Задачи III типа для самостоятельного решения

Задачи 3-го типа – это задачи на расчет массовой доли

NB! В задачах 3-его типа речь ВСЕГДА идет о растворах ДВУХ или более веществ!

Это задачи по определению концентрации (массовой доли) исследуемого вещества в лекарственном средстве или в лекарственном препарате (лекарственной форме).

       Задачи этого типа также решаются по строго определенному алгоритму. Точно такжекак и в предыдущих случаях, важна правильная запись «Дано». В нем также в индексах показателей указывают наименование веществ (растворов) и их концентрацию, не забыв о том, что знаком ~ обозначают практическую концентрацию, а отсутствие этого знака – концентрацию теоретическую (идеальную, точную).

       При решении таких задач следует учитывать, что при анализе растворов с высокой концентрацией (массовой долей) на их титрование будут расходоваться очень большие объемы рабочих растворов. Поэтому с целью уменьшения затрат рабочих растворов, из растворов таких исследуемых веществ, предварительно готовят разведения. При этом точно взятую навеску исследуемого вещества растворяют в мерной колбе и уже оттуда, с помощью мерной пипетки, приготовленный раствор берут на анализ. Этот процесс необходимо учесть при расчете массы навески фактической.

       При этом объем мерной колбы (разведения) указывают в дано, как V_к, а объем навески для анализа (взятой пипеткой) - соответственно как V_п. После этого делают перерасчет навески фактической, составляя и решая пропорцию.

        Решение задачи также начинают с анализа данных. Тот раствор (вещество), у которого концентрация (массовая доля) неизвестна (ее необходимо найти по условию задачи), считается раствором исследуемым (анализируемым); а тот (те), у которых известен поправочный коэффициент – раствором (-ами) рабочим (-ими). Исходя из того, какой (какие) рабочие растворы используются – дают название метода анализа. А, исходя из методики проведения анализа – указывают способ титрования.

       Далее записывают уравнения реакций, лежащих в основе анализа. Это также необходимо для правильного расчета молярной массы эквивалента определяемого вещества. Во избежание ошибок, на первое место записывают анализируемое вещество, а за ним – рабочий раствор. Затем рассчитывают молярную массу эквивалента определяемого вещества.

       Массовую долю рассчитывают по формуле:

                                                        m х.ч.

ω = --------- х 100%

M н.ф.

       В первую очередь обычно находят массу навески фактической.

       Если проводят титрование сразу же всей навески, то масса навески вещества и есть масса навески фактической. Здесь расчеты не нужны и данную в условии навеску, можно сразу же подставлять в расчетную формулу. Так как титроваться будет не вся навеска, а только ее часть. Для этого составляют пропорцию и решают ее.

Рассуждают следующим образом: навеску вещества растворяют в мерной колбе, поэтому делают запись: m нав. - V_к (то есть напротив массы навески указывают объем мерной колбы – то есть приготовленного разведения). На анализ раствор берут из мерной колбы (берут приготовленное разведение), поэтому под объемом мерной колбы записывают объем пипетки (то есть разведения, взятого на титрование), а напротив него (под массой навески) будет находиться масса навески фактической: m н.ф. – V_п

Таким образом, делают запись:

m нав. - V_к

m н.ф. - V_п

           

Исходя из этого, выражаем массу навески фактической:

 

          m нав. • V_п

m н.ф = ---------------

                                                                              V_к

Далее находим массу химически чистого (х.ч.) вещества. Подставляем найденные значения в расчетную формулу, и находим массовую долю. Смотрим, чтобы результат был сопоставим с реальным. Рассчитанный искомый показатель обосновываем. Помним, что это содержание х.ч. вещества в граммах в 100 г исследуемого вещества (раствора).

 

А. Расчет массовой доли по способу прямого и косвенного титрования (титрования по заместителю)

Для расчета массы химически чистого вещества воспользуемся формулой:

 

m = C_1/Z • M_1/Z • V_(л)

 

Таким образом, применительно к нашей ситуации, формула будет следующей:

 

                                C_{1/Z (исслед.в-ва)} • M_{1/Z(исслед.в-ва)} • V_{~(мл) (исслед.в-ва)}

   m _{х.ч. (исслед. в-ва)} = -----------------------------------------------------------

                                                                         1000

 

(х.ч. – это практическое содержание, следовательно и все показатели берем практические. V_{~(мл) (исслед.в-ва)} – это объем навески, взятой на анализ, то есть объем пипетки)

 

Для вывода формулы воспользуемся законом эквивалентов.

