ДОПОЛНИТЕЛЬНО

1.5 Приготовление растворов

Прежде чем готовить раствор определенной концентрации, следует представить себе степень точности, с которой она должна быть выражена и которая в свою очередь определяется областью использования приготовляемого раствора.

В лабораторной и технологической практике выбор способа выражения концентрации определяется не только удобством дальнейших расчетов, но и допускаемой погрешностью. Так, концентрацию раствора НСl, предназначенного для точных определений концентрации щелочей, лучше всего выразить в единицах нормальности и дать ее с относительной точностью порядка 0,2-0,3%. Если же соляная кислота используется для создания не очень строго обозначенной кислой среды при проведении анализа или синтеза, то ее концентрацию достаточно выразить с помощью плотности раствора. Последняя определяется ареометром, шкала которого позволяет определить плотность обычно с. точностью до 0,005 г/мл, что соответствует погрешности примерно в 1%.

Для ареометрического определения плотности раствора следует выбрать* ареометр с такой шкалой, которая содержит возможное значение плотности испытуемого раствора. Так, для определения концентрации азотной кислоты, которая поступает в продажу в виде раствора с плотностью приблизительно 1,37 г/мл, следует пользоваться ареометром со шкалой 1,200-1,600 г/мл или 1,200-1,400 г/мл, а для 10%-ных растворов НСl или HN03, плотность которых приблизительно 1,05 г/мл, шкала ареометра должна быть градуирована в интервале от 1,00 до 1,200 г/мл.

В некоторых случаях допустимо пользоваться еще менее точным способом выражения концентрации, оценивая ее величиной разбавления. Так, например, выражение «соляная кислота 1:3» означает, что один объем концентрированной соляной кислоты разбавлен тремя такими же объемами воды.

В зависимости от назначения раствора меняется и способ его приготовления, т. е. способ отбора рассчитанных количеств растворимого вещества и растворителя. Если растворяемое вещество находится в твердом состоянии, то рассчитанное количество его взвешивается на технохимических или аналитических весах. На первых из них точность взвешивания составляет 0,01 г, а на вторых - 0,0001 г. Выбор весов зависит от массы взвешиваемого вещества и требуемой точности. Так, при взвешивании 50 г и более всегда используются, технохимические весы, так как в этом случае допустимая ошибка во взвешивании в 0,01 г составит относительную погрешность лишь 0,02%. При взвешивании же 1 г и менее та же возможная ошибка в 0,01 г выразится относительной погрешностью в 50 раз большей и составит величину порядка 1%, поэтому, когда раствор готовится с большой точностью, следует пользоваться аналитическими весами.

Технохимическими весами пользуются для приготовления растворов, концентрация которых вначале выражена приближенно, а затем определяется с большой степенью точности.

Воду, необходимую для получения заданного объема раствора, отмеряют при помощи мерного цилиндра подходящего объема. Это означает, что для объема в 10-20 мл следует воспользоваться мерным цилиндром вместимостью 25 мл, а не 100 мл и более, которые допускают большую погрешность при измерении сравнительно малых объемов. С другой стороны, не рекомендуется большой объем воды отмерять малым цилиндром, повторяя эту операцию несколько раз.

Для приготовления небольших объемов раствора со строго заданной процентной или молярной концентрацией масса воды, как и масса растворяемого вещества, определяется путем взвешивания на технохимических или аналитических весах.

Концентрация растворов, выраженная в единицах нормальности или молярности, определяется исходя из количества растворенного вещества, отвешенного на технохимических или аналитических весах, в зависимости от степени заданной точности; и общего объема раствора. В этом случае нет надобности отдельно отмерять или взвешивать воду, так как ее объем определяется вместимостью мерной колбы, взятой для приготовления ра­створа.

В тех случаях, когда приготовляемыми растворами предполагают пользоваться в течение длительного времени, следует принимать во внимание устойчивость их в условиях хранения. Так, растворы восстановителей могут менять свою концентрацию,. медленно окисляясь атмосферным кислородом, а растворы щелочей - нри взаимодействии с атмосферным диоксидом углерода или в результате постепенного выщелачивания диоксида кремния (составной части стекла). Некоторые вещества неустойчивы к действию света или тепла. В большинстве случаев концентрированные растворы проявляют большую устойчивость, чем разбавленные. Поэтому разбавленные растворы таких веществ обычно приготовляют непосредственно перед опытом путем разбавления концентрированного раствора, который может храниться длительное время без заметного изменения концентрации. Так, 0,02 н. раствор тиосульфата натрия может быть приготовлен разбавлением 0,1 н. раствора, концентрация которого при правильном хранении не меняется в течение 2-3 месяцев.

Приготовление растворов заданной концентрации.

Опыт1 Приготовление растворов заданной процентной концентрации.

