zanyatie 2. laboratornaya rabota no 2. rastvory..

Занятие 2

Способы выражения содержания
растворенного вещества в растворе


Тема занятий





1. Вводный контроль на тему «Способы выражения содержания растворенного вещества в растворе».
2. Семинар на тему «Растворы. Способы выражения количественных соотношений между компонентами системы».
3. Лабораторная работа № 3 «Приготовление растворов» /2, с. 48, оп. 3 и 4/.







[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] Теоретическая часть

Способы выражения количественных соотношений
между компонентами системы

Раствором называется гомогенная система, состоящая из двух или нескольких компонентов, относительное содержание которых может меняться в широких пределах.
Способы выражения состава раствора довольно разнообразны: массовая, мольная, объемные доли; моляльность; концентрации – молярная, эквивалентная (нормальная), титр.

Таблица 1
Способы выражения состава растворов

Способ выражения содержания
растворенного вещества в растворе
Формула для расчёта

Массовая доля (()– величина, равная отношению массы растворенного вещества (mв) к общей массе раствора (mр-ра)

( = (((( (100 %
mр-ра


Молярная (мольная) доля вещества (N)– величина, показывающая отношение количества этого вещества ((в) к суммарному количеству всех веществ, входящих в состав раствора, включая растворитель
Для бинарного раствора
(1
N1 = (((( ;
(1 + (2
(2
N2 = ((((
(1 + (2

Объемная доля растворенного вещества ((в) ( величина, показывающая отношение объема растворенного вещества (Vв) к объему раствора (Vр-ра)


(в = ((( ( 100 %.
Vр-ра

Молярная концентрация (См )– величина, показывающая количество растворенного вещества (
·), содержащегося в 1 л раствора


( mв
См = ( = (( (моль/л),
V Mв ( V
где V – объем раствора (л); m и М – масса (г) и молярная масса вещества (г/моль)

Продолжение табл. 1
Способ выражения содержания
растворенного вещества в растворе
Формула для расчёта

Моляльность (Сm) – величина, показывающая количество растворенного вещества в
1 кг растворителя

Сm = (((( (моль/кг)
Мв ( mр-ля

Эквивалентная (нормальная) концентрация (Сэ или Сн)( величина, показывающая количество эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора

Сэ = (((( (моль/л)
Mэ ( V

Титр (Т)( величина, численно равная массе растворенного вещества (mв) в 1 мл раствора

Т = (((( (г/мл),
Vр-ра


Объёмы реагирующих растворов обратно пропорциональны их эквивалентным концентрациям
V1 Сэ2
(( = ((
V2 Сэ1



Пример 1.
Вычислите массовую долю, молярную, эквивалентную концентрации, моляльность, титр и мольную долю растворенного вещества в растворе серной кислоты, полученном при растворении 20 г кислоты в 200 мл раствора с плотностью 1,1г/мл.

Дано:
m (H2SO4) = 20г
Vp-pa = 200 мл
( = 1,1 г/мл

((%), См, Сэ,
Сm, Т, Nр-ра ?

Решение

1. Массовую долю растворенного вещества можно определить из выражения:

( = (((( (100 % .
mр-ра
Но в этом выражении неизвестна масса раствора, которую находим по формуле:
mр-ра = Vp-pa ( ( = 220 г.


Далее вычисляем массовую долю:
20
( = (((( (100 = 9,1 %.
220


2. Молярную и эквивалентную концентрации раствора определяем
по формулам:
mB
См = (((((, M (H2SO4) = 98 г/моль,
MV
20
См = ((((( = 1,02 моль/л;
98 0,2

mB
Сэ = (((((, Mэ (H2SO4) = 49 г/моль,
Mэ V
20
Сэ = ((((( = 2,04 моль/л
49 ( 0,2

3. Моляльность раствора можно вычислить, используя выражение

Сm = (((( .
М mр-ля
В этом выражении неизвестна масса растворителя (воды), которую
находим:
mр-ля = mр-ра – mв ; mр-ля = 220 – 20 = 200 г = 0,2 кг

Тогда 20
Сm = (((( = 2,04 моль/кг.
49 ( 0,2
4. Титр раствора определяем по формуле
mв 20
Т = ((( = ((( = 0,091 г/мл.
Vр-ра 220
5. Мольную долю растворённого вещества находим из выражения

N1 = (((( ; (в = См = 1,02 моль.
(в + (р-ля
Поскольку растворитель – вода, находим количество воды ((Н2О):
200
М (Н2О) = 18 г/моль, ( (Н2О) = ((( = 11,1 моль;
18
1,02
Nр.в = ((((( = 0,084, Nр-ля = 1 – 0,084 = 0,916.
1,02 + 11,1
Пример 2.
На нейтрализацию 20 мл раствора кислоты израсходовано 10 мл 0,1н раствора щёлочи. Какова нормальная концентрация раствора кислоты?

Дано:
Vк-ты = 20 мл
Vщ = 10 мл
Сщ = 0,1 н

Ск-ты = ?
Решение
Так как вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных соотношениях, то для определения нормальной концентрации можно использовать формулу:


Vк Сщ
(( = (( .
Vщ Ск

· Сщ 10
· 0,1
Отсюда Ск = (((( = (((( = 0,05 н.
Vк 20







Химический цилиндр Мерная колба




ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ
Цель работы:
Научить студентов готовить растворы различной концентрации.



Опыт 1.
Приготовление раствора из навески твердого вещества и воды
Преподаватель предлагает каждому студенту задание приготовить раствор определенного объема заданной концентрации из навески твердого вещества (кристаллогидрата) и воды (см. пример расчета ниже).
Для приготовления раствора возьмите на весах рассчитанную навеску твердого вещества, перенесите ее в химический цилиндр (или в мерную колбу). Растворите навеску в приблизительно половине объема воды, необходимого для приготовления раствора. После растворения соли доведите общий объем раствора до заданного. Тщательно перемешайте, замерьте плотность приготовленного раствора и вычислите абсолютную и относительную погрешности. Раствор оставьте для опыта 2 и 3.



Опыт 2.
Приготовление раствора заданной концентрации из раствора (опыт 1) и воды
Получив индивидуальное задание от преподавателя, произведите расчет объемов раствора (опыт 1) и воды (см. пример расчета к опыту 2).
Далее приготовьте раствор. Цилиндром отмерьте рассчитанный объем раствора, взятого из опыта 3, и добавьте воды до заданного в условии задачи объема. Тщательно перемешайте и замерьте плотность приготовленного раствора. Определите абсолютную и относительную погрешности опыта (см. пример расчета к опыту 3). Приготовленный раствор оставьте для опыта 3.

***********************************
Пример расчета к опыту 1
Приготовить 100 мл раствора NaCl c массовой долей 6,2 % из сухой соли и воды.

Расчет

1. Найдем молярную массу соли NaCl:
М (NaCl) = 23+35,5 = 58,5 г/моль.
2. Из таблицы возьмем значение плотности растворов соли разной массовой доли.

1. Методом интерполяции определим плотность приготовляемого раствора с заданной массовой долей 6,2 %, используя данные таблицы:

Плотности и массовые доли растворов некоторых солей
W,
%
Плотности растворов солей, ( (г/мл)


MgSO4
NaCl
CuSO4
KCl

2
1,0186
1,012
1,019
1,011

4
1,0392
1,027
1,040
1,024

6
1,0602
1,041
1,062
1,036

8
1,0820
1,056
1,084
1,050

10
1,1034
1,071
1,107
1,063


Метод интерполяции
Из таблицы выберем значения массовых долей больше и меньше значения, предлагаемого в условии задачи (6,2 %), и соответствующие им значения плотностей. Определим разность в значениях массовых долей и плотностей.
8,0 % – 1,056 г/мл
6,0 % – 1,041 г/мл
______________________________
2,0 % – 0,015 г/мл

Затем сравним заданные значения эксперимента с табличными данными для одного из растворов, например, раствора с W = 8 % :

8,0 % – 1,056 г/мл
6,2 % – (1 г/мл
______________________________
1,8 % – (1,056 - (1) г/мл



Составим пропорцию:

2,0 % – 0,015 г/мл
1,8 % – (1,056 - (1)