 

С_{1/Z (1)} • V₍₁₎ = С_{1/Z (2)} • V₍₂₎    

 

Таким образом,          С_{1/Z (исслед.в-ва)} • V_{~ (мл) (исслед.в-ва)} = С_{1/Z ~ (раб.р-ра)} • V_{~ (раб.р-ра)}

 

Следовательно:

                                                         С_{1/Z ~ (раб.р-ра)} • V_{~ (раб.р-ра)}

С_{1/Z (исслед.в-ва)} = -------------------------------------

                                                                              V_{~ (мл) (исслед.в-ва)}

 

Практическую молярную концентрацию эквивалента рабочего раствора можно найти из формулы расчета поправочного коэффициента:

 

    С_{1/ Z ~}

К_п = ---------

   С_{1/ Z т.}

Следовательно: С_{1/Z ~(раб.р-ра)}  = С_{1/Z т(раб.р-ра).}  х К_{п(раб.р-ра)}

 

Подставим эти значения в формулу расчета молярной концентрации эквивалента практически исследуемого вещества.

           С_{1/Z ~ (раб.р-ра)} • V_{~ (раб.р-ра)}          С_{1/Z т(раб.р-ра).}  • К_{п(раб.р-ра)} • V_{~ (раб.р-ра)}

С_{1/Z (исслед.в-ва)} = -------------------------------- = --------------------------------------------------

                                       V_{~ (мл) (исслед.в-ва)}                             V_{~ (мл) (исслед.в-ва)}

Затем подставим это значение в формулу расчета массы навески химически чистого вещества:

 

                                 C_{1/Z (исслед.в-ва)} • M_{1/Z(исслед.в-ва)} • V~_{(мл) (исслед.в-ва)}

   m _{х.ч. (исслед. в-ва)} = -----------------------------------------------------------  =

1000

 

                С_{1/Z т(раб.р-ра).}  • К_{п(раб.р-ра)} • V_{~ (раб.р-ра)} • M_{1/Z(исслед.в-ва)} • V~_{(мл) (исслед.в-ва)}

= -----------------------------------------------------------------------------------------------

                                                          V_{~ (мл) (исслед.в-ва)}   х 1000

 

Объемы практически исследуемого раствора сокращаются, а далее мы видим, что произведение теоретической молярной концентрации эквивалента рабочего раствора на молярную массу эквивалента исследуемого вещества и деленное на тысячу, есть не что иное, как теоретический титр рабочего раствора по определяемому веществу.

 

             С_{1/Z т. раб.} • M_{1/Z опр.}

(Т _{т. раб./ опр.}  = ----------------------- )

           1000

 

       Произведение практического объема рабочего раствора на его поправочный коэффициент – это объем теоретический рабочего раствора.

 

(V т. = V_~ • К_п )

       Следовательно,

 

m х.ч.(исслед.в-ва) = Т т. раб./ опр • V т. (раб.р-ра)

       Каждый раз эту формулу НЕ ВЫВОДЯТ, а пользуются уже ГОТОВОЙ!

       Вначале отдельным действием рассчитывают титр точный (теоретический) рабочего раствора по определяемому веществу. Обосновывают найденный показатель (указывают – что он показывает). Не забывают, что титр одного вещества по другому – это всегда взаимодействие двух веществ, причем 1 мл рабочего раствора взаимодействует с граммами определяемого вещества. Затем рассчитывают теоретический (точный) объем рабочего раствора через поправочный коэффициент. И только потом – массу химически чистого вещества.

 

       Далее, находят массовую долю, обосновывают этот показатель, (помнят, что массовая доля – это содержание грамм химически чистого вещества в 100 граммах вещества (раствора). Затем записывают ответ.

Задача 1

 

       Определить массовую долю химически чистой хлороводородной кислоты в фарм. препарате, если для приготовления 200 мл разведения взяли 2 мл хлороводородной кислоты с ρ = 1,123 г/мл, а на титрование 10 мл полученного раствора было затрачено 7,5 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента ~ 0,1 моль/л и поправочным коэффициентом равным 1,0262. Мм НСl = 36,46 г/моль.

