	Главная \| Случайная страница \| Контакты \| Мы поможем в написании вашей работы!

РАСТВОРЫ. Теория: Истинные растворы и механизм процесса растворения

⇐ Предыдущая 8 9 10 11 121314 15 16 17 Следующая ⇒

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

Теория: Истинные растворы и механизм процесса растворения. Классификация растворов. Растворимость. Влияние различных факторов на растворимость. Тепловые эффекты при растворении. Насыщенные и ненасыщенные растворы. Произведение растворимости. Условия образования и растворения осадков. Концентрация растворов, способы ее выражения.

Раствор – гомогенная система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов и находящаяся в состоянии химического равновесия.

Согласно закону Рауля: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного нелетучего вещества.

Присутствие растворенного вещества, наряду с понижением давления насыщенного пара над раствором, повышает температуру кипения и понижает температуру замерзания.

В соответствии с законом Рауля, и повышение температуры кипения, и понижения температуры замерзания растворов по сравнению с чистым растворителем (Δt), пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества: Δt = К ∙ С _m, где К – коэффициент пропорциональности; С_т – моляльность раствора.

Методы криоскопии и эбулиоскопии позволяют определить молярную массу недиссоциирующих при растворении веществ по понижению температуры замерзания и повышению температуры кипения растворов известной концентрации: M = K∙1000∙m/Δt ∙m₁, где т – масса вещества (г), М – молярная масса, т₁ – масса растворителя.

Способы выражения концентрации растворов:

1. Массовая доля (ω) – отношение массы растворенного вещества (m_B) к массе раствора (m_P):

2. Мольная доля (N) – отношение количества растворенного вещества (или растворителя) к сумме количеств всех веществ, составляющих раствор.

N₂= n₂ / (n₁ + n₂) или N₁= n₁ / (n₁ + n₂) (моль),

где n₁ и n₂ – соответственно количества вещества растворителя и растворенного вещества.

3. Молярная концентрация (С_М или М) – отношение количества растворенного вещества (n), содержащегося в 1 л раствора (V):

С_М = n / V = m / (M·V) (моль/л),

Раствор, в 1 л которого содержится 1 моль растворенного вещества, называется одномолярным (обозначается 1 М); 0,1 моль растворенного вещества, называется децимолярным (обозначается 0,1 М); 0,01 моль растворенного вещества, называется сантимолярным (обозначается 0,01 М).

4. Моляльность или моляльная концентрация (С_m) – отношение количества растворенного вещества (n), приходящееся на 1000 г растворителя:

С_m = n ∙ 1000 / m₁ = m₂ ∙ 1000 / (М ∙ т₂) (моль/кг),

где т₁ – масса растворителя, т₂ – масса растворенного вещества, М – молярная масса растворенного вещества.

5. Нормальность или нормальная (эквивалентная) концентрация (С_Н или Н) – отношение числа эквивалентов (Э) или эквивалентных масс (m_Э) растворенного вещества к объему раствора:

С_Н= m / (m_Э ∙ V) или С_Н= m / (М ∙ Э ∙ V) (моль/л; г∙экв/л),

где m – масса растворенного вещества, m_Э – эквивалентная масса растворенного вещества, V – объем раствора, Э – эквивалент, М – молярная масса растворенного вещества.

Вещества реагируют в эквивалентных количествах. Объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям:

V₁ / V₂= C_H₂ / C_H₁ или V₁ / V₂= Н₂ / Н₁

где V₁ и C_H₁ (Н₁) – объем и нормальность первого раствора, V₂ и C_H₂ (Н₂) – объем и нормальность второго раствора.

Сравнение формул для определения молярной и нормальной концентраций

С_М = n / V = m / (M ∙ V)

С_Н= m / (М ∙ Э ∙ V)

показывает, что если эквивалент растворенного вещества Э = 1 моль, С_М = С_Н. Эквивалент, равный единице, имеют растворы одноосновных кислот (HCl, HNO₃ и т.д.), однокислотных оснований (NaOH, KOH и т.д.), солей катион и анион которых однозарядные (KCl, NaNO₃ и т.д.). Если же эквивалент растворенного вещества не равен 1 моль, то формула соотношения молярной и нормальной концентраций имеет вид: С_М = С_Н · Э.

Оборудование и реактивы

Ареометры, 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);

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).

Эксперимент: выполните задания, составьте уравнения реакций, назовите вещества, запишите наблюдения и вывод.

Опыт 1. Тепловые эффекты при растворении

1.1. 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).

1.2. Проведите аналогичный опыт с NH₄NO₃ (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%.

Расчитайте массу NaCl, необходимого для приготовления 50 г 5%-ного (или 3%) раствора NaCl по формуле вычисления массовой доли:

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

m(H₂O) = m(раствора) – m(соли)

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.

Рассчитайте молярность и нормальность 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

Рассчитайте нормальность раствора кислоты по формуле:

V₁/ V₂= C_H₂ / C_H₁

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

Контрольные задания

1. Сколько граммов NaNO₃ и воды необходимо для приготовления 1,6 кг раствора массовой долей 10%?

2. Сколько граммов Na₂SO₄ необходимо растворить 400 г воды для приготовления раствора массовой долей 8%?

3. Сколько граммов KCl и воды необходимо взять для приготовления 500 г раствора массовой долей 70%?

4. Какова массовая доля вещества в растворе, полученном при растворении 45 г ВаСl₂ в 300 мл воды?

5. В 850 г воды растворили 40 г AgNO₃. Вычислить массовую долю вещества в полученном растворе.

6. Сколько граммов Na₂SO₃ потребуется для приготовления 4 л раствора, массовой долей 8%, плотность которого равна 1,075 г/мл?

7. Сколько граммов HCl содержится в 550 мл раствора массовой долей 10%, плотность которого 1,05 г/мл?

8. Сколько хлороводорода содержится в 40 мл 38,16%-ного раствора соляной кислоты плотностью 1,195 г/мл?

9. К 160 г раствора MgCl₂ массовой долей 16% добавили 200 г воды. Определите массовую долю вещества в полученном растворе.

10. 300 г 50%-ного раствора K₂SO₄ выпаривали до тех пор, пока масса раствора не стала равной 220 г. Определите массовую долю вещества в полученном растворе.

11. Сколько граммов KCl следует прибавить к 450 г раствора той же соли массовой долей 8% для приготовления раствора с массовой долей 12%?

12. Сколько воды необходимо прибавить к 500 мл раствора NaCl массовой долей 20% (пл. = 1,152 г/мл), чтобы получить раствор с массовой долей 5%?

13. Чему равна молярность раствора, содержащего в 0,75 л 4,41 г поваренной соли?

14. Сколько граммов карбоната натрия необходимо взять для приготовления 155 мл

а) 0,5 М; б) 2 М раствора?

15. Сколько граммов нитрата железа (III) необходимо взять для приготовления 300 мл

а) 0,25 М; б) 3 М раствора?

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.

Дано: m_в-ва(H₃PO₄) = 18 г; V(H₂O)= 282 см³; ρ=1,031 г/см³

Найти: С_Н–? ω –? С_М–? C_m–? Т –?

Решение

а) m (H₂O) = V(H₂O) = 282 г; m _р-ра(H₃PO₄) = 18 + 282 = 300 г.

Из формулы: ω = m(в-ва) / m_р-ра(в-ва) • 100%

ω(H₃PO₄) = (18 / 300) • 100 = 6%

б) С_Н= m / (m_Э • V) или С_Н= m / (М • Э • V)

Масса кислоты в 1 л раствора составит:

m(H₃PO₄) = 1031 • 18 / 300 = 61,86 г

m_Э(H₃PO₄) = М(H₃PO₄) / 3 = 97,99 / 3 = 32,66 г/моль

C_н(H₃PO₄) = 61,86 / 32,66 = 1,89 моль/л;

в) С_М = ν / V = m / (M • V) С_М(H₃PO₄) = 61,86 / 97,99 = 0,63 моль/л

г) С_m = m(в-ва) • 1000 / М • m(растворителя)

С_m(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%; C_н(H₃PO₄) = 1,89 моль/л; С_М(H₃PO₄) = 0,63 моль/л; С_m(H₃PO₄) = 0,65 моль/кг; Т(H₃PO₄) = 0,06186 г/см³.

⇐ Предыдущая 8 9 10 11 121314 15 16 17 Следующая ⇒

Дата публикования: 2014-11-04; Прочитано: 2243 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!

studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.013 с)...

Титрование	V р-ра NaOH, мл	Среднее значение V р-ра NaOH, мл