К проверочной работе по теме первой лабораторной работы.
Решите задачи
1. 30 г вещества растворены в 150 г растворителя. Вычислить массовую долю растворенного вещества (ω) в растворе.
2. Какую массу растворенного вещества следует взять, чтобы приготовить 800 г 5-процентного раствора?
3. В какой массе 15-процентного раствора содержится 50 г растворенного вещества?
4. В каком количестве воды надо растворить 200 г вещества, чтобы получить 15-процентный раствор?
5. Имеются 250 г растворителя. Сколько надо прибавить к нему растворенного вещества, чтобы получить 20-процентный раствор?
6. Требуется приготовить 100 г 30-процентного раствора хлорида калия KCl из минерала, содержащего 45% примесей. Какую массу этого минерала следует взять?
7. Сколько сульфата железа содержат 100 мл 12-процентного раствора его, плотность которого равна 1,12 г/мл.
8. 400 мл раствора, плотность которого 1,5 г/мл, содержат 360 г растворенного вещества. Вычислить массовую долю растворенного вещества.
9. 25 г вещества растворены в 100 г воды. Плотность полученного раствора 1,143 г/мл. Рассчитайте массовую долю растворенного вещества и объем раствора.
10. Сколько нужно взять медного купороса CuSO4 • 5H2O, чтобы приготовить 5 л 8-процентного раствора сульфата меди плотностью 1,084 г/мл (1,084 кг/л)?
Выучите термины:
1. Раствор
2. Растворитель
3. Растворенное вещество
4. Массовая доля растворенного вещества
5. Моль
6. Молярная концентрация (раствор молярный, децимолярный, сантимолярный, миллимолярный)
7. Плотность раствора
8. Титр раствора
9. Растворимость
10. Концентрированный раствор
11. Разбавленный раствор
12. Насыщенный раствор
13. Ненасыщенный раствор
14. Пересыщенный раствор
15. Молярный объем
16. Коэффициент растворимости вещества
| Раствор — гомогенная (однородная) смесь, состоящая из частиц растворённого вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия. "Гомогенный" - значит, каждый из компонентов распределён в массе другого в виде своих частиц, то есть атомов, молекул или ионов. Раствор — однофазная система переменного, или гетерогенного, состава, состоящая из двух или более компонентов. | Растворенное вещество - компонент жидкого или твердого раствора, который присутствует в меньшем или незначительном количестве; компонент растворяется в растворителе. |
| Растворитель — компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора. В случае же растворов, образующихся при смешении газа с газом, жидкости с жидкостью, твёрдого вещества с твёрдым, растворителем считается компонент, количество которого в растворе преобладает. | Молярная концентрация — количество растворённого вещества (число молей) в единице объёма раствора. Молярная концентрация в системе СИ измеряется в моль/м³, однако на практике её гораздо чаще выражают в моль/л или ммоль/л. Также распространено выражение в «молярности». Возможно другое обозначение молярной концентрации См, которое принято обозначать М. Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/л называют 0,5-молярным. |
| Массовая доля растворённого вещества— отношение массы растворённого вещества к массе раствора. Массовая доля измеряется в долях единицы или в процентах. ω= m1 / m где: m1 — масса растворённого вещества, г; m — общая масса раствора, г. | Титр раствора — масса растворённого вещества в 1 мл раствора. Т=m1/V где: m1 — масса растворённого вещества, г; V — общий объём раствора, мл; |
Пло́тность— физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.
Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) находится по формуле:
где m — масса тела, V — его объём;
| Моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц. |
| Молярный объем газа (Vm) - это объем газа в котором содержится 1 моль частиц этого газа Единица молярного объема газа в СИ - кубический метр на моль (м3/моль), но чаще используют дольные единицы - литр (кубический дециметр) на моль (л/моль, дм3/моль) и миллилитр (кубический сантиметр) на моль (см3/моль). В соответствии с определением молярного объема для любого газа отношение его объема V к количеству n будет одинаковым при условии, что это идеальный газ. Согласно закону Авогадро, 1 моль идеального газа при нормальных условиях имеет один и тот же объём Vm = 22,413 996 (39) л. При нормальных условиях большинство газов близки к идеальным. В частности, при нормальных условиях, т. е. при 0◦C (273К) и 101,3 кПа, объём 1 моля газа, равен 22,4 л. Этот объём называют молярным объёмом газа Vm. | Моля́рная ма́сса вещества — масса одного моль вещества. Для отдельных химических элементов молярной массой является масса одного моль отдельных атомов этого элемента. В этом случае молярная масса элемента, выраженная в г/моль, численно совпадает с массой атома элемента, выраженной в а.е.м. (атомная единица массы). Однако надо чётко представлять разницу между молярной массой и молекулярной массой, понимая, что они равны лишь численно и отличаются по размерности. Молярные массы сложных молекул можно определить, суммируя молярные массы входящих в них элементов. Например, молярная масса воды есть MH2O= 2 MH+MO = 2·1+16 = 18 (г/моль). Стоит отметить, что, например, молярная масса кислорода как элемента = 16 (г/моль), а в газообразном состоянии (O2) = 32 (г/моль). |
| Раствори́мость — способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы — растворы, в которых вещество находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц. Растворимость выражается концентрацией растворённого вещества в его насыщенном растворе либо в процентах, либо в весовых или объёмных единицах, отнесённых к 100 г или 100 см³ (мл) растворителя (г/100 г или см³/100 см³). | Коэффициент растворимости вещества s - максимальная масса вещества, способная раствориться в 100 г воды при данной температуре с образованием насыщенного раствора. |
| Концентрированный раствор— раствор с высоким содержанием растворённого вещества в противоположность разбавленному раствору, содержащему малое количество растворённого вещества. Очевидно, что концентрированные растворы могут образовывать только хорошо растворимые вещества. Деление растворов на концентрированные и разбавленные не связано с делением на насыщенные и ненасыщеные. Так насыщенный 0,0000134М раствор хлорида серебра является очень разбавленным, а 4М раствор бромида калия, будучи очень концентрированным, не является насыщенным. | Разбавленный раствор — раствор с низким содержанием растворённого вещества. Отметим, что не всегда разбавленный раствор является ненасыщенным — например, насыщенный 0,0000134М раствор практически нерастворимого хлорида серебра является очень разбавленным. Граница между разбавленным и концентрированным растворами весьма условна. |
| Ненасыщенный раствор — раствор, в котором концентрация растворенного вещества меньше, чем в насыщенном растворе, и в котором при данных условиях можно растворить еще некоторое его количество. | Насыщенный раствор — раствор, в котором растворённое вещество при данных условиях достигло максимальной концентрации и больше не растворяется. Осадок данного вещества находится в равновесном состоянии с веществом в растворе. |
| Пересыщенный раствор — раствор, содержащий при данных условиях больше растворённого вещества, чем в насыщенном растворе, избыток вещества легко выпадает в осадок. Обычно пересыщенный раствор получают охлаждением раствора, насыщенного при более высокой температуре. |
Повторить химическую мерную посуду и технику приготовления растворов.
Мерная посуда
Мерной называют посуду, применяемую для измерения объема жидкости.
Мерные цилиндры — стеклянные толстостенные сосуды с нанесенными на наружной стенке делениями, указывающими объем в миллилитрах (рис. 1 а).
в
Рис. 1.
Они бывают самой разнообразной емкости: от 5—10 мл до 1 л и больше. Чтобы отмерить нужный объем жидкости, ее наливают в мерный цилиндр до тех пор, пока нижний мениск не достигнет уровня нужного деления.
Иногда встречаются цилиндры, снабженные притертыми пробками (рис. 1 б).
Кроме цилиндров, для той же цели употребляют мензурки (рис. 1 в). Это сосуды конической формы, на стенке которых имеются деления. Они очень удобны для отстаивания мутных жидкостей, когда осадок собирается в нижней, суженной части мензурки.
Пипетки
Пипетки служат для точного отмеривания определенного объема жидкости. Различают пипетки для жидкостей и газовые пипетки.
Пипетки для жидкостей (рис. 2). Обычные пипетки (пипетки Мора) представляют собой стеклянные трубки небольшого диаметра с расширением посредине.
Рис. 2. Слева направо: Пипетки: а - простая (Мора); б — градуированная, далее "Положение пипетки при установлении мениска на уровне метки", далее "Выливание раствора из пипетки"
В системе СИ объем выражают в кубических метрах или его кратных долях (см3, дм3). Однако мерная посуда и приборы для измерения объема, применяемые до настоящего времени в лабораториях, градуированы во внесистемных единицах — миллилитрах (мл) или литрах (л).
Нижний конец пипетки слегка оттянут и имеет диаметр около 1 мм. Пипетки бывают емкостью от 1 до 100 мл, в верхней части их имеется метка, до которой набирают жидкости. Широко применяют также градуированные пипетки различной емкости, на наружной стенке которых нанесены деления в 0,1 мл.
Для наполнения пипетки нижний конец ее опускают в жидкость и втягивают последнюю при помощи груши. Втягивать жидкость ртом допускается в случае неопасных жидкостей, но вообще не рекомендуется!
Жидкость набирают так, чтобы она поднялась на 2— 3 см выше метки, затем быстро закрывают верхнее отверстие указательным пальцем правой руки, придерживая в то же время пипетку большим и средним пальцами. Очень полезно указательный палец слегка увлажнить, так как влажный палец более плотно закрывает пипетку.
