Приготовление растворов. Способы выражения концентрации

Работа 3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ

Раствором называется гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, относительные количества которых могут изменяться в широких пределах. Всякий раствор состоит из растворителя и растворенного вещества.

Количественный состав раствора характеризуют концентрацией. В химии пользуются несколькими способами выражения концентрации.

Массовая доля растворенного вещества - это безразмерная физическая величина, равная отношению массы растворенного вещества к общей массе раствора, т.е. Wв = mв/m где -массовая доля растворенного вещества; m_в- масса растворенного вещества; в - общая масса раствора. Масса раствора в равна сумме масс растворенного вещества mв и растворителя  mр, тогда:

Wв = mв / mв + mр

Если известна плотность раствора P, то масса раствора m = где U*p - объем раствора. Тогда массовую долю можно определять по формуле Wв = mв / U*p. Массовую долю растворенного вещества Wв обычно выражают в долях единицы или в процентах. Например, массовая доля соляной кислоты в воде 0.1. или 10%. Это означает, что в растворе соляной кислоты массой 100 г содержатся соляная кислота массой 10 г и вода массой 90 г.

Задача 1. В 1 л раствора содержится 110 г карбоната натрия (p = 1,1 г/мл). Вычислить массовую долю (в %) карбоната натрия.

Решение. Для определения массовой доли  Na2CO3 необходимо найти массу одного литра раствора: m = U*p = 1000 мл * 1,1 г/мл = 1100 г. Зная, что в 1 л раствора содержится 110 г карбоната натрия,   определяем массу данной соли в 100 г раствора:

1100 г раствора                  -             100%   |

|              х = 10%

110 г карбоната натрия     -              х%      |

Следовательно, массовая доля карбоната натрия в растворе составляет 10%.

Задача 2. Сколько надо взять кристаллогидрата CuSO4 * Н₂0 и воды для приготовления 300 г 10%-ного раствора сульфата меди (II)?

Решение. Определим, сколько потребуется CuSO4 для приготовления 300 г 10%-ного раствора:

300 г раствора CuS04        -    100% |

|    х = 300 *10 / 100 = 30 г     х г сульфата меди              -    10%   |

Зная молярные массы кристаллогидрата (250 г/моль) и сульфата меди (II) (160 г/моль), определим, в какой массе CuSO4 * 5 Н20 будет содержаться 30 г CuSO4:

160 г  CuSO4  содержится  в  250 г  CuSO4 * 5 Н2О

30 г  -  “  -      -  “  -                    y г   -  “  y = 30 * 250 / 160 = 48,9 г.

Таким образом, для приготовления раствора потребуется 46,9 г кристаллогидрата  CuS04 * 5 Н20  и (300 - 46,9) г = 253.1 г воды.

Молярная  концентрация  показывает число молей растворенного вещества в 1 л раствора.

Раствор, содержащий в одном литре 1 моль растворенного вещества, называют одномолярным и обозначают 1 М; 0,5 М - полумолярный (в 1 л раствора 0.5 моль вещества): 0.1 М - децимолярный (в 1 л раствора 0.1 моль вещества) и т.д.

Задача 3. Какова молярность раствора, если в 100 мл раствора содержится 2 г гидроксида натрия?

Решение, Молярная масса гидроксида натрия равна 40 г. 2 г его составляют 2/40 = 0.05 моль.

В   100 мл раствора содержится 0.05 моль NaOH |

|    х = 0,5 моль

В 1000 мл      -  “  -         -  “  -           x моль NaOH |

Нормальная концентрация показывает число эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора.

Однонормальный раствор (1 н.) - в 1 л раствора содержится 1 эквивалент растворенного вещества, двунормальный (2 н,) - 2 эквивалента вещества и т.д.

Задача 4. В 200 мл раствора содержится 1.14 г сульфата алюминия. Какова нормальность раствора?

Решение. Молярная масса сульфата алюминия 342 г/моль. Эквивалентна масса Al2(SO4)3 57 г (342/6). Определяем, сколько эквивалентов составляет 1,14 г сульфата алюминия: 1.14/57 = 0,02 экв_.

Из пропорции находим г сколько эквивалентов содержится в 1 л раствора:

В  200 мл раствора содержится  0.02 экв.   |

|      х =0,1 экв.

в 1000 мл  -  “  -         -  “  -               x экв.   |

Нормальность раствора равна 0.1 н.

Перевод молярной концентрации в нормальную.

Задача 5, Какова нормальность 0,2 М растворов следующих веществ:

а) Al2(SO4)3;           б)H3PO4;            в) NaOH   ?

Решение.  а) 3Al2(SO4)3 М/б, следовательно,   б 3 = М.   Поэтому для этой соли, б н,   раствор соответствует  1М        |

|      x = 1,2 н.

х н,   -  “  -          -  “  -               0,2 М  |

б) 3 Э = М

3 н. раствор соответствует 1 М     |

|          х = 0,6 н.

х н. -  “  -        -  “  -              0.2 M  |

в)  

0,2 М  раствор будет иметь концентрацию 0,2 н.

Перевод массовой доли в молярную и нормальную концентрации.

Задача 6. Какова нормальная и молярная концентрации 10%-ного раствора серной кислоты ( p =1,066 г/мл)?

Решение. Определяем массу 1 л 10%-ного раствора:

m = U * p = 1000 мл* 1,066 г/мл = 1066 г.

Находим, сколько граммов серной кислоты содержится в 1 л раствора:

1066 г раствора         -     100%     |

|    х = 106,6 г х г кислоты               -     10% !

Определяем, сколько эквивалентов составляют 106,6 г серной кислоты:   106,6/49 = 2,2 зкв.

Нормальность раствора составляет 2,2 н. Так как 1 моль содераит 2 эквивалента кислоты, молярность раствора будет равна 1,1 М.

Выполнение работы

Опыт 1. Приготовление 10%-ного раствора сульфата натрия. Рассчитать, сколько граммов Na^SO* и воды потребуется для приготовления 50 г раствора, в котором массовая доля сульфата натрия составляет 10%. Плотность воды принять равной 1 г/мл. Взвесить (с точностью до 0,02 г) расчетное количество сульфата натрия и перенести его в стакан на 100 мл. Отмерить мерным цилиндром рассчитанный объем дистиллированной воды и прилить в стакан. Смесь перемешать стеклянной палочкой до полного растворения. Полученный раствор перелить в мерный цилиндр на 50 мл, измерить ареометром плотность. По показаниям ареометра в табл.4 плотности водных растворов определить массовую долю сульфата натрия в приготовленном растворе.

Результат записать в отчет. Вычислить молярность растворам Определить относительную ошибку опыта.

Опыт 2. Приготовление 1,5 н. раствора сульфата алюминия. Рассчитать, сколько граммов Al2(SO4)3 * 18 Н2О потребуется для приготовления 50 мл 1,5 н. раствора соли (расчет сверить у преподавателя). Взвесить расчетное количество кристаллогидрата сульфата алюминия на технических весах. С помощью микроворонки перенести навеску сульфата алюминия в мерную колбу на 50 мл. Остатки вещества смыть с микроворонки в колбу дистиллированной водой и налить примерно до половины воды; взбалтывать колбу до полного растворения навески. Затем уровень раствора довести до метки (последние капли добавлять при помощи пипетки). Приготовленный раствор перелить в цилиндр на 50 мл и измерить ареометром его плотность. Результат записать в отчет. По показаниям ареометра с помощью таблицы определить массовую долю соли (в %) в растворе.

Результаты перевести в нормальную концентрацию и рассчитать относительную ошибку опыта.