Determinazione della concentrazione di una soluzione

Video: Chimica Insieme-Esercizi svolti sulla concentrazione delle soluzioni

Contenuto

Al passo
Parte 1 di 3: la conoscenza di base delle concentrazioni
Parte 2 di 3: titolazione
Parte 3 di 3: determinazione della salinità in un acquario
Suggerimenti
Avvertenze

In Chimica o Chimica, uno soluzione una miscela omogenea di due cose: una sostanza disciolta e a solvente o solvente in cui la sostanza è disciolta. Concentrazione è una misura della quantità di soluto in un solvente. Ci possono essere molte ragioni per determinare la concentrazione di una soluzione, ma la chimica coinvolta è la stessa sia che tu stia testando il livello di cloro in una piscina o eseguendo un'analisi salvavita su un campione di sangue. Questa guida ti insegnerà alcune parti fondamentali della chimica delle soluzioni, quindi ti guiderà attraverso la procedura di un'applicazione pratica comune: la manutenzione dell'acquario.

Al passo

Parte 1 di 3: la conoscenza di base delle concentrazioni

Metodo di annotazione delle concentrazioni. Una concentrazione di una sostanza è la quantità di quel soluto divisa per la quantità di solvente. Tuttavia, poiché esistono diversi modi per esprimere la quantità di una data sostanza, è anche possibile rappresentare una concentrazione in modi diversi. Qui troverai le ortografie più comuni:
- Grammo per litro (g / L.) La massa di un soluto in grammi disciolti in un dato volume di una soluzione (che non è necessariamente uguale al volume del solvente.) Tipicamente utilizzato per soluzioni di solidi in solventi liquidi.
- Molarità (M.) Il numero di moli di un soluto diviso per il volume della soluzione.
- Parti per milione (ppm.) Il rapporto tra il numero di particelle (solitamente in grammi) di un soluto per un milione di particelle di una soluzione, moltiplicato per 10. Tipicamente utilizzato per soluzioni acquose molto diluite (1 L di acqua = 1000 grammi).
- Percentuale di sostanza composta. Il rapporto tra particelle (sempre in grammi) di un soluto per 100 particelle di una soluzione, espresso in percentuale.
Scopri di quali dati hai bisogno per trovare una concentrazione. Ad eccezione della molarità (vedi sotto), i modi comuni di scrivere una concentrazione come sopra indicato richiedono di conoscere la massa del soluto e la massa o il volume della soluzione risultante. Molti problemi chimici che richiedono di trovare la concentrazione di una soluzione non forniscono questa informazione. In tal caso, dovrai lavorare con ciò che sai per scoprire queste informazioni.
- Esempio: Supponiamo di dover trovare la concentrazione (in grammi per litro) di una soluzione ottenuta sciogliendo 1/2 cucchiaino di sale in 2 litri di acqua. Sappiamo anche che 1 cucchiaino di sale è di circa 6 grammi. In questo caso, la conversione è facile: moltiplica: 1/2 cucchiaino x (6 grammi / 1 cucchiaino) = 3 grammi di sale. 3 grammi di sale diviso 2 litri o acqua = 1,5 g / L
Impara a calcolare la molarità. La molalità richiede che tu conosca il numero di moli del tuo soluto, ma questo può essere facilmente dedotto se conosci la massa del soluto e la formula chimica. Ogni elemento chimico ha una "massa molare" (MM) nota, una massa specifica per una mole di quell'elemento. Queste masse molari si trovano nella tavola periodica (di solito sotto il simbolo chimico e il nome dell'elemento). Basta aggiungere le masse molari dei componenti del soluto per ottenere la massa molare. Quindi moltiplica la massa nota del soluto per (1 / MM del tuo soluto) per trovare la quantità del tuo soluto in moli.
- Esempio: Supponiamo di voler trovare la molarità della soluzione salina di cui sopra. Per ricapitolare, abbiamo 3 grammi di sale (NaCl) in 2 litri di acqua. Inizia scoprendo quali sono le masse molari di Na e Cl guardando la tavola periodica. Na = circa 23 g / mol e Cl = circa 35,5 g / mol. Pertanto, il MM di NaCl = 23 + 35,5 = 58,5 g / mol. 3 grammi di NaCl x (1 mole di NaCl / 58,5 g di NaCl) = 0,051 mole di NaCl. 0,051 mole di NaCl / 2 litri di acqua = 0,026 M NaCl
Pratica esercizi standard sul calcolo delle concentrazioni. La conoscenza di cui sopra è tutto ciò che serve per calcolare le concentrazioni in situazioni semplici. Se conosci la massa o il volume della soluzione e la quantità di soluto aggiunto in linea di principio, o puoi dedurlo dalle informazioni fornite nella dichiarazione, dovresti essere in grado di misurare facilmente la concentrazione di una soluzione. Crea problemi pratici per migliorare le tue capacità. Guarda gli esercizi di esempio di seguito:
- Qual è la molarità del NaCL in una soluzione da 400 ml, ottenuta aggiungendo 1,5 grammi di NaCl all'acqua?
- Qual è la concentrazione, in ppm, di una soluzione ottenuta aggiungendo 0,001 g di piombo (Pb) a 150 L di acqua? (1 L di acqua = 1000 grammi) In questo caso, il volume della soluzione aumenterà di una quantità minuscola aggiungendo la sostanza, in modo da poter utilizzare il volume del solvente come volume della soluzione.
- Trova la concentrazione in grammi per litro di una soluzione 0,1 L ottenuta aggiungendo 1/2 mole di KCl all'acqua. Per questo problema, devi lavorare da davanti a dietro, usando la massa molare di KCL per calcolare il numero di grammi di KCl nel soluto.