Рассуждения: В задаче речь идет о растворах двух веществ: кислоты хлороводородной и гидроксиде натрия. Необходимо найти массовую долю одного из них, следовательно, это - задача III типа. Так же мы видим, что из одного из веществ (хлороводородной кислоты) готовилось разведение – его мы обозначим как объем колбы (V_к), а объем навески, взятой на анализ, обозначим как объем пипетки (V_п). Придерживаясь рекомендаций, приведенных выше, записываем «Дано» и начинаем решать задачу.

Дано:	Решение:
Vнав (НС1). = 2 мл Vк. (НС1) = 200 мл Vп. (НС1) = 10 мл V ~ 0,1 моль/л(NаОН) = 7,5 мл Kп ~0,1моль/л (NаОН)  = 1,0262 М.м . . (НС1)  = 36,46 г/моль ρ. (НС1) = 1,123 г/мл	Анализ данных: НС1 – это исследуемый (анализируемый) раствор, так как не известна его концентрация NаОН – это рабочий раствор, так как известен его поправочный коэффициент   Метод количественного определения – метод алкалиметрии, вариант нейтрализации (так как рабочий раствор – щелочь, а в основе метода лежит реакция нейтрализации) Способ прямого титрования (так как. вещества взаимодействуют друг с другом напрямую).
Найти: ω. (НС1) = ?

 

 

       Записываем уравнение реакции, лежащее в основе анализа, чтобы правильно рассчитать молярную массу эквивалента исследуемого вещества. Во избежание ошибок на первое место в реакции записываем исследуемое вещество, то есть хлороводородную кислоту:

 

HCl  + NаОН   = NaCl + H₂O

                                     1 моль 1 экв.

 

       Вещества реагируют друг с другом в соотношении 1 моль: 1 эквивалент, следовательно:

f_экв.(HCl) = 1                                  M_{1|z (HCl)}= Mm _(HCl) •   f_экв.(HCl) = Mm _(HCl)

M_{1|z (HCl)}= Mm _(HCl) = 36,46 г/моль

 

       Массовую долю исследуемого вещества находим по формуле:

                                                                  m х.ч.

ω = --------- •  100%

                                                             mн.ф.

       В нашем случае это:

                                                                   m х.ч. _(HCl)

ω_(HCl) = --------------- •  100%

                                                              m н.ф. _(HCl)

 

1) Найдем массу навески фактической.

       Во-первых – из условия задачи мы видим, что нам не дано ни одной массы, но зато мы знаем объем раствора и его плотность, следовательно, из формулы ρ= m/ V мы можем выразить массу навески хлороводородной кислоты, взятой для приготовления разведения:

! m =V •  ρ, то есть в нашем случае:

m _нав.(HCl) =V _нав.(HCl) •  ρ _нав.(HCl) = 2 мл •   1,123 г/мл = 2,2460 г

 

       Во-вторых – из условия задачи мы также видим, что в данном случае готовится разведение, и на титрование оно берется не все, а только его часть. Следовательно, масса навески фактической с массой навески не совпадает, (она будет меньше), и это необходимо учесть в расчетах. Поэтому следующим действием мы составляем пропорцию:

m нав. _.(HCl) - V_к.(HCl)      следовательно,                2,2460 г  – 200 мл   

m н.ф. _.(HCl) - V_п.(HCl)                                                       m н.ф. _.(HCl) – 10 мл

 

       А затем, решая пропорцию, находим массу навески фактической хлороводородной кислоты:

                     2,2460 г •   10 мл

m н.ф. _.(HCl) = ------------------------ = 0,1123 г

                                200 мл

 

2)    Найдем массу химически чистого вещества хлороводородной кислоты.

m _{х.ч.(исслед.в-ва)} = Т _{т. раб./ опр} • V _{т. (раб.р-ра)}

 

       То есть, в нашем случае,

 

m _{х.ч. .(HCl)}  = Т _{0,1 моль/л NаОН ./ HCl} • V _{0,1 моль/л NаОН}

 

 

а) Вначале рассчитываем титр точный рабочего раствора по определяемому веществу:

                  С_{1/Z т. раб.} •  M_{1/Z опр.}

Т _{т. раб./ опр.}  = -----------------------

           1000

Следовательно:

С_{1/Z0,1 моль/л NаОН}  • M_{1/Z HCl}          0,1 моль/л •   36,46 г/моль

Т_{0,1 моль/л NаОН/ HCl.}  = --------------------------------- = ----------------------------------- = 0,003646 г/мл

1000                                       1000

 

       Не забываем обосновать рассчитанный показатель: это титр соответствия и он обозначает взаимодействие!!! 1 мл рабочего раствора с граммами определяемого вещества, то есть в нашем случае получается следующее:

       Титр показывает, что 1 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л взаимодействует с 0,003646 г химически чистого хлороволорода.

