Опыт 1. Приготовление раствора из навески твердого вещества и воды

Задание: приготовить раствор определенного объема V₁ и заданной массовой доли (W_т.1 ) из навески твердого вещества и воды.

Для приготовления раствора возьмите на весах рассчитанную навеску твердого вещества (см. пример расчета к оп. 1), перенесите ее в химический цилиндр (или в мерную колбу). Растворите навеску в приблизительно половине объема воды, необходимого для приготовления раствора. После растворения соли доведите общий объем раствора до заданного. Тщательно перемешайте и замерьте плотность приготовленного раствора. Методом интерполяции рассчитайте массовую долю полученного раствора (W_оп.1) и вычислите абсолютную (D) и относительную (ε) погрешности. Раствор оставьте для опыта 2 и 3.

Пример расчета и выполнения опыта 1

Приготовить 100 мл раствора NaCl c массовой долей 6,2 % из кристаллической соли NaCl и воды.

Таблица 4.1

Плотности и массовые доли растворов некоторых солей

W, %	Плотности растворов солей, r (г/мл)
MgSO4	NaCl	CuSO4	KCl
	1,0186	1,012	1,019	1,011
	1,0392	1,027	1,040	1,024
	1,0602	1,041	1,062	1,036
	1,0820	1,056	1,084	1,050
	1,1034	1,071	1,107	1,063

1. По таблице найдем методом интерполяции плотность приготовляемого раствора ρ _{приг.р-ра}.

Метод интерполяции

Из таблицы выберем значения массовых долей больше и меньше значения, предлагаемого в условии задачи (6,2 %), и соответствующие им значения плотностей. Найдем разность в значениях массовых долей и плотностей.

	Это означает, что при изменении массовой доли раствора на 2 % плотность меняется на 0,015 г/мл.

8,0 % – 1,056 г/мл

6,0 % – 1,041 г/мл

2,0 % – 0,015 г/мл

Сравним значение массовой доли, предлагаемое в условии задачи, с одним из «граничных» растворов, например, с 8,0% раствором:

8,0 % – 1,056 г/мл

6,2 % – ρ _{приг.р-ра} г/мл

1,8 % – (1,056 – ρ _{приг.р-ра}) г/мл

Обозначим (1,056 – ρ _{приг.р-ра}) = Δ ρ и составим пропорцию:

2,0 % – 0,015 г/мл 1,8 • 0,0218

1,8 % – Δ ρ ; тогда Δ ρ = ¾¾¾¾¾¾ = 0,0135 г/мл.

2,0

Найдем плотность приготовляемого раствора:

r _{приг.р-ра} = 1,056 – Δ ρ = 1,056 – 0,0135 = 1,0425 г/мл .

2. Вычислим массу приготовляемого раствора:

m_{приг.р-ра} = V•r _{приг.р-ра} = 100 • 1,0425 = 104,25 г

3. Рассчитаем массу соли NaCl (m_в-ва), необходимую для приготовления раствора с массовой долей 6, %:

m_в-ва W_{приг.р-ра}•m_{приг.p-pa} 6,2•104,25

W_{приг.р-ра}= ¾¾¾•100 % , отсюда m_в-ва= ¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾ ≈ 6,5 г

m_{приг.p-pa} 100 % 100 %

4. Для приготовления раствора возьмем на технических весах навеску
6,5 г NaCl, перенесем её в химический цилиндр. Растворим навеску приблизительно в 50-70 мл воды. После растворения навески доведем водой общий объём до 100 мл. Перемешаем полученный раствор, замерим его плотность с помощью ареометра (например, r_р-ра1 = 1,044 г/мл).

5. Методом интерполяции определим массовую долю раствора с плотностью 1,044 г/мл. Для этого снова определим участок, в котором находится раствор данной плотности: 1,056 г/мл – 8%

1,041 г/мл – 6%

0,015 г/мл – 2%

Далее найдем разность: 1,056 – 1,044 = 0,012 г/мл;

составим пропорцию: 2 % – 0,015 г/мл

Δ W – 0,012 г/мл ;

2 • 0,012

откуда Δ W = ¾¾¾¾ = 1,6 % .

0,015

Массовая доля приготовленного раствора:

W_р-ра1 = 10% – Δ W = 8 % – 1,6 % = 6,4 %

6. Определим абсолютную D и относительные ε погрешности:

D_абс 0,2

D = |W_т.1 – W_р-ра1| = |6,2 – 6,4| = 0,2; ε = ¾¾ 100% = ¾ 100 % = 3,2 %.

W_т.1 6,2

Опыт 2. Приготовление раствора заданной концентрации

Из раствора (опыт 1) и воды

Задание: приготовить раствор с меньшей массовой долей W_т.2 , чем в опыте 1, разбавлением раствора оп.1 водой.

Получив индивидуальное задание от преподавателя, произведите расчет объемов раствора (опыт 1) и воды (см. пример расчета к оп. 2). Далее приготовьте раствор. Цилиндром отмерьте рассчитанный объем раствора, взятого из опыта 1, и добавьте воды до заданного объема. Тщательно перемешайте и замерьте плотность приготовленного раствора. Методом интерполяции рассчитайте массовую долю полученного раствора (W_оп.2) и вычислите абсолютную (D) и относительную (ε) погрешности. Приготовленный раствор оставьте для опыта 3.

Пример расчета и выполнения опыта 2

Приготовить 120 мл 3,2 % (по массе) раствора хлорида натрия из исходного раствора NaCl, взятого из опыта 1, и воды.

Решение:

1. Исходный раствор (из опыта 1) имеет характеристики: W_р-ра1 = 6,4 %, r_р-ра1 = 1,044 г/мл,

2. Найдем методом интерполяции плотность заданного раствора 3,2 %, для чего составим пропорцию: 4,0 % – 1,027 г/мл

2,0 % – 1,012 г/мл

2,0 % – 0,015 г/мл

Далее найдем разность: 4 % – 3,2 %= 0,8 %;

составим пропорцию: 2 % – 0,015 г/мл

0,8 % – Δr г/мл ;

0,8 • 0,015

откуда Δ r = ¾¾¾¾ ≈ 0,006 г/мл.

Следовательно, r _{р-ра 2} = 1,027 – 0,006 = 1,021 г/мл.

3. Найдем массу приготовляемого раствора

m_{р-ра 2} = V • r _{р-ра 2} = 120 • 1,021 = 122,5 г.

4. Рассчитаем массу NaCl, необходимую для приготовления 120 мл раствора с массовой долей 3,2 %.

W •m _{р-ра 2} 3,2 • 122,5

m(NaCl) = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾ ≈ 3,92 г.

100 % 100

5. Определим массу исходного раствора NaCl (с массовой долей 6,4%,), содержащего необходимую для приготовления заданного раствора массу NaCl:

m (NaCl) • 100 3,92 • 100

m_{исх. р-ра1} = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾ ≈ 61,3 г.

W_р-ра1 6,4

6. При приготовлении раствора удобнее пользоваться объемными соотношениями: m_{исх.р-ра1} 61,3

V_{исх.р-ра1} = ¾¾¾¾¾ = ¾¾¾ = 58,7 мл.

r_р-ра1 1,044

7. Приготовим раствор 2. Цилиндром отмерим рассчитанный объем раствора, взятого из опыта 1, и добавим воды до заданного объема 120 мл. Замерим плотность приготовленного раствора r _{р-ра 2оп.} (например, r_р-ра2 = 1,020 г/мл).

8. Методом интерполяции рассчитаем массовую долю полученного раствора (W_оп.2 = 3,1%), вычислим абсолютную (D) и относительную (ε) погрешности.