Sešit pro laboratorní práci z chemie téma: Roztoky výpočty koncentrací autor: MVDr. Alexandra Gajová vytvořeno při realizaci projektu: Inovace školního vzdělávacího programu biologie a chemie registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.38/01.0002 projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Roztoky výpočty koncentrací Teorie Roztoky jsou homogenní, minimálně dvousloţkové (ale i vícesloţkové) směsi. Mohou to být směsi pevných látek slitiny, směsi plynů, ale nejčastěji se provádí výpočty koncentrace roztoků látek pevných a kapalin v rozpouštědle, t. j. další kapalné látce. Mnoţství rozpouštěné látky v rozpouštědle pak označujeme koncentrace roztoků. Je více způsobů vyjádření koncentrace hmotnostní zlomek, hmotnostní procenta, objemový zlomek, objemová procenta, molální koncentrace (podíl látkového mnoţství látky a hmotnosti rozpouštědla, v současné době se nepouţívá), molární zlomek a molární procenta. Nejvíce se v laboratořích pouţívá vyjádření koncentrace způsobem molární = látková koncentrace. Látková koncentrace udává látkové mnoţství, t. j. počet molů rozpuštěné látky v 1 litru roztoku (neboli 1 dm 3 ). Vyjadřuje ji vztah c A = n A / V mol.dm -3 protoţe platí vztah n A = m A / V nejvíce vyuţíváme pro výpočet vzorec: c A = m A / M A. V Při přípravě roztoků v laboratoři a jejich značení často vyuţíváme symbol M a výraz molarita. Například označení zásobního roztoku 0,5 M NaOH vyjadřuje koncentraci roztoku hydroxidu sodného 0,5 mol.dm -3. Příklad: Kolik gramů NaOH potřebujeme na přípravu 4 litrů 0,1 M roztoku? C NaOH = m NaOH / M NaOH. V V = 4 l M = 40 g.mol -1 (z tabulek) c = 0,1. mol.l -1 0,1 = m / 40.4 m = 16 g Na přípravu 4 l 0,1 M roztoku NaOH potřebujeme 16 g této látky. poznámka: m A je v tomto případě označení rozpouštěné látky, v tomto případě NaOH (jako m s ) Dosti často potřebujeme přepočítat hmotnostní % koncentrace na látkovou koncentraci, například kyseliny a roztoky amoniaku v originálním balení mají uvedenou koncentraci v hmotnostních %. Na obalu je také uvedena hustota dané látky, kterou budeme potřebovat pro výpočet, také můţeme zjistit z chemických tabulek. Vyuţijeme vzorce: = m / V w A % = m A / m S. 100
Příklad: Vypočítejte látkovou koncentraci 65% HNO 3. = 1,392 g.cm -3 Hmotnost 1 l 65% HNO 3 je: 1000. 1,392 = 1392 g obsah 100% HNO 3 v 65% HNO 3 vypočítáme: m HNO3 100% = w HNO3. m HNO3 100% = 0,65. 1392 = 904,8 g Jeden litr 65% kyseliny dusičné obsahuje 904,8 g této 100% kyseliny. Nyní provedeme výpočet látkové koncentrace dle vzorce n = m/m n HNO3 = m HNO3 /M HNO3 = 904,8/63 = 14,36 Kyselina dusičná 65% má látkovou koncentraci 14,36 mol.l -1 Pomůcka pro odvozování nejčastěji používaných vzorců v chemii Návod: v trojúhelníku 1 4 je vţdy základní vzorec, odvozené vzorce vytvoříme tak, ţe tu veličinu, kterou hledáme, přikryjeme a zobrazí se nám aktuální vzorec. např. u trojúhelníku č. 1 platí: n = c.v c = n/v V = n/c Nejčastěji využívaným vzorcem pro výpočet koncentrace roztoků v laboratořích je vzorec uvedený v rámečku c = m / M. V
Vysvětlivky zkratek ve vzorcích: n látkové mnoţství c koncentrace V objem m hmotnost M molekulová hmotnost (v g.mol -1 ) n látkové mnoţství (vyjádřená v mol.l -1 ) m s hmotnost sledované látky m c hmotnost roztoku 1 mol = mnoţství látky, která má stejné mnoţství látky jako ve 12 g nuklidu 12 C vyjadřuje Avogadrova konstanta N A =6,022. 1023 mol -1
