Вопросы и задачи

1. Что называется скоростью химической реакции? От каких факторов зависит скорость реакции?

2. Сформулируйте закон действия масс.

3. Как зависит скорость реакции от температуры? Что называется энергией активации?

4. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе: , если объем системы уменьшить в четыре раза?

5. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30° до 70°, если температурный коэффициент равен 2.

6. Реакция идет по уравнению . Константа скорости этой реакции при некоторой температуре равна 0,16. Исходные концентрации реагирующих веществ были, моль/л: . Вычислите начальную скорость реакции и ее скорость, когда моль/л.

7. Сформулируйте принцип Ле-Шателье. Объясните на примерах влияние температуры, давления, концентрации веществ на химическое равновесие.

8. Определите смещение равновесия в системах: ; при повышении давления.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА

МЕТОДОМ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО ТИТРОВАНИЯ

теоретическая часть

Раствор представляет собой однородную (гомогенную) систему, состоящую из двух или более компонентов, относительные количества которых могут меняться в широких пределах.

Концентрацией раствора называется отношение количества или массы растворенного вещества, содержащегося в системе, к объему или массе этой системы.

Концентрация насыщенного раствора является мерой растворимости взятого вещества при данных условиях. Концентрацию раствора выражают следующими способами:

1. Массовая доля растворенного вещества (процентная концентрация) - это отношение массы данного компонента, содержащегося в системе, к общей массе этой системы. Массовая доля выражается в долях единицы, в процентах, промилле (тысячная доля процента):

, (5.1)

где m₁ - масса растворенного веществ, г; m₂ - масса раствора, г, состоящая из массы растворенного вещества и массы растворителя: .

Масса раствора равна произведению плотности (d) на объем (V), т.е. , тогда выражение для процентной концентрации примет вид:

. (5.2)

В практике часто растворы заданной концентрации готовят не из исходных веществ, а разбавлением концентрированных растворов. В этом случае масса растворенного вещества является одной и той же как для концентрированного, так и для разбавленного. Из формулы (5.1) следует, что .

Масса концентрированного раствора (m₂) и приготовленного из него разбавленного раствора (m₂¢) обратно пропорциональны их концентрациям:

(5.3)

Пример. Вычислите, сколько миллилитров раствора 70%-ной серной кислоты нужно взять для того, чтобы приготовить 1 л раствора 20%-ной кислоты.

Решение. Находим (см. приложение) плотность растворов 70%-ной кислоты (d=1,617) и 20%-ной кислоты (d=1,143). В формуле (6.3) значение масс заменяем произведением , отсюда определим объем кислоты (мл).

2. молярная концентрация (С_М)- отношение количества вещества (в молях), содержащегося в системе (в растворе), к объему этой системы:

,

где С_М - молярная концентрация раствора, моль/л; n - количество молей растворенного вещества; V - объем раствора, л; М - молярная масса, г/моль; 1000 - пересчетный коэффициент, если объем измерен в миллилитрах. Раствор, содержащий 1М растворенного вещества называется одномолярным, 0,1М - децимолярным и т.д.

3. Моляльная концентрация (моляльность) (С_m) - отношение количества вещества в молях к массе растворителя.

, (5.7)

где С_m - моляльная концентрация раствора, моль/кг; m₁ - масса растворенного вещества, г; m₂ - масса растворителя, кг; М - молярная масса растворенного вещества, г/моль; 1000 - пересчетный коэффициент, если m₂ выражена в граммах.

4. Молярная концентрация эквивалента (нормальная или эквивалентная концентрация) (С_Н) - это отношение количества эквивалентов вещества(моль) к объему раствора (л):

, (5.8)

где С_Н - эквивалентная (нормальная) концентрация раствора, моль/л; m - масса растворенного вещества, г; m_Э - молярная масса эквивалента растворенного вещества, г/моль; V - объем раствора, л; 1000 - пересчетный коэффициент, если объем измерен в миллилитрах. Раствор, содержащий1 моль эквивалентов в одном литре, называют однонормальным и обозначают 1н, соответственно 0,1н - децинормальный, 0,01н - сантинормальный.

Методы определения концентрации растворов.

Концентрацию раствора определяют различными методами. Самый простой - по плотности, при этом получают процентное выражение концентрации. В тех случаях, когда требуется большая точность, концентрацию раствора определяют весовым или титриметрическим (объемным) методом анализа.

Объемным методом называется метод количественного анализа, основанный на измерении количества реагента, требующегося для завершения реакции с данным количеством определяемого вещества.

Определяемое вещество - это простое или сложное вещество, содержание которого определяют в данном образце анализируемого продукта и обозначают его буквой «А».

