Лабораторная работа 4 РАСТВОРЫ Цель работы Изучение физикохимической природы процесса растворения
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Лабораторная работа № 4
РАСТВОРЫ
Цель работы: Изучение физико-химической природы процесса растворе ния, свойств растворов, освоение навыков приготовления растворов заданной концентра ции и методики их количественного анализа.
Теория: Истинные растворы и механизм процесса растворения. Классификация растворов. Растворимость. Влияние различных факторов на растворимость. Тепловые эффекты при растворении. Насыщенные и ненасыщенные растворы. Произведение растворимости. Условия образования и растворения осадков. Концентрация растворов, способы ее выражения.
Раствор – гомогенная система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов и находящаяся в состоянии химического равновесия.
Согласно закону Рауля: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного нелетучего вещества.
Присутствие растворенного вещества, наряду с по нижением давления насыщенного пара над раствором, повышает температуру кипения и понижает температуру замерзания.
В соответствии с законом Рауля, и повышение температуры кипения, и понижения температуры замерзания растворов по сравнению с чистым растворителем (Δt), пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества: Δt = К∙Сm, где К – коэффициент пропорциональности; Ст – моляльность раствора.
Методы криоскопии и эбулиоскопии позволяют определить молярную массу недиссоциирующих при растворении веществ по понижению температуры замерзания и повышению температуры кипения растворов известной концентрации: M = K∙1000∙m/Δt ∙m1, где т – масса вещества (г), М – молярная масса, т1 – масса растворителя.
Способы выражения концентрации растворов:
1. Массовая доля (ω) – отношение массы растворенного вещества (mB) к массе раствора (mP):
2. Мольная доля (N) – отношение количества растворенного вещества (или растворителя) к сумме количеств всех веществ, составляющих раствор.
N2= n2 / (n1 + n2) или N1= n1 / (n1 + n2) (моль),
где n1 и n2 – соответственно количества вещества растворителя и растворенного вещества.
3.Молярная концентрация (СМ или М) – отношение коли чества растворенного вещества (n), содержащегося в 1 л раство ра (V):
СМ = n / V = m / (M·V) (моль/л),
Раствор, в 1 л которого содержится 1 моль растворенного вещества, называется одномолярным (обозначается 1 М); 0,1 моль растворенного вещества, называется децимолярным (обозначается 0,1 М); 0,01 моль растворенного вещества, называется сантимолярным (обозначается 0,01 М).
4. Моляльность или моляльная концентрация (Сm) – отношение количества растворен ного вещества (n), приходящееся на 1000 г растворителя:
Сm = n ∙ 1000 / m1 = m2 ∙ 1000 / (М ∙ т2) (моль/кг),
где т1 – масса растворителя, т2 – масса растворенного вещества, М – молярная масса растворенного вещества.
5. Нормальность или нормальная (эквивалентная) концентрация (СН или Н) – отношение числа эквивалентов (Э) или эквивалентных масс (mЭ) растворенного вещества к объему раствора:
СН = m / (mЭ ∙ V) или СН = m / (М ∙ Э ∙ V) (моль/л; г∙экв/л),
где m – масса растворенного вещества, mЭ – эквивалентная масса растворенного вещества, V – объем раствора, Э – эквивалент, М – молярная масса растворенного вещества.
Вещества реагируют в эквивалентных количествах. Объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям:
V1 / V2 = CH2 / CH1 или V1 / V2 = Н2 / Н1
где V1 и CH1 (Н1) – объем и нормальность первого раствора, V2 и CH2 (Н2) – объем и нормальность второго раствора.
Сравнение формул для определения молярной и нормальной концентраций
СМ = n / V = m / (M ∙ V)
СН = m / (М ∙ Э ∙ V)
показывает, что если эквивалент растворенного вещества Э = 1 моль, СМ = СН. Эквивалент, равный единице, имеют растворы одноосновных кислот (HCl, HNO3 и т.д.), однокислотных оснований (NaOH, KOH и т.д.), солей катион и анион которых однозарядные (KCl, NaNO3 и т.д.). Если же эквивалент растворенного вещества не равен 1 моль, то формула соотношения молярной и нормальной концентраций имеет вид: СМ = СН · Э.
Оборудование и реактивы: Ареометры, бюретки (50 мл), колбы (250 мл), мерные цилиндры, пипет ки (20–25 мл), пробирки, стеклянные трубки, спиртовка, спички, термометры, технические весы с разновесами, штатив, химические стаканы; гидроксид натрия NaOH (к), хлорид натрия NaCl (к), нитрат аммония NH4NO3 (к), хлорид кальция CaCl2 (к); растворы: серная кислота H2SO4 (разб.) или соляная кислота HCl (разб.), хлорид натрия NaCl (10%), титрованный гидроксид натрия NaOH (0,1 М), охладительная смесь (лед + NaCl).
