ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

СЕВЕРСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Утверждаю

зав. кафедрой ХиТМСЭ

д–р. техн. наук, профессор

___________Софронов В.Л.

«____» __________ 2012 г.

Т.В. Смолкина

Растворы

Практическое руководство к выполнению лабораторной работы

Северск 2012

УДК

ББК

K

Конькова А.В., Смолкина Т.В. Растворы: практическое руководство. / Т.В. Смолкина. – Северск: Изд-во СТИ НИЯУ МИФИ, 2012. – 10 с.

Руководство содержит план коллоквиума, краткое изложение теоретического материала, описание хода работы и список рекомендуемой литературы.

Предназначено для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения по нехимическим специальностям при выполнении лабораторных работ по курсу «Физическая химия».

Руководство одобрено на заседании кафедры ХиТМСЭ (протокол № ** от «___» ______ 2012 г.).

Печатается в соответствии с планом выпуска учебно – методической литературы на 2012 г., утверждённым Ученым советом СТИ НИЯУ МИФИ.

Рег. № / от « » 2012

Рецензент О.А. Ожерельев – доцент кафедры ХиТМСЭ СТИ НИЯУ МИФИ, канд. техн. наук

Редактор Р.В. Фирсова

Подписано к печати_______ Формат 60х84/32

Гарнитура Times New Roman. Бумага писчая №2

Плоская печать. Усл. печ. л. 0,23 Уч. изд. л.0,42

Тираж 50 экз. Заказ_____

Отпечатано в ИПО СТИ НИЯУ МИФИ

636036, Г. Северск Томской обл.,

пр. Коммунистический, 65

Содержание

Содержание...................................................................................................................... 3

1 План коллоквиума ....................................................................................................... 3

2 Теоретические основы работы и описание установки............................................. 4

3 Порядок выполнения работы ..................................................................................... 8

4 Построение графиков и расчеты ................................................................................ 9

5 Безопасность труда .................................................................................................... 10

Рекомендуемая литература .......................................................................................... 10

1 План коллоквиума

1.1 Теплота растворения соли

1.2 Экзо- и эндотермический процесс, знаки тепловых эффектов.

1.3 Из каких процессов состоит процесс растворения кристаллического вещества, какие тепловые эффекты их сопровождают.

1.4 Что такое постоянная калориметра, как ее определить? Уравнение для расчета, входящие величины.

1.5 Для чего проделывают опыт с KCl?

1.6 Расчетное уравнение для экспериментального определения теплоты растворения исследуемой соли, входящие величины.

1.7 Устройство калориметрической установки.

1.8 Порядок выполнения работы. Когда нужно включить секундомер, когда выключить? Когда всыпать соль? Когда можно завершить эксперимент?

1.9 Вид графика, основные периоды. Каким образом по графику определить действительное значение изменения температуры?

1.10 Как определить значения Δt_KCl и Δt_соли?

2 Теоретические основы работы

Цель работы: приготовление растворов заданной концентрации, проверка точности приготовления путем измерения плотности полученного раствора.

Раствор – это гомогенная система, состоящая из двух или более веществ (компонентов), одно из которых – растворитель, другое – растворенное вещество.

Различают водные растворы (растворитель – вода) и неводные (растворителями являются другие вещества: спирты, эфиры, кислоты и др).

По способности растворов проводить электрический ток растворы разделяют на следующие (таблица 1):

1) растворы неэлектролитов. В них вещество не диссоциирует на ионы. К таким растворам, как правило, относят растворы органических веществ (спирты, эфиры и др), неполярных веществ;

2) растворы слабых электролитов. Молекулы растворенного вещества диссоциированы на ионы незначительно (степень диссоциации – менее 30%). К слабым электролитам относят большинство органических кислот и оснований;

3) растворы сильных электролитов. Молекулы растворенного вещества диссоциированы нацело. К сильным электролитам относят: HCl, H₂SO₄, HNO₃, NaOH, KOH, Ca(OH)₂, соли.

