Опыт 2. Изменение температуры замерзания и температуры кипения растворов

Лабораторная работа № 4

РАСТВОРЫ

Цель работы: Изучение физико-химической природы процесса растворе­ния, свойств растворов, освоение навыков приготовления растворов заданной концентра­ции и методики их количественного анализа.

Теория: Истинные растворы и механизм процесса растворения. Классификация растворов. Растворимость. Влияние различных факторов на растворимость. Тепловые эффекты при растворении. Насыщенные и ненасыщенные растворы. Произведение растворимости. Условия образования и растворения осадков. Концентрация растворов, способы ее выражения.

Оборудование и реактивы: Ареометры, бюретки (50 мл), колбы (250 мл), мерные цилиндры, пипет­ки (20–25 мл), пробирки, стеклянные трубки, спиртовка, спички, термометры, технические весы с разновесами, штатив, химические стаканы; реактивы: гидроксид натрия NaOH (к), хлорид натрия NaCl (к), нитрат аммония NH₄NO₃ (к), хлорид кальция CaCl₂ (к); растворы: серная кислота H₂SO₄ (разб.) или соляная кислота HCl (разб.), хлорид натрия NaCl (10%), титрованный гидроксид натрия NaOH (0,1 М), охладительная смесь (лед + NaCl).

Экспериментальная часть

Опыт 1. Тепловые эффекты при растворении

1.1. В пробирку с 5 мл воды (измерьте заранее ее температуру t₁ = _______°С) внесите немного твердого NaOH (или КОН), помешайте стеклянной палочкой и отметьте изменение температуры (t₂ = _______°С).

1.2. Проведите аналогичный опыт с NH₄NO₃ (к) (t = __________°С).

Опыт 2. Изменение температуры замерзания и температуры кипения растворов

2.1. Две пробирки наполните наполовину: одну водой, другую – 10%-ным раствором NaCl. Поместите их в стакан с охладительной смесью (лед с солью) и отме­тьте температуру замерзания Н₂О (tзам = __________°С) и раствора NaCl (tзам =__________°С).

2.2. Две пробирки наполните наполовину водой, а одну из них внесите 1 г СаСl₂. Нагрейте до кипения и измерьте температуру кипения Н2О (tкип = _________°С) и раствора СаСl₂ (tкип = __________°С).

Опыт 3. Приготовление растворов с определенной массовой долей из твердого вещества и воды

Задание: I вариант – приготовьте 50 г раствора NaCl с массовой долей вещества в растворе 5%; II вариант – приготовьте 50 г раствора NaCl с массовой долей вещества в растворе 3%.

Расчитайте массу NaCl, необходимого для приготовления 50 г 5%-ного (или 3%) раствора NaCl по формуле вычисления массовой доли:

Масса воды, необходимая для приготовления 50 г 5%-ного (или 3%) раствора NaCl:

m(H₂O) = m(раствора) – m(соли)

Взвесьте на технических весах необходимое количество соли, отмерьте мерным цилиндром нужный объем воды и растворите приготовленную соль. Затем налейте в цилиндр 40 мл полученного раствора NaCl и измерьте плотность ареометром, сравните ее с данными таблицы. Плотность полученного раствора составляет __________ г/мл. После измерения ареометр промойте водой, осторожно вытрете досуха и поставьте в набор. Рассчитайте молярность и нормальность полученного раствора.

Опыт 4. Приготовление раствора заданной концентрации из более концентрированного раствора и воды

Задание: I вариант – приготовьте 50 мл 0,1 М раствора H₂SO₄ (или HCl) из раствора, имеющегося в лаборатории; II вариант – приготовьте 50 мл 0,2 М раствора H₂SO₄ (или HCl) из раствора, имеющегося в лаборатории.

Измерите плотность исходного раствора кислоты ареомет­ром (ρ =_________г/мл). По табличным данным определите массовую долю кислоты (ω = __________%), соответствующую найденной плотности раствора.

Таблица плотности растворов некоторых

неорганических кислот и щелочей в воде при 20°C

Рассчитайте, какое весовое количество этой кислоты нужно для приготовления 50 мл 0,1 М раствора, а затем пересчитайте полученную величину на объем:

1) найдем, сколько граммов вещества кислоты содержится в 50 мл 0,1 М раствора исходя из формулы:

С_M = m(в-ва) / M(в-ва) • V(р-ра)

2) найдем массу исходного раствора кислоты исходя из формулы:

ω = m(в-ва) • 100% / m(р-ра)

3) найдем объем раствора по формуле V = m / ρ

Отмерьте маленьким цилиндром (или градуированной пипеткой) рассчитанный объем исходного раствора H₂SO₄ и вылейте его в мерную колбу с небольшим количеством воды, а затем доведите уровень воды (по каплям) до метки 50 мл. Перемешайте раствор. Расчет молярной концентрации (молярности) полученного раствора (моль/л):

_________

Расчет нормальной концентрации полученного раствора (моль/л):

_________

В следующем опыте установите концентрацию полученного раствора H₂SO₄ титрованием 0,1 М раствором NaOH.

