4537

где См - молярная концентрация раствора, моль/л; R - универсальная газовая постоянная, равная 0,082 л∙атм/моль∙К; T - температура, К; Росм – осмотическое давление раствора, атм.

Осмос играет важнейшую роль в процессах жизнедеятельности жи- вотных и растений, поскольку клеточная плазматическая мембрана явля- ется полупроницаемой. Вода выходит из неё путём осмоса через плазма- тическую мембрану, если клетка находится в контакте с гипертоническим раствором. Протопласт (живое содержимое клетки) при этом уменьшается в объёме, сморщивается и в конце концов отстаёт от клеточной стенки. Этот процесс называют плазмолизом. Процесс плазмолиза обычно обра- тим. Если клетку поместить в чистую воду или гипотонический раствор, вода путём осмоса поступает в клетку. Протопласт при этом увеличивает- ся в объёме и оказывает давление на сравнительно жёсткую клеточную стенку. Этот процесс называется тургором. Тургорное давление препят- ствует дальнейшему поступлению воды в клетку. Именно тургорное дав- ление поддерживает стебли растений в вертикальном положении, придаёт растениям прочность и устойчивость. Изотонические растворы не оказы- вают влияния на водный режим клетки. Осмос обусловливает поднятие воды по стеблю растений, рост клетки и многие другие явления.

Растворы с одинаковым осмотическим давлением (греч. tónos - напряжение) - изотонические растворы. Если два раствора имеют различ- ное осмотическое давление, то раствор с большим осмотическим давлени- ем является гипертоническим по отношению ко второму, а второй – гипо- тоническим по отношению к первому.

У животных клеток нет клеточной стенки, поэтому они более чув- ствительны к осмотическому давлению жидкости, в которой находятся. Животные клетки имеют систему защиты, основанную на осморегуляции; организм животного стремится поддерживать осмотическое давление всех тканевых жидкостей на постоянном уровне. Например, осмотическое дав- ление крови человека – 800 000 Н/м2. Такое же осмотическое давление имеет 0,9 %-ный раствор хлорида натрия. Физиологический раствор, изо- тоничный крови, широко применяется в медицине.

Определение молярных масс неэлектролитов по свойствам их растворов По величинам ∆tкип, ∆tзам, Росм можно определять молярные массы веществ (т.к. в формулы входят величины концентраций). Из уравнений (6

- 11) получаем:

DT кип = Е × CM = Е ×	M р.в.	×1000	М =	Е × M р.в. ×1000	г / моль	(12)
	М × M р−ля			DT кип × M р−ля

13

DT зам = К × CM = К ×

M р.в.

×1000

М =

К × M р.в. ×1000

г / моль

(13)

М × M р−ля

DT зам × M р−ля

Pосм = СМ × R ×T =

M р.в.

× RT

М =

M

р.в. × R ×T

г / моль

(14),

М

р.в

×V

P

×V

осм

где mр.в. - массы растворенного вещества, г; mр-ля - массы растворите- ля, г;

M - молярная масса растворенного вещества, г/моль; V- объем раствора, л. Следует, однако, отметить, что приведенные выше формулы верны

для разбавленных растворов неэлектролитов.

ТИТРОВАНИЕ

Титриметрический анализ (титрование) — метод количественно- го/массового анализа, который часто используется в аналитической хи- мии, основанный на измерении объёма раствора реактива точно известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом.

В объёмном анализе концентрацию определяемого компонента (Х) в растворе рассчитывают по объёму раствора реактива (R) с точно извест- ной концентрацией, пошедшему на взаимодействие с измеренным объё- мом раствора определяемого компонента.

Для этого к раствору определяемого компонента постепенно не- большими порциями добавляют раствор реактива. Этот процесс называют титрованием.

Раствор реактива с точно известной концентрацией называют тит- рантом или рабочим раствором. Титрование производят с помощью бю- ретки, заполненной титрантом до нулевой отметки.

Титровать, начиная от других отметок, не рекомендуется, так как шкала бюретки может быть неравномерной. Заполнение бюреток рабочим раствором производят через воронку или с помощью специальных при- способлений, если бюретка полуавтоматическая. После добавления каж- дой порции титранта в растворе устанавливается равновесие реакции тит- рования:

Хр-р + Rр-р = Р, где Р – продукты реакции.