Реагент - это твердое, жидкое или газообразное вещество, вступающее в реакцию с определяемым веществом «а», количество его определяется титрованием. Реагент обозначают буквой «В».

Титрование - это объемный (титриметрический) метод, при котором к раствору исследуемого продукта медленно приливают раствор точно известной концентрации в количестве, соответствующем содержанию вещества «А».

Стандартный или титрованный раствор (титрант) - раствор реагента»В» точно известной концентрации, применяемый для титрования в методах титриметрического анализа г/мл.

Титр реагента (Т) - масса вещества, содержащегося в одном миллилитре раствора (или 1см³): . Единица измерения титра - г/мл; г/см³.

При расчете результатов титриметрического анализа руководствуются законом эквивалентов: химические элементы или их соединения вступают в химические реакции друг с другом в строго определенном количестве, соответствующем их химическим эквивалентам: , где С_Н(А), С_Н(В) - молярные концентрации эквивалентов растворов, г/моль; V(А), V(В) - объемы реагирующих растворов, мл.

Согласно правилу эквивалентности титрование надо продолжать до тех пор, пока количество прибавленного реагента «В» не станет эквивалентным содержанию определяемого вещества «а». Наступающий в процессе титрования момент, когда количество стандартного раствора реагента «в» (титранта) становится теоретически строго эквивалентным количеству определяемого вещества «А», реагирующего с прибавленным реагентом «в», в соответствии с определенным уравнением химической реакции, называют точкой эквивалентности. Ее устанавливают различными способами, например, по изменению цвета индикатора, прибавляемого в титруемый раствор. Момент, когда происходит наблюдаемое изменение цвета индикатора, называется конечной точкой титрования.

В настоящей работе для определения концентрации приготовленного раствора кислоты используют реакцию нейтрализации, в качестве индикатора - фенолфталеин, изменяющий свою окраску в зависимости от концентрации ионов гидроксида в растворе от бесцветной до малиновой.

Для определения концентрации раствора используют мерную посуду: мерные колбы, пипетки, бюретки.

Мерные колбы служат для приготовления растворов точной концентрации. Они представляют собой плоскодонные колбы с длинным и узким горлом, на котором нанесена тонкая черта. Эта черта и показывает границу, до которой наливают жидкость, чтобы она при определенной температуре заняла указанный объем. При работе колбу берут за верхнюю часть горла, избегая прикосновения руками к ее выпуклой части. Следует помнить, что от тепла, сообщаемого руками стенкам колбы, ее емкость изменяется и поэтому объем вмещаемой жидкости увеличивается. Перед заполнением колбу ставят на ровную поверхность.

Пипетки служат для точного отмеривания определенного объема жидкости. В верхней части пипетки есть черта, показывающая, до какого уровня нужно наполнить снизу пипетку, чтобы вылитая из нее жидкость имела объем, указанный на пипетке. Во время работы с пипеткой избегают прикосновения рукой к ее средней части, по тем же соображениям, что и при работе с мерной колбой. Пипетку берут за верхнюю часть большим и средним пальцами руки и глубоко погружают нижний конец в раствор. Придерживая левой рукой сосуд, из которого отбирают жидкость, втягивают жидкость грушей в пипетку так, чтобы уровень в ней поднялся выше метки. Затем быстро закрывают верхнее отверстие пипетки указательным пальцем. Избыток жидкости медленно сливают из пипетки в стакан, ослабив нажим указательного пальца. Когда нижняя часть мениска жидкости в пипетке коснется метки, отверстие пипетки плотно закрывают, усилив нажим пальца на него, и переносят содержимое пипетки в колбу для титрования. Во время сливания жидкости пипетку держат в вертикальном положении. По окончании сливания прикасаются нижним концом пипетки внутренней стенки сосуда, в который сливают раствор. Жидкость, оставшуюся в носике пипетки не выдувают, так как она учитывается при калибровке пипетки.

Бюретки предназначаются для измерения объема выливаемой из них жидкости. Это цилиндрические трубки, на которых нанесены деления, соответствующие миллилитрам и долям миллилитра. Бюретки наполняют титрованным раствором с помощью чистой и сухой воронки. Перед каждым новым титрованием их заполняют немного выше нулевого деления и медленным сливанием жидкости нижним мениском устанавливают на нулевую черту. Предварительно нужно заполнить раствором нижний оттянутый конец бюретки. В момент отсчета показаний бюретки глаз должен находиться на уровне мениска. При титровании жидкость выливают медленно, давая возможность ей стечь со стенок бюретки. Под конец титрования раствор добавляют по каплям. Титрование выполняют три раза. За окончательный результат принимают среднюю величину, вычисленную из трех определений.