Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Элементарные химические операции при постановке химического эксперимента. Учебное пособие
.pdf
71
V (конц. раствора H2SO4) =
33,67 г
= 27,45 мл
1,84 г/мл
m
Н2О
= m
раствора
– m
вещества
= 220 – 33,67 = 186,33 мл Н2О.
Налейте в мерную колбу объемом 200 мл дистиллированной воды (примерно 2/3 колбы), через воронку (осторожно!) прилейте необходимый объем концентрированной кислоты, отмеренный сухим мерным цилиндром. Раствор перемешайте взбалтыванием, долейте водой
до метки, закройте пробкой и несколько раз перемешайте переворачиванием колбы. Остудите раствор, при необходимости долейте воду до
метки и вновь перемешайте. Уточните ареометром плотность раствора
и введите поправку в концентрацию.
Пример 5. Приготовить 200 мл 2 н. раствора H2SO4 из концентрированного раствора (98 %, ρ = 1,84 г/мл).
В задаче речь идет о нормальной концентрации раствора – 2 н.
По определению она равна:
Сн =
n
экв. H2SO4
V
раствора
где n
экв. H2SO4
– число моль-эквивалентов серной кислоты в рас-
творе,
V
раствора
– объем раствора в литрах.
Число моль-эквивалентов серной кислоты в растворе рассчитаем
по данным задачи:
n
экв. H2SO4
= Сн V
раствора
(л), n
экв. H2SO4
= Сн 0,2 = 0,4 моль-экв.
Э
H2SO4
=
М = 98
= 49 г/моль.
2
2
поэтому m
H2SO4
= n
H2SO4
Э
H2SO4
= 0,4 49 = 19,6 г H2SO4.
Раствор готовим не из безводной кислоты, а из его концентрированного раствора. Рассчитаем требуемую массу этого раствора:
98% =
m
H2SO4
100%
→ m
98% раствора
=
19,6100%
= 20 г.
m
98% раствора
98%
отсюда
V
98% раствора
=
m
98% H2SO4
=
20 г
= 10,87 мл.
ρ
98% раствора
1,84 г/мл
72
Приготовление растворов точной концентрации проводят в мер-
ных колбах с риской, ограничивающей точный объем, который указан
на колбе.
Налейте в соответствующую мерную колбу дистиллированной
воды на 1/3 объема колбы, через воронку (осторожно!) прилейте необходимый объем концентрированной кислоты, отмеренный мерным
цилиндром. Помните, что растворение концентрированной серной
кислоты в воде сопровождается сильным экзотермическим эффектом.
Раствор перемешайте взбалтыванием, долейте водой до метки, закройте пробкой и несколько раз перемешайте переворачиванием колбы. При необходимости долейте воду до метки и вновь перемешайте.
4.4. Приготовление растворов точной концентрации
с помощью стандарт-титров
Фиксаналы или стандарт-титры представляют собой запаянные в
стеклянную ампулу точно взвешенные количества различных твердых
веществ (или отмеренные объемы растворов), необходимые для приготовления 1 л раствора точной концентрации. Ампула с стандарттитром имеет углубления с двух концов для разбивания об бойки.
Приготовление раствора из фиксанала – это наиболее точный способ
приготовления раствора заданной концентрации. Чаще всего стандарт-титры используются в аналитической химии для приготовления
разбавленных растворов с концентрациями 0,1 М, 0,5 М и т. д.
Для приготовления стандартного водного раствора из стандарт-
титра нужен следующий набор посуды:
- чистая мерная колба емкостью 1 л;
- бойки (набор бойков есть в каждом наборе ампул с фиксана-
лом);
- коническая воронка диаметром 6-10 см;
- промывная склянка с дистиллированной водой;
- ампула стандарт-титра.
В мерную колбу 4 (рис. 22) наливают на 1/3 объема дистиллиро-
ванной воды и вставляют воронку 2. В воронку помещают боек 3 острым концом вверх. Если боек правильно установлен в воронке, его
73
острый конец направлен вертикально (рис. 22). Ампулу стандарттитра 1 аккуратно ударяют одним из углублений об острый конец
бойка 3. Затем другим бойком пробивают верхнее углубление ампулы.
Рис. 22. Приготовление раствора точной концентрации из фиксанала
Не изменяя положения ампулы, дожидаются, пока жидкость из
ампулы стечет в мерную колбу, затем тщательно промывают ее изнутри дистиллированной водой (примерно 100 мл) с помощью промывалки. Убирают пустую ампулу, бойки и доводят объем раствора до метки дистиллированной водой, закрывают пришлифованной пробкой,
перемешивают.
