Hvordan bestemme konsentrasjonen av en løsning

Innhold

Trinn
Tips
Advarsler

I kjemi eller kjemi a løsning en homogen blanding av to ting - en oppløst stoff og a løsemiddel eller løsemiddel der stoffet er oppløst. Konsentrasjon er et mål på mengden oppløst stoff i et løsemiddel. Det kan være mange grunner til å bestemme konsentrasjonen av en løsning, men kjemien involvert er den samme enten du tester klornivået i et svømmebasseng eller utfører en livreddende analyse på en blodprøve. Denne veiledningen vil lære deg noen grunnleggende deler av løsningskjemi, og deretter lede deg gjennom prosedyren for en vanlig, praktisk applikasjon - vedlikehold av akvariet.

Trinn

Del 1 av 3: Grunnleggende om konsentrasjoner

1. Notasjon av konsentrasjoner. En konsentrasjon av et stoff er mengden av det oppløste stoffet delt på mengden løsemiddel. Men fordi det er forskjellige måter å uttrykke mengden av et gitt stoff på, er det også mulig å uttrykke en konsentrasjon på forskjellige måter. Her er de vanligste skrivemåtene:

gram per liter (g/l.) Massen til et oppløst stoff i gram oppløst i et gitt volum av en løsning (som ikke nødvendigvis er det samme som volumet av løsningsmidlet.) Brukes vanligvis for løsninger av faste stoffer i flytende løsemidler.
Molaritet (M.) Antall mol av et oppløst stoff delt på volumet av løsningen.
deler per million (ppm.) Forholdet mellom antall partikler (vanligvis i gram) av et oppløst stoff per en million deler av en løsning multiplisert med 10. Brukes vanligvis til svært fortynnet løsning i vann (1 L vann = 1000 gram.)
Prosentandel av komposittstoff. Forholdet mellom partikler (igjen i gram) av et oppløst stoff per 100 partikler av en løsning, uttrykt i prosent.

2. Vet hvilke data du trenger for å finne en konsentrasjon. Bortsett fra molaritet (se nedenfor), krever de vanlige stavemåtene for en konsentrasjon som angitt ovenfor at du kjenner massen til det oppløste stoffet og massen eller volumet til den resulterende løsningen. Mange kjemiproblemer som krever å finne konsentrasjonen av en løsning gir deg ikke denne informasjonen. Hvis dette er tilfelle, må du jobbe med det du vet for å få denne informasjonen.

Eksempel: Anta at vi må finne konsentrasjonen (i gram per liter) av en løsning laget ved å løse opp 1/2 teskje salt i 2 liter vann. Vi vet også at 1 ts salt er ca 6 gram. I dette tilfellet er konverteringen enkel - multipliser: 1/2 teskje x (6 gram/1 teskje) = 3 gram salt. 3 gram salt delt på 2 liter vann = 1.5 g/l

3. Lær hvordan du beregner molaritet. Molaritet krever at du kjenner molene til det oppløste stoffet ditt, men du kan enkelt utlede dette hvis du kjenner massen til det oppløste stoffet og dets kjemiske formel. Hvert kjemisk element har en kjent "molar masse" (MM) - en spesifikk masse for en mol av det elementet. Disse molare massene kan finnes i det periodiske systemet (vanligvis under det kjemiske symbolet og navnet på elementet.) Legg ganske enkelt opp molmassene til komponentene i det oppløste stoffet for å beregne molmassen. Deretter multipliser den kjente massen til det oppløste stoffet med (1/MM av det oppløste stoffet) for å finne mengden av det oppløste stoffet i mol.

Eksempel: Anta at vi ønsker å finne molariteten til saltløsningen ovenfor. For å oppsummere har vi 3 gram salt (NaCl) i 2 liter vann. Start med å finne ut molarmassene til Na og Cl ved å se i det periodiske systemet. Na = ca. 23 g/mol og Cl = ca. 35,5 g/mol. Så MM av NaCl = 23 + 35,5 = 58,5 g/mol. 3 gram NaCl x (1 mol NaCl/58,5 g NaCl) = 0,051 mol NaCl. 0,051 mol NaCl / 2 liter vann = .026 M NaCl

4. Øv på standardøvelser for å beregne konsentrasjoner. Kunnskapen ovenfor er alt du trenger for å beregne konsentrasjonene i enkle situasjoner. Hvis du kjenner massen eller volumet til løsningen og mengden oppløst stoff som opprinnelig ble tilsatt, eller kan utlede dette fra informasjonen gitt i oppgaven, bør du enkelt kunne beregne konsentrasjonen av en løsning. Lag øvingsøvelser for å forbedre ferdighetene dine. Se eksempeloppgavene nedenfor:

Hva er molariteten til NaCL i en 400 ml løsning, oppnådd ved å tilsette 1.5 gram NaCl i vann?

