Déterminer la concentration d'une solution

Contenu

Avancer d'un pas
Partie 1 sur 3: Les connaissances de base sur les concentrations
Partie 2 sur 3: Titrage
Partie 3 sur 3: Déterminer la salinité dans un aquarium
Conseils
Mises en garde

En chimie ou chimie, un solution un mélange homogène de deux choses - une substance dissoute et un solvant ou alors solvant dans lequel la substance est dissoute. Concentration est une mesure de la quantité de soluté dans un solvant. Il peut y avoir de nombreuses raisons pour déterminer la concentration d'une solution, mais la chimie impliquée est la même que vous testiez le niveau de chlore dans une piscine ou que vous effectuiez une analyse vitale sur un échantillon de sang. Ce guide vous apprendra certaines parties fondamentales de la chimie des solutions, puis vous guidera à travers la procédure d'une application pratique courante: l'entretien de l'aquarium.

Avancer d'un pas

Partie 1 sur 3: Les connaissances de base sur les concentrations

Méthode de notation des concentrations. Une concentration d'une substance est la quantité de ce soluté divisée par la quantité de solvant. Cependant, comme il existe différentes manières d'exprimer la quantité d'une substance donnée, il est également possible de représenter une concentration de différentes manières. Vous trouverez ici les orthographes les plus courantes:
- Gramme par litre (g / L.) Masse d'un soluté en grammes dissous dans un volume donné d'une solution (qui n'est pas nécessairement le même que le volume du solvant.) Typiquement utilisé pour les solutions de solides dans des solvants liquides.
- Molarité (M.) Le nombre de moles d'un soluté divisé par le volume de la solution.
- Parties par million (ppm.) Le rapport du nombre de particules (généralement en grammes) d'un soluté pour un million de particules d'une solution, multiplié par 10. Généralement utilisé pour les solutions aqueuses très diluées (1 L d'eau = 1000 grammes).
- Pourcentage de substance composée. Le rapport des particules (toujours en grammes) d'un soluté pour 100 particules d'une solution, exprimé en pourcentage.
Sachez de quelles données vous avez besoin pour trouver une concentration. À l'exception de la molarité (voir ci-dessous), les méthodes courantes d'écriture d'une concentration comme indiqué ci-dessus nécessitent que vous connaissiez la masse du soluté et la masse ou le volume de la solution résultante. De nombreux problèmes chimiques qui nécessitent de trouver la concentration d'une solution ne vous donnent pas cette information. Si tel est le cas, vous devrez travailler avec ce que vous savez pour trouver ces informations.
- Exemple: Supposons que nous ayons besoin de trouver la concentration (en grammes par litre) d'une solution obtenue en dissolvant 1/2 cuillère à café de sel dans 2 litres d'eau. Nous savons également qu'une cuillère à café de sel équivaut à environ 6 grammes. Dans ce cas, la conversion est facile - multipliez: 1/2 cuillère à café x (6 grammes / 1 cuillère à café) = 3 grammes de sel. 3 grammes de sel divisé par 2 litres ou eau = 1,5 g / L
Apprenez à calculer la molarité. La molarité vous oblige à connaître le nombre de moles de votre soluté, mais cela peut être facilement déduit si vous connaissez la masse du soluté et la formule chimique. Chaque élément chimique a une "masse molaire" connue (MM) - une masse spécifique pour une mole de cet élément. Ces masses molaires se trouvent dans le tableau périodique (généralement sous le symbole chimique et le nom de l'élément.) Il suffit d'ajouter les masses molaires des composants du soluté pour obtenir la masse molaire. Multipliez ensuite la masse connue du soluté par le (1 / MM de votre soluté) pour trouver la quantité de votre soluté en moles.
- Exemple: Supposons que nous voulions trouver la molarité de la solution saline ci-dessus. Pour récapituler, nous avons 3 grammes de sel (NaCl) dans 2 litres d'eau. Commencez par découvrir quelles sont les masses molaires de Na et Cl en regardant le tableau périodique. Na = environ 23 g / mol et Cl = environ 35,5 g / mol. Ainsi, le MM de NaCl = 23 + 35,5 = 58,5 g / mol. 3 grammes de NaCl x (1 mole de NaCl / 58,5 g de NaCl) = 0,051 mole de NaCl. 0,051 mole de NaCl / 2 litres d'eau = 0,026 M de NaCl
Pratiquez des exercices standard sur le calcul des concentrations. Les connaissances ci-dessus sont tout ce dont vous avez besoin pour calculer les concentrations dans des situations simples. Si vous connaissez la masse ou le volume de la solution et la quantité de soluté ajoutée en principe, ou si vous pouvez le déduire des informations fournies dans la déclaration, vous devriez être en mesure de mesurer facilement la concentration d'une solution.à calculer. Faites des problèmes de pratique pour améliorer vos compétences. Voir les exemples d'exercices ci-dessous:
- Quelle est la molarité de NaCL dans une solution de 400 ml, obtenue en ajoutant 1,5 gramme de NaCl à de l'eau?
- Quelle est la concentration, en ppm, d'une solution obtenue en ajoutant 0,001 g de plomb (Pb) à 150 L d'eau? (1 L d'eau = 1000 grammes) Dans ce cas, le volume de la solution augmentera d'une quantité minuscule en ajoutant la substance, vous pouvez donc utiliser le volume du solvant comme volume de la solution.
- Trouvez la concentration en grammes par litre d'une solution de 0,1 L faite en ajoutant 1/2 mole de KCl à l'eau. Pour ce problème, vous devez travailler d'avant en arrière, en utilisant la masse molaire de KCL pour calculer le nombre de grammes de KCl dans le soluté.

