Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Метод пособие Липунов.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
20.11.2019
Размер:
65.94 Кб
Скачать

Методическое пособие

к выполнению домашнего задания по дисциплине ”Химия окружающей среды” (раздел ‒ Химия гидросферы) для студентов, обучающихся по направлению 241000 ‒ Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии

Составитель: проф. кафедры ФХТЗБ Липунов И.Н.

г. Екатеринбург 2012

Одной из задач учебной дисциплины ”Химия окружающей среды” является формирование у будущих специалистов в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов знаний и навыков по установлению и изменению химического состава природных сред под влиянием природных и антропогенных факторов, в том числе и континентальных вод.

В водных экосистемах протекают различные химические процессы, в которых принимают участие макро- и микрокомпоненты природных вод.

Под действием различных факторов происходит изменение активной реакции воды, изменение концентраций содержащихся в ней химических веществ, осуществляются процессы гидролиза, диссоциации химических соединений, процессы перевода растворимых веществ в малорастворимые с последующим их осаждением, окислительно-восстановительные процессы.

Все указанные процессы могут быть оценены количественными характеристиками. Поэтому, при изучении данной дисциплины студент должен знать не только механизм соответствующих химических превращений веществ в водных средах, но и уметь практически определять количество вещества и проводить химические расчеты, используя полученные знания при изучении дисциплин «Общая и неорганическая химия» и «Аналитическая химия».

Методическое пособие содержит 5 разделов: способы выражения концентрации растворов, ионное произведение воды и водородный показатель, гидролиз солей, щелочность воды и жесткость воды.

В каждом разделе дано небольшое вступительное объяснение и приведено решение некоторых типовых задач. Затем следуют задачи для самостоятельного решения. Общее число задач, включая и разобранные примеры, составляет 61.

Приведенные в пособие задачи для самостоятельного решения использованы для составления индивидуальных заданий.

Варианты индивидуальных заданий приведены в конце пособия. Там же помещены табличные данные, необходимые для решения задач (плотность растворов, константы диссоциации ряда кислот и оснований, значения произведений растворимости некоторых соединений).

  1. Методы выражения концентрации растворов

Концентрация растворов выражается количеством растворенного вещества в единице массы или объема раствора или растворителя. Наиболее часто используются следующие способы концентрации растворов: процентная, молярная, нормальная и титр раствора.

Концентрации, обозначенные г/л, мг/л, выражают содержание растворенного вещества в граммах или миллиграммах в 1 л раствора.

Процентная концентрация показывает содержание растворенного вещества в 100 единицах массы раствора, причем количества вещества и раствора берется в одних и тех же весовых единицах.

Так, например, 25 % раствор KOH содержит 25 г KOH в 100 г раствора или 25 мг KOH в 100 мг раствора.

Процентную концентрацию раствора (С,%) можно рассчитать по приведенной формуле:

С, % = а1∙100 /(а12) = а1∙100/q, (1)

где а1 ‒ количество растворенного вещества, г; а2 ‒ количество растворителя, г; q ‒ масса раствора, равная (а1 + а2), г.

Молярная концентрация (М, См) определяется количеством молей растворенного вещества в 1 л раствора. Например, 0,1 М (децимолярный) раствор едкого натра содержит в 1 л раствора 0,1 грамм-молекулу или 4 г NaOH.

Молярную концентрацию раствора (См) рассчитывают по формуле:

См = ν/V = а/М∙V, (2)

где ν ‒ количество растворенного вещества, выраженное в грамм-молях, а ‒ количество растворенного вещества, г; V ‒ объем раствора, л; М ‒ молекулярная масса растворенного вещества. Если V = 1, то формула (2) примет вид:

См = а/М

Нормальная концентрация (N, Сн) определяется количеством грамм-эквивалентов вещества, содержащегося в 1 л раствора. Например, 0,1 N (децинормальный) раствор серной кислоты содержит в 1 л раствора 0,1 грамм-эквивалент или 4,9 г H2SO4.

Нормальная концентрация раствора рассчитывается по формуле:

Сн = n/V = а/Э∙V, (3)

где а ‒ количество растворенного вещества, г; n ‒ число грамм-эквивалентов; V ‒ объем раствора, л; Э ‒ эквивалент растворенного вещества.

Если навеска исходного вещества (а) растворена в 1 л раствора (V = 1 л), то уравнение (3) примет вид:

Сн = N = а/Э, откуда а = N∙Э, г/л (4)

Если навеска исходного вещества (а) растворена в V миллилитрах раствора, то

Сн = N = а∙1000/Э∙V, (5)

где V ‒ объем раствора, мл.

Поскольку нормальность (N) раствора означает число грамм-экви­ва­лентов вещества, содержащегося в 1 л данного раствора, то произведение объема раствора, выраженного в литрах, на его нормальность равно числу грамм-эквивалентов вещества

N = V∙N. (6)

Титр раствора (Т). Концентрация раствора, выражаемая точным числом граммов растворенного вещества в 1 мл раствора, называется титром, г/мл:

Т = а:V = (N∙Э):1000 = (См∙М):1000, (7)

где а ‒ навеска растворенного вещества, г; V ‒ объем раствора, мл; Э ‒ эквивалент растворенного вещества; М ‒ молекулярная масса растворенного вещества.

Переходя от нормальности к титру, получим следующее выражение для расчета титра раствора:

Т = N∙Э/1000, г/мл (8)

Задача 1. Вычислить процентную концентрацию раствора карбоната натрия, если известно, что 25 г Na2CO3 растворены в 250 мл воды.

Решение.

В данном случае а1 = 25 г; а2 = V∙ρ = 250∙1 = 250 г.; q = (25 + 250) г. Подставив значения а1 и а2 в формулу (1) находим процентную концентрацию раствора Na2CO3:

С = 25∙100/(25+250) = 9,09 %.

Задача 2. Вычислить молярную концентрацию раствора серной кислоты, если известно, что в 500 мл раствора содержится 49,04 г H2SO4.

Решение.

Рассчитаем количество вещества, содержащегося в 49,04 г H2SO4

ν = а : М = 49,04 : 98,08 = 0,5 моля

Подставляя значения ν и V в формулу (2), получим См = 0,5: 0,5 = 1М раствор.

Задача 3. Вычислить нормальность раствора фосфорной кислоты (реагирующей как трехосновная кислота), если известно, что в 250 мл раствора содержится 32,66 г H3PO4.

Решение

Рассчитаем эквивалент серной кислоты: Э = 98:3 = 32,66.

Рассчитаем число грамм-эквивалентов вещества, содержащегося в 32,66 г H3PO4: n = m: Э = 32,66:32,66 = 1.

Подставляя значения n и V в формулу (5), получим

Сн = (32,66∙1000):(32,66∙250) = 4N.

Задача 4. Вычислить титр 1 М раствора H2SO4 и 4 N раствора H3PO4.

Решение.

Т H2SO4 = 1∙98,08/1000 = 0,09808 г/мл;

Т H3PO4. = 4∙32,66/1000 = 0,13064 г/мл

Задача 5. Какой объем 26,47 % раствора серной кислоты (ρ=1,19 г/см3) потребуется для приготовления 0,5 л 0,3N раствора H2SO4?

Решение.

Рассчитаем массу H2SO4, которая должна содержаться в 0,5 л ее 0,3N раствора. m = n∙Э∙0,5 = 0,3∙49∙0,5 = 7,35 г.

Рассчитаем массу (m1, г) 26,47 % раствора H2SO4, в которой будет содержаться 7,35 г серной кислоты.

Исходя из определения процентной концентрации: