Опыт 5. Зависимость растворимости солей от температуры. Получение пересыщенных растворов

Растворимость твердых веществ в жидкостях всегда ограничена и изменяется в очень широких пределах. Различным изменением растворимости веществ с повышением температуры часто пользуются на практике для отделения друг от друга солей.

Растворимость жидкостей в жидкостях различна. Большинство жидкостей имеют ограниченную взаимную растворимость. При повышении температуры их растворимость в одних случаях увеличивается, а в других - уменьшается.

Растворимость газов также различна. Большая часть газов лучше растворяется в менее полярных растворителях, чем вода. Растворимость газов уменьшается при нагревании и понижении давления. Существует следующая зависимость: масса газа, растворяющаяся в данном объеме жидкости, прямо пропорциональна давлению.

В зависимости от содержания растворенного вещества растворы бывают: насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные. Насыщенными называют растворы, в которых нерастворенное вещество (в осадке) находится в равновесии с растворенным. Растворимость вещества определяется концентрацией насыщенного раствора. Эту концентрацию выражают коэффициентом растворимости, т.е. количеством граммов растворенного вещества, приходящихся на 100 г растворителя.

Раствор, концентрация которого меньше концентрации насыщенного при данной температуре раствора, называют ненасыщенным. Если же концентрация больше, чем концентрация насыщенного при данной температуре раствора, раствор называют пересыщенным. Пересыщенные растворы получаются при осторожном охлаждении растворов, полученных при повышенных температурах. Они, как правило, неустойчивы и при понижении температуры или введении в них кристалла растворенного вещества кристаллизуются.

Выполнение опыта. Налить в пробирку воды и добавить немного хлорида натрия. Раствор перемешать, если вся соль растворилась, добавить избыток соли. Нагреть содержимое пробирки. Если соль полностью растворится, добавить еще небольшое ее количество до получения насыщенного раствора, находящегося в равновесии с осадком. Осторожно слить с нерастворившихся кристаллов горячий раствор в другую пробирку и дать ему остыть. Получим пересыщенный раствор. Отметить кристаллизацию раствора при охлаждении. Опыт повторить с нитратом натрия.

При сдаче лабораторной работы ответьте на следующие вопросы

1. Какие процессы наблюдаются при образовании растворов?

2. Укажите внешние признаки, сопровождающие процессы растворения.

3. Перечислите факторы, влияющие на процесс растворения.

4. Охарактеризуйте ненасыщенные, насыщенные и пересыщенные растворы.

Работа № 5 Приготовление растворов заданной концентрации

Способы выражения концентрации растворенного вещества в растворе.

Для удобства изучения способов выражения содержания растворенных веществ в растворах введем следующие обозначения: k - количество компонентов в растворе (k > 1); m₀ - масса растворителя, г; m_i - масса i-го компонента, г; _i - количество i-го компонента, моль; V - объем раствора, л; V_i - объем i-го компонента, л; N_i - количество i-го компонента, экв; М_i - мольная масса i-го компонента, г/моль; Э_i - эквивалентная масса i-го компонента, г/экв; _i - массовая доля i-го компонента; _i - мольная доля i-го компонента; _i - объемная доля i-го компонента.

Массовая доля ω – отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора (масса вещества в 1г. раствора). ω выражается в относительных единицах

, или в процентах .

Массовая доля, выраженная в процентах, называется процентной концентрацией и обозначается C_% ( масса вещества в 100г. раствора).

Мольная доля α – отношение количества молей растворенного вещества к общему количеству молей в растворе:

.

Мольная доля аналогично массовой доле выражается в относительных единицах или процентах.

Объемная доля φ – отношение объема растворенного вещества к общему объему раствора (для газообразных систем):

.

Моляльность C_m – отношение количества растворенного вещества к массе растворителя (моль/кг) (количество молей вещества в 1кг растворителя):

.

Массовая концентрация _i – отношение массы растворенного вещества к общему объему раствора (г/л) (масса вещества в 1л. раствора):

.

В аналитической химии используется титр T – количество граммов растворенного вещества, содержащееся в 1 мл раствора (г/мл).

Молярная концентрация C_M, или M – отношение количества молей растворенного вещества к общему объему раствора (моль/л) (количество молей вещества в 1л. раствора):

.

Эквивалентная или нормальная концентрация C_Н, H – отношение количества эквивалентов (эквивалент – это количество вещества, которое нацело реагирует с 1 молем атомов водорода или вытесняет это количество водорода из его соединений) растворенного вещества к общему объему раствора (моль - экв/л) (количество моль-эквивалентов вещества в 1л. раствора):

.

Эквивалентная масса соотносится с мольной массой следующим образом:

для кислот: ;

для оснований: ;

для солей и оксидов: ,

где n_H+ – основность кислоты; n_OH- – кислотность основания; n_Me – число атомов металла в молекуле соли или оксида; B_Me – валентность металла.

Например:

Отсюда следует, что для кислот C_H = C_M ^. n_H+; для оснований C_H = C_M ^. n_OH-; для солей и оксидов C_H = C_M ^. n_Me ^. B_Me.

Моляльность, мольная доля и массовая доля широко применяются в физико-химических исследованиях, так как они не связаны с объемом раствора и не зависят от температуры. В аналитической химии для количественных определений часто пользуются титрованными растворами (растворами с известным титром), а также растворами с известной эквивалентной (нормальной) концентрацией.

Метод приготовления раствора зависит от способа выражения заданной концентрации. Общим для всех методов является то, что сухие вещества взвешиваются на технохимических или аналитических весах в зависимости от величины навески и точности, с которой должен быть приготовлен раствор.

Жидкие вещества отмеряются мерными сосудами: мензурками, цилиндрами, пипетками или бюретками.

При расчете объема жидкостей часто пользуются соотношениями

 = m / V; V = m / ,

где  – плотность жидкости в г/мл или г/см³, m – масса жидкости в г, V – объем жидкости в мл или см³;

Рис. Ареометр

На практике плотность жидких веществ и растворов измеряется ареометром (рис.), шкала которого позволяет определять плотность обычно с точностью до 0,005 г/см3, что соответствует погрешности примерно в 1%.

Плотность воды при нормальных условиях равна единице, поэтому масса и объем воды количественно совпадают.

Для приготовления растворов с определенной молярной или нормальной концентрацией используются мерные колбы – плоскодонные, круглые колбы с узкими горлами и пришлифованными стеклянными пробками (рис.). Мерными колбами пользуются и в тех случаях, когда необходимо разбавить раствор в строго определенное число раз.

Рис. Мерные сосуды для приготовления растворов:

а – колба, б – пипетка, в – бюретка