Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы общей химии. Методические рекомендации к лабораторным работам
.pdf
122
мольг
M
э
HCl
HCl
/5,36
1
5,36
мощью ареометра, опуская его в жидкость так, чтобы он не касался стенок
цилиндра.
Ареометр представляет собой герметически закрытую стеклян-
ную трубку с расширением на конце. В верхней части трубки находится
шкала с делениями, соответствующими различным значениям плотно-
сти. Нижняя часть ареометра наполнена свинцовой дробью, благодаря
чему он погружается в жидкость и устанавливается в ней перпендикулярно. Наблюдение нужно вести по нижнему краю мениска.
Далее, пользуясь «Справочником» по таблице, определить массовую
долю (%) кислоты HCl (1:1) – 18,43% HCl.
На основании массовой доли надо рассчитать объем соляной кислоты (1:1), требуемый для приготовления приблизительно 0,1 Мэ раствора соляной кислоты, объем которого предложен преподавателем.
Задание №1.
Требуется приготовить 100 см3 приблизительно 0,1 Мэ HCl из
имеющейся соляной кислоты (1:1), =1,090.
Решение:
1. Найти количество HCl, необходимой для приготовления 100мл 0,1 Мэ
раствора HCl.
Находим молярную массу эквивалента HCl:
Масса 1 M - экв. HCl – 36,5г HCl
Масса 0,1 M - экв. HCl – 3,65г HCl
123
гHClх 365,0
1000
10065,3
гHClY 98,1
43,18
100365,0
)1:1(82,1
090,1
98,1
3
HClсмV
M
рар
Следовательно, для приготовления 1000 см3 0,1 Мэ раствора требуется
3,65г HCl, а для приготовления 100 см3 0,1 Мэ – Х, отсюда
.
2. Зная массовую долю (%) HCl (1:1) (18,43%) определить массу раствора
соляной кислоты, необходимой для приготовления 100см3 0,1 Мэ раствора.
18,43г HCl содержатся в 100г раствора, а 0,365г HCl – в Yг раствора,
отсюда
3. Зная плотность раствора HCl (1:1) (=1,090), вычисляем объем раство-
ра HCl необходимый для приготовления 100 см3 0,1Мэ раствора HCl,
С помощью бюретки измеряем рассчитанный объем исходной кислоты HCl (1:1), переносим в мерную колбу на 100 см3 и доводим дистиллированной водой до заданного объема.
ОПЫТ 2: Определение точной концентрации приблизительно 0,1Мэ рас-
твора соляной кислоты титрованием щелочью по фенол-
фталеину.
124
Vэ
M
МэС
в
1000
)(
Мэ
Мэ
V
V
1
2
2
1
Молярная концентрация эквивалента вещества в растворе показывает
число моль-эквивалентов растворенного вещества, содержащееся в 1л или
в 1000 см3 раствора.
,
где Mв – масса растворенного вещества, г
Мэ – молярная масса одного моль-эквивалента вещества,
V – объем раствора, в котором находится вещество.
Молярной концентрацией эквивалента вещества удобно пользо-
ваться при вычислении объемов реагирующих друг с другом растворов. В
соответствии с законом эквивалентов растворы одинаковой молярной
концентрации эквивалента вещества реагируют в равных объемах. Если
реагируют растворы различной концентрации, то объемы таких растворов обратно пропорциональны концентрациям моль – эквивалентов этих
веществ.
Одним из методов определения концентрации растворов является объемный или титриметрический анализ. Он сводится к измерению объемов
реагирующих веществ, концентрация одного из которых известна. Измерение поводится постепенным прибавлением одного раствора к другому
до окончания реакции. Это процесс называется титрованием. При титровании добавляют не избыток реактива, а количество его, точно отвечающее уравнению реакции и химически эквивалентное количеству вещества.
При титровании необходимо достаточно точно установить момент
наступления эквивалентности или зафиксировать точку эквивалентности.
Для этого часто используют индикаторы. В кислотно-основном титрова-
125
Объем соляной кислоты (V
HCl
), см3
Объем щелочи (V
NiOH
), см3
(С(Мэ
NaOH)
= 0,100 Мэ/л)
1. 10,00
V1
2. 10,00
V2
3. 10,00
V3
4. 10,00
V4
5. 10,00
V5
6. 10,00
V6
7. 10,00
V7
8. 10,00
V8
нии применяют индикаторы, реагирующие на изменение кислотности среды (например, фенолфталеин, метилоранж, лакмус, метилрот и др.).
