Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Количественный анализ. Учебное пособие
.pdf
Согласно правилам ИЮПАК для некоторого вещества А формула эквивалента
,)(.ААf
ЭКВ
)(.Аf
ЭКВ
),(1A
z
z
)
1
( A
z
M
)(1AM
z
.
61,31
5
04,158
)(
5
1
)
5
1
(
44
моль
г
KMnOMKMnOM
)()(/)()(
1
/)()
1
( AzAMAmzAM
z
AmA
z
)(A
)(AV
)(/)()( AVAAC
записывается как
Фактор эквивалентности вещества А обозначают также
где
– фактор эквивалентности вещества А.
где
- число
эквивалентности.
Молярная масса вещества связана с молярной массой его эквивалента:
. (6)
Пример-
Так как молярная масса обратно пропорциональна количеству вещества, то
соотношение между количеством элементарного объекта А и количеством его
эквивалентов имеет вид:
Молярная концентрация C(A) – это отношение количества
вещества А к объёму
Растворы с молярной концентрацией атомов, молекул, ионов – называют
молярными.
Пример - концентрация HCl равна 0,1 моль/ дм3. Возможны следующие формы
. (7)
растворенного
его раствора:
. (8)
записи: а) С(HCl) =0,1 моль/ дм3; б) 0,1 М раствор HCl (читается: децимолярный
раствор HCl); в) 0,1М HCl.
11
Растворы с молярной концентрацией эквивалентов называют нормальными
)A(Cz)A(V/)A(z)A(V/)A
z
1
()A
z
1
(С
).1( z
)(Aw
(обозначают «н.»). Допустим, в 1 литре раствора находится 1 моль - эквивалент
серной кислоты. Формы записи: а) С(½ H2SO4) = 1 моль/дм3; б) 1 н. раствор
H2SO4 (читается: однонормальный раствор H2SO4); в) 1 М (½ H2SO4).
Применять сокращения М и н. для обозначения единиц измерения не
рекомендуется. Не следует писать: С(HCl) =0,1 M или С(½ H2SO4) = 0,1 н.
Если численные значения молярной и нормальной концентрации совпадают
(z=1), то употребляется только слово “молярный”. Например, для 2 М раствора HCl
не применяют выражение 2 н. HCl.
Соотношение между молярной и нормальной концентрациями такое же, как и
для количества молекул и эквивалентов:
, (9)
то есть нормальная концентрация раствора всегда больше или равна молярной
При приготовлении растворов заданной концентрации учитывают
поправочный коэффициент:
Массовая доля растворенного вещества – отношение массы растворенного
вещества к массе раствора, обозначается
и употребляется вместо термина
“процентная концентрация”. Массовую долю растворённого вещества выражают в
долях от единицы или в процентах. В указаниях по внедрению и применению
единиц физических величин оговорено, что термин “концентрация” нельзя
использовать вместо термина “массовая доля”, потому что концентрация - это
12
величина, производная от разнородных величин, одной из которых является общий
)(AT
)(Am
)(AV
)(/)()( AVAmAT
),(AT
)()(
)(
)(/)()(
AVAM
Am
AVAAC
)(
1000)(
)(
AM
AT
AC
)(AT
)(AC
)(Aw
10)()(
AwAT
)(
10)(
)(
AM
Aw
AC
объём системы.
В практической работе часто пользуются массовой концентрацией. Массовая
концентрация
его раствора
– это отношение массы
:
растворённого вещества к объёму
. (10)
Концентрация
используемая в этих формулах, выражается в г/дм3
или г/см3, в последнем случае массовую концентрацию называют титром.
Молярную концентрацию раствора можно вычислить, зная массовую
концентрацию и молярную массу вещества:
. (11)
Так как m(A)/V(A) = T(A), то
. (12)
Массовую концентрацию
в г/см3 и молярную концентрацию
рассчитать, используя значения плотности раствора
растворённого вещества
(в процентах).
, (13)
. (14)
можно
(г/см3) и массовой доли
13
Зная массовую концентрацию
)(AT
),
1
( A
z
M
).
1
(/)()
1
( A
z
MATA
z
С
)(А
.
)(
)()(
)()()(
AM
AVАТ
AVACA
)/( XAT
)(Xm
)(AV
)(/)()/( AVXmXAT
)/( XAT
)(Xm
)()/()( AVXATXm
можно вычислить молярную концентрацию эквивалентов (нормальную
концентрацию):
в г/дм3 и молярную массу эквивалента
(15)
Количество вещества
вычисляют по формуле:
(16)
Для расчёта содержания определяемого вещества m(Х) при серийных
анализах используют такой способ выражения массовой концентрации, как титр
рабочего раствора вещества А, выраженный по определяемому веществу Х.
