Лабораторная работа № 3. Приготовление растворов

Растворы — это однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух или более компонентов (составных частей), количества которых могут изменяться в широких пределах. Раствор состоит из растворенного вещества и растворителя, то есть среды, в которой растворенное вещество равномерно распределено в виде молекул или ионов.

Различают газообразные, жидкие и твердые растворы. Наибольшее распространение имеют жидкие растворы.

Состав раствора (содержание в нем растворенного вещества) может быть выражен разными способами.

1. Массовая доля (ώ) — отношение массы растворенного вещества к массе всего раствора. Она выражается в долях или в процентах; ώ (%) показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в 100 г раствора.

2. Молярная концентрация или молярность (С_м) раствора показывает, сколько молей растворенного вещества содержится в 1 л раствора и имеет размерность моль/л.

3. Нормальная концентрация или нормальность (С_н) — показывает, сколько молей эквивалентов растворенного вещества содержится в 1 л раствора и имеет размерность (моль-экв)/л.

4. Титр раствора (Т) — масса растворенного вещества (г), содержащаяся в 1 мл раствора.

Рис. 3.1 Положение ареометра в цилиндре с раствором и отсчет по шкале ареометра

• Опыт 1. Определение массовой доли вещества в растворе (ώ %) по плотности раствора

В зависимости от концентрации растворов меняется их плотность, поэтому концентрацию вещества в растворе можно определить по его плотности, пользуясь справочными таблицами. Чаще всего плотность раствора определяют с помощью ареометра.

Ареометр (рис. 3.1) представляет собой пустотелый стеклянный поплавок. В верхней его части находится шкала, а в нижней — груз. Глубина погружения ареометра в раствор зависит от массы груза и плотности раствора. Ареометр калибруется при определенной температуре. На шкале нанесены деления, соответствующие величинам плотностей.

Для измерения плотности раствора в цилиндр емкостью 250 мл наливают испытуемый раствор и погружают в него сухой, чистый ареометр так, чтобы он не касался стенок сосуда. По положению нижнего мениска жидкости отмечают деление шкалы ареометра, совпадающее с уровнем жидкости в цилиндре. Отсчет по шкале производится сверху вниз с точностью до ± 0, 001.

На рис.3.1 показание ареометра соответствует плотности 1,124. Если в таблице плотности величина 1,124 отсутствует, а приведены близкие ей величины, как, например, для раствора хлорида калия (KCl)

плотность, (ρ, г/см³) концентрация (ω, %)

1,118 18

1,133 20,

то массовую долю (ώ, %) находят методом интерполяции (определение промежуточной величины по двум известным крайним). Для этого проводят следующие расчеты:

1. Определяют разность величин плотностей и массовых долей (%) по табличным данным: 1,133 . . . . . . . . . . . . .20 (%) 1,118 . . . . . . . . . . . . .18 (%) ________________________ 0,015 . . . . . . . . . . . . . .2 (%).

2. Находят разность между величиной, определенной ареометром, и меньшей табличной величиной: 1,124 – 1,118 = 0,006. Составляют пропорцию: 0,015 . . . . . . . . . . . . .2 (%) 0,006 . . . . . . . . . . . . .х х = (2 · 0,006)/0,015 = 0,80 (%).

3. Найденное число прибавляют к меньшей величине массовой доли (ώ, %), указанной в таблице: 18 + 0,80 = 18,80 (%).

Применяя метод интерполяции, можно также определить плотность раствора по заданной массовой доли (ώ , %) раствора.

Другим способом определения точного значения массовой доли вещества в растворе (ώ, %) по известной величине плотности раствора (ρ, г/см³) является графический метод.

Экспериментальная часть

В опыте 2 надо выполнить расчет задачи по приготовлению раствора с малой концентрацией соли из раствора с большей концентрацией (лабораторный раствор). Для этого получите у преподавателя задание: приготовить 250 мл раствора хлорида натрия (NaCl) или раствора KCl с массовой долей растворенной соли (ώ, %), например, 3,5%, 3,7%, 4,2% и т.д. из концентрированного (лабораторного) раствора и воды.

Для расчета задачи надо знать плотность (ρ, г/см³) концентрированного (лабораторного) раствора и соответствующую этой плотности массовую долю соли (ώ, %) в этом растворе. Для этого налейте в мерный цилиндр примерно 200 мл концентрированного (лабораторного) раствора соли NaCl (KCl) и, опустив в раствор ареометр, измерьте плотность раствора с точностью ± 0, 001.

По измеренной величине плотности найдите в таблице массовую долю (ώ, %) концентрированного раствора. Если в таблице нет этой величины, то определить массовую долю соли (ώ, %) в концентрированной растворе надо методом интерполяции или графическим методом.

Далее, зная массовую долю соли (ώ, %) в разбавленном растворе (см. задание) и применив метод интерполяции (или графический метод), определите плотность (ρ, г/см³) раствора с малой концентрацией (заданный раствор).

Все величины, необходимые для расчета задачи, теперь известны. Рассчитайте объем (мл) концентрированного (лабораторного) раствора NaCl (KCl) для получения 250 мл разбавленного раствора соли. Для этого определите массу соли (г) в 250 мл разбавленного раствора, зная его массовую долю (ώ, %) и плотность (ρ, г/см³).

Затем найдите массу концентрированного раствора (г), в котором содержится эта масса соли. Зная массу концентрированного раствора и его плотность (ρ, г/см³), определите его объем (мл).

• Опыт 2. Приготовление раствора с заданной массовой долей соли в растворе (ώ, %) из лабораторного раствора и воды

Представьте преподавателю расчет задания по приготовлению раствора с заданной концентрацией.

После проверки расчета задания отмерьте цилиндром вычисленный объем концентрированного (лабораторного) раствора и перелейте его в мерный цилиндр на 250 мл. Долейте раствор водой до 250 мл и тщательно перемешайте раствор шариковой мешалкой. Определите ареометром плотность приготовленного раствора соли, после чего ареометр нужно вымыть водой, вытереть досуха и убрать в футляр.

Определите по измеренной плотности приготовленного раствора массовую долю (ώ,%), используя метод интерполяции.

Рассчитайте относительную ошибку (%)

e (%) = ± [(ώ_зад. – ώ_эксп.)/ώ_зад.] ∙ 100 (%).

Рассчитайте молярность, нормальность и титр разбавленного (заданного) раствора.

Таблица

Плотности и концентрации растворов некоторых солей

NaCl				KCl
ρ (г/см3)	ώ (%)	ρ (г/см3)	ώ (%)	ρ (г/см3)	ώ (%)
1,005	1	1,101	14	1,011	2
1,013	2	1,109	15	1,024	4
1,020	3	1,116	16	1,037	6
1,027	4	1,124	17	1,050	8
1,034	5	1,132	18	1,063	10
1,041	6	1,140	19	1,077	12
1,049	7	1,148	20	1,090	14
1,056	8	1,156	21	1,104	16
1,063	9	1,164	22	1,118	18
1,071	10	1,172	23	1,133	20
1,078	11	1,180	24	1,147	22
1,086	12	1,189	25	1,162	24
1,093	13	1,197	26