1. Расчеты при приготовлении водных растворов

Как нами говорилось выше (стр.160) различают приблизитель­ные, точные и эмпирические растворы.

Приблизительные растворы. При приготовлении прибли­зительных растворов количества веществ, которые должны быть взяты для этого, вычисляют с небольшой точностью. Атомные мас­сы элементов для упрощения расчетов допускается брать ок­ругленными иногда до целых единиц. Так, для грубого подсчета атомную массу железа можно принять равной 56, вместо точной— 55,847; для серы — 32, вместо точной 32,064 и т. д.

Вещества для приготовления приблизительных растворов взве­шивают на гехнохимических или технических весах.

Принципиально расчеты при приготовлении растворов со­вершенно одинаковы для всех веществ.

168

| ншчсство приготовляемого раствора выражают или в еди-

....... ни см (г. кг), или в единицах объема (мл, л), причем для ка-

■ It и п п : них случаев вычисление количества растворяемого веще-

.....|роводят по-разному.

Пример. Требуется приготовить 2,0кг 20%-ного раствора хлористого на-I " , предварительно вычисляем требуемое количество соли. Расчет проводит-......нсно пропорции:

100 20 20-2000 ...

х =-- = 400г,

2000 — х 100

| е если в 100г раствора содержится 20г соли (20%), то сколько ее потре-'• ■ и | I 1я приготовления2000граствора?

Расчет показывает, что нужно отвесить 400г соли, тогда воды нужно взять

Ю00 400= 1600г.

Гели же задано получить 2,0л того же раствора, то в этом случае по спра-

.....1нику узнают его плотность, умножают последнюю на заданный объем и та-

II образом находят массу требуемого количества раствора. Так, плотность

10%-ного раствора хлористого натрия при 15°С равна 1,5787 г/см³. Соответст-

|" пно, 2000 мл составляет: 2000 ■ 1,5787= 3157,4 г, т.е.

/00- 20 20-3157,4

,,(,( _ дг =-= 631,48г

3157,4-х ₁₀0

Как видим, количество вещества для приготовления 2,0кг и 2,0л I >ае гвора различно (400г и 631,48г).

Расчет, приведенный выше, применим только для приготов-16НИЯ растворов безводных веществ. Если взята водная соль, на­пример Na2SC>4 • IOH2O, то расчет несколько видоизменяется, так как и \ жно принимать во внимание и кристаллизационную воду.

Пример. Необходимо приготовить 1,5кг 10%-ного раствора Na₂S0₄, ис-К0 in из Na₂S0₄ • 10Н₂О.

Молекулярная масса Na₂S0₄ равна 142,041, a Na₂SO₄-10H₂O — 322, 195,

пни округленно 322,20.

Расчет ведут вначале на безводную соль:

100-10 10 1500 ,„

,с_{П v} х =-= 150,'

150-х ₁₀₀

Но результату, нужно взять 150г безводной соли. Количество десятивод-

imii соли находят из расчета:

142,04-322,2 150-322.2 ,_ЛП..

i чл/i х =-— = 440.26г

1500-х 142,04

Иолы и этом случае нужно взять: 2000—440.26=1059,74г.

78

Так как раствор не всегда готовят с пересчетом на безводную соль, то на этикетке, которую обязательно следует наклеивать на со-| суд с раствором, нужно указать, из какой соли приготовлен раствор, например 10%-ный раствор Na2S0₄ или 25%-ный Na₂S0₄- 10ТЬО.

Часто случается, что приготовленный ранее раствор нужно раз­бавить, т.е. уменьшить его концентрацию: растворы разбавляют или по объему, или по массе.

Пример. Нужно разбавить 30%-ный раствор сернокислого аммония так, чтобы получить Зл 5%-ного раствора. Расчет ведем следующим образом.

По справочнику узнаем, что плотность 5%-ного раствора (NH₄)₂S0₄ равна 1,0287г/см³. Следовательно, Зл его должны весить 1,0287-3000=3086,1 г. В этом количестве должно находиться сернокислого аммония: 100-5 5-3086,1

3086,1

154,305 с

^х 100

Теперь можно подсчитать, сколько нужно взять 30%-ного раствора, чтобы получить Зл 5%-ного раствора, для чего составляем пропорцию: ЮО-30 _ 100 154,305

х - 154,305 ^х ~

Полученную массу раствора можно пересчитать на объем его. Для этого массу раствора делят на его плотность (плотность 30%-ного раствора равна

514,35г

1,6723г/см³), т.е.

