Лабораторная работа № 4 растворы

Цель работы

Изучение физико-химической природы процесса растворе­ния, свойств растворов, освоение навыков приготовления растворов заданной концентра­ции и методики их количественного анализа.

Оборудование и реактивы

Ареометр, бюретки (50 мл), колбы (250 мл), мерные цилиндры, пипет­ки (20–25 мл), пробирки, стеклянные трубки, спиртовка, спички, термометры, технические весы с разновесами, штатив, химические стаканы.

Гидроксид натрия NaOH (к), хлорид натрия NaCl (к), нитрат аммония NH₄NO₃ (к), хлорид кальция CaCl₂ (к), кристаллогидрат сульфата натрия Na₂SO₄∙10H₂O (к); растворы: серная кислота H₂SO₄ (разб.) или соляная кислота HCl (разб.), хлорид натрия NaCl (10%), титрованный гидроксид натрия NaOH (0,1 М), охладительная смесь (лед + NaCl).

Экспериментальная часть

Опыт 1. Тепловые эффекты при растворении

В пробирку с 5 мл воды (измерьте заранее ее температуру t₀ = __________°С) внесите немного твердого NaOH (или КОН), помешайте стеклянной палочкой и отметьте изменение температуры (t = __________°С).

Проведите аналогичные опыты с NH₄NO₃ (к) (t = __________°С) и Na₂SO₄ • 10Н₂О (к) (t = __________°С).

Опыт 2. Изменение температуры замерзания и температуры кипения растворов

2.1. Две пробирки наполните наполовину: одну водой, другую – 10%-ным раствором NaCl. По­местите их в стакан с охладительной смесью (лед с солью) и отме­тьте температуру замерзания Н₂О (t_зам = __________°С) и раствора NaCl (t_зам = __________°С).

2.2. Две пробирки наполните наполовину водой, а одну из них внесите 1 г СаСl₂. Нагрейте до кипения и измерьте температуру кипения Н₂О (t_кип = __________°С) и раствора СаСl₂ (t_кип = __________°С).

Опыт 3. Приготовление растворов с определенной массовой долей из твердого вещества и воды

Задание: I вариант – приготовьте 50 г раствора NaCl с массовой долей вещества в растворе 5%; II вариант – приготовьте 50 г раствора NaCl с массовой долей вещества в растворе 3%. Расчет массы NaCl, необходимого для приготовления 50 г 5%-ного (или 3%) раствора NaCl:

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Масса воды, необходимая для приготовления 50 г 5%-ного (или 3%) раствора NaCl:

________________________________________________________________________________

Взвесьте на технических весах необходимое количество соли, отмерьте мерным цилиндром нужный объем воды и растворите приготовленную соль. Затем налейте в цилиндр 40 мл полученного раствора NaCl и измерьте плотность ареометром, сравните ее с данными таблицы. Плотность полученного раствора составляет __________ г/мл. После измерения ареометр промойте водой, осторожно вытрете досуха и поставьте в набор.

Расчет молярности (моль/л) полученного раствора:

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Расчет нормальности (моль/л) полученного раствора:

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 4. Приготовление раствора заданной концентрации из более концентрированного раствора и воды

Задание: I вариант – приготовьте 50 мл 0,1 М раствора H₂SO₄ (или HCl) из раствора, имеющегося в лаборатории; II вариант – приготовьте 50 мл 0,2 М раствора H₂SO₄ (или HCl) из раствора, имеющегося в лаборатории.

Измерите плотность исходного раствора кислоты ареомет­ром (ρ =_________г/мл). По табличным данным определите массовую долю кислоты (ω = __________%), соответствующую найденной плотности раствора. Рассчитайте, какое весовое количество этой кислоты нужно для приготовления 50 мл 0,1 М раствора, а затем пересчитайте полученную величину на объем:

1) найдем сколько граммов вещества кислоты содержится в 50 мл 0,1 М раствора исходя из формулы С_M = m(в-ва) / M(в-ва) • V(р-ра)

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

2) найдем массу исходного раствора кислоты исходя из формулы

ω = m(в-ва) • 100% / m(р-ра)