Титр по определяемому веществу
определяемого вещества к эквивалентному объёму
(г/см3) – это отношение массы
рабочего раствора:
. (17)
Другими словами,
показывает, какая масса анализируемого
вещества X реагирует с 1 см3 рабочего раствора вещества А. Зная титр по
определяемому веществу и объём рабочего раствора, затраченного на титрование,
рассчитывают содержание определяемого вещества
(в граммах):
. (18)
Взаимосвязь нормальной концентрации раствора с титром по определяемому
веществу можно установить, учитывая молярную массу эквивалента определяемого
вещества и единицы измерения:
14
),
1
(/1000)/()
1
( X
z
MXATA
z
C
A
z
1
X
z
1
)(/)
1
()
1
( AVA
z
A
z
C
),()(/)()
1
( AZAMAmZA
z
)]()(/[)()
1
( AVAMAmZA
z
C
)(/)()
1
( AVAZA
z
C
где
и
формулы эквивалентов веществ А и Х.
(19)
Молярная концентрация эквивалентов или нормальная показывает, какое
количество вещества эквивалента содержится в единице объема раствора.
Измеряется в моль/дм3, ммоль/см3.
Рекомендуется применять целые единицы измерения (моль/дм3), т.к.
пропорционaльные дробные величины численно с ними совпадают. Например, если
имеется раствор с молярной концентрацией эквивалентов 0,1 моль/ дм3, то его
концентрация в ммоль/дм3 также равна 0,1.
Нормaльная концентрaция (молярная концентрация эквивaлента) - это
отношение количествa веществa эквивалента (n моль), содержащегося в растворе, к
объему этого раствора (V л).
или учитывая, что
можно вычислить:
.
Различают прямое, обратное титрование и титрование заместителя.
При прямом титровании к анализируемому раствору вещества Х
непосредственно добавляют раствор вещества А (титрант). Уравнение
материального баланса, согласно закону эквивалентов, выглядит следующим
образом:
ν (1/z A) = ν (1/z B).
15
Пример 1 – Вычислить массу карбоната натрия, если на титрование его
соляной кислотой до образования угольной кислоты израсходовано 22,35 см3
0,2113 М раствора HCl.
Решение:
1) Na2CO3 + 2 HCl = 2NaCl + H2O + CO2↑
2) n (½Na2CO3) = n (HCl)
m (Na2CO3) / M (½Na2CO3) = С(HCl) . V(HCl)
3) m (Na2CO3) = С(HCl) . V(HCl) .M (½Na2CO3)
m (Na2CO3) = 0,2113 моль/ дм3 . 22,35 см
3 .
52,994 г/моль = 250,3 мг
Ответ: m (Na2CO3) = 250,3 мг.
Пример 2 – Рассчитать содержание хлористого натрия в пробе, если на её
титрование израсходовано 19,56 см3 раствора азотнокислого серебра с
Т(AgNO3/NaCl), равным 0,005680 г/мл. Чему равна молярная концентрация
раствора азотнокислого серебра?
Решение:
1) q (NaCl) = Т(AgNO3/NaCl) . V(AgNO3)
q (NaCl) = 0,005680 г/ см
3 .
19,56 см3 = 0,1111 г
2) C (AgNO3) = T(AgNO3/ NaCl) .1000/М (NaCl)
C (AgNO3) = 0,005680 г/ см
3 .
1000/ 58,443 г/моль = 0,09719 моль/ дм3
Ответ: q (NaCl) = 0,1111 г.
C (AgNO3) = 0,09719 моль/ дм3.
При обратном титровании используют два стандартных раствора веществ А
и В. Определяемое вещество обрабатывают избытком титрованного раствора А,
после реакции остаток стандартного раствора А оттитровывают стандартным
раствором В. Уравнение материального баланса по количеству эквивалентов имеет
вид:
ν (1/z(Х)Х) = ν (1/z(А)А) – ν (1/z(B)B).
16
Пример 3 – Раствор сульфата аммония в приборе для отгонки аммиака
обработали при нагревании избытком раствора щелочи, аммиак поглощен 50 см3
раствора серной кислоты. После реакции раствор оттитровали 22,50 см3 0,2500 М
раствора NaOH. Рассчитать содержание сульфата аммония в анализируемой пробе,
если нормальная концентрация раствора серной кислоты 0,2000 моль/дм3.
Решение:
1) (NH4)2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2NH3 + 2H2O
2) 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4
3) H2SO
+ 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O
4(ост.)
4) ν (½ (NH4)2SO4) = ν (½H2SO4) – ν (NaOH)
ν (½ (NH4)2SO4)= 0,200моль/ дм3.50 см3– 22,5 см3. 0,25моль/ дм3 = 10,0 – 5,625 =
= 4,375 ммоль
5) q((NH4)2SO4) = n (½ (NH4)2SO4) . M ((½ (NH4)2SO4)
q((NH4)2SO4) =4,375 ммоль.66,07 г/ моль = 289,1 мг
Ответ: q ((NH4)2SO4) = 289,1 мг.