Hva er konsentrasjonen, i ppm, av en løsning laget ved å tilsette 0,001 g bly (Pb) til 150 L vann? (1 L vann = 1000 gram) I dette tilfellet vil volumet av løsningen øke med en liten mengde ved å tilsette stoffet, slik at du kan bruke volumet av løsningsmidlet som volumet av løsningen.

Finn konsentrasjonen i gram per liter av en 0,1 L løsning laget ved å tilsette 1/2 mol KCl til vann. Dette problemet krever at du jobber fra forsiden til baksiden, ved å bruke den molare massen til KCL for å beregne gram KCl i det oppløste stoffet.

Del 2 av 3: Titrering

1. Forstå når du skal bruke en titrering. Titrering er en teknikk som brukes av kjemikere for å beregne mengden oppløst stoff som er tilstede i en løsning. For å utføre en titrering gir du en kjemisk reaksjon mellom det oppløste stoffet og et annet reagens (vanligvis også oppløst). Fordi du vet den nøyaktige mengden av det andre reagenset og du kjenner den kjemiske ligningen for reaksjonen mellom reagenset og det oppløste stoffet, kan du beregne mengden av det løste stoffet ved å måle hvor mye av reagenset du trenger for reaksjonen med det løste stoffet er fullstendig.

Så titreringer kan være veldig nyttige når man beregner konsentrasjonen av en løsning hvis du ikke vet hvor mye oppløst stoff som ble tilsatt i prinsippet.
Hvis du vet hvor mye av et oppløst stoff som er tilstede i løsningen, er det ikke nødvendig å titrere – bare mål volumet av løsningen og beregn konsentrasjonen, som beskrevet i del 1.

2. Sett opp titreringsutstyret ditt. For å utføre nøyaktige titreringer trenger du rent, nøyaktig og profesjonelt utstyr. Bruk en Erlenmeyer-kolbe eller et beger under en kalibrert byrett festet til en byrettholder. Tuten på byretten må passe inn i halsen på kolben eller begeret uten å berøre veggene.

Sørg for at alt utstyr er forhåndsrenset, skylt med avionisert vann og tørt.

3. Fyll kolben og byretten. Mål en liten mengde av den ukjente løsningen nøyaktig. Når stoffet er oppløst, dispergeres det jevnt gjennom løsningsmidlet, så konsentrasjonen av denne lille prøven av løsningen vil være den samme som den opprinnelige løsningen. Fyll byretten med en løsning med kjent konsentrasjon som vil reagere med løsningen. Noter det nøyaktige volumet av løsningen i byretten – trekk fra det endelige volumet for å finne den totale løsningen som ble brukt i reaksjonen.

Følg med: hvis reaksjonen mellom løsningen i byretten og det oppløste stoffet i kolben ikke viser tegn til reaksjon, vil du indikator må sette i baken. Disse brukes i kjemi for å gi et visuelt signal når en løsning når ekvivalenspunktet eller endepunktet. Indikatorer brukes vanligvis for titreringer som undersøker syre-base- og redoksreaksjoner, men det finnes også flere andre indikatorer. Se en lærebok i kjemi eller Internett for å finne en passende indikator for reaksjonen din.

4. Start med titreringen. Tilsett gradvis en løsning fra byretten (de "titrant") i kolben. Bruk en magnetrører eller glassrører for å blande løsningen forsiktig mens reaksjonen pågår. Hvis løsningen din reagerer synlig, bør du se visse tegn på at en reaksjon er i gang - fargeendring, bobler, rester osv. Hvis du bruker en indikator, kan du se en fargeendring for hver dråpe som havner i kolben gjennom byretten.

Hvis reaksjonen resulterer i en endring i pH eller potensial, kan du sette pH-lesere eller et potensiometer i kolben for å måle fremdriften til den kjemiske reaksjonen.

For en mer nøyaktig titrering, overvåk pH eller potensial som angitt ovenfor, og legg merke til hvordan reaksjonen fortsetter hver gang etter tilsetning av en liten mengde titrant. Plott surheten til løsningen eller potensialet mot volumet av tilsatt titrant. Du vil se skarpe endringer i kurvens helning ved ekvivalenspunktene for reaksjonen.