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

3) найдем объем раствора по формуле V = m • ρ

________________________________________________________________________________

Отмерьте маленьким цилиндром (или градуированной пипеткой) рассчитанный объем исходного раствора H₂SO₄ и вылейте его в мерную колбу с небольшим количеством воды, а затем доведите уровень воды (по каплям) до метки 50 мл. Перемешайте раствор. Расчет молярной концентрации (молярности) полученного раствора (моль/л):

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Расчет нормальной концентрации полученного раствора (моль/л):

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

В следующем опыте установите концентрацию полученного раствора H₂SO₄ титрованием 0,1 М раствором NaOH.

Опыт 5. Титрование

Заполните бюретку до нулевой отметки титрованным 0,1 М раствором NaOH. Налейте в коническую колбу пипеткой 10 мл раствора серной кислоты, полученного в предыдущем опыте и добавьте 2–3 капли фенолфтале­ина.

Под бюреткой на белый лист бумаги поставьте кониче­скую колбу с раствором кислоты так, чтобы носик бюретки входил внутрь колбы, а шарик в резиновом шланге находился немного выше горла колбы. Приливайте небольшими порциями раствор щелочи к раствору кислоты при непрерывном перемешивании раствора в колбе. Титруйте до появления устойчивой розовой окраски, не ис­чезающей в течение 30 с.

Запишите объем израсходованного раствора щелочи с точностью до 0,1 мл положение уровня раствора в бюретке.

Титрование повторите 3 раза. Объемы израсходованной щелочи не должны отличаться больше чем на 0,2 мл (в расчетах используйте среднее значение).

Титрование	V р-ра NaOH, мл	Среднее значение V р-ра NaOH, мл
1
2
3

Рассчитайте нормальность раство­ра кислоты по формуле: V₁ / V₂ = C_H2 / C_H1, где V₁ и C_H1 – объем и концентрация кислоты, V₂ и C_H2 – объем и концентрация щелочи.

________________________________________________________________________________

Пересчитайте нормальность кислоты на молярность. Высчитайте процент ошибки по формуле: П = (С_{М теор} – С_{М пр})∙100% / С_{М теор}

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Вывод: _________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Контрольные задания

1. Какую массу раствора серной кислоты с массовой долей 50% следует добавить к 150 см³ воды для получения раствора серной кислоты с массовой долей 20%?

2. Рассчитайте объемы раствора серной кислоты с массовой долей 93,5% (ρ = 1,83 г/см³) и воды, необходимые для приготовления 100 см³ раствора серной кислоты с массовой долей 15% (ρ = 1,10 г/см³).

3. Определите молярную концентрацию раствора KOH, в котором массовая доля KOH составляет 8% (ρ = 1,064 г/см³).

4. Определите массовую долю (ω,%) растворенного вещества в растворах: а) 6М HCl (ρ = 1,100 г/см³); б) 10 н H₂SO₄ (ρ = 1,289 г/см³); в) 15 н H₃PO₄ (ρ = 1,289 г/см³).

5. Смешали растворы хлорида натрия массами 300 г и 500 г с массовыми долями 20% и 40% соответственно. Найдите массовую долю полученного раствора хлорида натрия.

6. Рассчитайте массу раствора соли с массовой долей 7%, необходимую для растворения еще 20 г этой соли, чтобы получить раствор с массовой долей 12%.

7. В 1 дм3 спирта (ρ = 0,8 г/см³) растворили сероводород объемом 10 дм³ (н.у.). Определите массовую долю (%) сероводорода ______в полученном растворе

8. Сколько и какого вещества останется в избытке, если к 75 см³ 0,3 н раствора серной кислоты прибавить 125 см³ 0,2 н раствора KOH?

9. Раствор содержит бромид и хлорид натрия одинаковой концентрации (ω,%). Определите массовые доли (%) этих солей, если для их полного осаждения из раствора массой 1 кг потребовался 1 дм³ раствора нитрата серебра с массовой долей 8% (ρ = 1,07 г/см³).

