1.3. Контрольные вопросы и задачи

1. Что такое раствор? Какие свойства воды делают ее универсальным растворителем?

2. Какими энергетическими эффектами сопровождается процесс растворения веществ?

3. Что называется парциальным давлением газа? Дайте формулировку закона парциальных давлений Дальтона.

4. Объясните характер изменения растворимости газов в жидкостях при изменении парциального давления газов и температуры системы. Приведите примеры. Что такое кессонная болезнь (для ответа см. приложение 2 и 3).

5. Дайте определение, укажите размерность и обозначение каждого из следующих типов концентраций: молярная концентрация, эквивалентная молярная концентрация (нормальность), моляльность (мольно-массовая концентрация).

6. В чем заключается сущность процесса титрования? Что такое точка эквивалентности?

7. Для чего при титровании применяются индикаторы? Какие индикаторы вы знаете?

8. Рассчитайте молярную массу эквивалента для серной кислоты, фосфорной кислоты, гидроксида калия, сульфата алюминия, карбоната натрия, хлорида меди (II), сульфата меди (II).

9. Какой массы медный купорос надо добавить к раствору объемом 0,5 л, в котором массовая доля 4% (ρ=1,040 г/мл), для того, чтобы увеличить ее до 16%?

10. Какая масса кристаллогидрата потребуется для приготовления раствора массой 1750 г, если его моляльность должна быть равна 0,2 моль/кг?

11. Определить молярную концентрацию эквивалента и титр раствора пероксида водорода, если на титрование 5,0 мл этого раствора израсходовалась 6.5 мл 0,0208 М раствора КMnO₄.

2. Экспериментальная часть

Лабораторная работа. Кислотно-основное титрование (нейтрализация)

Краткое теоретическое обоснование

Суть, методы и индикаторы метода кислотно-основного титрования

Суть. В основе метода кислотно-основного титрования положена реакция взаимодействия ионов водорода или гидроксонияс гидроксид- ионами, сопровождающаяся образованием слабодиссоциированных молекул воды (растворителя).

(или упрощенно).

Согласно протолитической теории кислот и оснований, эту реакцию в общем виде можно представить следующим уравнением:

, в котором и- соответственно основание и кислота, сопряженные исходным.

Этим методом проводят определение кислот, оснований, гидролизующихся солей, азота, серы в органических соединениях. В качестве титрантов обычно используют сильные кислоты и основания, так как реакции с их участием протекают более полно, чем с участием их слабых аналогов.

Прямое титрование в водных растворах возможно в случае определения сильных кислот, щелочей и тех слабых электролитов, константы, ионизации которых не слишком малы:или. Прямое титрование гидролизующихся солей возможно, если они образованы достаточно слабыми кислотами или основаниями:или.

На кривых титрования многоосновных кислот и оснований может быть несколько скачков (точек эквивалентности). Титрование таких электролитов по стадиям возможно, если отношение констант ионизации .

Методы. В зависимости от титранта различают методы ацидиметрического (acidum — кислота - определение оснований) и алкалиметрического (alcalis -щелочь – определение кислот) титрования.

В качестве рабочих растворов используют чаще всего растворы кислот хлороводородной и серной, растворы гидроксидов натрия и калия. Поскольку эти кислоты и- гидроксиды не могут быть использованы как исходные вещества для приготовления титрованных растворов, то сначала готовят растворы примерной концентрации, а точный титр и молярную концентрацию эквивалента их устанавливают по исходным веществам, Чаще всего применяют 0,1—0,05 М растворы.

В качестве первичного стандарта для определения концентрации кислот используют тетраборат натрия или карбонат натрия безводный, а для определения концентрации растворов щелочей — щавелевую или янтарнуюкислоту. Все эти вещества весьма удобны для работы и дают хорошие результаты при титровании.

Индикаторы. Конечную точку титрования устанавливают с помощью кислотно-основных индикаторов. Кислотно-основные индикаторы - это органические красители, обладающие свойствами слабых кислот или оснований, причем их кислотные и основные формы различаются по окраске.

Для определения конечной точки титрования подбирают такой индикатор, у которого величина рТ (показатель титрования) совпадает со значением рН титруемого раствора в точке эквивалентности или находится внутри интервала резкого изменения рН, рассчитанного с допустимой погрешностью титрования.

Оборудование: пипетки Мора и градуированные вместимостью 5 или 10 мл, резиновые груши, бюретки вместимостью 25 мл на штативе; воронки; мерные колбы на 100 мл, конические колбы вместимостью 250 мл, мензурки, цилиндры, электрическая плитка.

Реактивы: раствор первичного стандарта – 0,1 моль/л дигидрат щавелевой кислоты, раствор титранта – гидроксид натрия (приблизительная концентрация 0,1 моль/л), соляная кислота с ρ=1,04 г/мл; индикаторы – растворы фенолфталеина и метилоранжа; дистиллированная вода.

Опыт №1. Установление точной концентрации рабочего раствора NaOH

Цель работы. Научиться стандартизировать титранты по первичному стандарту с применением прямого титрования, а именно: получить навыки работы пипетками Мора, бюретками и выполнения титрования; научиться выбирать индикаторы для конкретных случаев кислотно-основного титрования; научиться выполнять расчеты по результатам титрования.

Принцип метода. В основе метода лежит кислотно-основное титрование и закон эквивалентов: все вещества реагируют друг с другом в строгих весовых соотношениях, пропорциональных их молярным массам эквивалентов:

Стандартизацию растворов щелочи проводят по дигидрату щавелевой кислоты ; титруют в присутствии фенолфталеина, т.к. среда в точке эквивалентности слабощелочная:. Фактор эквивалентности щавелевой кислоты равен, эквивалентом является половина молекулы щавелевой кислоты, молярная масса эквивалента равна половине молярной массы щавелевой кислоты. Для гидроксида натрия фактор эквивалентности равен 1.

Ход работы:

1. Бюретку промойте рабочим раствором NaOHи доведите уровень раствора в ней до «0» (правила мениска).

2. 5 мл раствора дигидрат щавелевой кислоты с 0,1 моль/л переносите в коническую колбу для титрования, прибавьте 2-3 капли индикатора фенолфталеина и нагревайте на электрической плитке до кипения (до 50-60^оС).

3. Горячий раствор титруйте рабочим раствором NaOH, прибавляя его из бюретки по каплям до появления неисчезающей в течение 30 с бледно-розовой окраски раствора. В точке эквивалента определите по шкале объем раствора – .

4. Титрование повторите до тех пор, пока не будут получены 3 сходящихся (т.е. отличающихся друг от друга не более чем на 0,1 мл) результата. По окончании титрования бюретку закрывайте пробкой, чтобы раствор щелочи не поглощал углекислый газ из воздуха.

5. Из 3 сходящихся результатов титрования рассчитывайте точную молярную концентрацию эквивалента раствора по формуле:.

6. Все вышеуказанные данные и результаты расчетов занесите в таблицу №2.1.

Таблица 2.1