Partie 2 sur 3: Titrage

Comprendre quand appliquer un titrage. Le titrage est une technique utilisée par les chimistes pour calculer la quantité de soluté présente dans une solution. Pour effectuer un titrage, vous créez une réaction chimique entre le soluté et un autre réactif (généralement également dissous). Puisque vous connaissez la quantité exacte de votre deuxième réactif et que vous connaissez l'équation chimique de la réaction entre le réactif et le soluté, vous pouvez calculer la quantité de votre soluté en mesurant la quantité de réactif dont vous avez besoin pour la réaction avec le soluté. Achevée.
- Ainsi, les titrages peuvent être très utiles pour calculer la concentration d'une solution si vous ne savez pas quelle quantité de soluté a été initialement ajoutée.
- Si vous connaissez la quantité de soluté dans la solution, il n'est pas nécessaire de titrer - il suffit de mesurer le volume de votre solution et de calculer la concentration, comme décrit dans la partie 1.
Configurez votre équipement de titrage. Pour effectuer des titrages précis, vous avez besoin d'un équipement propre, précis et professionnel. Utilisez une fiole Erlenmeyer ou un bécher sous une burette calibrée attachée à un support de burette. La buse de la burette doit se trouver dans le col du flacon ou du bécher sans toucher les parois.
- Assurez-vous que tout l'équipement est préalablement nettoyé, rincé à l'eau déminéralisée et sec.
Remplissez le ballon et la burette. Mesurez avec précision une petite quantité de la solution inconnue. Une fois dissoute, la substance se répand uniformément dans le solvant, de sorte que la concentration de ce petit échantillon de la solution sera la même que celle de la solution d'origine. Remplissez votre burette avec une solution de concentration connue qui réagira avec votre solution. Notez le volume exact de solution dans la burette - soustrayez le volume final pour trouver la solution totale utilisée dans la réaction.
- Faites attention: si la réaction entre la solution dans la burette et le soluté dans le ballon ne montre aucun signe de réaction, vous indicateur dans le ballon. Ceux-ci sont utilisés en chimie pour fournir un signal visuel lorsqu'une solution atteint le point d'équivalence ou le point final. Les indicateurs sont généralement utilisés pour les titrages examinant les réactions acido-basiques et redox, mais il existe également plusieurs autres indicateurs. Consultez un manuel de chimie ou regardez sur Internet pour trouver un indicateur approprié à votre réaction.
Commencez le titrage. Ajouter lentement une solution de la burette (le "titrant") dans le ballon. Utilisez un bâtonnet magnétique ou un bâtonnet en verre pour mélanger doucement la solution pendant que la réaction est en cours. Si votre solution réagit visiblement, vous devriez voir certains signes d'une réaction - changement de couleur, de bulles, de résidus, etc. Si vous utilisez un indicateur, vous pouvez voir chaque goutte traverser la burette dans le bon flacon a changement de couleur.
- Si la réaction entraîne une modification de la valeur du pH ou du potentiel, vous pouvez ajouter des lecteurs de pH ou un potentiomètre au ballon pour mesurer la progression de la réaction chimique.
- Pour un titrage plus précis, surveillez le pH ou le potentiel comme ci-dessus et notez à chaque fois comment la réaction se déroule après avoir ajouté une petite quantité de réactif. Tracer l'acidité de la solution ou le potentiel par rapport au volume de titrant ajouté. Vous verrez des changements brusques dans la pente de la courbe aux points d'équivalence de la réponse.