Опыт 5. Титрование

Заполните бюретку до нулевой отметки титрованным 0,1 М раствором NaOH. Налейте в коническую колбу пипеткой 10 мл раствора серной кислоты, полученного в предыдущем опыте, и добавьте 2–3 капли фенолфтале­ина.

Под бюреткой на белый лист бумаги поставьте кониче­скую колбу с раствором кислоты так, чтобы носик бюретки входил внутрь колбы, а шарик в резиновом шланге находился немного выше горла колбы. Приливайте небольшими порциями раствор щелочи к раствору кислоты при непрерывном перемешивании раствора в колбе. Титруйте до появления устойчивой розовой окраски, не ис­чезающей в течение 30 с.

Установка для титрований:

1 – штатив; 2 – бюретка; 3 – резиновая трубка;

4 – олива; 5 – носик бюретки; 6 – колба

Запишите объем израсходованного раствора щелочи с точностью до 0,1 мл положение уровня раствора в бюретке.

Титрование повторите 3 раза. Объемы израсходованной щелочи не должны отличаться больше чем на 0,2 мл (в расчетах используйте среднее значение).

Титрование	V р-ра NaOH, мл	Среднее значение V р-ра NaOH, мл

Рассчитайте нормальность раство­ра кислоты по формуле:

V₁ / V₂ = CH₂ / CH₁

Пересчитайте нормальность кислоты на молярность. Высчитайте процент ошибки по формуле: П = (С_М теор – С_М пр)∙100% / С_М теор

Контрольные вопросы к допуску на лабораторную работу:

1. Дайте определение раствору (устно и письменно)?

2. Из каких компонентов состоит раствор (устно и письменно)?

3. Что такое растворение (устно и письменно)? На какие стадии делится растворение кристаллических веществ (устно)?

4. Что такое концентрация (устно и письменно)?

5. Какие существуют способы выражения концентрации растворов? Запишите формулы (устно и письменно).

6. Дайте определение растворимости (устно и письменно). На какие классы делятся вещества по растворимости (устно).

7. Что такое насыщенный, ненасыщенный и перенасыщенный растворы? Приведите примеры (устно).

Контрольные задания к защите лабораторной работы:

Пример. Вычислите: а) массовую долю растворенного вещества (ω,%); б) нормальность (С_Н); в) молярность (СМ); г) моляльность (Cm); д) титр (Т) раствора H₃PO₄, полученного при растворении 18 г H₃PO₄ в 282 см³ воды, если относительная плотность полученного раствора составляет 1,031 г/см³.

Дано: m_в-ва(H₃PO₄) = 18 г; V(H₂O)= 282 см³; ρ=1,031 г/см³

Найти: С_Н – ? ω – ? С_М – ? Cm – ? Т – ?

Решение:

а) m (H₂O) = V(H₂O) = 282 г;

m _р-ра(H₃PO₄) = 18 + 282 = 300 г.

Из формулы: ω = m_(в-ва) / m_(р-ра) • 100%

ω(H₃PO₄) = (18 / 300) • 100 = 6%

б) С_Н = m / (m_Э • V) или С_Н = m / (М • Э • V)

Масса кислоты в 1 л раствора составит:

m(H₃PO₄) = 1031 • 18 / 300 = 61,86 г

m_Э(H₃PO₄) = М(H₃PO₄) / 3 = 97,99 / 3 = 32,66 г/моль

Cн(H₃PO₄) = 61,86 / 32,66 = 1,89 моль/л;

в) С_М = ν / V = m / (M • V);

С_М(H₃PO₄) = 61,86 / 97,99 = 0,63 моль/л

г) Сm = m_(в-ва) • 1000 / М • m_{(растворителя)}

Сm(H₃PO₄) = 18 • 1000 / 98 • 282 = 0,65 моль/кг

д) Т = m / V,

Т(H₃PO₄) = 61,86/1000 = 0,06186 г/см³.

Ответ: ω(H₃PO₄) = 6%; Cн(H₃PO₄) = 1,89 моль/л; С_М(H₃PO₄) = 0,63 моль/л; Сm(H₃PO₄) = 0,65 моль/кг; Т(H₃PO₄) = 0,06186 г/см₃.

1. Сколько граммов NaNO₃ и воды необходимо для приготовления 1,6 кг раствора массовой долей 10%?

2. Какова массовая доля вещества в растворе, полученном при растворении 45 г ВаСl₂ в 300 мл воды?

3. Сколько хлороводорода содержится в 40 мл 38,16%-ного раствора соляной кисло­ты плотностью 1,195 г/мл?

Ответы на контрольные задания и вопросы:

Отчет по экспериментальной части лабораторный работы №4

номер и название опыта	реагенты (формулы)	ход работы (результаты наблюдений, гипотеза)	уравнения реакции (расчеты,рисунки,проверка гипотезы)	выводы (алгоритм протекания реакции)
номер и название опыта	реагенты (формулы)	ход работы (результаты наблюдений, гипотеза)	уравнения реакции (расчеты,рисунки,проверка гипотезы)	выводы (алгоритм протекания реакции)