2.5: Підготовка розчинів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 24994

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Приготування розчину відомої концентрації - мабуть, найпоширеніша діяльність в будь-якій аналітичній лабораторії. Метод вимірювання розчиненої речовини та розчинника залежить від бажаної концентрації та того, наскільки точна концентрація розчину повинна бути відома. Піпетці та об'ємні колби використовуються, коли нам потрібно знати точну концентрацію розчину; градуйовані циліндри, мензурки та/або пляшки з реагентами достатньо, коли концентрації повинні бути лише приблизними. Два способи приготування розчинів описані в цьому розділі.

Підготовка фондових рішень

Заводський розчин готують шляхом зважування відповідної порції чистого твердого речовини або шляхом вимірювання відповідного обсягу чистої рідини, поміщаючи її у відповідну колбу і розбавляючи до відомого обсягу. Точно, як одна міра є реагентом, залежить від бажаної одиниці концентрації. Наприклад, для приготування розчину з відомою молярністю ви зважуєте відповідну масу реагенту, розчиняєте його в порції розчинника, і доводите до потрібного обсягу. Щоб приготувати розчин, де концентрація розчиненої речовини становить об'ємний відсоток, ви відміряєте відповідний обсяг розчиненої речовини та додаєте достатню кількість розчинника для отримання бажаного загального обсягу.

Приклад Template:index

Опишіть спосіб приготування наступних трьох розчинів: (а) 500 мл приблизно 0,20 М NaOH з використанням твердого NaOH; (б) 1 л 150,0 ppm Cu ² ⁺ з використанням металу Cu; і (в) 2 л 4% v/v оцтової кислоти з використанням концентрованої льодовикової оцтової кислоти (99,8% ж/б оцтової кислоти).

Рішення

(а) Оскільки бажана концентрація відома двома значними цифрами, нам не потрібно точно вимірювати масу NaOH або обсяг розчину. Бажана маса NaOH дорівнює

\[\frac {0.20 \text{ mol NaOH}} {\text{L}} \times \frac {40.0 \text{ g NaOH}} {\text{mol NaOH}} \times 0.50 \text{ L} = 4.0 \text{ g NaOH} \nonumber\]

Для приготування розчину покладіть 4,0 г NaOH, вагою до найближчої десятої частини грама, в пляшку або склянку і додайте приблизно 500 мл води.

(б) Оскільки бажана концентрація Cu ² ⁺ дається чотирьом значущим цифрам, ми повинні точно виміряти масу металу Cu і кінцевий обсяг розчину. Бажана маса металу Cu

\[\frac {150.0 \text{ mg Cu}} {\text{L}} \times 1.000 \text{ M } \times \frac {1 \text{ g}} {1000 \text{ mg}} = 0.1500 \text{ g Cu} \nonumber\]

Для приготування розчину відміряйте рівно 0,1500 г Cu в невелику склянку і розчиніть його, використовуючи невелику порцію концентрованого HNO ₃. Для забезпечення повного перенесення Cu ² ⁺ з склянки в об'ємну колбу - що ми називаємо кількісним перенесенням - промийте склянку кілька разів невеликими порціями води, додаючи кожне полоскання в об'ємну колбу. Нарешті, додайте додаткову воду до калібрувальної позначки об'ємної колби.

(в) Концентрація цього розчину є лише приблизною, тому не потрібно точно вимірювати обсяги, а також не потрібно враховувати той факт, що льодовикова оцтова кислота трохи менше 100% ж/б оцтової кислоти (вона становить приблизно 99,8% ж/б). Необхідний обсяг льодовикової оцтової кислоти становить

\[\frac {4 \text{ mL } \ce{CH3COOH}} {100 \text{ mL}} \times 2000 \text{ mL} = 80 \text{ mL } \ce{CH3COOH} \nonumber\]

Для приготування розчину слід за допомогою градуйованого балона перенести 80 мл льодовикової оцтової кислоти в ємність, яка вміщує приблизно 2 л, і додати достатню кількість води, щоб довести розчин до потрібного обсягу.

Вправа Template:index

Надайте інструкцію з приготування 500 мл 0,1250 М Кбро ₃.

Відповідь

Для приготування 500 мл 0,1250 М KbRo ₃ потрібно

\[0.5000 \text{ L} \times \frac {0.1250 \text{ mol } \ce{KBrO3}} {\text{L}} \times \frac {167.00 \text{ g } \ce{KBrO3}} {\text{mol } \ce{KBrO3}} = 10.44 \text{ g } \ce{KBrO3} \nonumber\]

Оскільки концентрація має чотири значущі цифри, ми повинні готувати розчин, використовуючи об'ємний скляний посуд. Помістіть 10,44 г зразка _{KbRo 3} в об'ємну колбу об'ємом 500 мл і заповніть частину водою. Викрутіть, щоб розчинити KBro ₃, а потім розбавте водою до позначки калібрування колби.