514,35

307,56.ил * 308,0л/;/

1,67235

Учитывая, что при отмеривании могут произойти потери, нужно взять 308мл и довести их до Зл, т.е. добавить к ним 3000 - 308 = 2692мл воды.

Если же разбавление проводить по массе, расчет упрощается. Но вообще разбавление проводят из расчета на объем, так как жид­кости, особенно в больших количествах, легче отмерить по объему, чем взвесить.

Следует помнить, что при всякой работе, как с растворением, так и с разбавлением никогда не следует выливать сразу всю воду в сосуд. Водой ополаскивают несколько раз ту посуду, в которой про­водилось взвешивание или отмеривание нужного вещества, и каж­дый раз добавляют эту воду в сосуд для раствора.

Для всякого исследования очень важно воспитать в себе при­вычку к точности в вычислениях, когда это необходимо, и поль­зоваться приближенными цифрами в тех случаях, когда это не по­влияет на результаты работы.

170

I -I i.i нужна большая точность при разбавлении растворов, вы-.....омие проводят по соответствующим формулам.

Приготовление разбавленного раствора. Например, а — ко-КИЧество раствора, т%— концентрация раствора, который нужно 1 ' бавить до концентрации п%. Получающееся при этом количество

р.ни.тленного раствора х вычисляют по формуле: _х- ^а'^т, а объем

п

| ' hi г для разбавления раствора вычисляют по формуле: _v = af—-1J-

( мешивание двух растворов одного и того же вещества раз­личной концентрации для получения раствора заданной кон­центрации. Пусть смешиванием а частей т%-ного раствора с х •I.и Iями /7%-ного раствора нужно получить 1%-ный раствор, тогда:

п(1 - т) //-1

Точные растворы. Для приготовления точных растворов вы­пи ление количеств нужных веществ проводят уже с достаточной i Гепенью точности. Атомные массы элементов берут по таблице, в | - юрой приведены их точные значения.

11ри сложении (или вычитании) пользуются точным значением I гнаемого с наименьшим числом десятичных знаков. Остальные I нагаемые округляют, оставляя после запятой одним знаком больше, Чем в слагаемом с наименьшим числом знаков. В результате остав-| г 11 > I столько цифр после запятой, сколько их имеется в слагаемом с наименьшим числом десятичных знаков; при этом производят необ-и шмое округление. Все расчеты производят, применяя логарифмы, пятизначные или четырехзначные. Вычисленные количества веще-i I ва отвешивают только на аналитических весах.

Взвешивание проводят или на часовом стекле, или в бюксе. От-Ш шенное вещество высыпают в чисто вымытую мерную колбу че­рез чистую сухую воронку небольшими порциями. Затем из про­мыва .тки несколько раз небольшими порциями воды обмывают над воронкой бк^кс или часовое стекло, в котором проводилось взвеши-НМНИС Воронку также несколько раз обмывают из промывалки дис-I ИЛЛированной водой.

79

Как правило, при приготовлении точных растворов и пере­ведении растворяемою вещества в мерную колбу растворитель (на пример, вода) должен занимать не более половины емкости колбы] Закрыв пробкой мерную колбу, встряхивают ее до полного раство­рения твердого вещества. После этого полученный раствор допол­няют водой до метки и тщательно перемешивают.

Молярные растворы. Для приготовления 1л 1М раствора како­го-либо вещества отвешивают на аналитических весах 1моль его и растворяют, как указано выше.

Пример. С целью приготовления 1л 1М раствора азотнокислого серебра находят в таблице или подсчитывают молекулярную массу AgN0₃, она равна 169,875. Соль отвешивают и растворяют и воде.

Если нужно приготовить более разбавленный раствор (0,1 или 0,01М), от­вешивают соответственно 0,1 или 0,01 моль соли.

Если же нужно приготовить меньше 1л раствора, то растворяют соответ­ственно меньшее количество соли в необходимом объеме воды.

Нормальные растворы готовят аналогично, только отвешивая не 1моль, а 1 грамм-эквивалент твердого вещества.

Если нужно приготовить 0,5н. или 0,1н. раствор, берут соот­ветственно 0,5 или 0,1 грамм-эквивалента. Когда готовят не 1л рас­твора, а меньше, например 100 или 250мл, то берут 1/10 или 1/4 того количества вещества, которое требуется для приготовления 1л и рас­творяют в соответствующем объеме воды.