Раствор твердого вещества готовят аналогично, включая стадию
растворения фиксанала и доведения объема раствора до метки.
Приготовленные растворы переливают в чистые склянки и маркируют.
Заметим, что некоторые точно приготовленные водные растворы
не устойчивы, при хранении могут изменяться под действием света,
тепла, кислорода или других веществ в воздухе. Поэтому точные растворы веществ, нестойких к хранению, готовят в небольшом количе-
74
стве и хранят с соблюдением мер предосторожности, например, в
стеклянной емкости из темного стекла с притертой пробкой, иногда в
холодильнике. В руководящих документах указан срок хранения таких растворов, который нужно соблюдать. Концентрацию неустойчивых растворов периодически проверяют.
Например, при хранении раствора тиосульфата натрия часто вы-
падают хлопья серы в результате жизнедеятельности бактерий. Растворы перманганата калия деградируют под действием света, веществвосстановителей, попадающих в раствор из окружающей среды. Под
действием света разрушаются растворы нитрата серебра, роданида калия, роданида аммония, иодида калия, бихромата калия, гексацианоферрата калия и др.
4.5. Приготовление растворов путем разбавления
Часто для приготовления растворов используют метод разбавле-
ния концентрированных растворов растворителем или метод смешения растворов различной концентрации.
Если концентрированный раствор разбавить чистым растворителем, то его концентрация уменьшится пропорционально увеличению
объема. Например, если объем раствора увеличить в два раза, то его
концентрация уменьшится в два раза.
При смешивании двух растворов одного и того же вещества с
разными концентрациями (С1 > С2) получим раствор новой концентрации (С3), причем С1 > С3 > С2.
Если исходный раствор имел точную концентрацию и при его
разбавлении использовали точную мерную посуду (мерные колбы),
то получают раствор точной концентрации. При примерном разбавлении с использованием мерных цилиндров, стаканов и прочей мерной посуды получают раствор приблизительной концентрации, а
точную концентрацию при необходимости устанавливают титрованием.
75
4.6. Водные растворы щелочей: приготовление растворов
приблизительной и точной концентрации
Обычно в лаборатории часто используют растворы щелочей:
гидроксида натрия (NaOH, едкий натр) или гидроксида калия (КOH,
едкое кали, каустический поташ). Как правило, готовят концентрированные растворы щелочей (до 40 %), из которых потом делают слабоконцентрированные водные растворы путем разбавления водой.
Техника приготовления растворов из химически активных твер-
дых гидроксидов щелочных и щелочноземельных металлов имеет свои
особенности, поэтому необходимо соблюдать следующие правила:
1. Щелочь надо отбирать фарфоровой ложкой или пинцетом, ра-
ботать необходимо в резиновых перчатках.
2. Взвешивают щелочь на часовых стеклах или в фарфоровой
посуде. Использовать бумажные лодочки не рекомендуется.
3. При растворении щелочи происходит сильное разогревание,
поэтому концентрированные растворы готовят в тонкостенных колбах, понемногу добавляя навеску в дистиллированную воду при перемешивании.
4. При приготовлении раствора часто приходится отстаивать
раствор, а затем фильтровать или сливать в другую емкость.
5. Приготовить раствор щелочи заданной концентрации сложно,
поэтому после приготовления его концентрацию уточняют ареометрическим или титриметрическим методом. При титровании используют стандартный раствор щавелевой кислоты.
6. При хранении растворы щелочи поглощают углекислый газ из
воздуха с образованием карбонатов калия или натрия, за счет чего его
концентрация изменяется. Поэтому склянки для хранения щелочей часто закрывают хлоркальциевой трубкой для поглощения углекислого
газа.
7. Хранить растворы щелочей нужно в пластиковых емкостях.
Стекло и фарфор взаимодействуют с растворами щелочей.
В продажу поступает аммиак водный, концентрированный, марок
хч, чда или ч, с молярной (процентной) концентрацией 13,32-14,29 М
(25-27 %) и плотностью – 0,907-0,901 г/мл.
76
Гидроксиды натрия и калия поступают продажу в твердом виде
или в виде жидкости с высокой массовой долей гидроксида в зависимости от способа получения и марки. Требования к реактивам приведены в государственных стандартах. Например, характеристики технического едкого натра (гидроксида натрия), предназначенного для
химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, горнодобывающей, текстильной, пищевой (для обезжиривания и обработки технологического оборудования и тары) промышленности, цветной металлургии, энергетики, микроэлектроники и
других отраслей приведены в стандарте ГОСТ Р 55064-2012.