Приготування розчинів шляхом розведення

Розчини часто готують шляхом розведення більш концентрованого запасного розчину. Відомий обсяг запасного розчину переносять в нову тару і доводять до нового обсягу. Оскільки загальна кількість розчиненої речовини однакова до і після розведення, ми знаємо, що

\[C_o \times V_o = C_d \times V_d \label{2.1}\]

де\(C_o\) концентрація вихідного розчину,\(V_o\) - об'єм розведеного розчину,\(C_d\) концентрація розведеного розчину і\(V_d\) обсяг розведеного розчину. Знову ж таки, тип скляного посуду, який використовується для вимірювання,\(V_o\) і\(V_d\) залежить від того, наскільки точно нам потрібно знати концентрацію розчину.

Зверніть увагу, що рівняння\ ref {2.1} застосовується лише до тих одиниць концентрації, які виражаються через об'єм розчину, включаючи молярність, формальність, нормальність, відсоток об'єму та відсоток ваги до об'єму. Це також стосується вагового відсотка, частин на мільйон та частин на мільярд, якщо щільність розчину становить 1,00 г/мл. Ми не можемо використовувати Equation\ ref {2.1}, якщо ми виражаємо концентрацію з точки зору молярності, оскільки це базується на масі розчинника, а не на обсязі розчину. Побачити Родрікес-Лопес, М.; Карраскільо, А.Дж. Chem. Едук. 2005, 82, 1327-1328 для подальшого обговорення.

Приклад Template:index

Лабораторна процедура вимагає 250 мл приблизно 0,10 М розчину NH ₃. Опишіть, як би ви готували цей розчин, використовуючи запасний розчин концентрованого NH ₃ (14,8 М).

Рішення

Підставляємо відомі томи в рівняння\ ref {2.1}

\[14.8 \text{ M} \times V_o = 0.10 \text{ M} \times 250 \text{ mL} \nonumber\]

і рішення для\(V_o\) дає 1,7 мл. Оскільки ми робимо розчин, який становить приблизно 0,10 М NH ₃, ми можемо використовувати градуйований циліндр для вимірювання 1,7 мл концентрованого NH ₃, перенести NH ₃ у склянку та додати достатню кількість води, щоб отримати загальний обсяг приблизно 250 мл.

Хоча зазвичай ми виражаємо молярність як моль/л, ми можемо висловити обсяги в мл, якщо ми робимо це як для обох, так\(V_o\) і для\(V_d\).

Вправа Template:index

Для приготування стандартного розчину Zn ² ⁺ ви розчиняєте 1,004 г зразка Zn-дроту в мінімальній кількості HCl і розбавляєте до обсягу в об'ємній колбі об'ємом 500 мл. Якщо розвести 2.000 мл цього вихідного розчину до 250,0 мл, то яка концентрація Zn ² ⁺, в мкг/мл, у вашому стандартному розчині?

Відповідь

Перший розчин - це запасний розчин, який ми потім розводимо для приготування стандартного розчину. Концентрація Zn ² ⁺ в запасному розчині становить

\[\frac {1.004 \text{ g } \ce{Zn^{2+}}} {500.0 \text{ mL}} \times \frac {10^6 \: \mu \text{g}} {\text{g}} = 2008 \: \mu \text{g } \ce{Zn^{2+}} \text{/mL} \nonumber\]

Для знаходження концентрації стандартного розв'язку використовуємо Equation\ ref {2.1}

\[\frac {2008 \: \mu \text{g } \ce{Zn^{2+}}} {\text{mL}} \times 2.000 \text{ mL} = C_d \times 250.0 \text{ mL} \nonumber\]

де C _d - концентрація стандартного розчину. Розчин дає концентрацію 16,06 мкг Zn ² ⁺ /мл.

Як показано в наступному прикладі, ми можемо використовувати Equation\ ref {2.1} для розрахунку вихідної концентрації розчину, використовуючи його відому концентрацію після розведення.

Приклад Template:index

Зразок руди аналізували на Cu ² ⁺ наступним чином. 1,25-грамову пробу руди розчиняли в кислоті і розвели до об'єму в об'ємній колбі об'ємом об'ємом 250 мл. Порцію отриманого розчину на 20 мл перекласти піпетом в об'ємну колбу об'ємом 50 мл і розвести до об'єму. Аналіз цього розчину дає концентрацію Cu ² ⁺ як 4,62 мкг/мл. Який ваговий відсоток Cu в вихідній руді?

Рішення

Підставляємо відомі томи (зі значними цифрами, придатними для пипетів і об'ємних колб) на Equation\ ref {2.1}

\[(C_{\ce{Cu}})_o \times 20.00 \text{ mL} = 4.62 \: \mu \text{g/mL } \ce{Cu^{2+}} \times 50.00 \text{ mL} \nonumber\]

і рішення для\((C_{\ce{Cu}})_o \) дає вихідну концентрацію як 11,55 мкг/мл Cu ² ⁺. Для обчислення грамів Cu ² ⁺ множимо цю концентрацію на загальний обсяг.

\[\frac {11.55 \mu \text{g } \ce{Cu^{2+}}} {\text{mL}} \times 250.0 \text{ mL} \times \frac {1 \text{ g}} {10^6 \: \mu \text{g}} = 2.888 \times 10^{-3} \text{ g } \ce{Cu^{2+}} \nonumber\]

Ваговий відсоток Cu дорівнює

\[\frac {2.888 \times 10^{-3} \text{ g } \ce{Cu^{2+}}} {1.25 \text{ g sample}} \times 100 = 0.231 \text{% w/w } \ce{Cu^{2+}} \nonumber\]