При использовании метода замещения анализируемое вещество Х замещают
эквивалентным количеством другого вещества, например D, а затем последнее
титруют стандартным раствором вещества А. Уравнение материального баланса по
количеству эквивалентов следующее:
ν (1/z (Х)Х) = ν (1/z(D)D) = ν (1/z(A)A)
Пример 4 – Рассчитать массовую долю диоксида марганца в навеске 0,3710 г
руды, если на титрование йода, выделившегося при взаимодействии определяемого
вещества с раствором, содержащим избыток иодида калия и кислоты, израсходовано
24,41 см3 0,2217 М раствора тиосульфата натрия.
Решение:
1) MnO2 + 2I- + 4H+ = Mn2+ + I2 + 2H2O
2) I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6
17
3) ν (½MnO2) = ν (½I2) = ν (Na2S2O3)
%40,63
10003710,0
100467,4341,242217,0
)MnO(W
т
100)МпО21(М)МnО2/1(
)MnO(W
2
22
2
4) ν (½MnO2) = ν (Na2S2O3)
5)
Ответ: W(MnO2) = 63,40 %.
1.3 Посуда титриметрического анализа
Для точного измерения объемов в титриметрическом анализе применяется
специальная мерная химическая посуда. Измерение объемов ведется в дм3 (литрах),
а в лабораторных условиях часто применяют см3 (миллилитры).
Для измерения объемa жидкостей используется точнaя мерная посуда
(пипетки, бюретки, мерные колбы) и неточнaя (мерные стаканы, мензурки, мерные
цилиндры).
1.3.1 Мерные колбы
Мерные колбы применяются для точного измерения объема при
приготовлении растворов известной концентрации. Они имеют длинное узкое
горлышко, чтобы при небольшом изменении объема жидкости резко изменялось
положение мениска в горлышке и можно было точно измерять объем. Мерные
колбы бывают от 2000 до 10 см3 (рисунок 1). В полумикрометоде применяются
обычно колбы на 50 см3. На горлышке мерной колбы имеется круговая метка.
18
Рисунок 1 – Мерная посуда
В мерных колбах запрещается хранить растворы, нагревать их или
осуществлять в них химические реакции, так как при этом стекло стенок колбы
выщелачивается и объем изменяется. Обычно мерные колбы имеют стеклянные
пришлифованные пробки. Последние могут быть заменены корковыми или
резиновыми пробками.
1.3.2 Пипетки
Пипетки служат для отмеривания определённого объема жидкости. Это
стеклянные трубки с расширением по середине – шаровидной или цилиндрической
формы (рисунок 1). Бывают пипетки градуированные. Емкость пипеток может
19
колебаться от 1 до 100 см3. В полумикроанализе применяются пипетки на 10 см3 и
меньше. На верхней части пипетки имеется метка, до которой следует набирать в
нее жидкость, чтобы получить определенный объем. Конец пипетки оттянут так, что
получается узкое выходное отверстие, через которое жидкость может медленно
вытекать. Пипетки бывают разного вида:
а) пипетки с расширением посредине имеют одну кольцевую метку для
перенесения только одного объема раствора и носят название пипетки Мора;
б) цилиндрические пипетки, которые используются для перенесения разных
объемов растворов (в пределах градуировки);
в) микропипетки – это градуированные пипетки малого объема (1-2 см3),
изготовленные из стеклянной трубки очень малого диаметра с ценой деления 0,010,05 см3, используются при работе с очень малыми объемами растворов.
Правила обращения с пипетками (рисунок 2):
1) пипетка должна быть чисто вымыта и ополоснута употребляемым
раствором;
2) для заполнения пипетки конец её опускают в жидкость и засасывают
раствор выше метки;
3) затем закрывают указательным пальцем правой руки верхнее отверстие;
4) ослабляя нажим пальца, устанавливают уровень жидкости так, чтобы
нижний мениск касался метки на пипетке;
5) с конца пипетки фильтровальной бумагой снимают избыток жидкости,
продолжая держать пипетку вертикально;
6) ввести оттянутый носик пипетки в колбу или стакан, куда требуется
перенести порцию раствора (не касаясь стенок сосуда), ослабить нажим
указательного пальца и слить раствор или весь, или до требуемого деления. После
этого пипетку необходимо ещё 10-15 секунд подержать в таком же положении,
чтобы стекла вся жидкость;
7) при сливании всего раствора нельзя выдувать из кончика пипетки
удерживаемую капиллярными силами каплю раствора, так как пипетка
градуирована на свободный слив;
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]