Методичні вказівки для практичних робіт 2013

11

2. Концентрація розчинів та її визначення

Важливою характеристикою розчинів є концентрація, тобто вміст розчинених в них твердих чи рідких речовин.

Концентрація речовини - величина, що показує, скільки розчиненої речовини міститься в певній кількості розчину або скільки речовини розчинено в певній кількості розчинника.

Оскільки процеси вичинки шкіри та хутра проходять в розчинах електролітів (солей, лугів чи кислот), то володіння способами вираження та розрахунку концентрацій речовин в розчинах є обов’язковим.

2.1. Способи вираження концентрації

В залежності від сполучення вибраних одиниць виміру розчиненої речовини та розчину (чи розчинника) отримують різні системи вираження концентрацій розчину.

Існують наступні способи вираження концентрації розчинів.

1. У відсотках (С %), тобто числом грамів розчиненої речовини, що міститься в 100 г розчину:

де а1 – кількість розчиненої речовини, г; a2 – кількість розчинника, г;

g – маса розчину, рівна а1 + a2, г.

2. У грамах розчиненої речовини на 100 г розчинника (S г/100 г).

Таке вираження концентрації можна пов’язати з відсотковим, користуючись формулою (2.1):

де S – кількість розчиненої речовини, г; 100 – кількість розчинника, г;

S +100маса розчину, г.

12

3. В одиницях молярності (См), тобто числом грам-молекул розчиненої речовини в 1 л розчину:

де а - кількість розчиненої речовини, г;

m - число грам-молекул розчиненої речовини; V - об’єм розчину, л;

МM- маса 1 моля розчиненої речовини (чисельно рівна молекулярній масі), г/моль.

Якщо V=1, то формула приймає вигляд:

дуже часто СМ зображують просто індексом С. При числах молярність виражають буквою М, наприклад - децимолярний розчин позначають 0,1 M.

4. Іноді концентрацію виражають числом молів речовини не на 1000 мл розчину, а на 1000 г розчинника. Такі розчини, на відміну від молярних, називають моляльними розчинами:

V - об’єм розчину, л;

E - грам-еквівалент розчиненої речовини

Грам-еквівалентом (Е) називають кількість речовини, вираженої в грамах, що у даній реакції відповідає (еквівалентно) 1 масовій частині водню (тобто 1 грам-атому водню) чи 8 масовим частинам кисню (тобто 1/2 грам-атома кисню).

Оскільки чисельне значення грам-еквівалента зв'язане з характером реакції, у яку вступає дана речовина, то грам-еквівалент речовини не є постійним числом. Він може бути різним при різних хімічних реакціях, у яких ця речовина бере участь. Тому той самий розчин, у різних випадках, може мати різну нормальність. Грам-еквівалент розраховують за формулою:

обміну, або число електронів, що віддає відновник чи приймає окислювач в окислювально-відновній реакції.

Отже, для того щоб обчислити грам-еквівалент, необхідно скласти рівняння

13

2.2. Способи перерахунку концентрацій розчинів

Користуючись віщенаведеними формулами можна встановити взаємозв'язок вираження концентрацій, що часто буває необхідним у практичній роботі.

Так, для відсоткової концентрації:

звідки для нормальності розчину:

Для зручності формули для перерахунку концентрацій розчинів наведені у

таблиці 2.1.

Вираження концентрації речовин в одиницях молярності, нормальності або титру переважно застосовують при аналізі цих речовин та їх розчинів у хімічних лабораторіях.

У виробництві для приготування розчинів хімматеріалів при їх змішуванні та розведенні, а також при аналізі робочих рідин частіше користуються відсотковою концентрацією та кількістю грамів речовини, розчиненої у 1 літрі розчину, тобто "г/л".

2.2. Розрахунок концентрацій при змішуванні та розведенні розчинів.

Існує кілька способів розрахунків, пов’язаних із визначенням концентрацій розчинів при їх змішуванні чи розведенні.

Якщо концентрація розчинів подана у грамах на літр, то при змішуванні чи розведенні розчинів користуються формулами, що витікають з наступних міркувань.