Parte 2 di 3: titolazione

Comprendi quando applicare una titolazione. La titolazione è una tecnica utilizzata dai chimici per calcolare la quantità di soluto presente in una soluzione. Per eseguire una titolazione, si crea una reazione chimica tra il soluto e un altro reagente (di solito anche disciolto). Poiché conosci la quantità esatta del tuo secondo reagente e conosci l'equazione chimica della reazione tra il reagente e il soluto, puoi calcolare la quantità del tuo soluto misurando la quantità di reagente necessaria per la reazione con il soluto è completare.
- Quindi, le titolazioni possono essere molto utili per calcolare la concentrazione di una soluzione se non sai quanto soluto è stato aggiunto inizialmente.
- Se sai quanto di un soluto c'è nella soluzione, non è necessario titolare: misura semplicemente il volume della tua soluzione e calcola la concentrazione, come descritto nella Parte 1.
Imposta la tua attrezzatura per la titolazione. Per eseguire titolazioni accurate è necessaria un'attrezzatura pulita, precisa e professionale. Utilizzare una beuta o un becher di Erlenmeyer sotto una buretta calibrata attaccata a un supporto per buretta. L'ugello della buretta dovrebbe trovarsi nel collo del pallone o del bicchiere senza toccare le pareti.
- Assicurarsi che tutta l'attrezzatura sia stata preventivamente pulita, risciacquata con acqua deionizzata e asciutta.
Riempi il pallone e la buretta. Misura accuratamente una piccola quantità della soluzione sconosciuta. Una volta disciolta, la sostanza si diffonde uniformemente attraverso il solvente, quindi la concentrazione di questo piccolo campione della soluzione sarà la stessa di quella della soluzione originale. Riempi la tua buretta con una soluzione di una concentrazione nota che reagirà con la tua soluzione. Prendere nota del volume esatto di soluzione nella buretta: sottrarre il volume finale per trovare la soluzione totale utilizzata nella reazione.
- Fai attenzione: se la reazione tra la soluzione nella buretta e il soluto nel pallone non mostra segni di reazione, lo farai indicatore nel pallone. Questi sono usati in chimica per fornire un segnale visivo quando una soluzione raggiunge il punto di equivalenza o il punto finale. Gli indicatori vengono generalmente utilizzati per le titolazioni che esaminano le reazioni acido-base e redox, ma ci sono anche molti altri indicatori. Consulta un libro di testo di chimica o cerca su Internet per trovare un indicatore adatto alla tua reazione.
Inizia la titolazione. Aggiungere lentamente una soluzione dalla buretta (il "titolante") nel pallone. Utilizzare un bastoncino magnetico o un bastoncino di vetro per mescolare delicatamente la soluzione mentre la reazione è in corso. Se la tua soluzione reagisce visibilmente, dovresti vedere alcuni segni che si sta verificando una reazione: cambiamento di colore, bolle, residui, ecc. Se stai usando un indicatore, potresti vedere ogni goccia che passa attraverso la buretta nel pallone giusto a cambio di colore.
- Se la reazione provoca una variazione del valore o del potenziale del pH, è possibile aggiungere lettori di pH o un potenziometro al pallone per misurare l'andamento della reazione chimica.