Реакция, используемая при титровании, должна отвечать следую- щим требованиям:

1)быть строго стехиометричной и воспроизводимой;

2)протекать быстро;

3)протекать количественно, т.е. константа равновесия реакции должна быть достаточно высокой;

4)должен существовать способ фиксации точки эквивалентности.

14

Точкой эквивалентности в процессе титрования называют такой мо- мент, когда определяемый компонент и реагент прореагируют равным числом эквивалентов (стехиометрично):

	M X		MR
		=		(закон эквивалентов)
	ЭХ		ЭR

В объёмном анализе закон эквивалентов удобнее записать в другой форме:

H X ×VX = H R ×VR или H X ×VX = H T ×VT ,

где Vx - объём исследуемого раствора, взятый на анализ, мл; VR или VТ

– объём раствора реактива с точно известной концентрацией (титранта); Нх – нормальность исследуемого раствора, экв/л; НR или НТ – нормаль-

	ность титранта, экв/л. Тогда	H X	=	VT × H T
				VX

На основе этой формулы можно выразить концентрацию определяе- мого компонента в других единицах:

Х,г / л =	VT × H T	× ЭX	Х, мг / л =	VT × H T × ЭX ×1000	,
	VX			V X

где Эх – эквивалентная масса определяемого вещества (в терминологии ЮПАК - молярная масса эквивалента).

Конец титрования устанавливают по изменению окраски индикато- ра. Индикаторы – вещества, которые изменяют свою окраску или какое – либо другое свойство (например, агрегатное состояние, цвет или интен- сивность флуоресценции) в точке эквивалентности или вблизи неё. Инди- каторы добавляют перед началом титрования в титруемый (анализируе- мый) раствор.

Экспериментально титрование прекращают, когда индикатор изме- нит свою окраску или другое свойство. Этот момент называют конечной точкой титрования (КТТ). Чаще всего она не совпадает с теоретически рассчитанной точкой эквивалентности. Индикатор выбирают так, чтобы точка конца титрования была близка к теоретически рассчитанной точке эквивалентности.

Лабораторная работа №1. Приготовление раствора соды заданной концентрации

Цель работы: из 1%-ного раствора соды приготовить 200 мл раствора с заданной концентрацией Na2CO3.

Выполнение работы:

1.Работа выполняется в микрогруппах по 3-4 человека.

Каждая группа готовит 200 мл раствора Na2CO3 определенной кон- центрации:

15

Группа №1 Сн(Na2CO3) = 0,01 экв/л

Группа №2 Сн(Na2CO3) = 0,015 экв/л

Группа №3 Сн(Na2CO3) = 0,02 экв/л

Группа №4 Сн(Na2CO3) = 0,025экв/л

2.Раствор заданной концентрации будет приготовлен из 1%-ного вод- ного раствора Na2CO3.

Необходимо рассчитать объем 1%-ного расвора Na2CO3, который потребуется для приготовления 200 мл раствора нужной концентра- ции:

а) рассчитайте массу растворенной соды (Na2CO3), содержащейся в 200 мл раствора с заданной вам концентрацией Сн.

M(NA2CO3) = Сн∙ V(р-ра) ∙ Э(NA2CO3)

(V берем в литрах!);

б) рассчитайте массу 1%-ного раствора соды, в котором содержится нужная масса Na2CO3;

в) рассчитайте объем 1%- раствора, считая плотность этого раствора равной плотности воды 1 г/см3 .

3.Рассчитанный объем 1%-ного раствора соды отберите мерным ци- линдром на 25, 50 или 100 мл (точность 0,5 мл).

4.Раствор из цилиндра количественно (без потерь) перелейте в мер- ную колбу на 200 мл, доведите объем раствора в мерной колбе до метки, закройте пробкой и тщательно перемешайте.

5.Установите точную концентрацию приготовленного раствора тит- рованием его аликвотного объема раствором кислоты точно извест- ной концентрации (такой раствор называют рабочим раствором или титрантом).