5. Senk titreringen. Når den kjemiske reaksjonen din nærmer seg sluttpunktet, reduserer du titreringen til den fortsetter dråpe for dråpe. Hvis du bruker en indikator, kan du legge merke til at fargeblinkene varer lenger. Fortsett nå å titrere så sakte som mulig til du kan bestemme det nøyaktige fallet som får reaksjonen din til å nå endepunktet. Når det gjelder en indikator, ser du vanligvis etter en tidligst mulig vedvarende fargeendring i reaksjonen.

Ta opp det endelige volumet i byretten din. Ved å trekke dette fra startvolumet i byretten kan du finne det nøyaktige volumet av titranten du brukte.

6. Beregn mengden oppløst stoff i løsningen. Bruk den kjemiske ligningen for reaksjonen mellom titranten din og løsningen for å finne molene oppløst stoff i kolben din. Når du har funnet molene oppløst stoff, kan du ganske enkelt dele på volumet av løsningen i kolben for å finne molariteten til løsningen, eller konvertere molene til gram og dele på volumet av løsningen. konsentrasjon i g/L. Dette krever litt grunnleggende kunnskap om støkiometri.

Anta for eksempel at vi brukte 25 ml 0,5 M NaOH når vi titrerte en løsning av HCl i vann til ekvivalenspunktet. HCl-løsningen hadde et volum på 60 ml for titreringen. Hvor mange mol HCl er det i løsningen vår?

For å komme i gang, la oss se på den kjemiske ligningen for reaksjonen av NaOH og HCl: NaOH + HCl > Hu h₂O + NaCl

I dette tilfellet reagerer 1 molekyl NaOH med 1 molekyl HCl for å produsere vann og NaCl. Så siden du tilsatte akkurat nok NaOH til å nøytralisere all HCl, vil antall mol NaOH som forbrukes i reaksjonen være lik antall mol HCl i kolben.

Så la oss finne ut hva som er mengden NaOH i mol. 25 ml NaOH = 0,025 L NaOH x (0,5 mol NaOH/1 L) = 0,0125 mol NaOH.

Siden vi har utledet fra reaksjonsligningen at molene NaOH som forbrukes i reaksjonen = molene HCl i løsningen, vet vi nå at det er 0,0125 mol HCl i løsningen.

7. Beregn konsentrasjonen av løsningen din. Nå som du vet mengden oppløst stoff i løsningen, er det lett å finne konsentrasjonen når det gjelder molaritet. Bare del molene oppløst stoff i løsningen med volumet av løsningsprøven (ikke volumet av den større mengden du samplet.) Resultatet er molariteten til løsningen din!

For å finne molariteten til eksemplet ovenfor, del mol HCl med volumet i kolben. 0,0125 mol HCl x (1/0,060 L) = 0,208 M HCl.

For å konvertere molaritet til g/L, ppm eller prosentandel av sammensetningen, må du konvertere molene av det oppløste stoffet til masse (ved å bruke den molare massen til det oppløste stoffet ditt.) For ppm og prosentandel av forbindelsen må du også konvertere volumet av løsningen til masse (ved å bruke en konverteringsfaktor som tetthet, eller bare ved å veie den), og deretter multiplisere resultatet med henholdsvis 10 eller 10.

Del 3 av 3: Bestemmelse av saltholdighet i et akvarium

Bilde med tittelen Beregn konsentrasjonen av en løsning Trinn 1

1. Ta en vannprøve fra akvariet ditt. Registrer volumet nøyaktig. Hvis mulig, mål volumet i SI-enheter som mL - disse er enkle å konvertere til L.

I dette eksemplet tester vi vannet i akvariet for saltholdighet, konsentrasjonen av salt (NaCl) i vannet. Anta at vi tar en vannprøve til dette formålet fra 3 ml fra akvariet og deretter angi det endelige svaret som skal gis inn g/L.

Bilde med tittelen Beregn konsentrasjonen av en løsning Trinn 2

2. Titrere vannprøven. Velg en titrant som gir en godt synlig reaksjon i det oppløste stoffet. I dette tilfellet bruker vi en løsning på 0,25 M AgNO₃ (sølvnitrat), en forbindelse som produserer et uløselig klorsalt når det reagerer med NaCl i følgende reaksjon: AgNO₃ + NaCl > NaNO₃ + AgCl. Saltet (AgCl) vil være synlig som en uklar, hvit rest som vil flyte og kan skilles fra løsningen.