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
В две конические колбочки (в каждую) налить при помощи мерной
пипетки по 10 см3 приготовленной соляной кислоты и добавить по 2-3 капли индикатора – фенолфталеина.
Поставить колбочку под бюретку со щелочью на лист белой бумаги.
Приливать из бюретки в колбочку небольшими порциями раствор щелочи
С(Мэ
= 0,100 Мэ/л до появления слабо-розовой окраски раствора,
NaOH)
все время перемешивая жидкость. В растворе кислоты фенолфталеин бесцветен, а в слабощелочном растворе приобретает розовую или малиновую
окраску. Полностью окрашенный раствор означает, что кислота полностью нейтрализована щелочью, т.е. достигнута точка эквивалентности.
Титрование следует повторить 7-8 раз. Результаты титрования заносят в таблицу:
126
V
V
МэС
МэС
HCl
NaOH
NaOH
HCl
)
)
(
(
1000
(
)
Мэ
МэС
T
HCl
HCl
HCс
Рассчитаем для каждого титрования молярную концентрацию эквивалента
раствора соляной кислоты,. отбросив измерения V
с грубыми ошибка-
NaOH
ми, по формуле:
Результаты определения молярной концентрации эквивалента соляной кислоты обработайте статистически (см.ниже).
Для среднего значения молярной концентрации эквивалента соляной кислоты определите титр раствора по формуле:
.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №14
Экспериментальное определение жесткости
водопроводной воды г. Москвы
Теоретическая часть
Для химических целей, для приготовления растворов электролитов, в производстве лекарственных препаратов и для других задач вода должна быть
исключительно чистой. Высокие требования к чистоте воды применяются
при ее использовании для питания паровых котлов и парогенераторов. Соответствующие требования к чистоте воды обусловлены тем, что примеси,
присутствующие в ней, способствуют развитию коррозии металла паровых котлов, а также провоцируют образование накипи внутри установок.
127
л
эквмг
Образующаяся плотная накипь на стенках и трубках паровых котлов имеет низкий коэффициент теплопроводности, ведет к увеличению расхода
топлива, снижает производительность котла и может стать вследствие образования вздутий и трещин в кипятильных трубах, причиной аварий.
Природную воду, содержащую большое количество примесей, использовать для питания энергетических установок невозможно. Предварительно такую воду подвергают специальной обработке – проводят водоподготовку. Жесткость представляет собой одну из основных характеристик показателя качества воды.
Растворимые в воде соли кальция и магния обусловливают ее жесткость. Различают жесткость временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную). Временная жесткость зависит от растворенных в воде гидрокарбонатов кальция и магния Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2. Она устраняется
кипячением воды, вследствие чего растворимые гидрокарбонаты кальция
и магния переходят в нерастворимые карбонаты:
Ca(HCO3)2=CaCO3+H2O+CO2
Постоянная жесткость обусловлена присутствием в природных во-
дах растворимых солей кальция, магния (сульфатов, хлоридов и др. –
MgCl2, MgSO4, CaCl2, CaSO4).
Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости дает общую жест-
кость воды.
Жесткость воды в России выражают суммой миллиграмм-
эквивалентов ионов кальция и магния в 1 литре воды (
). Для
технологических вод с малым количеством солей (конденсат, дистиллят)
жесткость воды выражают в градусах. Например, французский градус соответствует 10мг CaCO3 в 1 литре воды.
В пресных водах соли представлены главным образом ионами HCO
, Ca2+, Mg2+, а в соленых водах содержатся преимущественно – SO
2-
4
-
3
, Cl-,
128
чистая вода
,HCO,SO,Cl,H
3
-2
4
-
OHOHH
2
-
жесткая вода
(
-2
4
--
3
22
SO,Cl,HCO,Mg,Ca,Na
)
Рис.6. Схема очистки воды при помощи ионообменных смол
Na+, K+, причем, чем выше концентрация соленых вод, тем больше в них
содержатся преимущественно – Cl-, Na+.
Природную воду можно очистить дистилляцией или перегонкой.
Воду кипятят, а пар собирают в чистую и холодную емкость, где он конденсируется уже без растворенных веществ. Иногда дистилляцию повторяют несколько раз.
