Химия [РТФ, Ваганова, 1 семестр] / Методички / #2 Сборник лабораторных работ по химии

СБОРНИК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ХИМИИ

Методические указания

к лабораторным работам по химии

для студентов всех специальностей и форм обучения

Часть 2

Ульяновск 2007

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

СБОРНИК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ХИМИИ

Методические указания к лабораторным работам по химии

для студентов всех специальностей и форм обучения

Часть 2

Составители: Е. Н. Калюкова Л. В. Петрова В.Т. Письменко Е.С. Гиматова

Ульяновск 2007

УДК 546 (076)

Сборник лабораторных работ по химии: Методические указания

к лабораторным работам по химии для студентов всех специаль­ ностей и форм обучения

/ Сост.: Е.Н.Калюкова, Л.В. Петрова, В.Т. Письменко, Е.С. Гиматова. - Уль­ яновск: УГТУ, 2007, - 55 с.

Настоящие методические указания составлены в соответствии с про­ граммой по химии для нехимических технических вузов, утвержденной Глав­ ным учебно-методическим управлением высшего образования 17. 05. 1988г. (индекс ГУМУ-3/1).

Данные методические указания предназначены для студентов первых кур­ сов нехимических специальностей вузов. Они помогут студентам приобрести практические навыки экспериментальной работы и обработки эксперимен­ тальных данных, позволят более глубоко усвоить теоретический материал. Помогут усвоить способы выражения состава растворов и способы их приго­ товления. Познакомят с одним из способов определения концентрации рас­ твора, с жесткостью воды, способами ее определения и умягчения.

Методические указания содержат примеры решения задач по материалу связанному с лабораторными работами и задания для самостоятельной работы студентов.

Табл. 8. Библиогр.: 12 назв.

Рецензент:

Доктор технических наук, профессор В.М. Николаев (Ульяновский государственный технический университет)

Одобрено редакционно-издательским советом Ульяновского государственного технического уни­ верситета

©УлГТУ, 2007

1.3.1.Приготовление раствора кислоты с заданной массовой долей из раствора кислоты с более высокой концентрацией....!6

1.3.2.Приготовление раствора кислоты с заданной молярной

3. Лабораторная работа № 3. Окислительно-восстановительные

з

1. Лабораторная работа № 1.

Способы выражения состава растворов и их определение

Цель работы. Приобрести навыки расчета и приготовления растворов с заданной концентрацией. Познакомится с одним из методов объемного анализа - методом титрования.

Большинство веществ, с которыми мы сталкиваемся в повседнев­ ной жизни, представляют собой смеси, а не чистые вещества. Ве­ щества, образующие смеси, могут находиться в различных агрегат­ ных состояниях, образуя гомогенные и гетерогенные системы.

Системы, в которых составные части более или менее равно­ мерно распределены (диспергированны) друг в друге, называются дисперсными.

Дисперсные системы делят на гомогенные и гетерогенные сис­ темы.

В гомогенной дисперсной системе компоненты равномерно распределены друг в друге и составляют одну фазу.

Гетерогенные дисперсные системы содержат несколько фаз, равномерно распределенных друг в друге.

Смеси веществ по степени дисперсности условно делят на грубо дисперсные или механические смеси, коллоидные растворы и ис­ тинные растворы.

Устойчивость дисперсных систем определяется размером частиц дисперсной фазы.

4

В химии большое значение имеют молекулярные или истинные растворы, в которых размер частиц веществ дисперсионной среды и дисперсной фазы соответствуют размеру молекул и ионов.

Раствором называется гомогенная система, состоящая из двух или более независимых компонентов, соотношение между кото­ рыми может изменяться.

Компоненты раствора подразделяются на растворитель и раство­ ренные вещества.

Компонент, количественно преобладающий в системе и не изме­ няющий своего агрегатного состояния при приготовлении раство­ ра, называется растворителем.

Остальные компоненты, входящие в состав раствора, называ­ ются растворенными веществами. Однако это деление носит ус­ ловный характер.

Растворы, которые содержат большое количество растворен­ ного вещества, называют концентрированными, а с малым со­ держанием растворенного вещества - разбавленными.

Концентрированные растворы могут образовывать только хоро­ шо растворимые вещества, а разбавленные растворы - вещества с любой растворимостью.

