Задачи по геохимии для лабораторных работ
В аналитической геохимии при определении содержания химических элементов в почвах, породах, растениях, водах используются различной концентрации, нормальности или молярности соли, кислоты и основания. Поэтому необходимо уметь рассчитать требуемый для анализа раствор и понимать смысл и отличие между собой этих растворов.
Процентная концентрация раствора – это количество граммов вещества в 100 г раствора. Например, при 5 %-ной концентрации раствора в нем содержится 5 г требуемого вещества в 100 г (мл) раствора.
Молярный раствор обозначается буквой М и показывает сколько грамм-молекул вещества содержится в 1 л раствора. Грамм-молекула (г-моль, моль) – количество граммов вещества, численно равное его молекулярной массе. Например, молекулярная масса H2SO4 = 98,092, 1 моль H2SO4 = 98,092 г.
Нормальность раствора (н) показывает сколько грамм-эквивалентов вещества в 1 л раствора. Грамм-эквивалент (г-экв) элемента определяется путем деления его атомной массы на валентность этого элемента в соединении. Для кислот и оснований г-экв равен молекулярной массе, деленной на основность (1, 2 или 3).
Моляльность раствора выражается числом молей растворенного вещества в 1000 г (мл) растворителя. В аналитических работах обычно приводят молярный раствор.
В выражении «разбавленный раствор 1 : 2» первая цифра означает объем концентрированной кислоты, вторая цифра – объем дистиллированной воды.
Определение эквивалента элемента в соединении.
Задача. Определим эквивалент (ЭАl) алюминия, зная, что в хлориде алюминия содержится 20,2 % алюминия, а ЭCl равен 35,5.
Составляем пропорцию: 20,2 : (100 – 20,2) = ЭАl : 35,5.
ЭАl = (20,2 · 35,5) : 79,8 = 9.
Задача. Эквивалент (Э) элемента в соединении определяется путем деления атомной массы (А) элемента на его валентность (В) в соединении:
Э = А / В
Пример: эквивалент серы в H2S и SO2 соответственно равен:
32 : 2 = 16 и 32 : 4 = 8.
Определение молекулярной массы газов и веществ переходящих в газообразное состояние без разложения. Допустим, что число молекул в заданном объеме сравниваемых газов составляет N. При массе молекул первого газа (m1) и массе молекул второго газа (m2), то массы заданных объемов первого и второго газов g1 и g2 соответственно будут равны
g1 = m1 · N и g2 = m2 · N.
Отношение массы данного объема одного газа к массе такого же объема второго газа назвается плотностью первого газа по второму и обозначается буквой D:
D = g1 / g2 или D = m1 / m2.
Принимая во внимание, что молекулярная масса (М) пропорциональна массе молекулы (m) получим: D = M1 / M2.
Плотность D газа показывает, во сколько раз один газ тяжелее другого. Если известна плотность D1 первого газа по второму газу и молекулярная маса второго газа (M2), можно вычислить молекулярную массу первого газа (M1). Обычно плотность газа определяют по водороду DH2 = 2 или по воздуху Dвозд.- 29:
M1 = 2 · DH2 или M1 = 29 · Dвозд.
Пример. Вычислим молекулярную массу диоксида углерода (СО2), плотность которого по водороду равна 22:
МСО2 = 2 · 22 = 44.
Пример. Вычислим молекулярную массу диоксида серы (SO2). Если его плотность по воздуху составляет 2,21:
МSO2 = 29 · 2,21 = 64,09.
Для определения молекулярной массы газа можно использовать также представление о его грамм-молекулярном объеме. Грамм-молекула любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л. Если известна масса (m) некоторого объема (V) газа при нормальных условиях, его молекулярную массу (М) можно вычислить из пропорции: