11 Экспериментальная часть приготовление растворов заданной концентрации

Цель работы

Приготовление раствора NaCl путем смешения двух растворов разной концентрации (вариант 1) и раствора NaCl и воды (вариант 2).

План работы

1 Получить задание: приготовить 250 г раствора NaCl 4 (6,8,10,12,14,16 и т.д.) %-ой концентрации из

а) двух растворов NaCl разной концентрации.

б) данного преподавателем раствора NаCl и воды;

2 По таблице 2 определить плотности исходных растворов.

3 Рассчитать массы исходных растворов, используя ” правило креста” и закон смешения.

4 Рассчитать объемы исходных растворов и проверить у преподавателя.

5 Выполнить эксперимент.

а) отмерить мерным цилиндром объем более концентрированного NaCl, отмечая уровень жидкости по ” нижнему мениску”, и перелить в коническую колбу, а затем тем же цилиндром отмерить объем более разбавленного раствора NaCl и перелить в ту же колбу. Полученный раствор перемешать стеклянной палочкой;

б) Перелить содержимое колбы в мерный цилиндр и определить плотность раствора ареометром (рисунок 4). По определенной плотности рассчитать процент относительной ошибки по формуле

6 Рассчитать молярность (С_м);

молярную концентрацию эквивалента (С_н);

титр (Т);

моляльность (С_m);

мольную долю (N);

∆р´,

t´_кип.,

t´_зам.,

π´_осм. приготовленного раствора.

7 Отчет о проделанной работе должен включать:

1) цель работы

2) приборы и реактивы

3) задание

4) предварительные расчеты m₁;m₂ и V₁;V₂

5) методика проведения работы

6) результаты и объяснения

7) расчет концентраций (С_м, С_н, С_m, Т, N)

8) расчет свойств (∆р´, π´_осм, t´_кип., t´_зам.)

9) вывод.

1. - мерный цилиндр;

2. – ареометр

Рисунок 4 - Определение плотности жидкости ареометром

Таблица 2 Плотность водных растворов NаС1 при 20⁰С

Плотность, г/мл	Концентрация, %	Плотность, г/мл	Концентрация, %
1,005	1	1, 101	14
1,013	2	1,109	15
1,020	3	1, 116	16
1,027	4	1,124	17
1,034	5	1,132	18
1,041	6	1,140	19
1,049	7	1,148	20
1,056	8	1,156	21
1,063	9	1, 164	22
1,071	10	1,172	23
1,078	11	1,180	24
1,086	12	1,189	25
1,093	13	1, 197	26

Варианты расчетов

Вариант 1. Приготовить 300 г 10%- ного раствора NaCl из 7%-ного

и 14%-ного растворов NaCl.

Решение: а) расчет произвести по ” правилу креста”:

14% (10-7) = 3 весовые части

10%

7% (14-10) = 4 весовые части (вес.ч.)

Весь раствор = 7 вес.ч.

Таким образом, 300 г 10%-ного раствора NaCl составляют 7 весовых частей.

Найти, какое количество граммов каждого из смешиваемых растворов необходимо взять:

7 вес.ч. - 300 г р-ра

3 вес.ч. – m_14% 14%-ного раствора;

7 вес.ч. – 300 г р-ра

4 вес.ч. – m_7% 7%-ного раствора;

б) расчет произвести по закону смешения.

Определить массу NaCl в 300 г 10%-ного раствора:

в 100 г р-ра - 10 г NaCl

в 300 г р-ра – m г NaCl m = 30 г NaCl.

Эта масса растворенного вещества состоит из масс его, содержащихся в исходных растворах.

Пусть масса 14%-ного раствора равна x г,

тогда масса 7%-ного раствора (300-x) г.

Масса NaCl в 14%-ном растворе равна (0,14∙x) г,

Масса NaCl в 7%-ном растворе равна 0,07∙(300-x) г.

Сумма масс NaCl равна 0,14∙x + 0,07∙(300-x) = 30 г.

Следовательно, x = 128,6 г - масса 14%-ного раствора,

300 - 128,6 = 171,4 г – масса 7%-ного раствора.

в) Рассчитать объемы каждого раствора, используя плотности:

Итак, необходимо слить 116,8 мл 14%-ного и 163,5 мл 7%-ного растворов NaCl, что в сумме даст: V_10% = 116,8 + 163,5 = 280,3 мл раствора.

Вариант 2 Приготовить 300 г 10%-ного раствора из 14%-ного раствора NaCl

и воды.

Решение: а) расчет произвести по ”правилу креста”, концентрацию воды принять равной нулю:

14% (10-0) = 10 вес.ч.

10 %

0 (14-10) = 4 вес.ч.

Весь раствор 14 вес.ч.

Таким образом, 300 г 10%-ного раствора NaCl составляют 14 весовых частей.