Технический гидроксид натрия в зависимости от технологии
производства выпускают следующих марок:
- РР – раствор ртутный, получаемый непосредственно на стадии
ртутного электролиза;
- ТР – твердый ртутный (чешуированный), получаемый из ртут-
ного раствора едкого натра марки РР упариванием, сушкой и чешуированием;
- РД – раствор диафрагменный, получаемый из первичного диа-
фрагменного раствора NaOH (12%-15%) упариванием до 44%-50%;
- ТД – твердый диафрагменный (плавленый), получаемый из
диафрагменного раствора NaOH марки РД упариванием;
- РМ-В – раствор мембранный, получаемый непосредственно на
стадии мембранного электролиза;
- РМ-Б – раствор мембранный, получаемый из раствора едкого
натра марки РМ-В упариванием до 46%-48%;
- РМ-А – раствор мембранный, получаемый упариванием до
48%-52% первичного раствора NaOH стадии мембранного электроли-
за со специальной подготовкой исходного раствора хлорида натрия.
Необходимо помнить, что гидроксиды натрия и калия, как и их
растворы, могут быть загрязнены карбонатами. Поэтому точные концентрации растворов гидроксидов устанавливают титрованием.
Рецептуры приготовления разбавленных растворов кислот при-
близительной молярной концентрации (С) из концентрированных
продажных реактивов приведены в таблице 11.
77
Таблица 11
Приготовление разбавленных растворов кислот
Название
С, М
Способ приготовления
Аммиак
водный
1
72,4 мл конц. раствора (13,3-14,3 М) поместить
в колбу на 1 л и довести водой до метки
2
144,8 мл конц. раствора (13,3-14,3 М) поместить
в колбу на 1 л и довести водой до метки
Натрия
гидроксид
1
40 г щелочи растворить в 1 л воды
2
80 г щелочи растворить в 1 л воды
Калия
гидроксид
1
56,11 г щелочи растворить в 1 л воды
2
112,22 г щелочи растворить в 1 л воды
4.7. Водные растворы кислот: приготовление растворов
приблизительной и точной концентрации
Чаще всего используют серную, соляную, азотную и уксусную
кислоты. Готовят разбавленные растворы из концентрированных,
производимых в промышленности. Поэтому расчеты и техника приготовления отличны от приготовления растворов твердых веществ.
Особенности приготовления растворов кислот:
1. При растворении концентрированных кислот, особенно сер-
ной и азотной, в воде происходит сильное разогревание, поэтому рекомендуется использовать термостойкие колбы.
2. При приготовлении растворов кислот в колбу наливают ½ количество воды, а затем постепенно, при перемешивании вливают отмеренный концентрированный раствор. Нельзя наливать воду в концентрированную серную или азотную кислоту!
3. Для приготовления точного раствора ареометрически определяют концентрацию исходной кислоты. Концентрацию приготовленного раствора уточняют ареометрическим или титриметрическим методом. Для прямого титрования кислот, как правило, используют карбонат натрия (Na2CO3) или гидрокарбонат калия (KHCO3) и вводят
поправочный коэффициент для полученного раствора.
Характеристики концентрированных растворов некоторых про-
дажных реактивов приведены в таблице 12.
78
Таблица 12
Характеристики концентрированных растворов некоторых
продажных кислот
Название кислоты
Молярная
концентрация, М
Процентная
концентрация, %
Плотность,
г/мл
Азотная
13,3-15,2
61-68
1,372-1,405
Серная
17,4-17,9
93,6-95,6
1,826-1,835
Соляная
12,01
37
1,184
Уксусная
17,4
99,8
1,052
Фосфорная
15,48
88
1,72
Фтористоводородная
22,4
40
1,123
Рецептуры приготовления разбавленных растворов кислот при-
близительной молярной концентрации (С) из концентрированных
продажных реактивов приведены в таблице 13.