1)Исходя из твердой соли,не содержащей кристаллизационной воды.

40г 5%-ного раствора К2СО3

m(сухой соли)=2г

m(пустой колбы)=48,5803г

m=48,5803+2=50,5803.

Вывод: что приготовить раствор заданной концентрации нужно 2г К2СО3

2)Исходя из твердого кристаллогидрата:

45г 3%-ного раствора Na2SO4 из кристаллогидрата состава Na2SO4-10H2O

m=(пустая колба)=24,4424г

m=(бумажки)=0,4363г

V=45мл

m(Na2SO4)=1,71г

m=0,4363+1,71=2,1463г

m(H2O)=45-1,71=43,29г

Вывод: для приготовления раствора кристаллогидрата состава Na2SO4-10H2O нужно 1,71г Na2SO4 и 43мл H2O

3)Исходя из более концентрированных растворов:

120мл 10%-ного раствора HNO3 bp 21%-ного раствора HNO3

Исходный раствор 21% - 5ч

5

Вода 0% - 16ч

21ч – 120г

6ч - Хг

Х=91,4 мл (воды)

120-91,4=28,6г (раствора HNO3)

Вывод: приготовил 5%-ный раствор HNO3.

m H2O=28,6мл

m HNO3=91,4г вещества

Опыт2 Приготовление нормальных и молярных растворов

4)100мл 0,7н раствора NH4CL

M=0,1*0,7=0,07экв

m(HN4CL) =53,5 г/моль

m=53,5*0,1*0,7=3,745г (NH4CL)

m=100-3,745=96,255г (H2O)

Вывод: для приготовления 100мл 0,7н раствора нужно взять NH4CL 3,745г и 96,255г H2O.

1.6 Титрование

Титрование - это один из методов определения концентрации, основанный на измерении объёмов растворов, вступающих в реакцию веществ. Зная концентрацию одного из растворов и их объемы, по закону эквивалентов рассчитывают концентрацию другого раствора.

Перед каждым титрованием бюретку заполняют до нулевого деления, при этом необходимо следить, чтобы конец бюретки не содержал пузырьков воздуха и был полностью заполнен раствором. Чтобы заполнить участок бюретки ниже крана, ее надо заполнить через открытый кран, сбросить через кран несильную струю раствора (наиболее удобный способ), приподняв кончик бюретки (при соединении резиновым шлангом) или же втянуть раствор в бюретку из колбы.

При титровании каждая капля раствора, вытекающая из бюретки в колбу для титрования, должна быть распределена по всей жидкости осторожным круговым вращением колбы с титруемым веществом. Раствор из бюретки надо выливать очень медленно, не струей, а быстро падающими каплями. В противном случае, жидкость не успевает стекать со стенок бюретки и объем, израсходованный на титрование, будет определен неточно. Кроме того, быстрое приливание раствора из бюретки может привести к разбрызгиванию титруемой жидкости. Чтобы предупредить разбрызгивание, кончик бюретки должен находится в горлышке колбы. Деления бюретки соответствуют миллилитрам и их десятым долям. При отсчетах оценивают и сотые доли миллилитра (на глаз). При этом необходимо строго следить за тем, чтобы глаз находился на уровне определяемого деления бюретки. Все результаты отсчетов по бюретке нужно записывать с двумя десятичным знаками, например 19,00 мл, но не 19,1 мл и не 19,0 мл.

Для титрования в бюретку наливают раствор известной концентрации и устанавливают бюретку в рабочее положение. Пипеткой отбирают точный объем раствора - аликвоту вещества, концентрацию которого надо определить, и переносят его в коническую колбу. Если конец титрования определяют по индикатору, в колбу добавляют 2-3 капли индикатора. Титрование проводят на фоне белого листа бумаги.

При титровании по каплям приливают раствор с известной концентрацией из бюретки в колбу с анализируемым раствором, который непрерывно перемешивают. Конец титрования устанавливают по изменению цвета индикатора. Результат титрования (объем раствора, пошедшего на титрование) записывают. Если результаты двух титрований отличаются друг от друга более чем на 0,1 мл, титрование повторяют.

Титрование

Опыт 1 Определение концентрации соли карбаната натрия.

№	Объем аликвоты мл	Концетрация HCL моль- экв/л	Объем HCL по бюретки мл	Концетрация соли моль- экв/л
1	5	0,01	30,0	0,060
2	5	0,01	30,0	0,060
3	5	0,01	30,0	0,060

C1V1=C2V2 (11)

C1=C2V2/V1 (12)

C1=C2V2/V1=0,01*30,0/5=0,060 моль-экв/л

C1=C2V2/V1=0,01*30,0/5=0,060 моль-экв/л

C1=C2V2/V1=0,01*30,0/5=0,060 моль-экв/л

Вывод: Концетрация раствора соли Na2CO3 равна 0,060 моль-экв/л.