Найти, какое количество граммов каждого из смешиваемых растворов необходимо взять:

14 вес.ч. - 300 г р-ра

10 вес.ч. - m_14% 14%-ного раствора;

14 вес.ч. - 300 г р-ра

4 вес.ч. – m_H2O воды;

б) расчет произвести по закону смешения.

Определить массу NaCl в 300 г 10%-ного раствора:

в 100 г р-ра – 10 г NaCl

в 300 г р-ра – m г NaCl m = 30 г NaCl

Эта масса растворенного вещества содержится только в исходном 14%-ном растворе.

Пусть масса 14%-ного раствора x г,

тогда масса воды (300-x) г.

Масса NaCl в 14%-ном растворе равна (0,14∙x) г, а в воде NaCl нет.

0,14∙x = 30. Следовательно, x = 214,2 г – масса 14%-ного раствора NaCl.

300 – 214,3 = 85,7 г воды.

в) Рассчитать объемы каждого раствора, используя плотности:

Итак, необходимо слить 194,6 мл 14%-ного раствора NaCl и 85,7 мл воды, что в сумме даст: V_10% = 194,6 + 85,7 = 280,3 мл раствора.

Пример 1. Рассчитать С_м, С_н, Т, С_m, N 10%-ного раствора NaCl.

Решение:

в 100 г р-ра - 10 г NaCl

в 300 г р-ра - 30 г NaCl,

таким образом масса растворенного NaCl m_NaCl = 30 г.

а) расчет молярности раствора

M_NaCl = 58,45 г/моль – молярная масса NaCl

б) расчет молярной концентрации эквивалента раствора

М

в) расчет титра раствора

г) расчет моляльности раствора

- масса растворителя;

д) расчет мольной доли раствора

В 100 г р-ра NaCl содержится 10 г NaCl и 90 г H₂O.

Определим число молей соли и воды:

Определим мольные доли компонентов раствора:

Сумма мольных долей компонентов раствора всегда равна 1:

N_NaCl + N_H2O = 0,03310 + 0,9669 = 1,0.

Пример 2. Рассчитать ∆р´, t´_кип., t´_зам., π´_осм. 10%-ного раствора NaCl.

Решение: раствор соли NaCl является сильным электролитом, а для сильных электролитов, принимая кажущуюся степень диссоциации равной 1 или 100 % (точно можно вычислить экспериментально), значение изотонического коэффициента i равно 2, т.к. при диссоциации 1-го моля раствора NaCl образуется по 1-му молю ионов Na⁺ и Cl^-.

а) расчет давления насыщенного пара раствора

где р₀ = 1,0133·10⁵ Па

n (NaCl) = 0,1711 моль;

N (Н₂О) = 5,0 моль;

Тогда,

б) расчет температуры кипения раствора

в) расчет температуры замерзания раствора

г) расчет осмотического давления раствора

Приложение А

Таблица А1 Варианты заданий для самостоятельной работы

Номер варианта	Номера задач
	10.1	10.2	10.3		10.4	10.5	10.6	10.7		10.8
1	1	1	1	31	1	1	1	1	31	1
2	2	2	2	32	2	2	2	2	32	2
3	3	3	3	33	3	3	3	3	33	3
4	4	4	4	34	4	4	4	4	34	4
5	5	5	5	35	5	5	5	5	35	5
6	6	6	6	36	6	6	6	6	36	6
7	7	7	7	37	7	7	7	7	37	7
8	8	8	8	38	8	8	8	8	38	8
9	9	9	9	39	9	9	9	9	39	9
10	10	10	10	40	10	10	10	10	40	10
11	11	11	11	41	11	11	11	11	41	11
12	12	12	12	42	12	12	12	12	42	12
13	13	13	13	43	13	13	13	13	43	13
14	14	14	14	44	14	14	14	14	44	14
15	15	15	15	45	15	15	15	15	45	15
16	16	16	16	46	16	16	16	16	46	16
17	17	17	17	47	17	17	17	17	47	17
18	18	18	18	48	18	18	18	18	48	18
19	19	19	19	49	19	19	19	19	49	19
20	20	20	20	50	20	20	20	20	50	20
21	21	21	21	51	21	21	21	21	51	21
22	22	22	22	52	22	22	22	22	52	22
23	23	23	23	53	23	23	23	23	53	23
24	24	24	24	54	24	24	24	24	54	24
25	25	25	25	55	25	25	25	25	55	25
26	26	26	26	56	26	26	26	26	56	26
27	27	27	27	57	27	27	27	27	57	27
28	28	28	28	58	28	28	28	28	58	28
29	29	29	29	59	29	29	29	29	59	29
30	30	30	30	60	30	30	30	30	60	30

