Лабораторная работа №4. Растворы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.
Приготовление растворов заданного
количественного состава. Определение
концентрации растворов титрованием.
1. Разделы теоретического курса для повторения.
Дисперсные системы. Дисперсионная среда и дисперсная
фаза. Коллоиды. Истинные растворы.
Растворимость. Насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные
растворы. Коэффициент растворимости. Тепловые эффекты при
растворении. Сольваты и гидраты. Связь между массой раствора и
его объемом. Способы количественного выражения состава
растворов. Концентрированные и разбавленные растворы.
Массовая, объемная и мольная (молярная) доли растворенного
вещества в растворе.
Массовая, молярная и нормальная концентрации. Титр.
Моляльность растворов.
Закон эквивалентов для растворов. Титрование, как метод
определения концентрации растворенного вещества в растворе.
Общие
свойства
растворов
неэлектролитов.
Осмос.
Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа. Законы Рауля.
Повышение температуры кипения и понижение температуры
замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем.
2. Вопросы и упражнения.
1. При выпаривании досуха насыщенного при некоторой
температуре водного раствора КNO3 массой 300 г образовался
сухой остаток массой 150 г. Чему равна величина
коэффициента растворимости этой соли при данной
температуре?
2. Смешали раствор массой 200 г с массовой долей
растворенного вещества 5% и раствор массой 100 г с массовой
долей того же вещества 15%. Чему равна массовая доля
растворенного вещества в полученном растворе?
3. Определите массовую долю ортофосфорной кислоты в ее
растворе с молярной концентрацией 0,9 моль/л (ρ= 1,1 г/мл).
4. Какой объем воды в мл следует добавить к раствору КОН
объемом 300 мл с массовой долей 20%-го для получения
раствора с массовой долей 5%?
5. Чему равна молярная концентрация раствора соляной
кислоты, если на титрование такого раствора объемом 20 мл
израсходован раствор гидроксида натрия объемом 15 мл с
нормальной концентрацией 0,1 моль/л?
3. Экспериментальная часть.
Часть 1. Приготовление раствора с заданной массовой
долей растворенного вещества из навески твердого вещества.
Получите у преподавателя задание на приготовление раствора
твердого вещества в воде и занесите эти данные в табл.1:
Таблица 1
Исходные данные для приготовления раствора
Растворяемое
вещество*
Объем раствора,
Vраствора.
Массовая доля
растворенного вещества,
ωтеор
Растворяемое вещество (выбирается преподавателем из числа
твердых веществ, приведенных в таблице 2)
Проведите необходимые расчеты и определите:
- массу раствора,
- массу растворенного вещества,
- массу растворителя,
- объем растворителя.
Массу раствора находим, используя формулу:
mраствора = Vраствора ∙ ρраствора, где
mраствора – масса раствора, [г]
Vраствора – объем раствора, [см3]
ρраствора – плотность раствора, [г/см3]
Для нахождения значения плотности раствора по заданному
значению массовой доли ωтеор. пользуются табличными данными,
см. табл 2.
Таблица 2
Зависимость плотности раствора от массовой доли
растворенного вещества 20◦ , (г/см3)
ω,
%
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
Плотность раствора вещества, г/см3
KOH NaOH NaCl MgSO4 CaCl2 H2SO4 HCl Na2SO4
1,017
1,033
1,049
1,065
1,083
1,108
1,126
1,144
1,165
1,183
1,206
1,225
1,246
1,267
1,288
1,308
1,330
1,355
1,373
1,395
1,417
1,445
1,021
1,043
1,065
1,087
1,109
1,137
1,153
1,175
1,197
1,219
1,241
1,263
1,297
1,306
1,328
1,349
1,370
1,390
1,410
1,430
1,449
1,469
1,013
1,027
1,041
1,056
1,071
1,086
1,101
1,116
1,132
1,149
1,164
1,180
1,197
-
1,018
1,039
1,060
1,032
1,104
1,126
1,148
1,173
1,196
1,220
1,245
1,270
-
1,015
1,032
1,049
1,066
1,084
1,102
1,120
1,139
1,158
1,173
1,197
1,218
1,288
-
1,012
1,025
1,038
1,052
1,066
1,080
1,095
1,109
1,124
1,139
1,155
1,170
1,186
1,202
1,219
1,235
1,252
1,268
1,286
1,303
1,321
1,338
I,008
1,018
1,028
1,038
1,047
1,057
1,068
1,078
1,088
1,098
1,108
1,119
1,129
1,139
1,149
1,159
1,169
1,179
1,189
1,198
-
1,019
1,040
1,061
1,082
1,103
1,124
1,146
-
Если заданное значение массовой доли растворенного
вещества не совпадает с приведенными табличными значениями, то
для нахождения плотности раствора заданной концентрации теор.