- Per una titolazione più accurata, monitorare il pH o il potenziale come sopra e annotare ogni volta come procede la reazione dopo aver aggiunto una piccola quantità di titolante. Tracciare l'acidità della soluzione o il potenziale rispetto al volume del titolante aggiunto. Noterai bruschi cambiamenti nella pendenza della curva nei punti di equivalenza della risposta.
Rallenta la titolazione. Man mano che la reazione chimica si avvicina al punto finale, rallenta la titolazione fino a una progressione goccia a goccia. Se stai usando un indicatore, potresti notare che il colore lampeggia più a lungo. Ora continua a titolare il più lentamente possibile finché non sarai in grado di determinare la caduta esatta che farà sì che la tua reazione raggiunga il punto finale. Nel caso di un indicatore, generalmente si guarda al cambiamento di colore sostenuto il più presto possibile nella risposta.
- Registra il volume finale nella buretta. Sottraendo questo dal volume iniziale nella buretta, puoi trovare il volume esatto del titolante che hai usato.
Calcola la quantità di soluto nella tua soluzione. Usa l'equazione chimica per la reazione tra il tuo titolante e la soluzione per trovare il numero di moli di soluto nel tuo pallone. Una volta trovato il numero di moli di soluto, puoi semplicemente dividerlo per il volume della soluzione nel pallone per trovare la molarità della soluzione, oppure convertire il numero di moli in grammi e dividerlo per il volume della soluzione. , per ottenere la concentrazione in g / L. Ciò richiede una conoscenza di base della stechiometria.
- Ad esempio, supponiamo di aver utilizzato 25 ml di 0,5 M NaOH per titolare una soluzione di HCl in acqua fino al punto di equivalenza. La soluzione di HCl aveva un volume di 60 ml per la titolazione. Quante moli di HCl ci sono nella nostra soluzione?
- Per iniziare, diamo un'occhiata all'equazione chimica per la reazione di NaOH e HCl: NaOH + HCl> H₂O + NaCl
- In questo caso, 1 molecola di NaOH reagisce con 1 molecola di HCl con i prodotti acqua e NaCl. Quindi, poiché hai aggiunto abbastanza NaOH per neutralizzare tutto l'HCl, il numero di moli di NaOH consumate nella reazione sarà uguale al numero di moli di HCl nel pallone.
- Quindi scopriamo qual è la quantità di NaOH in moli. 25 ml NaOH = 0,025 L NaOH x (0,5 mol NaOH / 1 L) = 0,0125 moli NaOH.
- Poiché abbiamo dedotto dall'equazione di reazione che il numero di moli di NaOH consumate nella reazione = il numero di moli di HCl nella soluzione, ora sappiamo che ci sono 0,0125 moli di HCl nella soluzione.
Calcola la concentrazione della tua soluzione. Ora che conosci la quantità di soluto nella tua soluzione, è facile trovare la concentrazione in termini di molarità. Dividi semplicemente il numero di moli di soluto nella tua soluzione per il volume del tuo campione di soluzione (non il volume della quantità maggiore da cui hai preso il campione.) Il risultato è la molarità della tua soluzione!
- Per trovare la molarità dell'esempio sopra, dividere il numero di moli di HCl per il volume nel pallone. 0,0125 moli di HCl x (1 / 0,060 L) = 0,208 M HCl.
- Per convertire la molarità in g / L, ppm o percentuale di composizione, converti il numero di moli del tuo soluto in massa (usando la massa molare del tuo soluto.) Per ppm e percentuale del composto, devi anche convertire il volume della tua soluzione in massa (usando un fattore di conversione come la densità, o semplicemente pesandola), quindi moltiplica il risultato per 10 o 10, rispettivamente.