10. Определите массу глауберовой соли (Na₂SO₄ • 10H₂O), необходимую для ее растворения в воде массой 500 г для получения раствора с массовой долей 5%, считая на безводную соль.

11. Какую массу Na₂CO₃ • 10H₂O нужно растворить в воде массой 350 г, чтобы получить раствор с массовой долей карбоната натрия 0,1?

12. Для полного осаждения меди в виде CuS из 291 см³ раствора CuSO₄ c массовой долей 10% был использован газ, полученный при взаимодействии FeS массой 17,6 г с избытком раствора HCl. Рассчитайте относительную плотность исходного раствора CuSO4.

13. В растворе серной кислоты массой 446 г с массовой долей 7,8% растворили SO3 массой 250 г. Найдите массовую долю H₂SO₄ в полученном растворе.

14. При растворении серной кислоты массой 66,8 г в воде массой 133,2 г получили раствор (ρ = 1,25 г/см³). Определите: а) молярную концентрацию; б) эквивалентную концентрацию; в) массовую долю (%) серной кислоты в полученном растворе.

15. На нейтрализацию 60 см³ 0,24 н раствора серной кислоты израсходовано 180 см³ раствора KOH. Рассчитайте эквивалентную концентрацию раствора KOH.

16. Водный раствор сульфата цинка служит электролитом при получении этого металла. Растворимость в воде сульфата цинка при 30 °С составляет 61,3 г. Сколько воды потребуется для растворения при этой температуре сульфата цинка массой 1000 кг?

17. Определите растворимость KCl при 25 °С, если при этой температуре для насыщения воды массой 25,00 г требуется соль массой 8,75 г.

18. Растворимость KNO₃ при З5 °С составляет 55 г. Какую массу соли следует взять для приготовления насыщенного при этой температуре раствора массой 60 г?

19. Сколько KCl выпадет в осадок при охлаждении насыщенного при 80 °С раствора массой 604,4 г до 20 °С, если растворимость при этих температурах составляет 51,1 г и 34,0 г соответственно.

20. Растворимость бромида калия при различных температурах составляет: 20 °С – 6,87 г; 40 °С – 13,25 г; 60 °С – 22,27 г. В каком соотношении следует смешать насыщенные при 20 °С и 60 °С растворы, чтобы получить насыщенный при 40 °С раствор?

Пример. Вычислите: а) массовую долю растворенного вещества (ω,%); б) нормальность (С_Н); в) молярность (С_М); г) моляльность (C_m); д) титр (Т) раствора H₃PO₄, полученного при растворении 18 г H₃PO₄ в 282 см³ воды, если относительная плотность полученного раствора составляет 1,031 г/см³.

Решение

Дано: mв-ва(H3PO4) = 18 г V(H2O)= 282 см3 ρ=1,031 г/см3 СН – ? ω – ? СМ – ? Cm – ? Т – ?

Решение: а) m (H2O) = V(H2O) = 282 г m р-ра(H3PO4) = 18 + 282 = 300 г. Из формулы: ω = m(в-ва) / mр-ра(в-ва) • 100% ω(H3PO4) = (18 / 300) • 100 = 6% б) СН = m / (mЭ • V) или СН = m / (М • Э • V) Масса кислоты в 1 л раствора составит: m(H3PO4) = 1031 • 18 / 300 = 61,86 г. mЭ(H3PO4) = М(H3PO4) / 3 = 97,99 / 3 = 32,66 г/моль Cн(H3PO4) = 61,86 / 32,66 = 1,89 моль/л; в) СМ = ν / V = m / (M • V) СМ(H3PO4) = 61,86 / 97,99 = 0,63 моль/л г) Сm = m(в-ва) • 1000 / М • m(растворителя) Сm(H3PO4) = 18 • 1000 / 98 • 282 = 0,65 моль/кг д) Т = m / V, Т(H3PO4) = 61,86/1000 = 0,06186 г/см3. Ответ: ω(H3PO4) = 6%; Cн(H3PO4) = 1,89 моль/л; СМ(H3PO4) = 0,63 моль/л; Сm(H3PO4) = 0,65 моль/кг; Т(H3PO4) = 0,06186 г/см3.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________