Найдем значение плотности приготовляемого раствора:
1,8 0,015
(1 = 1,056
· (((((( = 1,0425 г/мл.
2,0


2. Вычислим массу приготовляемого раствора:

mприг.р-ра= V(1 = 100 1,0425 = 104,25 г

3. Рассчитаем массу сухой соли NaCl, необходимую для приготовления раствора с массовой долей Wтеор. 6,2 %:

m NaCl
Wтеор. = ((((( 100 % ,
mp-pa NaCl

Wтеор. mp-pa NaCl 6,2 104,25
отсюда mNaCl = ((((((( = (((((( = 6,46 г
100 % 100 %

4. Для приготовления раствора возьмем на технических весах навеску 6,46 г NaCl, перенесем её в химический цилиндр. Растворим навеску приблизительно в 50 – 70 мл воды.
После растворения навески доведем водой общий объём до 100 мл. Тщательно перемешаем полученный раствор и замерим его плотность (например, (приг.р-ра 1 = 1,045 г/мл).
Методом интерполяции определим Wоп. – массовую долю приготовленного раствора с плотностью 1,045 г/мл, сравнив табличные данные и данные полученного раствора:
8,0 % – 1,056 г/мл 8,0 % – 1,056 г/мл
6,0 % – 1,041 г/мл W оп.% – 1,045 г/мл
______________________________ ______________________________
2,0 % – 0,015 г/мл (8 – W оп.)% – 0,011 г/мл

Составим пропорцию:

2,0 % – 0,015 г/мл
(8 – W оп.)% – 0,011 г/мл

Найдем значение массовой доли приготовленного раствора W оп.:
2,0 0,011
W оп. = 8
· (((((( = 8 – 1,5 = 6,5 %
0,015


Определим абсолютную и относительные погрешности:

(абс = |W т – W оп| = |6,2 – 6,5| = 0,3;

(абс 0,3
(отн = (((( 100% = ((( 100 % = 4,8 %.
(т 6,2




ПРИМЕР РАСЧЕТА К ОПЫТУ 2

Приготовить 100 мл W2 = 3,2 % (по массе) раствора хлорида натрия из исходного раствора NaCl, взятого из опыта 1, и воды.

Решение:
1. Используем полученные данные из опыта 1: замеренная ареометром плотность исходного раствора NaCl ((1 = 1,045 г/мл) и рассчитанная методом интерполяции массовая доля этого раствора Wоп.1 = 6,5 %.
2. Вычисляем методом интерполяции плотность приготовляемого раствора с массовой долей 4,4 %, используя табличные данные:

6,0 % – 1,041 г/мл 6,0 % – 1,041 г/мл
4,0 % – 1,027 г/мл 4,4 % – (2 г/мл
______________________________ ______________________________
2,0 % – 0,014 г/мл 0,6 % – (1,041 - (2) г/мл


Составим пропорцию:

2,0 % – 0,014 г/мл
0,6 % – (1,041 - (2)

Найдем значение плотности приготовляемого раствора:
0,6 0,014
(2 = 1,041
· (((((( = 1,037 г/мл.
2,0

4. Найдем массу приготовляемого раствора
mр-ра2 = V ( (2 = 100 ( 1,037 = 103,7 г.
5. Рассчитаем массу NaCl, необходимую для приготовления 100 мл раствора с массовой долей 4,4 %.
W2 (m р-ра 4,4 ( 103,7
mNaCl = (((( = ((((( = 4,5 г.
100 % 100%
6. Определите массу исходного раствора MgSO4 с массовой долей 6,5 %, необходимую для приготовления заданного раствора

m NaCl ( 100 4,5 ( 100
mисх. р-ра1 = ((((((( = ((((( = 69,2 г
Wисх.р-ра 6,5
7. При приготовлении раствора удобнее пользоваться объемными соотношениями:
mисх.р-ра 69,2
Vисх.р-ра = ((((( = ((( = 66,2 мл.
(исх.р-ра 1,045



