Описание оборудования и метода измерения

Для проведения опытов понадобятся:

1. Химические стаканы на 100 и 250 мл. В химических стаканах проводят смешивание веществ для осуществления химических реакций.

2. Мерные цилиндры на 100 и 250 мл. С помощью мерных цилиндров отмеряют необходимый объём воды.

3. Фарфоровая ложечка, стеклянная палочка. С помощью фарфоровой ложечки берут твёрдые реактивы из банки, а с помощью стеклянной палочки перемешивают растворы.

4. Банка с реактивом (соль NaCl).

5. Колба с растворителем (дистиллированная вода H₂O).

6. Ареометр.

С помощью ареометра определяют плотность растворов. Ареометр представляет собой поплавок с узкой трубкой, на которую нанесена шкала, проградуированная в единицах плотности (рисунок 8.1). Внутри поплавка насыпана дробь. Принцип действия ареометра основан на законе Архимеда. На погруженный в раствор ареометр действуют две силы – сила тяжести и сила Архимеда (выталкивающая сила) . В состоянии покоя эти две силы уравновешивают друг друга, то есть выполняется условие

где r_р-ра – плотность раствора;

m – масса ареометра;

V – объём вытесненной жидкости.

Таким образом, объём вытесненной ареометром жидкости обратно пропорционален плотности раствора, то есть в растворы с различной плотностью ареометр погружается на разную глубину.

Определение плотности раствора с помощью ареометра осуществляют следующим образом. Ареометр помещают в стакан с раствором, при этом он не должен касаться дна и стенок стакана, а уровень жидкости должен находить в пределах шкалы ареометра, и считывают показания по шкале (показания следует снимать по нижнему краю мениска, так как раствор соли является прозрачным).

Опыт 1. Приготовление водного раствора соли NaCl с заданной массовой долей w% из чистого вещества.

Для приготовления водного раствора соли NaCl с заданной массовой долей w% из чистого вещества необходимо к данной массе соли добавить определённое количество воды (рисунок 8.2).

Чтобы рассчитать необходимое количество воды воспользуемся определением плотности вещества

Так как водный раствор образуется при смешивании вещества с водой, то масса раствора равна

откуда масса воды

. (8.3)

Массу раствора можно определить, зная массовую долю раствора

. (8.4)

Тогда, подставляя формулу (8.4) в выражение (8.3), получим

а, следовательно,

. (8.5)

Для того, чтобы рассчитать молярную и моляльную концентрации, необходимо определить количество используемого вещества (соли NaCl)

где М (NaCl) =23 + 36 = 59 г/моль – молярная масса соли NaCl.

Молярная и моляльная концентрации раствора могут быть определены по формулам (8.1) и (8.2).

Опыт 2. Приготовление водного раствора соли NaCl с заданной массовой долей w ₂% из более концентрированного раствора с массовой долей w ₁%.

Для приготовления разбавленного водного раствора соли NaCl с заданной массовой долей w ₂% необходимо к концентрированному раствору с массовой долей w ₁% добавить определённое количество воды (рисунок 8.3).