Таблица 13
Приготовление разбавленных растворов кислот
Название
С, М
Способ приготовления
Азотная
1
70,2 мл конц. кислоты поместить в колбу на 1 л
и довести водой до метки
2
140,4 мл конц. кислоты поместить в колбу на 1 л
и довести водой до метки
Серная
1
56,7 мл конц. кислоты поместить в колбу на 1 л
и довести водой до метки
2
113,4 мл конц. кислоты поместить в колбу на 1 л
и довести водой до метки
Соляная
1
83,3 мл конц. кислоты поместить в колбу на 1 л
и довести водой до метки
2
16,6 мл конц. кислоты поместить в колбу на 1 л
и довести водой до метки
Уксусная
1
57,5 мл конц. кислоты поместить в колбу на 1 л
и довести водой до метки
2
115 мл конц. кислоты поместить в колбу на 1 л и
довести водой до метки
79
Фосфорная
1
64,6 мл конц. кислоты поместить в колбу на 1 л
и довести водой до метки
2
129,2 мл конц. кислоты поместить в колбу на 1 л
и довести водой до метки
Фтористоводородная
1
44,6 мл конц. кислоты поместить в колбу на 1 л
и довести водой до метки
2
89,2 мл конц. кислоты поместить в колбу на 1 л
и довести водой до метки
4.8. Приготовление буферных растворов
Буферные растворы – растворы с определённой «устойчивой»
концентрацией водородных ионов. рН буферных растворов мало изменяется при прибавлении к ним небольших количеств сильного основания или сильной кислоты, а также при разбавлении и концентрировании.
По диапазону работы буфера и, соответственно, химическому
составу буферные растворы делятся на два типа: кислотные и основные. К кислотным буферам относятся ацетатный
(СН3СООН/CH3COONa), гидрокарбонатный (NaHCO3/ Н2О+СО2),
фосфатный (NaH2РO4/Na2HРO4) и прочие буферные растворы. К основным буферам относятся аммиачный буфер (NH3·H2O/NH4Cl),
этиламиновый (С2Н5–NH2/С2Н5NH3Cl) буферные растворы.
Приготовление буферных растворов рекомендуется проводить в
соответствии с ГОСТ 4919.2-2016 «Реактивы и особо чистые вещества. Методы приготовления буферных растворов», который «устанавливает методы приготовления рабочих буферных растворов, применяемых для создания среды с определенным значением pH» [7], который колеблется в диапазоне 0,1 ≤ pH ≤ 14,0.
Буферные растворы готовят с использованием государственных
стандартных образцов (ГСО) – ампул с определенной навеской вещества. Ампулу разбивают, а ее содержимое растворяют в определенном
объеме воды, согласно инструкции к ампуле.
Приготовление буферных растворов и растворов с заданным pH
в соответствии с ГОСТ 4919.2-2016 можно проводить также из сухих
80
солей (С8Н5О4К, КН2РО4, KCl, Na2B4О7·10Н2О, Na2HPО4·12H2О,
Na2CО3, NaCl, СН3СООNа·ЗН2О), щелочей (NaOH), кислот (C2H5O2N,
С6Н8О7·Н2О, С4Н6О4, СН3СООН) или раствора соляной кислота.
Буферные растворы с pH 0,1 – 2,2 готовят на основе соляной
кислоты с добавлением хлорида калия. Бифталатный буферный раствор с pH 2,2 – 3,8 получают путем разбавления рабочего раствора
фталево-кислого калия молярной концентрации 0,2 М. Основой гликоколевого буфера с pH 1,2 – 3,4 служит раствор аминоуксусной кислоты молярной концентрации 0,1 М в 0,1 М растворе хлорида натрия.
Фосфатно-цитратный буферный раствор охватывает довольно широкий диапазон pH от 2,2 до 8,0 и готовится на основе 0,2 М раствора
двузамещенного ортофосфата натрия и 0,1 М раствора лимонной кислоты. Популярным является ацетатный буферный раствор, охватывающий диапазон рH 2,8 – 6,0 и состоящий из 0,2 М растворов уксусной
кислоты и моногидрата ацетата натрия. Янтарно- боратный буферный
с pH 3,0 – 5,8 готовится из 0,05 М растворов янтарной кислоты и буры. Фосфатно-боратный буферный раствор с pH 5,8 – 9,2 состоит из
0,1 М раствора однозамещенного ортофосфата калия КН2РО4 и 0,05 М
раствора буры. Боратный буферный раствор с pH 7,6 – 11,0 получают
из 0,05 М раствора буры и 0,1 М раствора соляной кислоты. Боратный
буферный раствор с pH 9,2 – 11,0 делают из 0,05 М растворов карбоната натрия и буры. Основой гликолевого буферного раствора с pH 8,6
– 12,8 служат 0,1 М растворы аминоуксусной кислоты и гидроксида
натрия. Буферный раствор с pH 12,0 – 13,0 готовится из 0,2 М растворов хлорида калия и гидроксида натрия. Буферный раствор с pH 13,0 –
14,0 содержит только гидроксид натрия.
Для создания щелочной среды чаще всего используется аммиачный буфер, который применяется в диапазоне рН от 8,4 до 10,3.
Рассмотрим методику приготовления аммиачного буферного раствора с рН (10±0,1), который используется в аналитической химии
для определения содержания сульфатов по ГОСТ Р 52964-2008.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]