Згідно з (2.10)

де: a - маса розчиненої речовини, г; V - об’єм розчину, л

При розведенні розчину змінюється його об’єм і концентрація, але залишається сталою маса розчиненої речовини. Таким чином:

При змішуванні двох розчинів з концентраціями С1 і С2 та об’ємами відповідно V1 і V2 отримаємо розчин з концентрацією С і сумарним об’ємом V = V1 + V2; а маса розчиненої у ньому речовини дорівнює сумі мас розчинених речовин у об’ємах V1 і V2 :

Таким чином, отримуємо систему рівнянь, за допомогою яких можна розрахувати необхідні величини:

15

Формули для перерахунку концентрацій розчинів

початку обох ліній (більша - зверху, менша - внизу). Потім на кожній лінії виконують віднімання одного числа, що стоїть на ній, із другого, і різницю записують біля вільного кінця тієї ж лінії. Одержані справа числа (зверху і внизу) показують, скільки масових часток кожного розчину необхідно взяти, щоб одержати розчин із заданою концентрацією.

Приклад 2.3. Скільки масових часток 10 %-го та 50 %-го розчинів потрібно взяти для отримання 240 кг 20 %-го розчину хлориду натрію?

Розв’язок.

Отже, для отримання 20 %-го розчину необхідно змішувати 10 масових часток 50 %-го розчину і 30 масових часток 10 %-го розчину.

Сума всіх масових часток дорівнює 10+30=40 мас. ч. і їм відповідає 240 кг розчину. Складаємо пропорцію:

Таким чином, для отримання 240 кг 20 %-го розчину хлориду натрію необхідно змішати 60 кг 50 %-го розчину та 180 кг 10 %-го розчину.

Аналогічно виконують розрахунки при розведенні концентрованого розчину водою, вказуючи в нижній позиції нульову концентрацію.

Контрольні завдання

2.1.Визначити відсоткову концентрацію приготовленого розчину хлориду натрію, якщо 18 г речовини розчинили у 270 мл води.

2.2.Яку відсоткову концентрацію має розчин сірчаної кислоти при змішуванні концентрованої кислоти з водою у співвідношенні: а) 1 : 7; б) 3 : 5?

2.3.Визначити відсоткову концентрацію розчину сірчаної кислоти, якщо її густина складає 1,22 г/см3, а концентрація - 366 г/л.

2.4.Визначити нормальність розчину сульфату алюмінію 15 %-вої концентрації, якщо густина цього розчину склала 1,06 г/см3.

2.5.Розрахувати кількість 65 %-го розчину лугу, необхідного для нейтралізації, якщо на приготування розчину лугу витратили 3,2 кг 100 %-вої речовини.

2.6.Розрахувати кількість 75 %-го розчину сірчаної кислоти, необхідного для утворення 100 кг сульфату кальцію.

2.7.Розрахувати кількість сульфіду заліза (II), що утвориться при взаємодії 12 кг 16 %-го розчину сульфіду натрію з 20 %-вим розчином сульфату заліза

(II).

18

2.8.Який об’єм 96 %-го розчину сірчаної кислоти необхідний для

нейтралізації 10 кг 20 %-го розчину гідроксиду натрію? Густина розчину сірчаної кислоти становить 1,84 г/см3.

2.9.Розрахувати кількість концентрованої сірчаної кислоти і води, необхідних для приготування 5 кг 28 %-го розчину сірчаної кислоти.

2.10.Визначити кількість 30 %-го гідроксиду натрію, необхідного для приготування 8 кг 12 %-го розчину.

2.11.Розрахувати кількість кислот 30 %-вої та 90 %-вої концентрацій, необхідних для отримання 4 кг 55 %-го розчину кислоти

2.12.Розрахувати відсоткову концентрацію приготовленого розчину оцтової кислоти, якщо 400 мл 70 %-вої кислоти (з густиною 1,0685 г/см3) розчинили у 5 л води.

2.13.Розрахувати концентрацію (у г/л) приготовленого розчину оцтової кислоти, якщо 350 мл 70 %-вої кислоти (з густиною 1,0685 г/см3) розчинили у 4,5 л води.

2.14.Визначити нормальність розчину сульфату амонію, якщо 42 г матеріалу, що містить 78 % чистої речовини, розчинили і об’єм розчину довели до 500 мл.

