Проба, аликвота и стандартный раствор
Навеска, колба, аликвота
Количественный анализ почти никогда не работает со всей пробой сразу. Типичная цепочка:
- Навеска — точно взвешенная порция пробы (аналитические весы, ±0,0001 г).
- Растворение и доведение объёма до метки в мерной колбе \(V_\text{к}\) (например, 250,0 мл).
- Аликвота — точная часть раствора, отобранная пипеткой \(V_\text{а}\) (например, 25,00 мл).
- Определение в аликвоте (титрование, осаждение, фотометрия).
- Пересчёт на всю пробу: \(n_\text{пробы} = n_\text{аликв}\cdot\dfrac{V_\text{к}}{V_\text{а}}\).
Зачем так сложно? Несколько аликвот позволяют повторить определение и оценить разброс, а большая навеска уменьшает относительную ошибку взвешивания.
boltКоэффициент пересчёта
Всегда выписывайте отдельно «фактор аликвоты» \(V_\text{к}/V_\text{а}\) (обычно 10 или 5). Самая частая ошибка олимпиадника — посчитать всё правильно и забыть умножить на него.
auto_awesomeМерная посуда
Мерная колба (на вливание) и пипетка (на выливание) откалиброваны на один объём с точностью до сотых долей миллилитра; бюретка отмеряет переменный объём (цена деления 0,1 мл, отсчёт — до 0,01 мл по нижнему краю мениска). Мерный цилиндр и мензурка — только для приблизительных объёмов.
Стандартные растворы
Первичный стандарт — вещество, раствор которого готовят по точной навеске: оно чистое (≥ 99,9 %), устойчивое на воздухе, не гигроскопичное, известного состава, желательно с большой молярной массой (меньше относительная ошибка взвешивания). Примеры: \(\ce{K2Cr2O7}\), \(\ce{Na2CO3}\) (прокалённый), бура \(\ce{Na2B4O7*10H2O}\), гидрофталат калия, оксалат натрия, NaCl.
Вторичные стандарты — NaOH (поглощает \(\ce{CO2}\) и воду), \(\ce{KMnO4}\) (разлагается), \(\ce{Na2S2O3}\) (разлагается бактериями и \(\ce{CO2}\)), HCl (летуча) — их концентрацию устанавливают титрованием первичного стандарта.
scienceСтандартизация
- \(\ce{Na2CO3 + 2HCl -> 2NaCl + CO2 ^ + H2O}\) — установка HCl по соде (метиловый оранжевый).
- \(\ce{Na2B4O7 + 2HCl + 5H2O -> 2NaCl + 4H3BO3}\) — по буре.
- \(\ce{KHC8H4O4 + NaOH -> KNaC8H4O4 + H2O}\) — установка NaOH по гидрофталату калия (фенолфталеин).
boltРазбавление
\(c_1V_1 = c_2V_2\): количество вещества при разбавлении не меняется. Чтобы из 1,000 М раствора получить 250 мл 0,0400 М, нужно \(0{,}0400\cdot250/1{,}000 = 10{,}00\) мл исходного раствора (пипеткой!) в мерную колбу на 250 мл.
Смешивание и концентрации
При смешивании растворов одного вещества количества складываются: \(c = \dfrac{c_1V_1 + c_2V_2}{V_1 + V_2}\) (если объёмы аддитивны — для разбавленных водных растворов допустимо).
Единицы: молярная концентрация \(c\) (моль/л), массовая доля \(w\), титр \(T\) (г/мл), титр по определяемому веществу \(T_{\text{титрант}/X}\) — сколько граммов X соответствует 1 мл титранта. Например, \(T_{\ce{KMnO4}/\ce{Fe}} = 0{,}005585\) г/мл для 0,02000 М \(\ce{KMnO4}\): 1 мл окисляет 0,1000 ммоль \(\ce{Fe^2+}\).
edit_noteПереход от массовой доли к молярной концентрации
Концентрированная HCl: 36,5 %, \(\rho = 1{,}18\) г/мл. В литре — 1180 г раствора, 430,7 г HCl, \(c = 430{,}7/36{,}46 = 11{,}8\) М.
boltТитр по определяемому веществу
\(T_{\text{T}/X} = c_\text{T}\cdot\dfrac{b}{a}\cdot M_X/1000\), где \(a\) : \(b\) — стехиометрия титранта и определяемого вещества. Умножив на объём титранта, сразу получаете массу X — удобно для серийных анализов.
push_pinГлавное
Цепочка количественного анализа: проба → навеска (точное взвешивание) → растворение в мерной колбе (\(V_\text{к}\)) → аликвота пипеткой (\(V_\text{а}\)) → определение → пересчёт: \(n_\text{пробы} = n_\text{аликв}\cdot V_\text{к}/V_\text{а}\). Стандартный раствор: первичный стандарт (чистый, устойчивый, негигроскопичный, большая \(M\) — \(\ce{K2Cr2O7}\), \(\ce{Na2CO3}\), бура, фталат калия, \(\ce{Na2C2O4}\)) по точной навеске; вторичный (NaOH, \(\ce{KMnO4}\), \(\ce{Na2S2O3}\)) — стандартизуют. Разбавление: \(c_1V_1 = c_2V_2\). Мерная посуда: колба и пипетка — на точный объём, бюретка — на переменный; цилиндр — только для грубых объёмов.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.