используется метод интерполяции.
Например,
Требуется найти значение плотности раствора хлорида кальция (CaCl2)
c массовой долей растворенного вещества ω(CaCl2) = 10,2%.
Значения плотности раствора с массовой долей 10,2% в таблице нет.
Поэтому, выпишем ближайшие к требуемому значению табличные значения:
ω(CaCl2),
%
ρраствора CaCl2,
г/см3
10
1,084
12
1,102
Изменение концентрации раствора этого вещества на 12% - 10% = 2%
приводит к изменению плотности раствора Δ ρ, равному:
Δ ρ = ρраствора (ω=12%) - ρраствора (ω=10%)=1,102 г/см3-1,084 г/см3 =0,018 г/см3.
Заданное нам значение массовой доли раствора превышает ближайшее
меньшее табличное значение на 10,2% – 10% = 0,2%.
Составим пропорцию и найдем, насколько увеличится плотность
раствора с ω = 10,2%, по сравнению с плотностью раствора с ω = 10%:
2%  0,018 г/см3
0,2%  х
х = 0,0018 г/см3
Таким образом, плотность раствора хлорида кальция с ω = 10,2%
будет равна:
ρраствора (ω=10,2%) = ρраствора (ω=10%) + х = 1,084 г/см3 + 0,0018 г/см3 =
1,0858 г/см3 ≈ 1,086 г/см3
Массу растворенного вещества определяем по формуле:
mраств. в-ва = mраствора ∙ ω,
где
mраствора – масса раствора
mраств. в-ва – масса растворенного вещества
ω – массовая доля растворенного вещества в растворе,
выраженная в долях единицы.
Массу растворителя определим как разность между массами
раствора и растворенного вещества.
mрастворителя = mраствора - mраств. в-ва
Так как жидкости удобнее не взвешивать, а отмерять для них
определенный объем, то найдем объем, который займет найденная
масса растворителя.
Для нахождения объема растворителя, используем формулу:
𝑉 растворителя =
𝑚растворителя
𝜌растворителя
,
где
m растворителя – масса растворителя, [г]
V растворителя – объем растворителя, [см3]
ρ растворителя – плотность растворителя, [г/см3]
Напомним, что плотность воды при 200С ρ(H2O) = 1 г/см3
Приведите расчеты и запишите в табл. 3 все расчетные
данные.
Таблица 3
Данные для приготовления раствора заданного количественного состава
Величина
Обозначение Значение Размерность
Плотность раствора заданного ρраствора теор.
количественного состава
Масса раствора
mраствора
г/см3
г
Масса растворенного вещества
mраств. в-ва
г
Масса растворителя
mрастворителя
г
Объем растворителя
Vрастворителя
cм3
Растворяемое вещество, найденной массы, взвесьте на весах.
Необходимый объем дистиллированной воды отмерьте мерным
цилиндром.
Приготовьте раствор в химическом стакане, перемешивая
стеклянной палочкой. Термометром измерьте температуру
раствора. Если температура отличается от 20°С, то раствор
необходимо нагреть или охладить.
Перелейте раствор в цилиндр объемом 25 см3 и осторожно
опустите в него ареометр. По шкале ареометра (по нижнему
мениску жидкости) определите плотность приготовленного
раствора.
Внимание! Необходимо помнить, что во время определения
плотности раствора, ареометр не должен касаться стенок
цилиндра. После каждого определения ареометр моют,
протирают фильтровальной бумагой и осторожно помещают в
соответствующее гнездо штатива.
По измеренной плотности эксп., используя, в случае
необходимости, метод интерполяции по данным табл. 2
определите значение массовой доли растворенного вещества в
приготовленном растворе (ω эксп.).
Сравните найденное значение (ω эксп.) с заданным значением
массовой доли (ω теор.) и определите значение относительной
ошибки эксперимента (относ.):
эксп .  теор.
