Методы расчёта заданных концентраций

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

В лабораторной практике расчётные задачи, связанные с приготовлением растворов можно условно разделить на несколько типов:

· расчёты при использовании сухих солей;

· расчёты, связанные с разбавлением или смешиванием растворов;

· пересчёты из одной концентрации в другую.

Иногда при решении задач требуется знать плотность раствора (r), т.е. отношение массы раствора (m_р-ра) к его объёму(V).

(г/мл) или (кг/м³) (1.30)

Эту величину находят из справочника (ПРИЛОЖЕНИЕ А).

1.10.1 Расчёты растворов, концентрация которых задана в массовых долях

Задача1. Приготовить 100 мл 10%-го хлорида кальция из безводной соли CaCl₂.

Решение. Найдём из справочника плотность 10%-го раствора хлорида кальция: r=1, 083 г/мл.

Найдём массу 100 мл раствора:

m_р-ра=rV=1, 083× 100=108, 3 г

и найдём массу растворённого вещества (CaCl₂):

100 г р-ра – 10 г (СaCl₂),

108, 3 – Х

(г).

Найдём объём воды;

Так как плотность воды равна 1 г/мл, то масса воды и объём воды численно равны. Отсюда Vн₂о= m_р-ра- m_в-ва:

Vн₂о=108, 3-10, 83=97, 47 (мл).

Задача 2. Приготовить 100 мл 10%-го раствора хлорида кальция из кристаллогидрата CaCl₂× 2Н₂О.

Решение. Найдём массу растворённого вещества, содержащегося в 100 мл 10%-го раствора хлорида кальция. Она равна 10, 83 г (см. задачу1).

Найдём массу кристаллогидрата CaCl₂× 2Н₂О, содержащего 108, 3 г раствора CaCl₂:

CaCl₂ CaCl₂× Н₂О

111 – 147,

10, 83 – Х

(г),

где 111 г и 147 г – молярные массы CaCl₂ и CaCl₂× 2Н₂О, соответственно.

Следовательно, для приготовления раствора необходимо взять объём воды, равный: 108, 3-14, 34=93, 96 (мл).

Задача 3.Приготовить 100 мл 6%-го раствора сульфата аммония из 20%-го (r=1, 226 г/см³), 2%-го (r=1, 019 г/см³) и 6%-го (r=1, 061 г/см³)растворов Al₂(SO₄)₃.

Решение 1. Для приготовления растворов заданной концентрации путём смешивания двух растворов разных концентраций или путём разведения более концентрированного раствора водой удобно пользоваться правилом креста:

где a и b – процентные концентрации первого и второго растворов, причём a > b;

с – заданная процентная концентрация;

(c-b) – весовое количество первого раствора;

(a-c) – весовое количество второго раствора или чистого растворителя.

Находим по правилу креста необходимое количество каждого из растворов:

Следовательно, на 4 весовые части 20%-го раствора приходится 14 весовых частей 2%-го раствора, или в пересчёте на объём это составит:

20 %-го раствора Al₂(SO₄)₃ – 4: 1, 226=3, 26 (мл),

2 %-го раствора Al₂(SO₄)₃ – 14: 1, 019=13, 74 (мл),

общий объём раствора – 17 мл.

Для приготовления 100 мл 6 %-го раствора надо взять:

20 %-го раствора Al₂(SO₄)₃: (мл),

2 %-го раствора Al₂(SO₄)₃: (мл).

Решение 2.

Масса 100 мл 6 %-го раствора:

m_р-ра=rV=1, 061× 100=106, 1 г

Обозначим массу 20 %-го раствора Al₂(SO₄)₃, необходимую для приготовления 100 мл 6 %-го раствора, как m₁, тогда необходимая масса 2 %-го раствора будет равна 106, 1 – m₁. Составим уравнение материального баланса по растворенному веществу:

106, 1 ∙ 0, 06 = m₁·∙ 0, 2 + (106, 1 - m₁).

Решая данное уравнение относительно m₁, получим:

масса 20 %-го раствора Al₂(SO₄)₃; m₁ = 23, 58 (г),

масса 2 %-го раствора Al₂(SO₄)₃; (106, 1 - m₁) = 82, 52 (г).

Пересчитаем на объемы:

объем 20 %-го раствора Al₂(SO₄)₃: 23, 58/1, 226 = 19, 2 (мл),

объем 2 %-го раствора Al₂(SO₄)₃: 82, 52/1, 019 = 80, 8 (мл).

Экспериментальная часть

Цель работы

Научиться: готовить растворы заданной концентрации

производить пересчёты концентраций растворов

2.2 Мерная химическая посуда

Мерной называют посуду, применяемую для измерения объёмов жидкости. К ней относятся: цилиндры, пипетки, бюретки, мерные колбы.

При измерении объёмов необходимо, чтобы глаз наблюдателя находился на одной горизонтальной линии с нижним краем мениска жидкости. Нижний край мениска жидкости должен быть на одном уровне с меткой. На рисунке 4, цифрой 2 показано правильное положение наблюдателя, цифрами 1 и 3 – неправильное.