 

б)    Далее рассчитываем теоретический (точный) объем рабочего раствора – гидроксида натрия – через его поправочный коэффициент.

V т. = V_~ •   К_п

 

 

V_{0,1 моль/л NаОН} = V_{~ 0,1 моль/л NаОН} •   К_{п ~ 0,1 моль/л NаОН} = 7,5 мл •   1,0262 = 7,6965 мл округляем и        

получаем 7,70 мл

в)    Подставляем найденные значения в формулу и рассчитываем массу химически чистого вещества:

m _{х.ч. .(HCl)}  = Т _{0,1 моль/л NаОН / HCl} • V _{0,1 моль/л NаОН} = 0,003646 г/мл •   7,70 мл = 0,0280742 г 

округляем и получаем 0,0281 г

 

 

3)    Рассчитываем массовую долю хлороводородной кислоты в растворе:

           

 

         m х.ч. _(HCl)                     0,0281 г

ω_(HCl) = --------------- •  100% = --------------- •  100% = 25,0222618% округляем и получаем

         m н.ф. _(HCl)                    0,1123 г                                                                  25,02%

       И, снова, не забываем обосновать рассчитанный показатель, то есть указать, что в данном случае показывает массовая доля. Помним, что это – содержание химически чистого вещества в 100 г вещества (раствора). В нашем случае:

       Массовая доля показывает, что в 100 г раствора хлороводородной кислоты содержится 25,02 г х.ч. хлороводорода.

 

 

       Ответ: ω _(НС1) = 25,02%

 

 

Задача 2

 

       Определить массовую долю химически чистого натрия гидрокарбоната в фарм.препарате, если для приготовления 100 мл разведения была взята навеска вещества массой 0,5018 г, а на титрование 10 мл полученного раствора было израсходовано 5,9 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента ~ 0,1 моль/л и поправочным коэффициентом равным 0,9975.

Мм ( NaНС O₃)=84,01 г/моль.

 

Дано:	Решение:
mнав  (NaНСO3) = 0,5018 г Vк. (NaНСO3)  = 100 мл Vп. (NaНСO3)  = 10 мл V ~ 0,1 моль/л(HCl) = 5,9 мл Kп ~0,1моль/л (HCl)  = 0,9975 М.м . . (NaНСO3) = 84,01 г/моль	Анализ данных: NaНСO3 – это исследуемое (анализируемое) вещество, так как не известна его концентрация НС1 – это рабочий раствор, так как известен его поправочный коэффициент   Метод количественного определения – метод ацидиметрии Способ прямого титрования
Найти: ω. (NaНСO3) = ?

 

В основе метода лежит уравнение реакции:

 

NaНСO₃ + НС1 = NaCl + CO₂↑ + H₂O

1 моль       1 экв.

 

f_экв. (NaНСO₃) = 1                           M_1|z (NaНСO₃) = Mм (NaНСO₃)  •   f_экв. (NaНСO₃) = Mм (NaНСO₃)

M_1|z (NaНСO₃)= Mм (NaНСO₃) = 84,01 г/моль

 

 

                                                                   m х.ч. (NaНСO₃)

ω(NaНСO₃) = --------------- •  100%

                                                              m н.ф. (NaНСO₃)  

 

1) Найдем массу навески фактической, так как готовится разведение.