2.15.Визначити концентрацію (у г/л) розчину сульфату алюмінію 15 %-вої концентрації, якщо густина цього розчину складає 1,06 г/см3.

2.16.Розрахувати концентрацію (у г/л) 25 %-го розчину сірчаної кислоти, якщо його густина становить 1,182 г/см3.

2.17.Визначити концентрацію (у г/л) 60 %-го розчину сірчаної кислоти, якщо його густина становить 1,503 г/см3.

2.18.Визначити титр розчину тіосульфату натрію 6 %-вої концентрації, якщо густина цього розчину складає 1,0317 г/см3.

2.19.Розрахувати титр 10 %-го розчину сірчаної кислоти, якщо густина розчину становить 1,0687 г/см3.

2.20.Визначити титр 4 %-го розчину гідрокарбонату натрію, якщо густина розчину становить 1,0280 г/см3.

2.21.Розрахувати кількість концентрованої сірчаної кислоти і води, необхідних для приготування 5 кг 28 %-го розчину сірчаної кислоти.

2.22.Визначити кількість 30 %-го гідроксиду натрію, необхідного для приготування 8 кг 12 %-го розчину.

2.23.Розрахувати кількість кислот 30 %-вої та 90 %-вої концентрацій, необхідних для отримання 4 кг 55 %-го розчину кислоти.

2.24.Визначити масу тіосульфату натрію, потрібну для приготування 400 л 10 %-го розчину, густина якого 1,0529 г/см3.

19

2.25.Розрахувати масу кристалогідрату CuSO4·5H2O, необхідного для приготування 20 %-го розчину сульфату міді.

2.26.Визначити концентрацію приготовленого розчину хлориду натрію, якщо 12 л розчину з концентрацією 25 г/л змішали з 5 л розчину з концентрацією 150 г/л.

2.27.Який об'єм розчину хлориду натрію з концентрацією 125 г/л необхідно добавити до 300 л розчину з концентрацією 27 г/л, щоб отримати розчин з концентрацією 50 г/л?

2.28. Який об’єм розчину 75 %-вої оцтової кислоти (з густиною 1,0696 г/см3) необхідно взяти для приготування 400 л розчину з концентрацією кислоти 12 г/л?

2.29.Яку масу хлориду натрію необхідно добавити до 620 л розчину з концентрацією хлориду натрію 43 г/л, щоб отримати розчин з концентрацією 60 г/л?

2.30.Які об’єми розчинів сірчаної кислоти з концентраціями 2,6 г/л та

106г/л потрібно змішати, щоб отримати 240 л розчину з концентрацією 15 г/л?

3.Розрахунок виробничої партії та перерахунок консервованої маси сировини

Шкіряна та хутрова сировина надходить на переробку у консервованому

вигляді скомплектованою у виробничі партії за цільовим призначенням. Виробнича партія – це певна кількість шкур одного призначення. одного

виду і маси або площі й товщини, одного району походження іи породи, одного способу консервування, щільності й сортності, що оформлені одним документом про якість сировини. Під час приймання шкіряної сировини визначають її масу чи площу, вологість або коефіцієнт усолення та сорт. Приймання хутрової сировини виконують за видами, кількістю та якістю шкурок.

На кожному підприємстві встановлюють одну певну масу виробничої партії, яка є основою обліковою одиницею. Розмір виробничої партії сировини визначається об’ємом і продуктивністю обладнання для обробки. Кожний апарат для рідинних обробок характеризується коефіцієнтом заповнення – Кз, який вказує на об’єм, що може бути зайнятий напівфабрикатом та робочою рідиною, залежить від конструкційних особливостей обладнання та технологічного процесу. Кз вибирають від 0,4 до 0,9.

Для більшості видів сировини розмір виробничої партії розраховують за масою шкур або шкурок. У шкіряному виробництві розмір виробничої партії розраховують на парну масу шкур. Тому фактичну масу партії сировини будьякого способу консервування за допомогою перевідних коефіцієнтів перераховують на парну. Деякі види сировини (свинячу, овечу та козлину) комплектують у виробничі партії за площею, але масу кожної визначають для подальших розрахунків потреб хімічних матеріалів.

20