Важнейшей характеристикой растворов, влияющей на их свойст­ ва, является состав раствора, т.е. содержание растворенного веще­ ства в определенной массе или объеме раствора или растворителя. Существуют различные способы выражения состава растворов. Со­ став раствора может быть выражен безразмерными (доли, отноше­ ния) и размерными величинами (молярная концентрация, массовая концентрация, моляльность, титр и т.д.).

Термин "концентрация" потерял в настоящее время прежнее слишком широкое значение.

Концентрацией называют отношение массы или количества вещества к объему системы (раствора).

Рассмотрим некоторые широко распространенные способы вы­ ражения состава растворов.

1. Массовая доля - отношение массы растворенного вещест­ ва к массе раствора.

5

Для растворов проще измерить объем, а не массу. Массу и объем раствора связывает между собой плотность раствора:

р(раствора) = т(раствора) / V(pacmeopa).

Этот способ выражения состава растворов часто используют в быту, на производстве, в медицине.

С изменением содержания растворенного вещества в растворе изменяется и плотность раствора. Используя таблицы, для раствора с определенной массовой долей можно определить плотность рас­ твора и, наоборот, по плотности можно определить массовую долю вещества в растворе. (Приложение)

2. Молярная доля - отношение количества вещества данного компонента, содержащегося в системе, к общему количеству ве­ щества этой системы.

Если система состоит из двух компонентов - веществ А и В, то молярная доля веществ А и В будет равна:

3. Объемная доля - отношение объема данного компонента, со­ держащегося в системе, к объему всей системы.

Массовая доля, молярная доля, объемная доля - относительные безразмерные величины. Выражать их можно в долях от единицы или в процентах.

Для раствора состоящего из двух компонентов А и В сумма мас­ совых, молярных и объемных долей компонентов системы равны единице:

б

4. Молярная концентрация - отношение количества вещества X, содержащегося в растворе, к объему этого раствора.

Молярная концентрация показывает, какое количество раство­ ренного вещества (число моль) содержится в одном литре данного раствора.

Для более краткого обозначения этой концентрации используют условное обозначение "М".

Например, для раствора с молярной концентрацией карбоната на­ трия 0,5 моль/л можно сделать запись:

C(Na2C03) = 0,5 моль/л или 0,5MNa2CO3

5. Молярная концентрация эквивалента - отношение количе­ ства вещества эквивалента данного вещества X, содержащегося в растворе, к объему этого раствора.

Молярная концентрация эквивалента вещества X показывает, ка­ кое количество вещества эквивалента (число моль эквивалентов данного вещества X) содержится в одном литре раствора.

Для обозначения молярной концентрации эквивалента раньше использовали термины "эквивалентная концентрация", "нормальная концентрация" и символы: Сн , Сэ , N или Н.

Например, для раствора карбоната натрия с молярной концентра­ цией эквивалента 0,5 моль/л можно встретить такие формы записи:

C(l/z* Na2CO3) = 0,5 моль/л; C(l/2Na2CO3) = 0,5 моль/л; C3(Na2CO3) = 0,5 моль/л; 0,5 н. Na2CO3

6. Моляльность - отношение количества растворенного веще­ ства к массе растворителя.

1

Если массу растворенного вещества и растворителя выражать в граммах, то выражение моляльности можно записать в виде, более удобном для расчетов:

рителя (воды) в данном растворе приходится 0,5 моль карбоната натрия.

7. Титр раствора - масса растворенного вещества, содержаще­ гося в 1 см3 или 1мл раствора.

Различные способы выражения состава раствора связаны между собой. Например, молярная концентрация и молярная концентрация эквивалента связаны между собой соотношением:

Титр раствора связан с молярной концентрацией и с молярной концентрацией эквивалента:

Для реакций, протекающих в растворах, при проведении вычис­ лений часто используют закон эквивалентов, который в этом слу­ чае может быть выражен следующим образом:

т.е. количества вещества эквивалента или число частиц, иг­ рающих роль эквивалента, для веществ X и Y, вступающих во взаимодействие, должно быть равно.

8

По закону эквивалентов объемы реагирующих растворов обрат­ но пропорциональны их молярным концентрациям эквивалентов.

Закон эквивалентов, записанный в таком виде, называют законом объемных отношений.

Рассмотрим несколько примеров расчета задач, связанных с раз­ личными способами выражения состава растворов, их взаимными пересчетами, с расчетами, выполняемыми по уравнениям реакции и по закону эквивалентов.

9