Parte 3 di 3: determinazione della salinità in un acquario

Prendi un campione d'acqua dalla vasca. Registra accuratamente il volume. Se possibile, misura il volume in unità SI come mL: è facile convertirle in L.
- In questo esempio testiamo l'acqua nell'acquario per la salinità, la concentrazione di sale (NaCl) nell'acqua. Supponiamo di prendere un campione d'acqua per questo scopo 3 ml dall'acquario e poi impostare la risposta finale da dare g / L.
Titolare il campione d'acqua. Seleziona un titolante che produca una reazione chiaramente visibile nel soluto. In questo caso usiamo una soluzione di 0,25 M AgNO₃ (nitrato d'argento), un composto che produce un sale di cloro insolubile quando reagisce con NaCl nella seguente reazione: AgNO₃ + NaCl> NaNO₃ + AgCl. Il sale (AgCl) sarà visibile come un residuo bianco torbido che galleggia e può essere separato dalla soluzione.
- Titolare il nitrato d'argento da una buretta o un piccolo ago per iniezione nel campione dell'acquario fino a quando la soluzione diventa torbida. Con un campione così piccolo è importante Esattamente determina la quantità di nitrato d'argento che hai aggiunto: studia attentamente ogni goccia.
Continua fino al termine della reazione. Quando il nitrato d'argento smette di intorbidire la soluzione, è possibile annotare il numero di ml aggiunti. Titolare l'AgNO3 molto lento e osservare la soluzione da vicino, soprattutto quando si avvicina il punto finale.
- Supponiamo che ci siano 3 ml di 0,25 M AgNO₃ era necessario che la reazione finisse e l'acqua non si appannasse ulteriormente.
Determina il numero di moli del titolante. Questo passaggio è semplice: moltiplica il volume del titolante aggiunto per la molarità. Questo ti darà il numero di moli di titolante utilizzato.
- 3 mL x 0,25 M = 0,003 L x (0,25 moli AgNO₃/ 1 L) = 0,000075 mole AgNO₃.
Determina il numero di moli del tuo soluto. Utilizzare l'equazione di reazione per convertire il numero di moli di AgNO₃ a moli di NaCl. L'equazione di reazione è: AgNO₃ + NaCl> NaNO₃ + AgCl. Perché 1 mole AgNO₃ reagisce con 1 mole di NaCl, ora sappiamo che il numero di moli di NaCl nella nostra soluzione = il numero di moli di AgNO₃ che viene aggiunto: 0,000075 mol.
- In questo caso: 1 mole di AgNO₃ reagisce con 1 mol di NaCl. Ma se 1 mole di titolante reagisce con 2 moli del nostro soluto, moltiplicheremmo il numero di moli del nostro titolante per 2 per ottenere il numero di moli del nostro soluto.
- Al contrario, se 2 moli del nostro titolante reagiscono con 1 mole del nostro soluto, allora dividiamo il numero di moli del titolante per due.
- Queste regole corrispondono proporzionalmente a 3 moli di titolante e 1 mole di soluto, 4 moli di titolante e 1 mole di soluto, ecc. Nonché 1 mole di titolante e 3 moli di soluto, 1 mole di titolante e 4 moli di soluto, eccetera.
Converti il tuo numero di moli di soluto in grammi. Per fare ciò dovrai calcolare la massa molare del soluto e moltiplicarla per il numero di moli del tuo soluto. Per trovare la massa molare di NaCl, utilizzare la tavola periodica per trovare e aggiungere il peso atomico del sale (Na) e del cloruro (Cl).
- MM Na = 22.990. MM Cl = 35.453.
- 22,990 + 35,453 = 58,443 g / mol
- 0,000075 moli NaCl x 58,442 g / mole = 0,00438 mole NaCl.
- Fai attenzione: Se c'è più di un tipo di molecola in un atomo, devi aggiungere più volte la massa molare di quell'atomo. Ad esempio, se sei la massa molare di AgNO₃, aggiungeresti la massa di ossigeno tre volte perché ci sono tre atomi di ossigeno nella molecola.
Calcola la concentrazione finale. Abbiamo la massa del nostro soluto in grammi e conosciamo il volume della soluzione di prova. Tutto quello che dobbiamo fare ora è dividere: 0,00438 g NaCl / 0,003 L = 1,46 g NaCl / L
- La salinità dell'acqua di mare è di circa 35 g NaCl / L. Il nostro acquario non è abbastanza salato per i pesci marini.

Suggerimenti

Sebbene il soluto e il solvente possano esistere in stati diversi (solido, liquido o gas) quando separati, la soluzione formata quando la sostanza si dissolve sarà nello stesso stato dello stato solvente.
Ag + 2 HNO3 → AgNO3 + NO2 + H2O
Utilizzare solo plastica trasparente o vetro.
Ecco un video di esempio: [1]

Avvertenze

Conservare la soluzione AgNO3 in una bottiglia chiusa e scura. È sensibile alla luce.
Fare attenzione quando si lavora con acidi o basi forti. Assicurati che ci sia sufficiente aria fresca nella stanza.
Indossare guanti e occhiali protettivi.
Se vuoi riavere l'argento, nota quanto segue: Cu (s) + 2 AgNO3 (aq) → Cu (NO3) 2 + 2 Ag (s) Ricorda che (s) significa solido.