Раздел 3. Основы химико-аналитического контроля товаров

3.1 Практическое занятие № 5

Определение количественного состава анализируемой пробы

Цель:Получение практических навыков по расчету неизвестной концентрации веществ в анализируемых пробах промышленной и продовольственной продукции.

План занятия:

1 Опрос студентов

• Аналитический сигнал и его виды;

• Абсолютные и относительные методы анализа;

• Понятие раствора, его виды и свойства;

• Способы определения неизвестной концентрации;

• Сведения о единицах количества вещества.

2 Теоретическая часть

Концентрация– содержание растворенного вещества в единицах массы или объема раствора или растворителя.

Все способы измерения концентрации разделяют на 2 группы: массовые, объемные.

2.1 Массовые концентрации

Массовая доля (ω_., %)– это отношение количества растворенного вещества к массе всего раствора:

или,

где А– количество растворенного вещества, г;

B– количество растворителя, г;

V_р-ра– объем раствора, см³;

ρ – плотность раствора, г/см³.

На практике под массовой долей понимают количество растворенного вещества (г), содержащегося в 100 г раствора:

,

где m_в-ва– масса вещества, г;

m_р-ра– масса раствора, г.

Приготовление раствора заданной концентрации из растворов с известными концентрациям с использованием правила креста: количества исходных растворов, необходимых для приготовления смеси, обратно пропорциональны разностям между концентрациями заданного и менее концентрированного; и заданного и более концентрированного растворов, соответственно.

Пример:Сколько г 15 % раствораH₂SO₄надо прибавить к 120 г 70 %-ого ее раствора, чтобы получить растворH₂SO₄40 %-й концентрации?

,г.

Моляльная концентрация (C, моль/кг). Моляльным называется раствор, содержащий 1 моль растворенного вещества в 1 кг (1000 г) растворителя.

,

где m_в-ва– масса вещества, г;

m_в-ва– молярная масса вещества, г;

m_р-ля – масса растворителя, г;

1000 – коэффициент пересчета на 1000 г.

Титр раствора – масса вещества, содержащегося в 1 см³ раствора.

,

где m– масса навески вещества, г;

V– объем раствора, см³.

2.2 Объемные концентрации

Нормальная концентрация (C_н, моль экв/дм³) – это отношение количества эквивалентов растворенного вещества к объему раствора.

Нормальный раствор – это раствор, содержащий 1 эквивалент растворенного вещества, в 1 дм³раствора.

,

где m_в-ва– масса вещества, г;

M_экв = М_в-ва ∙f_экв– молярная масса эквивалента вещества. Подf_эквпонимают фактор эквивалентности связанный с числом эквивалентностиz, который в свою очередь равен числу эквивалентов вещества, содержащихся в 1 моль этого вещества. Он рассчитывается по формуле:f_экв=1/z, г/моль экв;

V_р-ра– объем раствора, см³;

1000 – коэффициент пересчета на 1 дм³раствора.

Молярная концентрация (C_м, моль/ дм³). Молярным называется раствор, содержащий 1 моль растворенного вещества в 1 дм³раствора:

,

где m_в-ва– масса вещества, г;

М_в-ва– молярная масса вещества, г/моль;

V_р-ра– объем раствора, см³;

1000 – коэффициент пересчета на 1 дм³раствора.

Традиционные названия молярной концентрации:

10^-1 моль/ дм³ = 0,1М– децимолярный;

10^-2 моль/ дм³ = 0,01 М – сантимолярный;

10^-3 моль/ дм³ = 0,001 М – миллимолярный.

Дополнительные единицы измерения концентраций:

Миллионная доля(ppm, отангл.parts per million— частей на миллион, читается пи-пи-эм, «частей на миллион») – аналогична по смыслупроцентуилипромилле.

1 ppm= 0,001‰= 0,0001%= 0,000001 = 10⁻⁶

1 % = 10000 ppm

1 ‰ = 1000 ppm

Например, если указано, что массовая доля вещества в смеси составляет 15 ppm, это означает, что на каждый килограмм смеси приходится 15 мг этого вещества.

Если же речь идёт об объёмных концентрациях (объёмных долях, долях по объёму), то 1 ppm— это кубический сантиметр (он же миллилитр) на кубический метр (см³/м³).

Миллиардная доля – (ppb, англ.parts per billion, читается пи-пи-би, «частей на миллиард») – аналогична по смыслупроцентуилипромилле.

1 ppb= 0,000001‰= 0,0000001%= 10⁻⁹

1 % = 10000000 ppb

1 ‰ = 1000000 ppb

2.3 Формулы перехода от одних выражений концентраций растворов к другим

Молярная (C_м, моль/дм³) и нормальная (C_н, моль экв/дм³) концентрации:

Процентная (ω, г/100 г) и нормальная (C_н, моль экв/дм³) концентрации:

Процентная (ω, г/100 г) и молярная (C_м, моль/дм³) концентрации:

Моляльная (C, моль/кг) и процентная (ω, г/100 г) концентрации:

Моляльная (C, моль/кг) и нормальная (C_н, моль экв/дм³) концентрации:

.

3 Групповое задание. Решение задач

Задача № 1. Для протекания химической реакции необходимо 10 г серной кислоты. В наличие 40 % ее раствор плотностью 1,305 г/см³. Какой объем раствора кислоты необходим?

Задача № 2. Определить масс. (%) концентрацию раствора КСl, содержащего 0,053 кг КСlв 0,5 л раствора плотностью 1063 кг/м³.

Задача № 3. (Задача на правило креста) Сколько г 20 % раствораКОНнадо прибавить к 250 г 90 %-го его раствора, чтобы получить растворКОН50 %-й концентрации?

Задача № 4. Определить нормальность КОН, если на нейтрализацию 0,035 л 0,3 н Н₃РО₄ израсходовано 0,02 л его раствора.

Задача № 5. Определить нормальность раствораFeCl₃, если в 0,3 л раствора содержится 32,44 гFeCl₃.

Задача № 6. Сколько мл 0,1 М раствора Н₂SO₄нужно взять для нейтрализации 5 мл 1 МNaOH?

Задача № 7. В 450 г воды растворили 50 гCuSO₄∙5H₂O. Вычислить %-ое содержание кристаллогидрата и безводной соли.

Задача № 8. Сколько г 5 %-ого раствора можно приготовить из КОН и 100 г Н₂О?

Задача № 9. Сколько мл 9,5 %-ого раствораNa₂CO₃плотностью 1,1 г/см³следует добавить к 100 г воды для получения 3 %-го раствора?

Задача № 10. Как приготовить 0,5 л 1,5 М раствораNaClO₄из сухой соли?

Задача № 11. Как приготовить 0,5 л 1,5 М раствора серной кислоты из его 96 %-го раствора плотностью 1,84 г/см³?

Задача № 12. Вычислить молярную и нормальную концентрацию 49 %-го раствора Н₃РО₄ плотностью 1,33 г/см³.

Задача № 13. Вычислить нормальность, молярность, моляльность 10 %-го раствора СuSO₄плотностью 1107 кг/м³.