Метод титрования в данной работе основан на проведении химиче- ской реакции между водными растворами соды и серной кислоты в присутствии индикатора - метилоранжа.

Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + CO2 + H2O

В анализируемом растворе Na2CO3 среда щелочная (метилоранж окрашен в желтый цвет). После окончания реакции с серной кисло- той среда в растворе становится нейтральной (метилоранж окрашен в оранжевый цвет).

Для этого:

16

а) залейте рабочий раствор кислоты в бюретку, установите уровень рас- твора в бюретке на нулевое деление;

б) в коническую колбу отберите мерной пипеткой на 20 или 25 мл приго- товленного раствора соды, добавьте в него 2-3 капли индикатора метило- ранжа, перемешайте и оттитруйте раствором кислоты до изменения окрас- ки индикатора от желтой до оранжевой;

в) измерьте по бюретке объем раствора кислоты, пошедший на титрование (Vтитранта). Проведите минимум три параллельных титрования. Результаты запишите:

V1 =

V2 =

V3 =

Vср =

Рис.3. Отбор пробы мерной пипеткой

17

Рис.4. Установка для проведения титрования

6.Расчет эквивалентной концентрации титруемого раствора ведется на основании закона эквивалентов.

Закон эквивалентов: Вещества реагируют друг с другом и образуются в химических реакциях равным числом эквивалентов.

Точка, в которой индикатор сменил окраску при титровании, называется точкой эквивалентности. В этот момент вещества полностью прореагиро- вали друг с другом.

n(Na2CO3) = n(H2SO4)

Сн(Na2CO3)∙V(Na2CO3)= Cн(H2SO4)∙V(H2SO4)

Расчет эквивалентной концентрации Na2CO3 ведется по формуле:

Сн(Na2CO3)= ,

где:

V(Na2CO3)– объем раствора соды, взятый на анализ, мл (объем мерной пи- петки)

V(H2SO4)– объем раствора кислоты, пошедший на титрование, мл (среднее арифметическое трех объемов, пощедших на титрование)

Cн(H2SO4) – нормальность раствора кислоты, экв/л;. Сн(Na2CO3) – нормальность раствора соды, экв/л;

18

7.Полученную эквивалентную концентрацию переведите в молярную концентрацию (молярность) и процентную концентрацию раствора соды.

8.Проверьте результаты у преподавателя.

Выводы: Из 1% раствора соды приготовлен раствор с концентрацией …….экв/л. Установленная экспериментально концентрация раствора

………экв/л, молярная концентрация ………..моль/л, процентная

…………%.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача 1. В 100 г воды растворили 50 г поваренной соли (NaCl). Опреде- лить массовую долю соли в растворе.

Дано: m(воды)= 100 г m(NaCl) = 50 г Найти: ω (NaCl)

Решение:

m (раствора) = m(воды) + m(NaCl) = 100 г + 50 г = 150 г

ω(NaCl) = = = = 0,33

Ответ: 0,33 или 33%.

Задача 2. В 200 мл водного раствора содержится 20 г растворенного гид- роксида натрия. Определить молярную концентрацию этого раствора.

Дано:

V(р-ра)= 200 мл = 0,2 л m (NaOH) = 20 г

Найти: СМ

Решение:

СМ = = = 2,5 моль/л = 2,5 М

Ответ: СМ(NaOH) = 2,5 М

Задача 3. В 500 мл водного раствора сульфата натрия (Na2SO4) содержит- ся 10 г растворенной соли Na2SO4. Определить эквивалентную концентра- цию этого раствора.

19

Дано:

V(р-ра) = 500 мл = 0,5 л m(Na2SO4)= 10 г

Найти: СН(Na2SO4)

Решение:

Na2SO4 – соль. Э(Na2SO4) =

=

= 71 г/экв

СН(Na2SO4) = = = 0,28 экв/л

Ответ: СН(Na2SO4) = 0,28 Н.

Для решения задач важно помнить взаимосвязь массы, объема и плотности.

M=Vρ,

где V – объем, ρ - плотность.