Экспериментальная часть
|
Опыт 1. Тепловые эффекты при растворении |
|
1.1. В пробирку с 5 мл воды (измерьте заранее ее температуру t0 = _______°С) внесите немного твердого NaOH (или КОН), помешайте стеклянной палочкой и отметьте изменение температуры (t = _______°С). |
|
1.2. Проведите аналогичный опыт с NH4NO3 (к) (t = __________°С). |
|
Опыт 2. Изменение температуры замерзания и температуры кипения растворов |
|
2.1. Две пробирки наполните наполовину: одну водой, другую – 10%-ным раствором NaCl. Поместите их в стакан с охладительной смесью (лед с солью) и отме тьте температуру замерзания Н2О (tзам = __________°С) и раствора NaCl (tзам =__________°С). |
|
2.2. Две пробирки наполните наполовину водой, а одну из них внесите 1 г СаСl2. Нагрейте до кипения и измерьте температуру кипения Н2О (tкип = _________°С) и раствора СаСl2 (tкип = __________°С). |
|
Опыт 3. Приготовление растворов с определенной массовой долей из твердого вещества и воды |
|
Задание: I вариант – приготовьте 50 г раствора NaCl с массовой долей вещества в растворе 5%; II вариант – приготовьте 50 г раствора NaCl с массовой долей вещества в растворе 3%. Расчитайте массу NaCl, необходимого для приготовления 50 г 5%-ного (или 3%) раствора NaCl по формуле вычисления массовой доли: Масса воды, необходимая для приготовления 50 г 5%-ного (или 3%) раствора NaCl: m(H2O) = m(раствора) – m(соли) Взвесьте на технических весах необходимое количество соли, отмерьте мерным цилиндром нужный объем воды и растворите приготовленную соль. Затем налейте в цилиндр 40 мл полученного раствора NaCl и измерьте плотность ареометром, сравните ее с данными таблицы. Плотность полученного раствора составляет __________ г/мл. После измерения ареометр промойте водой, осторожно вытрете досуха и поставьте в набор. Рассчитайте молярность и нормальность полученного раствора. |
|
Опыт 4. Приготовление раствора заданной концентрации из более концентрированного раствора и воды |
|
Задание: I вариант – приготовьте 50 мл 0,1 М раствора H2SO4 (или HCl) из раствора, имеющегося в лаборатории; II вариант – приготовьте 50 мл 0,2 М раствора H2SO4 (или HCl) из раствора, имеющегося в лаборатории. Измерите плотность исходного раствора кислоты ареомет ром (ρ =_________г/мл). По табличным данным определите массовую долю кислоты (ω = __________%), соответствующую найденной плотности раствора. Рассчитайте, какое весовое количество этой кислоты нужно для приготовления 50 мл 0,1 М раствора, а затем пересчитайте полученную величину на объем: 1) найдем, сколько граммов вещества кислоты содержится в 50 мл 0,1 М раствора исходя из формулы: СM = m(в-ва) / M(в-ва) • V(р-ра) 2) найдем массу исходного раствора кислоты исходя из формулы: ω = m(в-ва) • 100% / m(р-ра) 3) найдем объем раствора по формуле V = m / ρ Отмерьте маленьким цилиндром (или градуированной пипеткой) рассчитанный объем исходного раствора H2SO4 и вылейте его в мерную колбу с небольшим количеством воды, а затем доведите уровень воды (по каплям) до метки 50 мл. Перемешайте раствор. Расчет молярной концентрации (молярности) полученного раствора (моль/л): ____________________________________________________________________________ Расчет нормальной концентрации полученного раствора (моль/л): ____________________________________________________________________________ В следующем опыте установите концентрацию полученного раствора H2SO4 титрованием 0,1 М раствором NaOH. |
|
Опыт 5. Титрование |
|
Заполните бюретку до нулевой отметки титрованным 0,1 М раствором NaOH. Налейте в коническую колбу пипеткой 10 мл раствора серной кислоты, полученного в предыдущем опыте, и добавьте 2–3 капли фенолфтале ина. Под бюреткой на белый лист бумаги поставьте кониче скую колбу с раствором кислоты так, чтобы носик бюретки входил внутрь колбы, а шарик в резиновом шланге находился немного выше горла колбы. Приливайте небольшими порциями раствор щелочи к раствору кислоты при непрерывном перемешивании раствора в колбе. Титруйте до появления устойчивой розовой окраски, не ис чезающей в течение 30 с. Запишите объем израсходованного раствора щелочи с точностью до 0,1 мл положение уровня раствора в бюретке. Титрование повторите 3 раза. Объемы израсходованной щелочи не должны отличаться больше чем на 0,2 мл (в расчетах используйте среднее значение). Титрование V р-ра NaOH, мл Среднее значение V р-ра NaOH, мл 1 2 3 Рассчитайте нормальность раство ра кислоты по формуле: V1 / V2 = CH2 / CH1 Пересчитайте нормальность кислоты на молярность. Высчитайте процент ошибки по формуле: П = (СМ теор – СМ пр)∙100% / СМ теор |
Контрольные задания
Пример. Вычислите: а) массовую долю растворенного вещества (ω,%); б) нормальность (СН); в) молярность (СМ); г) моляльность (Cm); д) титр (Т) раствора H3PO4, полученного при растворении 18 г H3PO4 в 282 см3 воды, если относительная плотность полученного раствора составляет 1,031 г/см3.
