,2222 моль/дм3?
4. Рассчитайте массу щавелевой кислоты, необходимую
для приготовления 100,00 см3 раствора с титром по гидроксиду
натрия, равным 0,001520 г/см3.
5. Какую массу навески декагидрата тетрабората натрия
(Na2B4O7·10H2O) необходимо взять, чтобы приготовить 500,00 см3
раствора с Т(Na2B4O7/HCl) = 0,001942 г/см3?
6. Рассчитайте объем азотной кислоты с массовой долей
46,00 % и плотностью 1,285 г/см3, необходимый для приготов-
ления 1 дм3 раствора с молярной концентрацией эквивалента
0,1060 моль/дм3.
7. Сколько граммов карбоната натрия марки «х.ч.» необходимо взять для приготовления 5 дм3 раствора с молярной
концентрацией эквивалента 0,1020 моль/дм3?
49
8. Какую навеску перманганата калия необходимо взять
для приготовления 2 дм3 раствора с молярной концентрацией
эквивалента 0,1050 моль/дм3, если его будут использовать для
титрования восстановителей в слабощелочной среде?
9. Какой объем (см3) раствора гидроксида калия с массовой долей 20,37 % и плотностью 1,190 г/см3 нужно взять для
приготовления 1 дм3 раствора с титром, равным 0,014540 г/см3?
10. Какой объем воды необходимо взять, чтобы из 100,00 см3
серной кислоты с массовой долей 98,50 % получить раствор H2SO4
с молярной концентрацией эквивалента 0,5000 моль/дм3? Плотность концентрированного раствора равна 1,84 г/см3.
11. Какой объем раствора с молярной концентрацией
0,0102 моль/дм3 можно получить при растворении 2,8510 г
сульфата алюминия?
12. Рассчитайте объем воды, который необходимо добавить к раствору гидроксида натрия с массовой долей 12,00 % и
плотностью, равной 1,130 г/см3, чтобы получить 1,5 дм3 раствора с С
(NaOH) = 0,0200 моль/дм3.
ЭКВ
13. Какую навеску хлорида аммония необходимо взять для
приготовления 500 см3 раствора с массовой долей 12,00 % и
плотностью 1,050 г/см3?
14. Какой объем раствора фосфата натрия с С
(Na3PO4) =
ЭКВ
0,2050 моль/дм3 получится из 500 см3 раствора, титр которого
равен 0,008765 г/см3?
15. Какой объем раствора хлорной кислоты с массовой
долей 50,00 % и ρ = 1,540 г/см3 необходимо взять, чтобы приготовить 2 дм3 раствора с С
(HClO4) = 0,5000 моль/дм3? Раствор
ЭКВ
кислоты будет использован для реакций нейтрализации.
16. Какую навеску дихромата калия необходимо взять для
приготовления 500 см3 раствора с титром по железу, равным
0,01522 г/см3, если раствор будут применять для титрования по
методу редоксиметрии?
17. Какую навеску нитрата серебра необходимо взять для
приготовления 250 см3 раствора с титром по хлорид-иону, равным 0,003545 г/см3?
18. Какой объем бромоводородной кислоты с массовой
долей 26,85 % и плотностью 1,486 г/см3 следует взять для при-
50
готовления 1 дм3 раствора с титром по оксиду калия, равным
0,004181 г/см3?
19. Сколько граммов оксалата натрия марки «ч.д.а.» необходимо взять для приготовления 1 дм3 раствора с молярной
концентрацией 0,0501 моль/дм3?
20. Рассчитайте объемы хлороводородной кислоты с
С
(HCl) = 1,0000 моль/дм3 и воды, которые необходимы для
ЭКВ
приготовления 500 см3 раствора с Т(HCl) = 0,021258 г/см3.
21. Какой объем фосфорной кислоты (ω = 37,50 %, ρ =
1,486 г/см3) необходимо взять для приготовления 5 дм3 раствора
с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,0200 моль/дм3,
если титрование будут вести в присутствии фенолфталеина (образуется гидрофосфат)?
22. Какой объем азотной кислоты с ω(HNO3) = 40,00 % и
ρ = 1,249 г/см3 необходимо взять для приготовления 250 см3
раствора с Т(HNO3) = 0,004260 г/см3?
23. Рассчитайте объем раствора перманганата калия с
Т(KMnO4/Fe2+) = 0,01555 г/см3, который можно получить при
растворении 0,8574 г перманганата калия.
24*. Смешали два раствора гидроксида натрия: 10,00 см3
раствора С(NaOH) = 0,1045 моль/дм3 и 15,00 см3 раствора с титром, равным 0,04000 г/см3. Чему равна молярная концентрация
эквивалента полученного раствора?
25. Рассчитайте объем воды, который потребуется для
приготовления 2 дм3 серной кислоты, С
ЭКВ(H2SO4
) = 0,1514
моль/дм3, из раствора серной кислоты с массовой долей 62,00 %
и плотностью, равной 1,520 г/см3.
26*. Смешали два раствора серной кислоты: 10,00 см3 с
молярной концентрацией 0,1814 моль/дм3 и 40,00 см3 раствора с
титром, равным 0,01852 г/см3. Чему равна молярная концентрация эквивалента полученного раствора?
27. Какой объем раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,1000 моль/дм3 можно получить, если растворить
6,0101 г щавелевой кислоты?
28*. Сколько граммов гексагидрата сульфата цинка
(ZnSO4·6H2O) необходимо растворить в 40 г раствора сульфата
цинка с массовой долей 15,00 %, чтобы получить раствор, массовая доля которого равна 20,00 %?
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]