Cvičení výpočty látkových koncentrací V učebnici obecné chemie jste si zopakovali učivo 1. ročníku způsoby vyjadřování sloţení roztoku. Několika příklady si procvičte výpočty pro vyjádření látkové (molární) koncentrace v roztoku a také přepočet hmotnostních % na látkovou koncentraci: Vypočítej látkovou koncentraci 56 g KOH ve 500 ml roztoku této látky. Jaká je látková koncentrace 25%-ního roztoku NaOH. = 1,27 g.cm -3 Potřebujeme připravit ze 224 g KOH 2M roztok (c = 2 mol.l -1 ). Jaký bude mít objem připravený roztok, kdyţ potřebujeme spotřebovat veškeré mnoţství hydroxidu? Jaká je látková koncentrace v mol.l -1 20% kyseliny chlorovodíkové? (M HCl = 36,5 mol -1, = 1,1 g.cm -3 ) Vypočítejte hmotnost pevné látky a objem vody, kterou je potřeba pro přípravu roztoku dusičnanu olovnatého o objemu 200 cm 3, který má koncentraci 2%. Vyjádřete látkovou koncentraci tohoto roztoku. Úkoly: 1. Prostudujte si teorii a vzorové příklady. 2. Vypočítejte uvedených 5 příkladů, doma proveďte jejich zápis formou pracovního protokolu. 3. Z učebnice si rovněţ zopakujte učivo ředění a směšování roztoků. Pomocí kříţového pravidla nebo pomocí směšovací rovnice vyřešte příklad č. 6: Kolik vody musíme přidat k 250 g 25% roztoku NaCl, aby vznikl roztok 5%? směšovací rovnice: m 1. w 1 + m 2. w 2 = ( m 1 + m 2 ). w
Pracovní protokol musí obsahovat: jméno studenta a číslo pracovní skupiny: datum provedené práce: název cvičení: princip: výpočty: Závěr:
Metodické poznámky pro vyučující Úkolem cvičení je zopakovat učivo prvního ročníku o roztocích a vyjádření jejich koncentrace. Problematika je velmi obšírná, a z časových i praktických důvodů je zařazeno pouze procvičení výpočtů látkové koncentrace, případně přepočet hmotnostních % na látkovou koncentraci. Tyto jsou důleţité pro přípravu různých zásobních roztoků a činidel v následujících laboratorních cvičeních. Výsledky zadaných příkladů: 1. 2 mol 2. 7,95 mol.l -1 3. 2 l 4. 6,03 mol.l -1 5. 4 g a 196 cm 3. Látkové mnoţství Pb(NO3) 2 vypočítáme ze vzorce c= ma / M A. V c Pb(NO3)2 = 0,058 mol. l -1 z tabulek jsme zjistili, ţe M Pb(NO3)2 = 343,23 6. 1 l vody Ekologie Koncentrace látek je rovněţ důleţitým kritériem hodnocení a posuzování koncentrace škodlivých látek v odpadních vodách, sledována je i koncentrace látek škodlivých v ovzduší (například oxidu siřičitého, uhličitého, oxidy dusíku a jiné), sleduje se i koncentrace zplodin ve výfukových plynech a podobně. Rovněţ koncentrace různých látek, například dusičnanů, dusitanů, amoniaku apod. je velmi přísně sledována v pitné vodě a také podléhá ČSN. Hygienické kontroly kontrolují i obsah různých aditivních látek v potravinách, tak aby odpovídali vyhláškám náleţícím k Zákonu o potravinách.
Zdroje FLEMR, V., DUŠEK, B. Chemie obecná a anorganická. 1. vyd. Praha: SPN, 2001. ISBN 80-7235- 147-8. MAREČEK, A., HONZA, J. Chemie pro čtyřletá gymnázia 1. díl. 3. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc s.r.o., 2002. ISBN 80-7182-055-5. MAREČEK, A., HONZA, J. Chemie pro čtyřletá gymnázia 2. díl. 3. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc s.r.o., 2005. ISBN 80-7182-141-1. MAREČEK, A., HONZA, J. Chemie pro čtyřletá gymnázia 3. díl. 1. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc s.r.o., 2000. ISBN 80-7182-057-1. MAREČEK, A., HONZA, J. Sbírka příkladů pro studenty středních škol. 1. vyd. Brno: Proton, 2001. ISBN 80-902402-2-4. ČTRNÁCTOVÁ, H., HALNÝCH, J., HUDEČEK, J., ŠÍMOVÁ, J. Chemické pokusy pro školu a zájmovou činnost. 1. vyd. Praha: Prospektrum, 2000. ISBN 80-7175-057-3. VACÍK, J. a kolektiv Přehled středoškolské chemie. 3. vyd. Praha: SPN, 1995. ISBN 80-85937-08-5. PAZDERKA, F., FEŇÁR, J. Praktická cvičení z chemie. 1. vyd. Praha: SZN, 1972. ISBN 07-037-72-03/6. KOTLÍK, B., RŮŢIČKOVÁ, K. Cvičení k chemii v kostce pro střední školy. 2. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 2002. ISBN 80-7200-579-0.