Приложение В

Таблица В1 Растворимость некоторых неорганических соединений в воде

Формула	Точная формула	Растворимость безводной соли, г на 100 г воды, при температуре, 0С
		20	30	40	50	60	70	80	100
AgNO3	-	222	300	376	445	525	-	669	952
AlCl3	6Н2О	45,9	46,6	47,3	-	48,1	-	48,6	49,0
Al(NO3)3	9Н2О	73	81	89	96	108	120	-	-
Al2(SO4)3	18Н2О	36,2	40,4	45,7	52,2	59,2	66,2	73,1	89,0
BaCl2	2 Н2О	35,7	38,2	40,7	43,6	46,4	49,4	52,4	58,8
Ba(NO3)2	Н2О	67,5	-	101,2	-	141,9	-	205,8	300
Ca(NO3)2	4Н2О	129,3	152,6	196	-	-	-	-	-
CaSO4	2Н2О	-	0,209	0,209	0,205	-	0,197	-	0,162
CuCl2	2Н2О	72,7	77,3	80,8	84,2	87,6	92,3	96,1	110
Cu(NO3)2	3Н2О	-	-	163,1	171,8	181,8	194,1	207,8	247,3
CuSO4	5Н2О	20,7	25,0	28,5	33,3	40,0	47,1	55,0	75,4
FeCl2	4Н2О	-	73,0	77,0	82,5	88,7	-	100	-
FeCl3	6Н2О	91,9	106,8	-	-	-	-	-	-
Fe(NO3)3	6Н2О	83,0	-	-	-	166,6	-	-	-
FeSO4	7Н2О	26,5	32,9	40,2	48,6	-	-	-	-
H2S	-	0,447	0,358	0,86	-	-	-	-	-
K2CO3	2Н2О	110,5	113,7	116,9	121,3	126,8	133,5	139,8	155,7
KBr	-	65,5	70,6	75,5	80,2	85,1	90,0	95,0	104
KCl	-	34,0	37,0	40,0	42,6	45,5	48,1	51,1	56,7
KNO3	-	31,6	45,8	63,9	85,5	110	138	169	246
K2SO4	-	11,11	12,97	64,0	-	83,2	-	106,6	-

MgCl2	6 Н2О	54,5	-	57,5	-	61,0	-	66,0	73,0
Mg(NO3)2	6 Н2О	70,1	74,8	78,9	84,5	91,2	-	106,2	-
MgSO4	6 Н2О	44,5	45,4	-	50,4	55,0	59,0	64,2	73,9
NH4Cl	-	37,2	41,4	45,8	50,4	55,2	60,2	65,6	77,3
NH4NO3	-	193	242	294	344	421	499	580	971
(NH4)2SO4	-	75,4	78,0	81,0	-	88,0	-	95,3	103,3
Na2CO3	Н2О	-	50,5	48,5	-	46,4	46,2	45,8	45,5
NaCl	-	36,0	36,3	36,6	37,0	37,3	37,8	38,4	39,8
NaNO3	-	88	96	104	114	124	-	148	180
Na2SO4	-	-	50,4	48,8	46,7	45,3	44,1	43,7	42,5
Примечание - Количество кристаллизационной воды в твердой фазе, находящейся в равновесии с насыщенным раствором.

Продолжение таблицы Б.1

Таблица Б.2 ЭБУЛИОСКОПИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ НЕКОТОРЫХ

РАСТВОРИТЕЛЕЙ (Э)

Растворитель	tкип., 0С	Э	Растворитель	tкип.,0С	Э
Анилин	184,4	3,69	Серы двуокись	-10,0	1,45
Ацетон	56,0	1,5	Уксусная кислота	118,4	3,1
Бензол	80,2	2,57	Фенол	181,2	3,6
Вода	100,0	0,516	Хлороформ	61,2	3,88
Диэтиловый эфир	34,5	~2,0	Четыреххлористый углерод	76,7	5,3
Метилацетат	57,0	2,06	Этилацетат	77,2	2,79
Метиловый спирт	64,7	0,84	Этилен бромистый	131,5	6,43
Нитробензол	210,9	5,27	Этиловый спирт	78,3	~1,0
Пиридин	115,4	2,69
Сероуглерод	46,3	2,29
Примечания Э – эбулиоскопическая константа (молярное повышение точки кипения раствора); tкип. – точка кипения чистого растворителя, °С

Таблица Б.3 Криоскопические константы Некоторых

растворителей (К_кр.)

Растворитель	tзам., °С	Ккр.	Растворитель	tзам., °С	Ккр.
Анилин	-6	5,87	Серная кислота	10,5	6,17
Бензол	5,5	5,1	n - Толуидин	43	5,2
Вода	0	1,85	Уксусная кислота	16,65	3,9
1,4 – Диоксан	12	4,7	Фенол	41	7,3
Камфора	178,4	39,7	Циклогексан	6,5	20,2
n- Ксилол	13,2	4,3	Четыреххлористый углерод	-23	29,8
Муравьиная кислота	8,4	2,77	Этилен бромистый:
Нафталин	80,1	6,9	сухой	9,98	12,5
Нитробензол	5,7	6,9	влажный	8,0	11,8
Пиридин	-42	4,97
Примечания Ккр. –криоскопическая константа (молярное понижение точки кристаллизации раствора); tзам. – точка замерзания чистого растворителя, °С.