Материал: 134126
Рис. 2 Мерные цилиндры и мензурка
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Опыт 1. Приготовление раствора хлорида натрия с заданной массовой долей соли (%) разбавлением концентрированного раствора.
Как известно, плотность - это масса вещества в единице объема, ρ = m/v. Зная плотность, можно по таблице определить массовую долю (%) раствора.
Определить плотность раствора можно многими способами. Из них наиболее простой и быстрый – с помощью ареометра (рис.3).
Его применение основано на том, что плавающее тело погружается в жидкость до тех пор, пока масса вытесненной им жидкости не станет, равна массе самого тела (закон Архимеда). В расширенной нижней части ареометра помещен груз, на узкой верхней части – шейке - нанесены деления, указывающие плотность жидкости, в которой плавает ареометр. Концентрацию исследуемого раствора находят, пользуясь табличными данными о плотности в зависимости от концентрации раствора. Плотность водных растворов хлорида натрия приведена в табл.1.
Рис. 3. Ареометр и отсчет по его шкале
Выполнение опыта. В мерный цилиндр наливают раствор хлорида натрия и ареометром определяют его плотность. По таблице 1 находят концентрацию исходного раствора [ в % ( масс) ].
Таблица 1.
Плотность и процентное содержание растворов хлорида натрия.
|
Плотность*10-3, |
|
Плотность*10-3, |
||||
Концентрация, |
3 |
, |
Концентрация, |
3 |
, |
||
|
кг/м |
|
кг/м |
||||
% |
при температуре |
% |
при температуре |
||||
|
|
||||||
|
100С |
|
200С |
|
100С |
|
200С |
1 |
1,0071 |
|
1,0053 |
14 |
1,1049 |
|
1,1008 |
2 |
1,0144 |
|
1,0125 |
15 |
1,1127 |
|
1,1065 |
3 |
1,0218 |
|
1,0196 |
16 |
1,1206 |
|
1,1162 |
4 |
1,0292 |
|
1,0268 |
17 |
1,1285 |
|
1,1241 |
5 |
1,0366 |
|
1,0340 |
18 |
1,1364 |
|
1,1319 |
6 |
1,0441 |
|
1,0413 |
19 |
1,1445 |
|
1,1398 |
7 |
1,0516 |
|
1,0486 |
20 |
1,1525 |
|
1,1478 |
8 |
1,0591 |
|
1,0559 |
21 |
1,1607 |
|
1,1559 |
9 |
1,0666 |
|
1,0633 |
22 |
1,1689 |
|
1,1639 |
10 |
1,0742 |
|
1,0707 |
23 |
1,1772 |
|
1,1722 |
11 |
1,0819 |
|
1,0782 |
24 |
1,1856 |
|
1,1804 |
12 |
1,0895 |
|
1,0857 |
25 |
1,1940 |
|
1,1888 |
13 |
1,0972 |
|
1,0933 |
26 |
1,2025 |
|
1,1972 |
Рассчитывают, сколько миллилитров исходного раствора и воды следует взять для приготовления 250 мл 5% раствора. Воду отмерить цилиндром и вылить в мерную колбу объемом 250мл. Исходный раствор поваренной соли отмеряют цилиндром на 100 мл и вливают в колбу с водой. Раствор в колбе перемешивают. Цилиндр ополаскивают небольшим объемом раствора из колбы, который затем присоединяют к общей массе раствора в колбе.
Проверить плотность и концентрацию полученного раствора. Рассчитать относительную ошибку δотн
δотн = 
%,
где С – заданная концентрация, С1- полученная концентрация.
Сделайте расчет молярной концентрации молярной концентрации эквивалентов и титра, приготовленного раствора. Результаты запишите в таблицу 2.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2. |
|
|
|
|
|
|
|
Опытные данные |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассчитанные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Заданная |
|
|
массы |
Плотность |
Экспериментальные |
|
|||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
компонентов, г |
|
концентрации |
|
||||||
|
массовая |
Плотность,ρ, кг/м |
3 |
экспериментальная, |
|
δотн |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
доля, |
|
|
|
ρ, кг/м3 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
(%) |
|
|
NaCl |
H2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с, % |
с, М |
сэк, н |
T, г/мл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 1. Приготовить 0,5 л 20% раствора H2SO4, исходя из концентрированного раствора, плотность которого 1,84 г/см3.