Задача 4. Рассчитайте массовую долю, молярную и эквивалентную кон- центрацию фосфорной кислоты в водном растворе, полученном растворе- нием 20 г H3PO4 в 100 мл воды, если плотность получившегося раствора

1,12 г/ см3.

Дано: m(H3PO4) = 20 г V(H2O)= 100 мл

ρ(р-ра)= 1,12 г/см3

Найти: ω(H3PO4); См(H3PO4); Сн(H3PO4)

Решение:

Находим массу воды, зная, что плотность воды 1 г/см3 или 1 г/мл. m(Н2О)=Vρ = 100 мл∙ 1 г/мл = 100 г

Находим массу водного раствора H3PO4 m(р-ра) = 100 г + 20 г = 120 г

Находим ω(H3PO4)

ω= = = 0,167 или 16,7%

Находим объем раствора H3PO4

V(р-ра)= = = 107,14 мл = 0,107 л

Находим См(H3PO4)

20

См= = = 1,91 моль/л или 1,91 М

Находим эквивалентную массу H3PO4

Э(H3PO4) = = = 32,67 г/экв Находим Сн(H3PO4)

Сн(H3PO4)= = = 5,72 г/экв = 5,72 Н

Ответ: ω(H3PO4) = 16,7%; См(H3PO4)= 1,91 М; Сн(H3PO4)= 5,72 Н

Задача 5. Определите массу воды, которую следует добавить к 200 г 15%- ного водного раствора поваренной соли, чтобы массовая доля соли стала равной 10%.

Дано: m1(р-ра)= 200 г ω1(NaCl)= 15% ω2(NaCl)= 10% Найти: m(H2O)

Решение:

m1(NaCl) = 200∙0,15= 30 (г)

Пусть масса добавленной воды х г, тогда масса получившегося раствора

200+х г.

ω2(NaCl)=

0,1=

х = 100

Ответ: 100 г воды.

21

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. В таблице приведены теплоты растворения хлорида бария и его кри- сталлогидратов в воде при 180С.

Вещество	BaCl2	BaCl2	H2O	BaCl2	2H2O
Н, кДж/моль	-8,66		·		·
		-6,49		+18,49

Объясните наблюдаемую закономерность в значениях теплот растворения хлоридов бария.

2.Рассчитайте массу сульфита натрия для приготовления 5 л 8% (по мас- се) раствора (плотность равна 1,075 г/ см3).

3.К 500 мл 32% (по массе) раствора азотной кислоты (плотность 1,2 г/ см3) прибавили 1 л воды. Чему равна массовая доля азотной кислоты в по- лученном растворе?

4.Найдите массовую долю азотной кислоты в растворе, в 1 литре которого содержится 224 г азотной кислоты (плотность 1,12 г/ см3).

5.В 1 кг воды растворено 666 г КОН. Плотность приготовленного раство- ра равна 1,395 г/ см3. Рассчитайте: а) массовую долю, б) молярность, в) мольные доли щелочи и воды.

6.Выразите в процентах концентрацию раствора, содержащего в 200г во- ды 50г сахара.

7.Какую массу Са(ОН)2 надо взять для приготовления 5л 0,01Н раствора гидроксида кальция?

8.Рассчитайте массу Na2CO3·10H2O, необходимую для приготовления 2кг 5% - ного раствора в пересчёте на безводную соль.

9.Рассчитайте массу хлорида калия, полученного при выпаривании 200мл 0,3Н раствора его.

10.В литре воды растворили 11,2л хлористого водорода при нормальных условиях. Найдите нормальность и молярность раствора.

11.Рассчитайте массу соды для приготовления 500 мл 0,25Н раствора.

12.Рассчитайте массу карбоната кальция, которая выпадает в осадок, если к 400 мл 0,5Н раствора хлорида кальция прибавить избыток раствора со- ды.

13.Рассчитайте объём 38% - ного раствора хлористоводородной кислоты (плотность 1,19 г/ см3) для приготовления 1 л 2Н раствора.

14.Смешаны равные объемы 1М раствора сульфата натрия, 0,5М раствора хлорида магния и 0,3М раствора нитрата калия. Рассчитайте молярную и эквивалентную концентрации каждого вещества в полученном растворе.

22