Мерный цилиндр (рисунок 5 a) применяют в тех случаях, когда измерение жидкости не требует большой точности. Мерные цилиндры – стеклянные сосуды с нанесёнными на наружной стенке мерками, указывающими объём в миллилитрах. Вместимость цилиндров бывает от 5…10 мл до 1 л и больше. Чтобы отмерить нужный объём жидкости, её наливают в мерный цилиндр до тех пор, пока нижний край мениска не достигнет уровня нужного деления.

Пипетки (рисунок 5 б) служат для отмеривания и переноса определённого объёма жидкости. Обычные пипетки представляют собой стеклянные трубки небольшого диаметра с расширением на середине. Нижний конец пипетки слегка оттянут и имеет диаметр около 1 мм. Пипетки бывают вместимостью от 1 до 100 мл. В верхней части пипетки имеется метка, до которой набирают жидкость. Широко применяют также градуированные пипетки с делениями (рисунок 5 в).

Бюретки позволяют точно отмерить любой объём жидкости в пределах её вместимости.

Объёмные бюретки (рисунок 5 г) представляют собой стеклянные градуированные трубки, снабженные притёртым краном или стеклянным капилляром, присоединённым к бюретке с помощью резиновой трубки. Внутрь резиновой трубки закладывают стеклянную

бусинку, закрывающую выход жидкости из бюретки. При оттягивании резиновой трубки от бусины внутри неё образуется зазор для вытекания жидкости.

Мерные колбы (рисунок 5 д) применяют для приготовления заданного объёма раствора. Они представляют собой плоскодонные сосуды различной вместимости. На горлышке колбы имеется метка, а на самой колбе указана её вместимость в миллилитрах при определённой температуре.

а б в г д

а – мерный цилиндр; б – пипетка; в – градуированная пипетка;

г – объёмные бюретки; д – мерные колбы

Рисунок 5 – мерная посуда

Методика проведения работы

Для ускорения растворения вещество рекомендуется измельчить в фарфоровой ступке. Так как часть вещества при этом может быть потеряна, то измельчение необходимо проводить до взвешивания. Не рекомендуется измельчать вещества гигроскопические (чем больше удельная поверхность такого вещества, тем интенсивнее идёт поглощение). Поэтому их растворяют в том виде, как они есть, раздробив только большие куски.

Следует отметить также, что точную навеску при использовании гигроскопичных веществ взять нельзя (из-за непрерывного поглощения влаги из воздуха стрелка весов «плывёт»).

В этом случае поступают следующим образом: на технических весах быстро взвешивают немного больше расчётной массы вещества, затем вещество растворяют в воде, определяют концентрацию полученного раствора и разбавляют до заданного значения.

Иногда тонко измельчённое вещество плохо смачивается водой и плавает на её поверхности. В этом случае рекомендуется порошок сначала смочить чистым спиртом (этиловым или метиловым), а затем приливать воду.

Растворимость многих веществ увеличивается с повышением температуры. Подогревание можно проводить на газовой горелке или электрической плитке (на асбестовой сетке) при непрерывном помешивании, т. к. осевшее вещество даёт местный прогрев, что может привести к выбросу смеси из сосуда, растрескиванию посуды.

При приготовлении раствора из сухих солей взвешивают расчетное количество вещества (навеску) в чистом сухом бюксе или на часовом стекле. Затем навеску высыпают в стакан, и бюкс (часовое стекло) несколько раз ополаскивают заранее отмеренным количеством воды. Оставшуюся воду выливают в стакан и перемешивают раствор до полного растворения соли. При смешивании растворов (или разбавлении) отмеренное количество исходных растворов выливают в стакан и обязательно перемешивают.

Для приготовления растворов с концентрацией менее 1 % соответствующую навеску вещества растворяют в 100 мл воды. Например: если готовят 0, 5 %-ный раствор, то 0, 5 г вещества растворяют в 100 мл воды, а не в 99, 5 мл, что приводит практически к несущественной ошибке. Следует прилить в стакан (колбу) с отвешенным веществом сначала часть отмеренной воды. И только после полного растворения навески добавить остальную воду.

2.3.1 Варианты заданий

1. Приготовить 100 мл раствора вещества А концентрации w% из безводной соли.

2. Приготовить 100 мл раствора вещества А концентрации w% из кристаллогидрата.

3. Приготовить 100 мл раствора вещества А концентрации w% из раствора концентрации w₁% (w%< w₁%).

4. Пересчитать полученные концентрации растворов из массовых долей в процентах в нормальные и молярные концентрации.

5. Рассчитать, сколько нужно взять безводной соли (кристаллогидрата) и раствора вещества А концентрацией w₁%, чтобы приготовить V мл раствора концентрацией w% (w%> w₁%).

Таблица 1 – Таблица экспериментальных данных

Наименование раствора	Концентрация раствора	Плотность раствора	Погрешность
расчетная	опытная	теоретическая	опыт-ная	%
%, масс	М	Н	%, масс
1. 2. 3.

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