После приготовления раствора его нужно обязательно про­верить титрованием соответствующим раствором другого вещества с известной нормальностью. Приготовленный раствор может не от­вечать точно той нормальности, которая задана. В таких случаях иногда вводят поправку.

В научно-исследовательских лабораториях иногда готовят точ­ные растворы «по определяемому веществу». Применение таких растворов облегчает расчеты при анализах, так как достаточно ум­ножить объем раствора, пошедший на титрование, на титр раствора, чтобы получить содержание искомого вещества (в г) во взятом для анализа количестве какого-либо раствора.

79

Расчет при приготовлении титрованного раствора по опре-.....\io\i\ веществу ведут также по грамм-эквиваленту растворяе­ма и вещества, пользуясь формулой: _а_^эг'^Т'¹ , где:

Э„ 1000

/ количество растворяемого вещества, г; )_р величина грамм-эквивалента растворяемого вещества, г; / титр раствора по определяемому веществу, г/мл; К — заданный объем раствора, мл;

>о величина грамм-эквивалента определяемого вещества, г.

Пример. Нужно приготовить 2л раствора марганцовокислого калия с тит­ром но железу 0,0050г/мл. Грамм-эквивалент КМп0₄ равен 31,61, а грамм-1Мивалент Fe—55,847.

Вычисляем по приведенной выше формуле:

31,61 0,005-2000 _с,,_л.

а =-= 5,660 \г

55,847

Стандартные растворы. Стандартными называют растворы с разными, точно определенными концентрациями, применяемые в колориметрии, например растворы, содержащие в 1 мл 0,1, 0,01, 0.001мг и т.д. растворенного вещества.

Кроме колориметрического анализа, такие растворы бывают .п.! при определении рН, нефелометрических определениях и пр. Иногда стандартные растворы хранят в запаянных ампулах, однако is чше всего готовить их непосредственно перед применением.

( гандартные растворы готовят в объеме не больше 1л, а чаще — меньше. Только при большом расходе стандартного раствора можно и и овить несколько литров его и то при условии, что стандартный par I вор не будет храниться длительный срок.

Количество вещества (в г), необходимое для получения таких

, м TV рве i воров, вычисляют по формуле: _а - —!- где:

М₂(А) '

,1// - молекулярная масса растворяемого вещества;

7-титр раствора по определяемому веществу, г/мл:

V заданный объем, мл;

\Т(А) - молекулярная или атомная масса определяемого веще-

| I ва

Пример. Надо приготовить стандартные растворы CuSOj ■ 5Н₂0 для ко-Юримстрического определения меди, причем в 1мл первого раствора должно

173

содержаться 1мг меди, второго — 0,1мг, третьего — 0,01мг, четвертого -■ 0,001мг. Вначале готовят достаточное количество первого раствора, например 200мл.

В данном случае М, = 249.68; А_с„ = 63,54; следовательно, дпя приготов­ления 200мл раствора. 1мл которого содержал бы 1мг меди (Т = 0 001 г/мл),1 нужно взять: _{а =} 249,68-0,0_0±200 _{= QiS} .

63.54

Навеску соли переносят в мерную колбу емкостью 200 мл и добавляют воду до метки. Другие растворы готовят соответствующим разбавлением при­готовленного.

Эмпирические растворы. Концентрацию этих растворов чаще всего выражают в г/л или г/мл.

Для приготовления эмпирических растворов применяют очи­щенные перекристаллизацией вещества или реактивы квалификации ЧДА или ХЧ.

Пример. Необходимо подготовить 1,5л раствора CuS0₄, содержащего Си 20мг/мл. Для приготовления раствора применяют CuS0₄ • 5Н₂0.

Чтобы подсчитать, сколько следует взять этой соли для приготовления раствора заданного объема, подсчитывают, сколько Си должно содержаться в нем. Для этого объем умножают на заданную концентрацию, т е

1500 ■ 20 = 30000мг, или 30,0г

После этого, зная молекулярную массу соли, подсчитывают нужное коли­чество ее:

249,68—63,54 х — 30,0

х =

249,68-30,0

4 17,8848г

63,54

На аналитических весах отвешивают в бюксе точно 117,8848г чистой со­ли, переводят ее в мерную колбу емкостью 1,5л. Растворение проводят, как указано выше.