III. Экспериментальная часть

Определение плотности раствора ареометром.

Между плотностью раствора и концентрацией растворенного

вещества существует непосредственная зависимость. Для

наиболее часто применяемых кислот, растворимых оснований

и солей эта зависимость установлена и приводится в справоч-

никах в виде таблиц (см. Приложения). Благодаря этому

определение концентрации растворенного вещества в пределах

точности  0,5% может быть проведено путем эксперименталь-

ного измерения плотности раствора и последующего

нахождения концентрации вещества по табличным данным.

Плотность раствора определяют чаще всего с помощью ареометров. Ареометр  это стеклянный поплавок, имеющий вверху шкалу,

градуированную в единицах плотности. Исследуемый раствор наливают в

стеклянный цилиндр. Осторожно погружая в него поочередно ареометры,

подбирают такой из них, при котором уровень жидкости находится в пределах

его шкалы. При этом ареометр не должен касаться стенок цилиндра. Показания

шкалы ареометра на уровне мениска жидкости отвечает плотности этой

жидкости.

Если в таблице нет значения плотности, точно соответствующего

показанию ареометра, концентрацию находят интерполяцией. Например,

измеренная плотность раствора карбоната натрия равна 1,070 г/мл. В таблице

имеются значения:

Концентрация, % (масс.) , г/мл

8 1,0816

6 1,0606

Разность 0,0210

Полученное значение 1,070 г/мл отличается от плотности 6%-ного

раствора на 1,070  1,0606=0,0094 г/мл. Составляем пропорцию:

0,0210 г/мл  2%

0,0094 г/мл  х х=0,90%

Таким образом, концентрация раствора карбоната натрия с плотностью

1,070 г/мл равна 6 + 0,90=6,90%.

Опыт 1 Приготовление растворов солей из безводных веществ

Получите у преподавателя задание: приготовить раствор соли с заданной массовой (%) концентрацией растворенного вещества заданного объема.

По заданной концентрации определите плотность раствора, используя таблицу

№ 2б Приложения.

Взвесьте на бумаге рассчитанную массу соли. Мерным цилиндром отмерьте

рассчитанный объем воды . Растворите соль в отмеренном количестве воды, помешивая раствор стеклянной палочкой. Перелейте приготовленный раствор в мерный цилиндр. С помощью ареометра определите плотность полученного Вами раствора и по табл. 2б Приложения установите значение массовой концентрации данной соли. Запишите в журнал все расчеты, измеренную плотность приготовленного раствора и процентную концентрацию соли в нем, найденную по таблице. Определите относительную (в %) погрешность в концентрации приготовленного раствора по отношению к заданной концентрации.

Для полученного раствора, зная его плотность и массовую долю ( процентную концентрацию) , рассчитайте его молярность, моляльность и нормальность.

Опыт 2 Приготовление растворов солей из кристаллогидратов.

Получите у преподавателя задание на приготовление раствора заданной

концентрации и заданного объема. Расчет массы растворенного вещества

проводите с учетом воды, содержащейся в кристаллогидрате.

Х = m ( М + 18 n ) / М ,где

Х – масса растворенного кристаллогидрата

m – масса растворенной безводной соли.

М – молекулярная масса безводной соли

n – число моль воды в кристаллогидрате

Массу растворенной безводной соли m рассчитываем по формуле

m = V ρ  / 100 , где

V – заданный объем раствора мл.

ρ – плотность приготовляемого раствора г / мл (берется из

таблице 2б Приложения)

 – заданная концентрация в % .

Приготовление раствора проводится также, как и в опыте 1.

Опыт 3* Определение формулы кристаллогидрата по плотности и концентрации приготовленного из него раствора соли.

По индивидуальному заданию преподавателя приготовьте раствор сульфата меди, растворив в заданном количестве воды определенное количество кристаллогидрата CuSO₄  n H₂O. Ареометром определите плотность полученного раствора. Используя данные таблицы 2б, рассчитайте массовую доля сульфата меди в полученном растворе. Зная массовую долю сульфата меди и плотность раствора, рассчитайте количество молей воды ( n ) в кристаллогидрате сульфата меди ( медном купоросе).

Подобный опыт можно проводить с любым кристаллогидратом, для растворов солей которых в табл. 2б указаны плотности растворов солей.

Опыт 4 Приготовление раствора заданной концентрации путём разбавления более концентрированного раствора.

Задание: Приготовить 0,5 л 0,05М серной кислоты из более концентрированного раствора.

Налейте разбавленную серную кислоту (1015%-ной концентрации) в стеклянный цилиндр и определите ее плотность ареометром. Какому содержанию Н₂SO₄ (в %) соответствует найденная плотность?

(см. таблицу 2а Приложения).

Рассчитайте, какой объем разбавленной серной кислоты нужно взять для

приготовления заданного объема раствора серной кислоты заданной

концентрации . Отмерьте этот объем мензуркой.

В мерную колбу на 500 мл , примерно на 1/4 ее объема , налейте

дистиллированную воду. Перемешивая жидкость круговым движением колбы,

понемногу через воронку перелейте в нее всю кислоту из мензурки. Ополосните воронку водой, выньте ее и дождитесь охлаждения колбы до комнатной температуры. Затем, добавляя воду, доведите уровень жидкости в колбе до метки по нижнему мениску. Последние порции воды добавляйте по каплям пипеткой.

Плотно закройте колбу пробкой, перемешайте несколько раз полученный раствор, перевертывая колбу дном вверх.

Опыт 5 Приготовление раствора заданной концентрации смешиванием растворов более высокой и более низкой концентрации

Приготовить заданный объем 5%-ного раствора гидроксида натрия, имея в своем распоряжении 3%-ный и 10%-ный растворы NaOH.

Выпишите из табл. 2а Приложения плотности приготовляемого и исходных растворов NaOH, зная их концентрации (в %). Рассчитайте необходимые объемы исходных 3%-ного и 10%-ного раствора.

Способ расчета. Вычислите массу заданного объема 5%-ного раствора и массу NaOH, содержащегося в нем.

m _р-ра=  V

m _NaОН = m _р—ра  / 100

где   плотность раствора;   массовая доля растворенного вещества в %;

m _{Na OH}  масса растворенного вещества; m _р-ра  масса раствора; V  объем

раствора, который состоит из суммы двух объемов V₁ и V₂

V = V₁ + V ₂ (1)

Масса растворенного вещества ( m _{Na OH} ) состоит из суммы масс Na OH

содержащихся в отмеренных растворах V₁ и V _{2 .}

m_{Na OH =} V₁  ₁  ₁ / 100 + V₂  ₂  ₂ / 100 (2)

Решая совместно уравнения 1 и 2 , получите значения объемов V₁ и V_{2 .}

Отмерьте вычисленные объемы исходных растворов, слейте в колбу заданного

объема, закройте колбу пробкой и тщательно перемешайте раствор, перевернув

колбу несколько раз вверх дном. Отлейте часть раствора в цилиндр, измерьте

ареометром плотность приготовленного раствора по табл.2а Приложения, найдите его концентрацию (%). Определите относительную погрешность величины концентрации приготовленного раствора.