Приготування процентних розчинів.

Процентним розчином називають розчин, що містить у своєму складі певний відсоток речовини за масою або обсягом. Наприклад, 50% розчин NaOH містить 50 г хімічно чистого NaOH в 100 г розчину (відсоток до маси) або 60% розчин спирту містить 60 мл безводного спирту на 100 мл розчину.

приклад. Необхідно приготувати 1 л 5% розчину НС1 при щільності 1,19.

По таблиці дізнаємося, що 5%-ний розчин НС1 має густину 1,024. Тоді 1 л її важитиме 1,024-1000 = 1024 р.

У цьому кількості має бути чистого хлористого водню:

Кислота із щільністю 1,19 містить 37,23% НС1. Вихідну речовину знаходимо за таблицею.

Щоб дізнатися, скільки потрібно взяти кислоти, складаємо пропорцію:

або кислоти із щільністю 1,19. Відміряючи 116 мл кислоти, доводимо її об'єм до 1 л.

Так само розраховуємо і сірчану кислоту.

Таблиця 33

Початкове

речовина

Щільність

Ваговий відсоток вихідної речовини

1,19 1,84 1,40

37,23

634,8 167,7 313,0

496,6 129,9 243,6

236,8 60,6 115,0

115,5 29,3 56,0

45,5 11,5 22,0

22,6 5,6 10,8

Для полегшення розрахунку таблиці 33 наведено кількість вихідних речовин для приготування відсоткових розчинів кислот.

Процентна концентрація розчину: формули розрахунку

Концентрація розчину - одна з найважливіших характеристик. Вона дозволяє визначити, скільки речовини розчинено у цьому обсязі рідини. Давайте розберемося, що є процентна концентрація, як її розрахувати і навіщо вона використовується.

Поняття процентної концентрації

У хімії ми часто використовуємо такі терміни, як «концентрований розчин», «розведений розчин» та «насичений розчин», але вони дають нам лише приблизне уявлення про те, чи багато чи мало речовини в розчині.Однак є кілька способів точно визначити, який його кількісний склад. Про один із них Ви прочитаєте у наступній статті.

Відсоткова концентрація показує, скільки грамів розчиненої речовини міститься у 100 г розчину. Іншими словами, це відношення маси розчиненої речовини до загальної маси розчину, виражене у відсотках.

Відсоткова концентрація позначається символом C% і розраховується за такою формулою:

де m(в-ва) - маса розчиненої речовини, г; m(р-ра) – маса розчину, р.

Перетворення формули процентної концентрації

Знаючи відсоткову концентрацію розчину C% та його масу, можна легко розрахувати масу розчиненої речовини:

Аналогічно, якщо відомі відсоткова концентрація та маса речовини, то масу всього розчину можна знайти за формулою:

Розглянемо приклади перетворення формули процентної концентрації.

Приклад 1. Скільки грамів цукру потрібно для приготування 300 г 10% розчину?

Рішення:

C% = 10%

m(р-ра) = 300 г

Використовуємо формулу:

m(в-ва) = C% * m(р-ра) / 100% = 10% * 300 г / 100% = 30 г

Відповідь: 30 г цукру.

Приклад 2. У скількох грамах води треба розчинити 10 г речовини, щоб отримати 50% розчин?

Рішення:

C% = 50%

m(в-ва) = 10 г

Використовуємо формулу:

m(р-ра) = m(в-ва) * 100/C% = 10 г * 100/50% = 20 г

Відповідь: 10 г речовини треба розчинити у 10 г води.

Відсоткова концентрація та щільність розчину

Щільність розчину - це фізична величина, що показує, яку масу має одиничний обсяг даної рідини.

Маса розчину визначається за формулою m (розчину) = m (маса розчиненої речовини)/w (масова частка розчиненої речовини). Або m = r (щільність розчину - г/см3) * V (об'єм розчину).

Наприклад розрахуємо характеристики 20 мл розчину, щільність якого дорівнює 1,201 г/мл:

Таким чином, знаючи щільність, можна більш точно розрахувати відсоткову концентрацію розчину та параметри для його приготування.

Розрахунок параметрів розчину за відомою густиною

Знаючи густину розчину, можна розрахувати масу розчиненої в ньому речовини.