Опыт 2 Определение карбанатной жидкости воды.

№	Объем аликвоты мл	Концетрация HCL моль- экв/л	Объем HCL по бюретки мл	Концетрация соли моль- экв/л	G,C1*1000 ммоль-экв/л
1	50	0,01	17,1	0,0034	3,4
2	50	0,01	17,1	0,0034	3,4
3	50	0,01	17,1	0,0034	3,4

C1=C2V2/V1 = 17,1*0,01 /50=0,0034 моль-экв/л

G=C1*1000 (13)

G=C1*1000 = 0,0034*1000= 3,4 ммоль-экв/л

Вывод: Карбрнатная жесткость воды составляет 3,4 ммоль-экв/л.

Опыт 3 Определение общей жесткости воды.

Объем раствора трилона Б по бюретки мл	Концентрация трилона Б моль-экв/л	Объем исследуемой пробы воды мл	Общая жесткость воды после катионирования G ммоль-экв/л	G,C1*1000 ммоль-экв/л
15,0	0,1	50	0,030	30
15,0	0,1	50	0,030	30
15,0	0,1	50	0,030	30

C1=C2V2/V1=0,1*15,0/50=0,030 ммоль-экв/л

G=C1*1000= 0,030*1000=30 ммоль-экв/л.

Вывод: Общая жесткость воды составило 30 ммоль-экв/л.

1.3 Экстракция

Под экстракцией или извлечением понимают процесс перехода вещества из одной фазы в другую. Этот процесс основан на различной растворимости веществ в двух несмешивающихся жидкостях.

Наибольшее применение имеет экстракция вещества из

водного раствора каким-либо органическим растворителем. Этот процесс наиболее эффективен, если вещество в органическом растворителе растворяется значительно лучше, чем в воде. Распределение вещества между двумя жидкими фазами подчиняется закону Нернста:

K=C₁/C₂ (7)

где C₁ - концентрация растворенного вещества в одной

фазе;

С₂ - концентрация растворенного вещества во второй фазе.

Из формулы видно, что отношение концентраций растворенного вещества в двух несмешивающихся жидких фазах, находящихся в равновесии, является постоянной величиной при данной температуре. Это отношение концентраций называется коэффициентом распределения. При экстракции из водных растворов наиболее часто применяют следующие органические растворители: диэтиловый эфир, бензол, хлороформ, дихлорэтан, четыреххлористый углерод, петролейный эфир, этилацетат и др. При выборе растворителя для экстракции следует учитывать ряд факторов: а) растворитель должен мало растворяться в другой фазе; б) растворимость в нем извлекаемого вещества должна быть значительно выше, чем в экстрагируемом растворе; в) растворитель должен легко удаляться, (при достаточно низкой температуре) при выделении чистого вещества. Целесообразнее экстрагировать раствор несколько раз небольшими порциями растворителя.

В тех случаях, когда экстрагируемое вещество обладает относительно высокой растворимостью в экстрагируемой фазе (особенно в воде), применяют метод высаливания. Для этого к раствору добавляют сухие соли, обладающие высокой растворимостью в воде (хлорид натрия, сульфат натрия, сульфат аммония, поташ и др.). При этом меняется плотность раствора и экстракция облегчается. Нередко при экстрагировании водных растворов наблюдается образование стойких эмульсий. Для их уничтожения насыщают раствор неорганической солью, прибавляют несколько спирта или несколько капель кислоты или просто оставляют смесь на некоторое время для расслаивания. Экстрагирование вещества проводят в делительной воронке или специальных экстракторах.

Дано:

M1=69,0639г (вес пустой колбы)

M2=69,1223г (вес колбы+н/п)

V=20мл (вода+н/п)

V=5мл (ССL4)

C=?

Вычисление:

m =m2-m1 (7)

m =69,1223-69,0639=0,0584г

C=m*1000/20 (8)

C=0,0584*1000/20=2,92мл/дм3

Ответ: C=2,92мл/дм3

Вывод: когцентрация н/п равна 2,92мл/дм3, что существенно превыщает ПДК равную 0,05мл/дм3.

Литература

1. Гольбрайх З.Е. Практикум по неорганической химии: Учебное пособие. 4М: Высшая школа, 1986

2. Коровин Н.В., Мингулина Э.И., Рыжова Н.Г. Лабораторные работы по химии: Учебное пособие. - М: Высшая школа, 1998

3. Величко А.Е. Практикум по количественному анализу. - М: Росвузиздат, 1963

4. Коренман И.М. Справочник по методам количественного химического анализа.-М: Химия, 1989

5. Крешков А.П. Основы аналитической химии.-М: Химия, 1990, т. 1-3