Наиболее эффективным способом очистки природных вод является
метод ионообменной хроматографии. Этот метод заключается в использовании гигантских молекул синтетических смол, называемыми ионообменными смолами. В этом способе процесс очистки воды происходит в два
этапа, на каждом из которых вода очищается или от катионов, или от
анионов. Схема процесса представлена на рис.6
1 – емкость с фильтром из катионообменной смолы;
2 – емкость с фильтром из анионообменной смолы.
129
OHSONH
R
SOOHNH
R
2
2
2
4
2
3
2
43
O
H
COCaClHClHCOСa
2
22
2
22
2
3
В качестве катионообменных смол используются смолы, содержащие активные кислотные группы: - SO3H, -COOH, -OH, в которых ион
водорода способен замещаться на катионы. Например:
2R-COOH+Ca
2+
(R-COO)2Ca2++2H+ (43)
где R - углеводородный радикал.
В анионообменных смолах активными группами являются замещен-
ные аммонийные основания, ОН- - группы которых способны замещаться
на анионы. Например:
(44)
где R – углеводородный радикал.
В результате реакций в воде остаются ионы Н+ и ОН-, которые соединяются в молекулы воды:
Н
+
+ОН
-
Н
О (45)
2
Определение жесткости воды проводят титриметрическим методом.
В титриметрическом (объемном) методе анализа количественное определение химических веществ осуществляется путем точного измерения объемов двух веществ, вступающих между собой в химическую реакцию.
(см.лаб.работу №13).
В основе экспериментальной оценки временной жесткости лежит
реакция между соляной кислотой и гидрокарбонатами кальция или магния:
Общую жесткость воды определяют комплексонометрическим методом. Он основан на способности некоторых органических кислот образовывать растворимые комплексные соединения с ионами кальция и магния. Для этого используют двухзамещенную натриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты «Трилон-Б». Ее состав выражается формулой:
130
HOOCCH2
CH2COONa
N – CH2 – CH2 - N
·
2H2O
HOOCCH2
CH2COONa
H
CaTNaCa
TH
Na
2
2
2
2
2
H
MgT
Na
Mg
TH
Na
2
2
2
2
2
RHRH
2
2
2
R
Mg
Ca
R
Mg
Ca
2
2
2
Реакции комплексообразования могут быть выражены следующими
схемами:
;
где Т – условное обозначение составной части комплекса (лиганда).
Наиболее устойчивые комплексы образуются в щелочной среде при
рН=8-9, поэтому при определении общей жесткости исследуемую воду
подщелачивают аммиачной буферной смесью.
Титрование проводят в присутствии индикаторов хромтемносинего
или эриохромчерного Т, образующих с ионами кальция и магния растворимые комплексные соединения винно-красного цвета по схеме:
темно-лиловый синий
синий вишнево-красный,
где R2- - анион индикатора.
При титровании трилоном – Б комплексы типа CaR разрушаются
вследствие образования более прочных комплексных соединений типа
Na2[CaT], при этом ионы индикатора переходят в раствор:
131
HR
CaTNa
TH
NaСaR
2
2
2
2
2
вин-
но-красный бесцветный синий
В точке эквивалентности винно-красная окраска раствора изменяется на синюю, в результате появления в растворе анионов индикатора.
Водоснабжение судов.
Водоочистительные установки, включающие в себя оборудование предназначенное для освежения и обеззараживания воды, стали неотъемлемой
частью судовых систем. Их внедрение вызвано, прежде всего, заботой о
сохранения здоровья членов экипажей, а также необходимостью удовлетворения возросших требований к комфортабельности судов, особенно
пассажирских, путем увеличения норм воды питьевого качества при одновременном уменьшении ее запасов.
Очистка воды природных источников перед употреблением и восстановлением хранящейся в цистернах воды до питьевого качества позволяет
резко сократить число инфекционных заболеваний.
Выбор очистки, а следовательно, и состава очистных сооружений зависит
от требований, предъявляемых к качеству очищенной воды и от качества
воды в источнике.
Недостатками, препятствующими использованию воды поверхностных
источников для хозяйственно-питьевых целей, является ее мутность, цветность и наличие в ней болезнетворных бактерий. Для устранения этих недостатков применяют следующие методы очистки воды:
А) для устранения мутности – осветление, б) для снижения цветности обесцвечивание, в) для уничтожения болезнетворных бактерий – обеззараживание (дезинфекция).
Обесцвечивание воды осуществляется в процессе ее осветления и обеззараживания.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]