Экспериментальная часть
Опыт 2. Определение массовой доли серной кислоты по плотности раствора
Наиболее простой и быстрый способ – с помощью ареометра. Его применение основано на том, что плавающее тело погружается в жидкость до тех пор, пока масса вытесненной жидкости не станет равной массе самого тела. В расширенной нижней части ареометра находится груз, на верхней узкой части – шейке – нанесены деления, показывающие плотность жидкости, в которой «плавает» ареометр.
Исследуемый (концентрированный) раствор серной кислоты налейте (под тягой) в сухой чистый мерный цилиндр на ¾ его объема. В раствор осторожно, не касаясь стенок цилиндра, опустите ареометр. Каждый ареометр предназначен для измерения плотности в определенных пределах. При выборе ареометра необходимо ориентировочно знать плотность данного раствора. Выяснив цену одного деления шкалы ареометра, отметьте его показания (по нижнему мениску раствора). Приподняв ареометр на 1–2 см, вновь опустите его в раствор и еще раз определите показания. По справочной таблице найдите массовую долю растворенного вещества в растворе. Если такая величина в таблице отсутствует, то массовую долю находят методом интерполяции (определение промежуточного значения по двум крайним.) Например, экспериментальное показание ареометра равно 1,124 г/мл. Находим ближайшие к этому табличные значения плотности, массовой доли и их разность:
ρ, г/мл W, %
1,130 18,31
1,120 17,01
0,010
1,30
Таким образом, изменению плотности на 0,010 г/мл соответствует изменение массовой доли на 1,30 %. Экспериментальное показание ареометра отличается от меньшей табличной величины на 0,004 г/мл:
ρ, г/мл W, %
1,124 ?
1,120 17,01
0,004
С учетом того, что в указанных пределах между плотностью и массовой долей раствора зависимость линейная, составляем пропорцию:
0,010 г/мл -----------------1,30 %
0,004 г/мл ----------------- х %; х = 0,52 %.
Найденное число (0,52 %) прибавляем к меньшей массовой доле (17,01 %), взятой из таблицы и соответствующей плотности 1,120. Получаем W = 17,01 + 0,52 = 17,53 %, что соответствует плотности 1,124 г/мл. Этот способ определения содержания растворенного вещества в растворе применяют в том случае, если не требуется большой точности. Более точный способ – определение с помощью титрования. Обычно ареометры калибруются при 20 оС. В таблицах значения плотностей растворов приводятся при этой же температуре. Если не требуется особой точности, табличными данными можно пользоваться и для других температур.
Опыт 3. Приготовление 50 мл 4% раствора сульфата меди из кристаллогидрата CuSO4·5H2O
Рассчитайте, сколько граммов CuSO4·5H2O и какой объем воды нужно взять для приготовления 50 мл раствора с массовой долей CuSO4 4 %. Взвесьте вычисленную массу кристаллогидрата и перенесите в стакан емкостью 100 мл. Отмерьте мерным цилиндром (см. рис. 3) рассчитанный объем дистиллированной воды, перелейте ее в стакан с навеской пентагидрата сульфата меди и перемешайте стеклянной палочкой до полного растворения кристаллов соли. Полученный раствор перелейте в мерный цилиндр и измерьте плотность раствора. По таблице найдите и запишите массовую долю CuSO4, отвечающую этому значению плотности (ρтеор. (4% раствора CuSO4) =
= 1,04 г/мл), пересчитайте на молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалента, моляльную концентрацию и титр раствора.
Таблица 2