Ralentissez votre titrage. Lorsque votre réaction chimique approche du point final, ralentissez le titrage jusqu'à une progression goutte à goutte. Si vous utilisez un indicateur, vous remarquerez peut-être que les clignotements de couleur durent plus longtemps. Continuez maintenant à titrer aussi lentement que possible jusqu'à ce que vous puissiez déterminer la goutte exacte qui amènera votre réaction à atteindre le point final. Dans le cas d'un indicateur, vous regardez généralement le changement de couleur soutenu le plus tôt possible dans la réponse.
- Enregistrez le volume final dans votre burette. En soustrayant ce volume du volume de départ dans la burette, vous pouvez trouver le volume exact du titrant que vous avez utilisé.
Calculez la quantité de soluté dans votre solution. Utilisez l'équation chimique de la réaction entre votre titrant et la solution pour trouver le nombre de moles de soluté dans votre flacon. Une fois que vous avez trouvé le nombre de moles de soluté, vous pouvez simplement le diviser par le volume de la solution dans le ballon pour trouver la molarité de la solution, ou convertir le nombre de moles en grammes et diviser par le volume de la solution. , pour obtenir la concentration en g / L. Cela nécessite une petite connaissance de base de la stoechiométrie.
- Par exemple, supposons que nous utilisions 25 ml de NaOH 0,5 M pour titrer une solution de HCl dans l'eau jusqu'au point d'équivalence. La solution de HCl avait un volume de 60 ml pour le titrage. Combien de moles de HCl y a-t-il dans notre solution?
- Pour commencer, examinons l'équation chimique de la réaction du NaOH et du HCl: NaOH + HCl> H₂O + NaCl
- Dans ce cas, 1 molécule de NaOH réagit avec 1 molécule de HCl avec les produits eau et NaCl. Donc, parce que vous avez ajouté juste assez de NaOH pour neutraliser tout le HCl, le nombre de moles de NaOH consommées dans la réaction sera égal au nombre de moles de HCl dans le ballon.
- Voyons donc quelle est la quantité de NaOH en moles. 25 ml NaOH = 0,025 L NaOH x (0,5 mol NaOH / 1 L) = 0,0125 mole de NaOH.
- Puisque nous avons déduit de l'équation de réaction que le nombre de moles de NaOH consommées dans la réaction = le nombre de moles de HCl dans la solution, nous savons maintenant qu'il y a 0,0125 mole de HCl dans la solution.
Calculez la concentration de votre solution. Maintenant que vous connaissez la quantité de soluté dans votre solution, il est facile de trouver la concentration en termes de molarité. Divisez simplement le nombre de moles de soluté dans votre solution par le volume de votre échantillon de solution (ne pas le volume de la plus grande quantité à partir de laquelle vous avez prélevé l'échantillon.) Le résultat est la molarité de votre solution!
- Pour trouver la molarité de l'exemple ci-dessus, divisez le nombre de moles de HCl par le volume dans le ballon. 0,0125 mole de HCl x (1 / 0,060 L) = HCl 0,208 M.
- Pour convertir la molarité en g / L, ppm ou pourcentage de composition, convertissez le nombre de moles de votre soluté en masse (en utilisant la masse molaire de votre soluté.) Pour les ppm et le pourcentage du composé, vous devez également convertir le volume de votre solution en masse (en utilisant un facteur de conversion tel que la densité, ou simplement en la pesant), puis multipliez le résultat par 10 ou 10, respectivement.