Titrer sølvnitratet fra en byrett eller liten kanyle inn i akvarieprøven til løsningen blir uklar. Med et så lite utvalg er det viktig å nøyaktig bestem hvor mye sølvnitrat du har tilsatt - studer hver dråpe nøye.

Bilde med tittelen Beregn konsentrasjonen av en løsning Trinn 3

3. Fortsett til kommentaren stopper. Når sølvnitratet slutter å uklare løsningen, kan du registrere det tilsatte antallet ml. Titrer AgNO3 veldig treg og observer løsningen nøye, spesielt når endepunktet nærmer seg.

Anta at det er 3 ml av 0,25 M AgNO₃ var nødvendig for at reaksjonen skulle ta slutt og vannet ikke skygget ytterligere.

4. Bestem antall mol av titranten. Dette trinnet er enkelt - multipliser volumet titrant du har lagt til med molariteten. Dette vil gi deg antall mol titrant som brukes.

3 mL x 0,25 M = 0,003 L x (.25 mol AgNO₃/1 L) = 0,000075 mol AgNO₃.

5. Bestem antall mol av oppløst stoff. Bruk reaksjonsligningen for omregning av antall mol AgNO₃ til mol NaCl. Reaksjonsligningen er: AgNO₃ + NaCl > NaNO₃ + AgCl. Fordi 1 mol AgNO₃ reagerer med 1 mol NaCl, vet vi nå at antall mol NaCl i løsningen vår = antall mol AgNO₃ som er lagt til: 0,000075 mol.

I dette tilfellet: 1 mol AgNO₃ reagerer med 1 mol NaCl. Men hvis 1 mol titrant reagerer med 2 mol av vårt oppløste stoff, vil vi multiplisere mol av titrant med 2 for å få mol av oppløst stoff.

I kontrast, hvis 2 mol av titranten vår reagerer med 1 mol av det oppløste stoffet, deler vi antall mol av titranten med to.

Disse reglene tilsvarer proporsjonalt 3 mol titrant og 1 mol oppløst stoff, 4 mol titrant og 1 mol oppløst stoff, etc. samt 1 mol titrant og 3 mol løst stoff, 1 mol titrant og 4 mol løst stoff, etc.

6. Konverter antall mol til gram. For å gjøre dette må du beregne molmassen til det oppløste stoffet og multiplisere det med antall mol av det oppløste stoffet. For å finne molarmassen til NaCl, bruk det periodiske systemet for å finne og legge sammen atomvektene til salt (Na) og klorid (Cl).

MM Na = 22.990. MM Cl = 35.453.

22.990 + 35.453 = 58,443 g/mol

0,000075 mol NaCl x 58,442 g/mol = 0,00438 mol NaCl.

Følg med: Hvis det er mer enn ett av en type molekyl i et atom, må du legge til den molare massen til det atomet flere ganger. For eksempel hvis du tar den molare massen til AgNO₃, Hvis du vil finne det, må du legge til massen eller oksygen tre ganger fordi det er tre oksygenatomer i molekylet.

7. Beregn sluttkonsentrasjonen. Vi har massen av det oppløste stoffet vårt i gram og vi vet volumet til testløsningen. Alt vi trenger å gjøre nå er å dele: 0,00438 g NaCl/0,003 L = 1,46 g NaCl/L

Saliniteten til sjøvann er ca. 35 g NaCl/L. Akvariet vårt er ikke på langt nær salt nok for marin fisk.

Tips

Selv om det oppløste stoffet og løsningsmidlet kan eksistere i forskjellige tilstander (fast, flytende eller gass) hvis de separeres, vil løsningen som dannes når stoffet løses opp, være i samme tilstand som løsningsmidlets tilstand.
Ag + 2 HNO3 → AgNO3 + NO2 + H2O
Bruk kun klar plast eller glass.
Her er en eksempelvideo:[1]

Advarsler

Oppbevar AgNO3-løsningen i en lukket, mørk flaske. Den er følsom for lys.
Vær forsiktig når du arbeider med sterke syrer eller baser. Sørg for at det er nok frisk luft i rommet.
Bruk vernebriller og hansker.
Hvis du ønsker å få tilbake sølvet, vær oppmerksom på følgende: Cu(s) + 2 AgNO3 (aq) → Cu(NO3)2 + 2 Ag (s) Husk at (s) betyr solid.