Скільки грамів солі міститься в 10 мл розчину з концентрацією 15%, якщо густина цього розчину дорівнює 1,035 г/мл?

Рішення:

Об'єм розчину V = 10 мл

Щільність розчину = 1,035 г/мл

Концентрація розчину C% = 15%

Визначаємо масу розчину:

m(р-ра) = V * ρ = 10 мл * 1,035 г/мл = 10,35 г

Визначаємо масу розчиненої речовини (солі):

m(в-ва) = C% * m(р-ра) / 100% = 15% * 10,35 г / 100% = 1,55 г

Відповідь: маса солі в розчині – 1,55 г.

Врахування температурної залежності щільності

Щільність більшості розчинів залежить від температури. Чим вища температура, тим менша щільність.

Тому для точних розрахунків концентрації потрібно знати щільність розчину за даної температури або вводити поправку на зміну температури.

Приготування розчину із заданою концентрацією

Для приготування розчину певної концентрації у лабораторії або виробництві використовується наступний алгоритм:

1. Обчислити необхідну масу сухої речовини для розчинення;
2. Відважити на точних терезах розраховану масу речовини;
3. Визначити потрібний об'єм розчинника (води чи іншої рідини);
4. Приготувати розчин повністю розчинивши суху речовину;
5. Визначте відсоткову концентрацію розчину для перевірки результату.

Розглянемо кожен крок докладніше.

Контроль отриманої концентрації розчину

Після виготовлення розчину важливо перевірити, чи відповідає його фактична концентрація розрахункової.

Для цього можна використовувати ареометр або хімічний аналіз речовини в пробі розчину.

Наприклад, щоб визначити концентрацію цукру в розчині, вимірюють його густину за допомогою сахариметра.

Розрахунок маси сухої речовини

Щоб розрахувати, скільки сухої речовини потрібно для приготування розчину заданої концентрації, використовують таку формулу:

де m(в-ва) - необхідна маса сухої речовини, г; С% - необхідна відсоткова концентрація розчину, %; m(p-pa) - задана загальна маса розчину, що готується, г.

Допустимо, треба приготувати 300 г 20%-ного розчину цукру. Розрахуємо масу сухого цукру:

m(в-ва) = С% * m(p-pa) / 100% = 20% * 300 г / 100% = 60 г

Отже, нам знадобиться 60 г цукру.

Вибір відповідного розчинника

Як розчинник найчастіше використовують воду, проте можливе застосування й інших рідин - спирту, гліцерину, оцтової кислоти та ін.

Розчинник вибирають виходячи з:

• розчинності речовини
• призначення розчину
• допустимої токсичності
• доступності та вартості розчинника

Розрахунок об'єму розчинника

Необхідний об'єм розчинника можна обчислити, знаючи масу сухої речовини та щільність рідини.

Наприклад, щоб розчинити 10 г солі, густина води 1 г/мл, необхідний об'єм води складе:

V = m(в-ва) / ρ = 10 г / 1 г/мл = 10 мл

Підвищення точності приготування розчинів

Для підвищення точності приготування розчину рекомендується:

• Використовувати ваги з високою роздільною здатністю
• Ретельно промити лабораторний посуд
• Розчиняти речовини при перемішуванні
• Дати розчину відстоятись перед вимірюванням

Контроль температурного режиму

При приготуванні розчину важливо підтримувати постійну температуру, оскільки від неї залежить розчинність речовини та щільність розчину.

Рекомендується проводити процес розчинення за кімнатної температури 20-25°С. Якщо встановлено іншу температуру, слід використовувати термостат або водяну баню.

Врахування втрат при розчиненні

На практиці при розчиненні частина речовини може залишатися нерозчиненою або витрачатися на миття посуду.

Для компенсації цих втрат закладають на 5-10% більше речовини під час зважування.

Аналіз готового розчину

Після приготування розчину для перевірки фактичної концентрації використовуються такі методи:

1. Вимірювання щільності ареометром
2. Титрування
3. Фотометричний аналіз
4. Атомно-абсорбційний аналіз

Вибір методу залежить від типу речовини, необхідної точності та наявності обладнання у лабораторії.

Корекція концентрації

Якщо виміри показали відхилення фактичної концентрації від заданої, проводять коригування:

• При низькій концентрації - додають речовину
• При високій - розбавляють розчинником

Потім знову аналізують розчин.