Partie 3 sur 3: Déterminer la salinité dans un aquarium

Prélevez un échantillon d'eau de votre réservoir. Enregistrez le volume avec précision. Si possible, mesurez le volume en unités SI telles que mL - celles-ci sont faciles à convertir en L.
- Dans cet exemple, nous testons l'eau de l'aquarium pour la salinité, la concentration de sel (NaCl) dans l'eau. Supposons que nous prenions un échantillon d'eau à cet effet 3 ml de l'aquarium, puis définissez la réponse finale à donner g / L.
Titrez l'échantillon d'eau. Sélectionnez un titrant qui produit une réaction clairement visible dans le soluté. Dans ce cas, nous utilisons une solution de 0,25 M AgNO₃ (nitrate d'argent), un composé qui produit un sel de chlore insoluble lorsqu'il réagit avec NaCl dans la réaction suivante: AgNO₃ + NaCl> NaNO₃ + AgCl. Le sel (AgCl) sera visible sous forme de résidu blanc trouble qui flotte et peut être séparé de la solution.
- Titrez le nitrate d'argent d'une burette ou d'une petite aiguille d'injection dans l'échantillon d'aquarium jusqu'à ce que la solution devienne trouble. Avec un si petit échantillon, il est important de exactement déterminez la quantité de nitrate d'argent que vous avez ajoutée - étudiez attentivement chaque goutte.
Continuez jusqu'à la fin de la réaction. Lorsque le nitrate d'argent cesse de trouble la solution, vous pouvez noter le nombre de ml ajoutés. Titrez l'AgNO3 très lent et observez attentivement la solution, surtout à l'approche du point final.
- Supposons qu'il y ait 3 ml de 0,25 M AgNO₃ était nécessaire pour que la réaction prenne fin et l'eau ne s'est plus trouble.
Déterminez le nombre de moles du réactif. Cette étape est simple: multipliez le volume du titrant que vous avez ajouté par la molarité. Cela vous donnera le nombre de moles de titrant utilisé.
- 3 mL x 0,25 M = 0,003 L x (0,25 mole AgNO₃/ 1 L) = 0,000075 mole AgNO₃.
Déterminez le nombre de moles de votre soluté. Utilisez l'équation de réaction pour convertir le nombre de moles d'AgNO₃ en moles de NaCl. L'équation de réaction est: AgNO₃ + NaCl> NaNO₃ + AgCl. Parce que 1 mole AgNO₃ réagit avec 1 mole de NaCl, on sait maintenant que le nombre de moles de NaCl dans notre solution = le nombre de moles d'AgNO₃ qui est ajouté: 0,000075 mol.
- Dans ce cas: 1 mole d'AgNO₃ réagit avec 1 mole de NaCl. Mais si 1 mole de titrant réagit avec 2 moles de notre soluté, alors nous multiplierions le nombre de moles de notre titrant par 2 pour obtenir le nombre de moles de notre soluté.
- En revanche, si 2 moles de notre titrant réagissent avec 1 mole de notre soluté, alors nous divisons le nombre de moles du titrant par deux.
- Ces règles correspondent proportionnellement à 3 moles de titrant et 1 mole de soluté, 4 moles de titrant et 1 mole de soluté, etc. ainsi que 1 mole de titrant et 3 moles de soluté, 1 mole de titrant et 4 moles de soluté, etc.
Convertissez votre nombre de grains de soluté en grammes. Pour ce faire, vous devrez calculer la masse molaire du soluté et la multiplier par le nombre de moles de votre soluté. Pour trouver la masse molaire de NaCl, utilisez le tableau périodique pour trouver et ajouter le poids atomique du sel (Na) et du chlorure (Cl).
- MM Na = 22 990. MM Cl = 35 453.
- 22,990 + 35,453 = 58,443 g / mol
- 0,000075 mole de NaCl x 58,442 g / mole = 0,00438 mole de NaCl.
- Faites attention: S'il y a plus d'un type de molécule dans un atome, vous devez ajouter plusieurs fois la masse molaire de cet atome. Par exemple, si vous êtes la masse molaire d'AgNO₃, vous ajouteriez la masse d'oxygène trois fois car il y a trois atomes d'oxygène dans la molécule.
Calculez la concentration finale. Nous avons la masse de notre soluté en grammes et nous connaissons le volume de la solution d'essai. Il ne reste plus qu'à diviser: 0,00438 g NaCl / 0,003 L = 1,46 g de NaCl / L
- La salinité de l'eau de mer est d'environ 35 g NaCl / L. Notre aquarium n'est pas assez salé pour les poissons marins.

Conseils

Bien que le soluté et le solvant puissent exister dans des états différents (solide, liquide ou gazeux) lorsqu'ils sont séparés, la solution formée lorsque la substance se dissout sera dans le même état que l'état du solvant.
Ag + 2 HNO3 → AgNO3 + NO2 + H2O
N'utilisez que du plastique ou du verre transparent.
Voici un exemple de vidéo: [1]

Mises en garde

Conservez la solution d'AgNO3 dans un flacon fermé et sombre. Il est sensible à la lumière.
Soyez prudent lorsque vous travaillez avec des acides ou des bases forts. Assurez-vous qu'il y a suffisamment d'air frais dans la pièce.
Portez des lunettes et des gants de sécurité.
Si vous voulez récupérer l'argent, notez ce qui suit: Cu (s) + 2 AgNO3 (aq) → Cu (NO3) 2 + 2 Ag (s) N'oubliez pas que (s) signifie solide.