Дано: mв-ва(H3PO4) = 18 г; V(H2O)= 282 см3; ρ=1,031 г/см3
Найти: СН – ? ω – ? СМ – ? Cm – ? Т – ?
Решение
а) m (H2O) = V(H2O) = 282 г; m р-ра(H3PO4) = 18 + 282 = 300 г.
Из формулы: ω = m(в-ва) / mр-ра(в-ва) • 100%
ω(H3PO4) = (18 / 300) • 100 = 6%
б) СН = m / (mЭ • V) или СН = m / (М • Э • V)
Масса кислоты в 1 л раствора составит:
m(H3PO4) = 1031 • 18 / 300 = 61,86 г
mЭ(H3PO4) = М(H3PO4) / 3 = 97,99 / 3 = 32,66 г/моль
Cн(H3PO4) = 61,86 / 32,66 = 1,89 моль/л;
в) СМ = ν / V = m / (M • V) СМ(H3PO4) = 61,86 / 97,99 = 0,63 моль/л
г) Сm = m(в-ва) • 1000 / М • m(растворителя)
Сm(H3PO4) = 18 • 1000 / 98 • 282 = 0,65 моль/кг
д) Т = m / V, Т(H3PO4) = 61,86/1000 = 0,06186 г/см3.
Ответ: ω(H3PO4) = 6%; Cн(H3PO4) = 1,89 моль/л; СМ(H3PO4) = 0,63 моль/л; Сm(H3PO4) = 0,65 моль/кг; Т(H3PO4) = 0,06186 г/см3.
- Сколько граммов NaNO3 и воды необходимо для приготовления 1,6 кг раствора массовой долей 10%?
- Какова массовая доля вещества в растворе, полученном при растворении 45 г ВаСl2 в 300 мл воды?
- Сколько хлороводорода содержится в 40 мл 38,16%-ного раствора соляной кисло ты плотностью 1,195 г/мл?
Контрольные вопросы:
1. Что такое раствор?
2. Из каких компонентов состоит раствор? Приведите примеры.
3. Что такое растворение? На какие стадии делится растворение кристаллических веществ?
4. Что такое концентрация?
5. Какие существуют способы выражения концентрации растворов? Запишите формулы.
6. Дайте определение растворимости. На какие классы делятся вещества по растворимости.
7. Что такое насыщенный, ненасыщенный и перенасыщенный растворы? Приведите примеры.
Ответы на контрольные задания и вопросы:
2. Он сильно выделялся среди ухоженных белых домиков с лужайками своей неопрятностью и грязью
3. Роль интуиции и неявного знания в формировании стиля математического мышления
4. Тематика науководослідницьких робіт має відповідати напрямам секцій наукових відділень МАН
5. Объектно-ориентированная среда программирования Object Pascal в профильном курсе информатики
6. Смольный собор 4 января суббота
7. Налоговый учёт прочих расходов представительские расходы командировочные расходы расходы на рекламу
8. Организация ресторана Сковорода
9. Реферат- Методическая деятельность учителя истории в школе
10. коммерция происходит от латинского commercium торговля
11. Подвижность позвоночного столба допускает выполнение сгибания это- один ответ один ответ 1 наклон
12. Мир сверхъестественного в древнем буддизме
13. ЗАДАНИЕ Годовая производительность млрд
14. Детские дошкольные учреждения ’ сады-ясл
15. тематизации. Систематизация нормативноправовых актов является деятельностью направленной на упорядочен
16. Кавказской академии государственной службы
17. Бесприданница Искушение ~ лейтмотив драмы А
18. Оброченская сош Ичалковского района РМ Морозова Юлия.
19. человек главный герой всех антропологических теорий понимаемый вне своего корневого качества каким явл
20. Религия Майя