По таблице находим, что плотности 1,84 г/см3 соответствует кислота с содержанием 96% H2SO4, а 20% раствору соответствует кислота с плотностью 1,14 г/см3.
Вычислим количества исходной кислоты и воды, требующиеся для получения заданного объема раствора.
Масса его составляет 500
1,14 = 570 г, а содержание в нем H2SO4 равно
г.
Вычислим, в каком объеме исходной 96% кислоты содержится 114 г H2SO4:
1 мл исходной кислоты содержит 
г H2SO4
х мл исходной кислоты содержит 114 г H2SO4
мл
Таким образом, для приготовления 500мл 20% раствора H2SO4 необходимо взять 64,6 мл 96% раствора.
Количество воды определяется как разность весов полученного исходного раствора, а именно 
мл
Опыт 2. Приготовление раствора заданной концентрации смешиванием растворов более высокой и более низкой концентрации.
Раствор можно готовить, непосредственно вводя рассчитанное количество вещества в растворитель, или путем разбавления более концентрированных растворов до требуемого значения концентрации.
Пример 2. Приготовить 100г 36% раствора H3PO4, смешав 44% и 24% растворы этой кислоты.
I способ расчета:
Обозначим через х количество граммов 44% раствора, которое следует добавить к (100-х) граммам 24% раствора для получения 100г 36% раствора H3PO4. Составим уравнение:
откуда |
|
Следовательно, необходимо взять 60г 44% раствора |
и 100 - х = |
40г 24% раствора. |
|
II способ расчета:
Он называется "правилом креста". Если в левый угол воображаемого прямоугольника поместить более высокую концентрацию – 44, а в нижний левый – меньшую концентрацию –24, а в центре - концентрацию получаемого смешанного раствора – 36 и затем вычесть по диагонали из большего числа меньшее, то отношение разностей 12 : 8 = 3 : 2 покажет в каком весовом соотношении следует смешать исходные растворы для получения раствора заданной концентрации.
Так, для получения 100г 36% раствора достаточно смешать 60г 44% раствора и 40 г 24% раствора.
Определив по таблице плотности исходных растворов – 1,285 г/см3 (для 24% раствора) находим, что объемы их соответственно составляют:
мл 44% раствора H3PO4
мл 24% раствора H3PO4 В общей форме "правило креста" имеет вид:
где а и в соответственно большая и меньшая исходные концентрации; с - концентрация смешанного раствора;
- показывает, в каком массовом соотношении следует смешать исходные растворы.
Выполнение опыта. Приготовить 250 мл 10 % раствора хлорида натрия, имея в своем распоряжении 15 % и 5 % раствор NaCl.
Учитывая плотности приготовляемого и исходных растворов рассчитать объемы 15 % и 5 % раствора (см. пример 2). Отмерить вычисленные объемы исходных растворов, слить в колбу на 250 мл, закрыть колбу пробкой и тщательно перемешать раствор, перевернув колбу несколько раз вверх дном. Отлить часть раствора в цилиндр, измерить ареометром плотность приготовленного раствора и по табл.1 найти его концентрацию (в %). Установить расхождение практически полученной концентрации с заданной. Рассчитать относительную ошибку δотн.
Опыт 3. Приготовление водного раствора хлорида натрия. Определение массовой доли и расчет навески.
Получить навеску соли хлорида натрия у преподавателя. При помощи воронки перенести данную навеску в мерную колбу емкостью 250 мл. Промывалкой обмыть внутреннюю часть воронки небольшим количеством воды. Растворить соль в воде. Затем, добавляя воду небольшими порциями, довести уровень воды в колбе до метки, закрыть колбу пробкой и тщательно перемешать, переворачивая вверх дном. Замерить плотность полученного раствора ареометром. Для этого раствор перелить в мерный цилиндр. Уровень жидкости должен быть ниже края цилиндра на 3-4 см. Осторожно опустите ареометр в раствор. Ареометр не должен касаться