100%
относ. =
теор.
Приведите расчеты и запишите в табл. 4 полученные
экспериментальные и расчетные данные.
Таблица 4
Результаты эксперимента по приготовлению раствора заданного
количественного состава.
Величина и ее обозначение
Измеренная плотность приготовленного
раствора, ρ эксп.
Массовая доля растворенного вещества в
приготовленном растворе, ω эксп
Относительная ошибка эксперимента, относ.
Значение
Размерность
г/см3
-
Для раствора с заданной массовой долей выразите
количественный состав другими способами. Для этого рассчитайте
значения массовой, молярной и нормальной концентраций и
моляльность этого раствора.
Приведите необходимые расчеты и полученные результаты
занесите в таблицу 5:
Таблица 5
Количественный состав раствора с заданной массовой долей,
выраженный иными способами.
Способы выражения
количественного состава
растворов
Обозначение
Массовая доля
ω теор.
Массовая концентрация
С масс.
Молярная концентрация
С мол.
Нормальная концентрация
С норм.
Моляльность
Значение
Размерность
С моляльн.
Часть 2. Определение концентрации растворов кислот и
щелочей титрованием. (Кислотно - основное титрование с
индикацией точки эквивалентности по изменению окраски
индикатора (колориметрическое титрование).
Получите задание у преподавателя:
Определить
нормальную
концентрацию
(молярную
концентрацию эквивалента) для раствора гидроксида натрия
№ …… титрованием раствором соляной кислоты с известной
концентрацией Снорм.(HCl) = 0,1 моль/л.
В три конических плоскодонных колбы (колбы Эрленмейера)
поместите по 10 мл раствора щелочи, концентрацию которого
необходимо определить. Указанные объемы раствора отмеряют с
помощью пипетки Мора соответствующего объема. Для
заполнения раствором пипетки Мора следует пользоваться
резиновой грушей. Можно отбирать заданный объем жидкости
пипет - дозатором.
Добавьте в конические колбы по несколько капель
индикатора, меняющего цвет при переходе от щелочной среды к
кислотной.
Так
можно
зафиксировать
момент
полной
нейтрализации раствора щелочи раствором кислоты. В качестве
такого индикатора может быть выбран, например, раствор
индикатора метилоранж.
Заполните до нулевой отметки бюретку жидкостью –
титрантом (раствором соляной кислоты, концентрация которой вам
известна.)
Осуществите титрование, добавляя из бюретки по каплям
раствор кислоты в колбу с анализируемым раствором щелочи.
Титруемый раствор следует постоянно перемешивать круговым
движением колбы. Титрование продолжайте до тех пор, пока не
произойдет полная нейтрализация раствора щелочи раствором
кислоты, фиксируемая по изменению цвета индикатора.
При достижении точки эквивалентности титрование
прекращают и определяют объем израсходованной кислоты.
Определение повторяют 3 раза (до получения сопоставимых
результатов), каждый раз заполняя бюретку раствором кислоты с
известной концентрацией до нулевой отметки.
По результатам трех определений найдите среднее
арифметическое
значение
объема
раствора
кислоты,
израсходованного на титрование раствора щелочи.
Полученные результаты запишите в табл. 6.
Таблица 6
Результаты титрования раствора щелочи раствором кислоты
Номер
опыта
Объем
Объем
раствора щелочи, раствора кислоты,
Vщелочи, мл
Vкислоты, мл
Среднее
значение
Vкислоты, мл
Нормальная
концентрация
раствора щелочи,
Снорм. щелочи, г/моль
1
2
3
Используя закон эквивалентов для растворов, найдите
искомую величину нормальной концентрации щелочи по формуле:
Снорм. щелочи ∙ V щелочи = Снорм. кислоты, ∙ V кислоты, где:
Снорм.
щелочи
и V
щелочи
- нормальная концентрация (молярная
концентрация эквивалента) и объем раствора щелочи,
Снорм. кислоты ∙ V кислоты - нормальная концентрация (молярная
концентрация эквивалента) и объем раствора кислоты.
Напишите уравнение реакции, протекающей при титровании,
и приведите соответствующие расчеты.
Результаты эксперимента по определению
концентрации раствора щелочи занесите в табл. 6.
нормальной