Практическая работа 3, страница 416 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Химический практикум. Практическая работа 3. Определение концентрации кислоты титрованием - страница 416.

Условие.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОТЫ ТИТРОВАНИЕМ

Если измерить объём раствора вещества с известной концентрацией (стандартного раствора, или титранта), пошедшего на взаимодействие с заданным объёмом раствора другого вещества, нетрудно рассчитать концентрацию последнего. Такой приём в аналитической химии называется титрованием.

В данной работе методом кислотно-основного титрования требуется определить концентрацию кислоты.

1. Промойте бюретку небольшим количеством стандартного раствора щёлочи. Слейте раствор из бюретки через носик, снабжённый краном или зажимом. С помощи воронки заполните бюретку раствором титранта выше нулевой метки. Удалите из носика бюретки воздух, для чего резко нажмите на зажим или кратковременно полностью откройте кран. Доведите объём раствора до нулевой метки, осторожно, по каплям, выпустив избыток раствора через носик.

2. Проведите предварительное титрование выданной учителем кислоты неизвестной концентрации. Для этого в чистую коническую колбу пипеткой налейте 10 мл кислоты и добавьте 3 капли фенолфталеина. Под бюретку положите лист белой бумаги для того, чтобы видеть изменение цвета раствора. Из бюретки порциями по 0,5 мл добавляйте в колбу раствор и каждый раз перемешивайте его, вращая колбу. После добавления очередной порции титранта раствор становится розовым. Отметьте объём щёлочи, потраченной на предварительное титрование.

3. Проведите основное титрование. Для этого в вымытую колбу пипеткой внесите 10 мл раствора кислоты и 3 капли фенолфталеина. Из бюретки порциями по 0,5 мл добавляйте раствор щёлочи до объёма, на 1 мл меньше потраченного на предварительное титрование. Затем добавляйте титрант по каплям и после каждой капли перемешивайте содержимое. Титрование закончите, когда раствор приобретёт бледно-розовый цвет, не исчезающий после перемешивания. Объём титранта, использованного на титрование, измерьте с точностью 0,1 мл.

4. Повторите титрование ещё дважды. Вычислите среднее арифметическое трёх объёмов, полученных в титриметрических опытах, рассчитайте нормальную концентрацию кислоты по формуле

$V(\text{к-ты}) \cdot N(\text{к-ты}) = V(\text{щёлочи}) \cdot N(\text{щёлочи})$

Вычислите молярную концентрацию полученной кислоты.

Решение.

Решение 2.

В данном задании описана методика проведения практической работы по определению концентрации кислоты методом кислотно-основного титрования. Для демонстрации решения задачи, описанной в пунктах 4, приведем пример с гипотетическими данными, которые могли бы быть получены в ходе эксперимента.

Дано:

• Объем раствора кислоты, взятый для титрования: $V(\text{к-ты}) = 10$ мл.
• Нормальная концентрация стандартного раствора щёлочи (титранта): $N(\text{щёлочи}) = 0,1$ Н (или 0,1 моль-экв/л).
• Объемы раствора щёлочи, пошедшие на титрование в трех параллельных опытах:
• $V_1(\text{щёлочи}) = 9,8$ мл
• $V_2(\text{щёлочи}) = 9,9$ мл
• $V_3(\text{щёлочи}) = 9,8$ мл

Перевод в систему СИ:

• $V(\text{к-ты}) = 10 \text{ мл} = 0,01 \text{ л}$
• $V_1(\text{щёлочи}) = 9,8 \text{ мл} = 0,0098 \text{ л}$
• $V_2(\text{щёлочи}) = 9,9 \text{ мл} = 0,0099 \text{ л}$
• $V_3(\text{щёлочи}) = 9,8 \text{ мл} = 0,0098 \text{ л}$

Найти:

• $N(\text{к-ты})$ - нормальную концентрацию кислоты.
• $C_м(\text{к-ты})$ - молярную концентрацию кислоты.

Решение:

4. Повторите титрование ещё дважды. Вычислите среднее арифметическое трёх объёмов, полученных в титриметрических опытах, рассчитайте нормальную концентрацию кислоты по формуле

Сначала вычислим средний объем щёлочи, пошедший на титрование:

$V_{\text{ср}}(\text{щёлочи}) = \frac{V_1(\text{щёлочи}) + V_2(\text{щёлочи}) + V_3(\text{щёлочи})}{3}$

$V_{\text{ср}}(\text{щёлочи}) = \frac{9,8 + 9,9 + 9,8}{3} = \frac{29,5}{3} \approx 9,83$ мл.

Теперь, используя закон эквивалентов для реакции нейтрализации, рассчитаем нормальную концентрацию кислоты. Формула, приведенная в задании:

$V(\text{к-ты}) \cdot N(\text{к-ты}) = V(\text{щёлочи}) \cdot N(\text{щёлочи})$

Выразим из этой формулы искомую нормальную концентрацию кислоты $N(\text{к-ты})$:

$N(\text{к-ты}) = \frac{V_{\text{ср}}(\text{щёлочи}) \cdot N(\text{щёлочи})}{V(\text{к-ты})}$

Подставим наши данные (объемы можно подставлять в миллилитрах, так как они находятся в отношении и единицы измерения сократятся):

$N(\text{к-ты}) = \frac{9,83 \text{ мл} \cdot 0,1 \text{ Н}}{10 \text{ мл}} = 0,0983$ Н.

Ответ: Нормальная концентрация кислоты составляет $0,0983$ Н.

Вычислите молярную концентрацию полученной кислоты

Молярная концентрация ($C_м$) связана с нормальной концентрацией ($\text{N}$) через фактор эквивалентности ($f_{\text{экв}}$) или основность кислоты ($\text{z}$):

$N = C_м \cdot z$

где $\text{z}$ — число протонов ($H^+$), которое одна молекула кислоты отдает в реакции нейтрализации.

Для решения необходимо знать, какая кислота титруется. Предположим, что в работе используется одноосновная кислота (например, соляная $HCl$ или азотная $HNO_3$). Для таких кислот $z=1$.

В этом случае:

$C_м(\text{к-ты}) = \frac{N(\text{к-ты})}{z} = \frac{0,0983}{1} = 0,0983$ М.

Если бы использовалась, например, двухосновная серная кислота ($H_2SO_4$), которая реагирует с щёлочью полностью, то её основность $z=2$, и молярная концентрация была бы:

$C_м(H_2SO_4) = \frac{N(H_2SO_4)}{2} = \frac{0,0983}{2} = 0,04915$ М.

Так как тип кислоты не указан, примем наиболее частый случай для учебных работ — одноосновную кислоту.

Ответ: Молярная концентрация кислоты (в предположении, что кислота одноосновная) составляет $0,0983$ М.