Решение задачи: Титрование NaHCO3 хлористоводородной кислотой

Задача 5. Правильно ли приготовлен концентрированный раствор натрия гидрокарбоната 5% — 100 мл, если на титрование 1 мл раствора пошло 1 мл 0,1 моль/л раствора хлористоводородной кислоты? (M (NaHCO₃) = 84 г/моль.)

Дано:

• Массовая доля NaHCO₃ (по условию) = 5%
• Объем раствора NaHCO₃ (по условию) = 100 мл
• Объем раствора NaHCO₃, взятый на титрование = 1 мл
• Объем раствора HCl, пошедший на титрование = 1 мл
• Молярная концентрация HCl = 0,1 моль/л
• Молярная масса NaHCO₃ (M) = 84 г/моль

Найти:

• Правильно ли приготовлен раствор?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между гидрокарбонатом натрия и хлористоводородной кислотой:

\[ \text{NaHCO}_3 + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \] Из уравнения видно, что реакция протекает в соотношении 1:1, то есть 1 моль NaHCO₃ реагирует с 1 моль HCl.

2. Рассчитаем количество вещества хлористоводородной кислоты (HCl), которое пошло на титрование:

\[ n(\text{HCl}) = C(\text{HCl}) \times V(\text{HCl}) \] Где: \( C(\text{HCl}) \) — молярная концентрация HCl \( V(\text{HCl}) \) — объем HCl, пошедший на титрование

Переведем объем HCl из миллилитров в литры:

\[ V(\text{HCl}) = 1 \text{ мл} = 0,001 \text{ л} \] Теперь рассчитаем количество вещества HCl:

\[ n(\text{HCl}) = 0,1 \text{ моль/л} \times 0,001 \text{ л} = 0,0001 \text{ моль} \]

3. Так как NaHCO₃ и HCl реагируют в соотношении 1:1, то количество вещества NaHCO₃ в 1 мл титруемого раствора равно количеству вещества HCl:

\[ n(\text{NaHCO}_3) = n(\text{HCl}) = 0,0001 \text{ моль} \]

4. Рассчитаем массу NaHCO₃, содержащуюся в 1 мл титруемого раствора:

\[ m(\text{NaHCO}_3) = n(\text{NaHCO}_3) \times M(\text{NaHCO}_3) \] Где: \( n(\text{NaHCO}_3) \) — количество вещества NaHCO₃ \( M(\text{NaHCO}_3) \) — молярная масса NaHCO₃

\[ m(\text{NaHCO}_3) = 0,0001 \text{ моль} \times 84 \text{ г/моль} = 0,0084 \text{ г} \]

5. Теперь рассчитаем, сколько NaHCO₃ должно содержаться в 100 мл раствора, если он приготовлен правильно (то есть 5% по массе). Для этого нам нужно знать плотность раствора. В условии задачи плотность не указана. В таких случаях для разбавленных водных растворов часто принимают плотность раствора равной плотности воды, то есть 1 г/мл. Однако, для более точных расчетов, особенно для концентрированных растворов, это может быть не совсем корректно. Если плотность не дана, мы можем предположить, что 5% означает 5 грамм вещества на 100 мл раствора, если не указано иное (например, 5% по массе, что требует знания плотности для перевода в объем).

Давайте предположим, что 5% раствор означает, что в 100 мл раствора содержится 5 г NaHCO₃. Это распространенное упрощение в школьных задачах, когда плотность не указана.

Если в 100 мл раствора должно быть 5 г NaHCO₃, то в 1 мл такого раствора должно быть:

\[ m_{\text{теоретическая}}(\text{NaHCO}_3) = \frac{5 \text{ г}}{100 \text{ мл}} \times 1 \text{ мл} = 0,05 \text{ г} \]

6. Сравним полученную экспериментальную массу NaHCO₃ в 1 мл раствора с теоретической массой:

Экспериментальная масса в 1 мл = 0,0084 г

Теоретическая масса в 1 мл = 0,05 г

Очевидно, что 0,0084 г не равно 0,05 г.

Вывод:

Раствор приготовлен неправильно. В 1 мл приготовленного раствора содержится 0,0084 г NaHCO₃, тогда как для 5% раствора (при условии, что 5% означает 5 г на 100 мл) должно содержаться 0,05 г NaHCO₃. Это означает, что концентрация приготовленного раствора значительно ниже требуемой.