Растворы

Лабораторная работа № 4

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.

Раствор – гомогенная система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов и находящаяся в состоянии химического равновесия.

Согласно закону Рауля: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного нелетучего вещества.

Присутствие растворенного вещества, наряду с по­нижением давления насыщенного пара над раствором, повышает температуру кипения и понижает температуру замерзания.

В соответствии с законом Рауля, и повышение температуры кипения, и понижения температуры замерзания растворов по сравнению с чистым растворителем (Δt), пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества: Δt = К ∙ С _m, где К – коэффициент пропорциональности; С_т – моляльность раствора.

Методы криоскопии и эбулиоскопии позволяют определить молярную массу недиссоциирующих при растворении веществ по понижению температуры замерзания и повышению температуры кипения растворов известной концентрации: M = K∙1000∙m/Δt ∙m₁, где т – масса вещества (г), М – молярная масса, т₁ – масса растворителя.

Способы выражения концентрации растворов:

1. Массовая доля (ω) – отношение массы растворенного вещества (m_B) к массе раствора (m_P):

2. Мольная доля (N) – отношение количества растворенного вещества (или растворителя) к сумме количеств всех веществ, составляющих раствор.

N₂= n₂ / (n₁ + n₂) или N₁= n₁ / (n₁ + n₂) (моль),

где n₁ и n₂ – соответственно количества вещества растворителя и растворенного вещества.

3. Молярная концентрация (С_М или М) – отношение коли­чества растворенного вещества (n), содержащегося в 1 л раство­ра (V):

С_М = n / V = m / (M·V) (моль/л),

Раствор, в 1 л которого содержится 1 моль растворенного вещества, называется одномолярным (обозначается 1 М); 0,1 моль растворенного вещества, называется децимолярным (обозначается 0,1 М); 0,01 моль растворенного вещества, называется сантимолярным (обозначается 0,01 М).

4. Моляльность или моляльная концентрация (С_m) – отношение количества растворен­ного вещества (n), приходящееся на 1000 г растворителя:

С_m = n ∙ 1000 / m₁ = m₂ ∙ 1000 / (М ∙ т₂) (моль/кг),

где т₁ – масса растворителя, т₂ – масса растворенного вещества, М – молярная масса растворенного вещества.

5. Нормальность или нормальная (эквивалентная) концентрация (С_Н или Н) – отношение числа эквивалентов (Э) или эквивалентных масс (m_Э) растворенного вещества к объему раствора:

С_Н = m / (m_Э ∙ V) или С_Н = m / (М ∙ Э ∙ V) (моль/л; г∙экв/л),

где m – масса растворенного вещества, m_Э – эквивалентная масса растворенного вещества, V – объем раствора, Э – эквивалент, М – молярная масса растворенного вещества.

Вещества реагируют в эквивалентных количествах. Объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям:

V₁ / V₂ = C_H2 / C_H1 или V₁ / V₂ = Н₂ / Н₁

где V₁ и C_H1 (Н₁)– объем и нормальность первого раствора, V₂ и C_H2 (Н₂)– объем и нормальность второго раствора.

Сравнение формул для определения молярной и нормальной концентраций

С_М = n / V = m / (M ∙ V)

С_Н = m / (М ∙ Э ∙ V)

показывает, что если эквивалент растворенного вещества Э = 1 моль, С_М = С_Н. Эквивалент, равный единице, имеют растворы одноосновных кислот (HCl, HNO₃ и т.д.), однокислотных оснований (NaOH, KOH и т.д.), солей катион и анион которых однозарядные (KCl, NaNO₃ и т.д.). Если же эквивалент растворенного вещества не равен 1 моль, то формула соотношения молярной и нормальной концентраций имеет вид: С_М = С_Н · Э.

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; 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).