***********************************
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 2

Вариант 1
1. Определите массовую долю некоторой соли в растворе, приготовленном из 9,0 г соли и 170,1 г воды.
2. Определите молярную, нормальную концентрации, титр раствора хлорида марганца (II), если в 250 мл раствора содержится 2,52 г растворенного вещества.
Вариант 2
1. Вычислите молярную и нормальную концентрации 4 % (по массе) раствора Na2CO3 плотностью 1,04 г/мл.
2. Каково соотношение масс кислоты и воды, необходимых для приготовления 5 % раствора.
Вариант 3
1. Вычислите молярную концентрацию и моляльность раствора, если масса растворенного кристаллогидрата CuSO4 5H2O 22,18 г, объем раствора 0,6 л и плотность 1,04 г/мл.
2. Какой объем воды надо добавить к 2 л 2 н раствора гидроксида натрия, чтобы получить 0,5 н раствор?
Вариант 4
1. Определите титр и нормальную концентрацию 0,05 М раствора MnSO4.
2. Вычислите массовую долю и массу растворенного вещества в 0,25 н растворе Na2S, объем которого 200 мл,
· = 1,2 г/мл.
Вариант 5
1. Какой объем воды надо выпарить из 5 кг 3 % (по массе) раствора поваренной соли, чтобы получить 15 % раствор?
2. Вычислите массовую долю растворенного вещества AgNO3 в 0,64 М растворе плотностью 1,088 г/мл.
Вариант 6
1. Рассчитайте объем 30 % (по массе) раствора AlCl3 плотностью 1,24 г/мл необходимый для приготовления 120 мл 0,25 н раствора.
2. Вычислите титр 20 % (по массе) раствора KCl плотностью 1,12 г/мл.
Вариант 7
1. Определите объем воды, необходимый для приготовления 120 г 5 % (по массе) раствора из кристаллогидрата BaCl2
· 2H2O.
2. Вычислите мольные доли растворенного вещества и растворителя в растворе Na2SO4 с массовой долей 10 %,
· = 1,05 г/мл.
Вариант 8
1. Вычислите мольную долю растворенного вещества в 10 % (по массе) растворе NaCl,
· = 1,07 г/мл.
2. Рассчитайте эквивалентную (нормальную) концентрацию 5 % (по массе) раствора BaCl2 плотностью 1,045 г/мл.
Вариант 9
1. Плотность 10 % (по массе) раствора H3PO4 равна 1,058 г/мл. Рассчитайте нормальную концентрацию, моляльность и титр раствора.
2. Какой объем 2 М раствора NaOH потребуется для приготовления 40 мл 0,1 н раствора?
Вариант 10
1. В каком объеме 0,5 М раствора и в каком объеме 0,5 н раствора содержится 114 г Al2(SO4)3?
2. В каком объеме воды нужно растворить 15 г CuSO4 5H2O, чтобы получить 4 % (по массе) раствор CuSO4?
Вариант 11
1. Какой объем 0,5 М раствора Na2CO3 можно приготовить из 25 мл 3 М раствора?
2. Какой объем воды надо прибавить к 120 мл 12 % (по массе) раствора КОН (
· = 1,1 г/мл), чтобы получить 5 % раствор?
Вариант 12
1. Какой объем 0,1 н раствора соляной кислоты можно получить из 2,5 л его 0,5 н раствора?
2. Какой объем 10 % (по массе) соляной кислоты (
· = 1,047 г/мл) потребуется для нейтрализации раствора, содержащего 14,0 г КОН?
Вариант 13
1. Какую массу воды, необходимую взять для приготовления раствора хлорида кальция, содержащего 1,2 моль CaCl2 на 1000 г воды, если имеется 8 г CaCl2?
2. Вычислите нормальную (эквивалентную) концентрацию 5 % (по массе) раствора BaCl2 (( = 1,01 г/мл).
Вариант 14
1. К 0,4 л 2 н раствора серной кислоты добавили воды до 1 л. Вычислите молярную концентрацию образовавшегося раствора.
2. 40 г гидроксида калия растворили в 260 г воды. Определите массовую долю растворенного вещества в растворе, молярную концентрацию и моляльность.









13PAGE 14215


13PAGE 14915




Картинка 5 из 22 Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 5 Заголовок 6 Заголовок 7 Заголовок 8 Заголовок 915

Приложенные файлы

  • doc 18486035
    Размер файла: 172 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий