Способы выражения состава раствора

 

Состав раствора определяется содержанием растворенного в нем вещества и растворителя.

Концентрация – отношение количества или массы вещества, содержащегося в системе, к объему или массе этой системы. Известно несколько видов концентрации. Здесь рассмотрим два вида: молярную и массовую.

Молярная концентрация – это концентрация количества вещества, равная отношению количества вещества, содержащегося в растворе, к объему раствора:

,

где – количество вещества (в моль); – объем раствора (дм³).

Единица измерения молярной концентрации – моль/дм³.

Так как

,

где – масса вещества (г); – молярная масса вещества (г/моль),

то .

Например, молярная концентрация 4,9 г серной кислоты в 250 см³ раствора равна:

.

Массовая концентрация (титр) – это отношение массы растворенного вещества к объему раствора:

.

Единицей измерения является г/дм³ или г/см³.

Например, массовая концентрация раствора, 100 см³ которого содержат 5 г , равна:

.

.

Доля используется для выражения состава растворов (смесей) в тех случаях, когда известно количество (масса, объем) как растворенного вещества (компонента), так и раствора (смеси). Наиболее часто используется понятие массовая доля.

Массовая доля – это отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора:

.

Массовая доля выражается в долях единицы или в процентах:

.

Например, массовая доля хлорида натрия в растворе, приготовленном из 5 г и 195 см³ воды, равна:

.

Плотность воды равна:

.

Экспериментальная часть

 

Опыт 1. Приготовление раствора бихромата калия (или другой соли) с заданной массовой долей.

Рассчитайте, какую массу бихромата калия (или хлорида натрия ) нужно взять для приготовления 100 г раствора с заданной массовой долей. Какой объем воды следует при этом взять?

На электронных весах (с точностью до 0,01 г) определите массу часового стекла и взвесьте на нем вычисленное количество бихромата калия (или другой соли).

Отмерьте мензуркой необходимый объем дистиллированной воды. Навеску соли перенесите в стакан емкостью 100 см³. При этом стеклышко обмойте над стаканом небольшим количеством воды из мензурки.

Смесь перемешайте до полного растворения кристаллов соли и перенесите в цилиндр. Определите ареометром плотность приготовленного раствора. Раствор сдайте лаборанту.

Все результаты взвешиваний и расчетов запишите в отчет. По таблице 4 найдите массовую долю бихромата калия (или другой соли) в растворе. Установите величину расхождения найденной массовой доли с заданной.

Вычислите молярную концентрацию (или другой соли) в приготовленном растворе.

Опыт 2. Приготовление раствора сульфата натрия с заданной молярной концентрацией.

Рассчитайте, какую массу кристаллогидрата сульфата натрия нужно взять для приготовления 100 см³ раствора этой соли заданной концентрации.

На электронных весах отвесьте вычисленное количество сульфата натрия на часовом стекле. В мерную колбу емкостью 100 см³ вставьте воронку диаметром 3,5 см с обрезанным концом. Навеску соли перенесите в колбу.

Небольшим количеством дистиллированной воды из мензурки обмойте над воронкой часовое стекло и смойте всю соль в колбу. Постепенно добавляя воду и перемешивая жидкость легкими круговыми движениями, добейтесь полного растворения сульфата натрия в колбе. Объем воды при этом не должен превышать 2/3 объема колбы. После растворения всей соли добавьте воду в колбу до метки. Последние порции воды следует добавлять по каплям из пипетки. Уровень жидкости следует определять по нижнему краю мениска над меткой.

Плотно закройте колбу пробкой и перемешайте раствор, несколько раз перевернув колбу вверх дном (4-5 раз).

Приготовленный раствор вылейте в цилиндр, измерьте ареометром его плотность и по этой величине найдите массовую долю сульфата натрия в растворе (таблица 5). Раствор сдайте лаборанту.

Запишите в отчет порядок и результаты расчета, а также методику приготовления раствора.

 

Опыт 3. Приготовление раствора серной кислоты с заданной молярной концентрацией.

Налейте имеющуюся в лаборатории серную кислоту (массовая доля 0,1-0,15) в цилиндр, определите ареометром ее плотность.

Какой массовой доле соответствует найденное значение плотности раствора серной кислоты (таблица 3)?

Рассчитайте, какой объем этой кислоты нужно взять для приготовления 100 см³ раствора серной кислоты заданной молярной концентрации.

Отмерьте этот объем мерным цилиндром.

В мерную колбу емкостью 100 см³ налейте из промывалки дистиллированную воду до части объема колбы. Перемешивая жидкость в колбе круговыми движениями, через воронку понемногу перелейте в нее всю кислоту из мерного цилиндра. Сполосните воронку водой, достаньте ее и дождитесь охлаждения колбы до комнатной температуры. Затем, добавляя воду, доведите уровень жидкости в колбе до метки. Последние порции воды следует добавлять по каплям из пипетки.

Плотно закройте колбу пробкой и перемешайте раствор, несколько раз перевернув колбу вверх дном.

Определите плотность полученного раствора .

Раствор сдайте лаборанту.

Вычислите массовую долю серной кислоты в приготовленном растворе.

 

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Используемые приборы, реактивы и оборудование.

3. Записать в отчет краткие теоретические сведения.

4. Приведите расчеты количества вещества для каждого опыта согласно полученному заданию.

5. Для первого опыта определите молярную концентрацию полученного раствора бихромата калия (или другой соли).

6. Для третьего опыта рассчитайте массовую долю серной кислоты в полученном растворе.

7. Выводы по работе.

 

Контрольные вопросы

 

1. Плотность раствора, содержащего 40% , равна 1,25 г/см³. Рассчитайте молярную концентрацию азотной кислоты, если объем раствора равен 600 см³.

2. В какой массе воды надо растворить 6,72 дм³ (объем измерен при н.у.), чтобы получить соляную кислоту, содержащую 9% ?

3. В каком объеме воды необходимо растворить , чтобы получить 400 см³ раствора с массовой долей медного купороса, равной 0,15 и плотностью 1,15 г/см³?

4. Найдите молярную концентрацию раствора гидроксида калия с массовой долей , равной 0,22, и плотностью 1,196 см³.

5. Какой объем раствора хлорида меди (II) концентрации 0,5 моль/дм³, содержащего 20 % этой соли можно приготовить из 50 см³? ()?

 

Таблица 3 – Плотность и массовая для кислот и щелочей в водных растворах при 18º С

 

Массовая доля	Плотность, г/см^3
Н2SO4	HNO3	HCl	KOH	NaOH	NH3
0,02	1,013	1,011	1,009	1,016	1,023	0,992
0,04	1,027	1,022	1,019	1,133	1,046	0,983
0,06	1,040	1,033	1,029	1,048	1,069	0,973
0,08	1,055	1,044	1,039	1,065	1,092	0,967
0,10	1,069	1,056	1,049	1,082	1,115	0,960
0,12	1,083	1,068	1,059	1,100	1,137	0,953
0,14	1,098	1,080	1,069	1,118	1,159	0,946
0,16	1,112	1,093	1,079	1,137	1,181	0,939
0,18	1,127	1,106	1,089	1,156	1,203	0,932
0,20	1,143	1,119	1,100	1,176	1,225	0,926
0,22	1,158	1,132	1,110	1,196	1,247	0,919
0,24	1,174	1,145	1,121	1,217	1,268	0,913
0,26	1,190	1,158	1,132	1,240	1,289	0,908
0,28	1,205	1,171	1,142	1,263	1,310	0,903
0,30	1,224	1,184	1,152	1,286	1,332	0,898
0,32	1,238	1,198	1,163	1,310	1,352	0,893
0,34	1,255	1,211	1,173	1,334	1,374	0,889

Продолжение таблицы 3

 

0,36	1,273	1,225	1,183	1,358	1,395	0,884
0,38	1,290	1,238	1,194	1,384	1,416
0,40	1,307	1,251		1,411	1,437
0,42	1,324	1,264		1,437	1,458
0,44	1,342	1,277		1,460	1,478
0,46	1,361	1,290		1,485	1,499
0,48	1,380	1,303		1,511	1,519
0,50	1,399	1,316		1,538	1,540
0,52	1,419	1,328		1,564	1,560
0,54	1,439	1,340		1,590	1,580
0,56	1,460	1,351		1,616	1,580
0,58	1,482	1,362			1,622
0,60	1,503	1,373			1,643
0,62	1,525	1,384
0,64	1,547	1,394
0,66	1,571	1,403
0,68	1,594	1,412
0,70	1,617	1,421
0,72	1,640	1,429
0,74	1,664	1,437
0,76	1,687	1,445
0,78	1,710	1,453
0,80	1,732	1,460
0,82	1,755	1,467
0,84	1,776	1,474
0,86	1,793	1,480
0,88	1,808	1,486
0,90	1,819	1,491
0,92	1,830	1,496
0,94	1,837	1,500
0,96	1,840	1,504
0,98	1,841	1,510
1,00	1,848	1,522

 

 

Таблица 4 – Плотность водных растворов K₂Cr₂O₇

 

Массовая доля	Плотность, г/см^3	Массовая доля	Плотность, г/см^3
0,01	1,0052	0,06	1,0408
0,02	1,0122	0,07	1,0481
0,03	1,0193	0,08	1,0554
0,04	1,0264	0,09	1,0628
0,05	1,0336	0,10	1,0703

 

Таблица 5 – Плотность водных растворов

 

Массовая доля	Плотность, г/см^3	Массовая доля	Плотность, г/см^3
0,01	1,008	0,06	1,053
0,02	1,016	0,08	1,072
0,04	1,035	0,10	1,091

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3