Лабораторная работа 3 приготовление растворов

Общие сведения о растворимости веществ содержатся в Приложении З.

ОПЫТ 1. Установление концентрации раствора по его плотности

Д айте определение процентной, молярной и моляльной концентрации растворов. Укажите единицы измерения этих величин.

Получите заданный раствор и набор ареометров (поплавков для измерения плотности). Заполните сухой и чистый мерный цилиндр на 2/3 раствором. Погрузите в него ареометр с наименьшим значением плотности. Обратите внимание на положение шкалы ареометра – она должна быть на уровне поверхности раствора. Если шкала не погружается в раствор, замените ареометр на более тяжёлый. Остановившись на подходящем ареометре, отметьте плотность раствора.

Ареометры после использования необходимо промыть, просушить фильтровальной бумагой и уложить на место в наборе.

Для нахождения концентрации воспользуйтесь таблицами связи плотности и концентрации (в Приложении Б).

Например, у серной кислоты плотности 1,219 г/мл отвечает =30%.

Если в таблице не указана измеренная плотность, найдите два ближайших значения: ₁ и ₂ и отвечающие им концентрации ₁ и ₂ (точки А и B на графике).

,%

В

₂

А

₁

₁ ₂ , г/мл

Через точки A и B можно провести прямую с уравнением:

 = ₁+ ·(–₁).

По нему легко рассчитать концентрации внутри интервала [_1,₂] (линейная интерполяция) и за его пределами (линейная экстраполяция).

ПРИМЕР. Есть H₂SO₄ c плотностью  =1,200 г/мл. Ближайшие точки: ₁ =1,186 г/мл (₁ =26%) и ₂ =1,202 г/мл (₂ =28%).

Отсюда:  =26%+ ·(1,200 –1,186) =27,8%.

Менее точно тот же результат можно получить из графика.

ОПЫТ 2. Приготовление раствора заданной процентной концентрации

Получите у преподавателя задание – состав нужного раствора _зад., его массу m_зад. или объём V_зад.. Понадобится также плотность _зад.. Рассчитайте массу растворённого вещества m_{вещества}. Во всех расчётах  надо выражать не в процентах, а в долях, например, не 26%, а 0,26.

Подберите стакан или мерную колбу с метками, отвечающими V_зад..

Если исходное вещество – сухая соль, можно сразу взвесить m_{вещества}. (Соблюдайте правила взвешивания! Не забывайте арретировать весы перед изменением содержимого чашек!).

Если исходное вещество – концентрированный раствор с известной процентной концентрацией _исх, найдите массу этого раствора m_исх= m_{вешества}/_исх. Пользуясь плотностью _исх, посчитайте объём этого раствора: V_исх= m_исх/_исх.

Отмерьте нужный объём V_исх чистым мерным цилиндром.

Перенесите вещество в стакан или колбу, промойте сосуд небольшим количеством дистиллированной воды. Вылейте в колбу ещё часть воды, перемешайте раствор лёгкими круговыми движениями. Затем закройте пробкой и несколько раз переверните колбу. Добавьте остальную воду немного ниже метки V_зад и опять перемешайте.

Если при растворении произошло разогревание или охлаждение, добейтесь комнатной температуры раствора (выдержав колбу под струёй из крана или в баке с водой). После этого по каплям (лучше пипеткой) доведите объём точно до метки V_зад.

Получив набор ареометров, измерьте плотность раствора _изм. Пользуясь таблицей связи плотностей и концентраций, посчитайте реальную концентрацию раствора _изм, сверьте её с заданием.

Раствор сдайте лаборанту.

Найдите относительную ошибку опыта: (_изм – _зад)/_зад·100%.

Для полученного раствора посчитайте также молярную и моляльную концентрации, мольную долю растворённого вещества, давление пара воды над раствором, температуру замерзания, кипения и осмотическое давление относительно чистой воды. В сильных электролитах диссоциацию считайте полной.

ОПЫТ 3. Приготовление раствора заданной молярной концентрации

Получите задание (C_зад, V_зад).

Определите массу растворённого вещества: m_{вещества}= n_{вещества}·M_{вещества} (M– молярная масса; n_{вещества}= C_зад·V_зад – число молей).

Далее действуйте по схеме опыта 2.

Получив набор ареометров, измерьте плотность раствора _изм. Пользуясь таблицей связи плотностей и концентраций, посчитайте реальную концентрацию раствора _изм.

Пересчитайте её в молярную концентрацию C_изм, сверьте с заданием. Рекомендуется вначале рассчитать в эксперименте (по _изм) массу раствора и массу растворённого вещества.

Раствор сдайте лаборанту.

Найдите относительную ошибку: (C_изм–C_зад)/C_зад·100%.

Для полученного раствора посчитайте также массовую и мольную долю растворённого вещества, моляльную концентрацию, давление пара воды над раствором, температуру замерзания, кипения и осмотическое давление относительно чистой воды. В сильных электролитах диссоциацию считайте полной.

ОПЫТ 4. Замерзание растворов

Почему растворы замерзают при более низкой температуре, чем чистый растворитель? Сформулируйте следствие из закона Рауля.

Постройте кривую растворимости NaCl в области от 0 до +40 ⁰C (данные – в Приложении В) и продолжите её в области отрицательных температур. Оцените, сколько соли растворится при –10 ⁰C в 100 г воды.

Приготовьте химический стакан на 200–500 мл.

Взвесьте (приблизительно) соответствующее количество соли и льда, быстро измельчите лёд. Смешайте лёд с солью в большом стакане, отметьте минимальную температуру жидкости. Можно помешивать раствор пробиркой с дистиллированной водой (вода в пробирке замёрзнет) или предварительно намочить дно стакана (стакан примёрзнет к подставке).

Рассчитайте моляльную концентрацию и оцените температуру замерзания этого раствора. Считайте изотонический коэффициент i=2.

Почему снижается температура системы при смешивании льда и соли?

ОПЫТ 5. Приготовление пересыщенного раствора

Что такое пересыщенные растворы? Почему они возникают? Как показать их нестабильность?

Насыпьте в пробирку 3–4 ложки кристаллического гидрата тиосульфата натрия Na₂S₃O₃·5H₂O. Закрепите пробирку вертикально в штативе, закройте её кусочком ваты. Медленно нагрейте пробирку на спиртовке до расплавления, дайте охладиться.

По достижении комнатной температуры резко встряхните пробирку. Что наблюдаете?

Снова получите нагреванием прозрачный раствор и бросьте в пробирку кристаллик тиосульфата натрия. Что произошло с раствором?

Поясните наблюдения.