 

m нав. (NaНСO₃)  - V_к(NaНСO₃)   следовательно,                0,5018 г     – 100 мл

m н.ф. (NaНСO₃)   - V_п. (NaНСO₃)                                                       m н.ф. (NaНСO₃) – 10 мл

 

 

Следовательно:

 

                        0,5018 г •   10 мл

m н.ф. (NaНСO₃) = ------------------------ = 0,0502 г

                                    100 мл

 

2) Рассчитываем массу навески химически чистого натрия гидрокарбоната

m _{х.ч.(исслед.в-ва)} = Т _{т. раб./ опр} • V _{т. (раб.р-ра)}

 

m _х.ч. (NaНСO₃)   = Т _{0,1 моль/л} HCl/NaНСO₃    • V _{0,1 моль/л} HCl

а) Находим титр точный рабочего раствора по определяемому веществу (титр хлороводородной кислоты по натрия гидрокарбонату)

 

 

                  С_{1/Z т. раб.} •  M_{1/Z опр.}

Т _{т. раб./ опр.}  = -----------------------

           1000

С_{1/Z 0,1 моль/л HCl}    •  M_1/Z NaНСO₃ 0,1 моль/л •   84,01 г/моль

Т_{0,1 моль/л} HCl/NaНСO₃  = --------------------------------- = ----------------------------------- = 0,008401 г/мл

1000                                       1000

 

       Титр показывает, что 1 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л взаимодействует с 0,008401 г х.ч. натрия гидрокарбоната.

 

б) Рассчитываем теоретический объем рабочего раствора хлороводородной кислоты

        

V т. = V_~ •   Кп

 

V_{0,1 моль/л HCl} = V_{~ 0,1 моль/л HCl} •   К_{п ~ 0,1 моль/л HCl} = 5,9 мл •  0,9975 = 5,89 мл

 

 

в) Подставляем значения в формулу:

 

m _х.ч. (NaНСO₃)   = Т _{0,1 моль/л} HCl/NaНСO₃    • V _{0,1 моль/л} HCl = 0,008401 г/мл •   5,89 мл = 0,0495 г

 

3) Рассчитываем массовую долю:

 

             m х.ч. (NaНСO₃)               0,0495 г

ω(NaНСO₃) = --------------- •  100% = ------------- •   100% = 98,60%

             m н.ф. (NaНСO₃)                    0,0502 г

 

 

       Массовая доля показывает, что в 100 г фарм.препарата натрия гидрокарбоната содержится 98,60 г х.ч. натрия гидрокарбоната.

 

 

       Ответ: ω_. (NaНСO₃) = 98,60%

Задачи III типа для самостоятельного решения

1. Определить массовую долю химически чистой хлороводородной кислоты в фарм.препарате, если для приготовления 100 мл разведения взяли 10 мл хлороводородной кислоты с ρ = 1,038 г/мл, а на титрование 5 мл полученного раствора было затрачено 11,7 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента ~ 0,1 моль/л и поправочным коэффициентом равным 1,0110.

Мм (НСl) = 36,46 г/моль.

 

2. Определить массовую долю химически чистой уксусной кислоты в                         Фарм.препарате, если для приготовления 100 мл разведения взяли 10 мл раствора уксусной кислоты с ρ = 1,007 г/мл, а на титрование 10 мл полученного раствора было затрачено 10 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента ~ 0,1 моль/л и поправочным коэффициентом равным 1,0028. Мм (СН₃СООН)=60,01 г/моль.

 

 

3. Определить массовую долю бензоата натрия в фарм.препарате, если                         на титрование навески массой 0,1495 г было затрачено 10,4 мл раст-                       вора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента ~ 0,1 моль/л и поправочным коэффициентом равным 0,9982. Мм (С₆Н₅СОО Na)= 144,11 г/моль.

 

4. Определить массовую долю натрия тетрабората в фарм.препарате,                         если для приготовления 200 мл раствора была взята навеска массой                         3,7100 г, а на титрование 10 мл полученного раствора было затрачено 9,4 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента ~ 0,1 моль/л и поправочным коэффициентом равным 1,0250. Мм ( Na₂ B₄ O₇ • 10 H₂ O)= 381,37 г/моль.

 

 

5. Определить массовую долю щавелевой кислоты в фарм.препарате,                         если из навески массой 0,9892 г приготовили 200 мл разведения, а на                         титрование 10 мл полученного раствора ушло 7,9 мл раствора гид-                        роксида натрия с молярной концентрацией эквивалента ~ 0,1 моль/л и поправочным коэффициентом равным 0,9841. Мм (Н₂С₂О₄ • 2 Н₂О)=126,07 г/моль.

 

---

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 71; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!