Таблица 1 – Классификация растворов по способности проводить электрический ток

Растворы электролитов		Растворы неэлектролитов
сильные	слабые
α→1 (α→100%)	α<0,3 (α<30%)	Недиссоциированы
- кислоты: HCl, HNO3, H2SO4; - основания: NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2; - все соли, в т.ч. и образованные сл. к-той и сл. основанием	- кислоты: органические (уксусная, щавелевая и пр.), HF, H2S, HCN, HNO2, H2CO3. Кислоты средней силы: H3PO4, H3PO3, H2SO3; - основания: NH4OH, Ме(ОН)3, органич. основания; - труднорастворимые вещества (т.к. в р-ре оч. мало ионов); - вода.	Неполярные мол-лы: - орг. в-ва: сахар, глицерин, эфиры, спирты; - О2, N2

Степень дссоциации , доли (или %)(3)

Растворы, которые содержат малое количество растворенного вещества, часто называют разбавленными, а растворы с высоким содержанием растворенного вещества — концентрированными. Раствор, в котором возможно дальнейшее растворение вещества, называется ненасыщенным, а раствор, в котором вещество перестает растворяться при обычных условиях, — насыщенным. Последний раствор всегда находится в контакте (в гетерогенном равновесии) с нерастворившимся веществом (один кристалл или более). В особых условиях, например при осторожном (без перемешивания) охлаждении горячего ненасыщенного раствора твердого вещества, может образоваться пересыщенный раствор. При введении кристалла вещества такой раствор разделяется на насыщенный раствор и осадок вещества.

Попав в воду, частицы растворенного вещества (молекулы или ионы) подвергаются гидратации – окружаются оболочкой из молекул воды. В результате образуются гидраты — соединения неопределенного состава между частицами вещества и молекулами воды (внутренний состав самих частиц вещества при растворении не изменяется). Многие гидраты оказываются настолько устойчивыми, что не разрушаются и при полном выпаривании раствора. Так, известны твердые кристаллогидраты солей CuSO₄ • 5H₂O, Na₂CO₃ • 10Н₂O, KA1(SO₄)₂ • 12Н₂O и др. Кристаллогидрат – это твердое вещество, в кристаллическую решетку которого включены молекулы воды.

Основные способы выражения концентраций растворов приведены в таблице 1. Пересчет из одного способа выражения концентраций в другой удобнее всего проводить через массу растворенного вещества.

Таблица 2 – Способы выражения концентраций

Формула	Название, единицы измерения	Примечания
, mр-ра= mводы + mв-ва, mр-ра= ρр-ра Vр-ра,	Процентная концентрация, массовая доля (% мас).	Единицы измерения масс, плотности и объема должны соответствовать друг другу: г, г/см3, см3; или г, г/дм3, дм3.
	Массовая доля, доли
	Мольная доля (% мол. – молекулярные проценты)	Количество молей: , моль m – масса, г; Mr – молярная масса, г/моль
Формула	Название, единицы измерения	Примечания
	Мольная доля, доли	Сумма мольных долей всех компонентов раствора равна 1.
	Молярная концентрация – кол-во молей в-ва в литре раствора (моль/л)	mв-ва – масса в-ва, г; Vр-ра – объем раствора, л!
, , в ОВР !, где z – число ē, участвующих в полуреакции	Нормальная (эквива-лентная) концентрация – кол-во эквивалентных масс вещества в литре раствора (по-новому: моль/л; по-старому: г-экв/л)	Эквивалентная масса вещества – масса вещества, эквивалентного 1 молю Н+ или 1 молю ОН– в химической реакции.
	Моляльная концентрация – кол-во молей р-ренного в-ва, в 1000 г р-ля (моль/кг).	В приведенной ф-ле массы – в граммах. Если mр-ля – в кг, то исчезает множитель 1000.
	Титр – масса в-ва в 1 мл р-ра.	mв-ва – масса в-ва, г; Vр-ра – объем р-ра, мл!
Пересчет из одного способа выражения концентрации в другой – через mв-ва

Не забудьте, что при растворении кристаллогидрата, в массу растворенного вещества не входит масса кристаллизационной воды, она присоединяется к массе растворителя!

Приведем пример расчета на приготовление раствора из кристаллогидрата.

Пример 1. Приготовить 100 г 6%-ного раствора из кристаллогидрата Na₂CО₃∙10Н₂О.

Решение:

С_%= ;

1) рассчитаем сколько граммов безводного вещества содержится в 100 г раствора:

m =

2) определим, какое количество кристаллогидрата содержит в себе 6 г безводного Na₂CО₃. Для этого рассчитаем молярные массы безводного Na₂CО₃ и кристаллогидрата:

Mr(Na₂CО₃)=223 + 12 + 316 = 106 г/моль;

Na₂CО₃∙10Н₂О = 223 + 12 + 316 + 1018 = 286 г/моль.

Составим пропорцию:

в 286 г/моль кристаллогидрата – содержится 106 г/моль безводной соли

в каком количестве кристаллогидрата (х г) ‑ содержится 6 г безводной соли?