Когда пипетка наполнена, ослабляют нажим указательного пальца, в результате чего жидкость будет медленно вытекать из пипетки; как только нижний мениск жидкости окажется на одном уровне с меткой, палец снова прижимают (рис. 2).
Если на конце пипетки после этого будет висеть капля, ее следует осторожно удалить. Введя пипетку в сосуд, отнимают указательный палец и дают жидкости стечь по стенке сосуда. После того как жидкость вытечет, пипетку держат в течение еще 5 сек (считая до 5) прислоненной к стенке сосуда, слегка поворачивая вокруг оси, после чего удаляют пипетку, не обращая внимания на оставшуюся в ней жидкость.
Выливание раствора из пипетки в коническую колбу показано на рис. 2. Очень важно, чтобы раствор стекал именно по стенке конической колбы и не разбрызгивался, так как при этом часть выливаемого раствора может попасть на стенку колбы и при последующем титровании не вступит в реакцию с раствором, выливаемым из бюретки.
Следует помнить, что объем жидкости, вытекающей из пипетки, зависит от способа вытекания и последний должен быть таким же, как и применяемый при калибровании пипеток. Поэтому Никогда не следует стремиться выгонять остатки жидкости из пипетки выдуванием или нагреванием рукой расширенной части пипетки.
Для отбора растворов ядовитых веществ следует пользоваться или обычными пипетками с грушей, или пипетками, в верхней части которых выше метки имеется одно или два шарообразных расширения; раствор такой пипеткой отбирают также при помощи груши или другого приспособления.
В нашей стране способ калибрования стандартизирован: стандартная температура +20◦C.
Рис. 3. Микропипетки.
Для отмеривания малых объемов жидкостей применяют микропипетки емкостью 1, 2, 3 и 5 мл. Микропипетки (рис. 3) часто градуируют, они имеют деления в 0,01 мл, что позволяет делать отсчет с точностью 0,002—0,005 мл.
Рис 4.Штатив для пипеток.
Градуированной пипеткой можно отбирать не только один определенный объем жидкости (как обыкновенными пипетками), но любой в пределах ее емкости. Жидкость набирают в пипетку до нужной метки (нижний мениск жидкости находится на уровне последней) и аатем выливают ее, как обычно.
Пипетки должны быть всегда чисто вымытыми; их следует ставить в особый штатив (рис. 4) и закрывать сверху маленькими пробирками или куском чистой фильтровальной бумаги. Если штатива в лаборатории нет, пипетки можно хранить в стеклянном цилиндре, на дно которого предварительно кладут несколько слоев чистой фильтровальной бумаги, вырезанной кружками; После работы пипетку ополаскивают несколько раз дистиллированной водой и помещают в стеклянный цилиндр, каждый раз заменяя верхний слой фильтровальной бумаги свежим.
Обычными пипетками нельзя отмеривать жидкости, вязкость которых заметно отличается от вязкости воды, например концентрированные кислоты, щелочи и т. п., так как объем отобранной'жидкости не будет соответствовать указанному. Для отбора таких жидкостей пользуются специально прокалиброванными пипетками.
При обращении со всеми видами пипеток нужно обязательно придерживаться следующих правил:
1. Пипетка при отборе жидкости всегда должна находиться в строго вертикальном положении.
2. При установке нижнего мениска на уровне черты глаз наблюдателя должен быть расположен в одной плоскости с меткой (метки на передней и задней стенках должны при этом сливаться в одну).
Бюретки
Бюретки применяют при титровании, для измерения точных объемов и пр. Различают бюретки объемные, весовые, поршневые, микробюретки и газовые.
Объемные бюретки. Это — стеклянные трубки с несколько оттянутым нижним концом или снабженные краном. На наружной стенке по всей длине бюретки нанесены деления в 0,1 мл, так что отсчеты можно вести с точностью до 0,02 мл.
Бюретки (рис. 5) бывают двух типов: с притертым краном (б) и бескрановые с оттянутым концом (а), к которому посредством резиновой трубки присоединяют оттянутую в капилляр стеклянную трубку; резиновую трубку зажимают зажимом Мора или же внутрь ее закладывают стеклянную бусину (рис. 5).
Рис. 5. Бюретки объемные.
В бюретки с краном можно наливать все жидкости за исключением щелочей, которые могут вызывать заедание притертого крана. Для работы со щелочами применяют бескрановые бюретки с резиновой насадкой.
а б
Рис. 6. Крепление бюреток.
Для работы в учебных лабораториях или в тех случаях, когда титрование проводят редко, и при всех временных работах бюретки укрепляют на лабораторных штативах в лапках. Однако лапки (рис. 6, а) закрывают часть делений бюретки, поэтому значительно удобнее применять держатели для бюреток (рис. 6, б). Держатели делают из проволоки и закрепляют бюретку таким образом, чтобы они не мешали отсчету.
Так как бюретки предназначены для очень ответственной работы— титрования, их следует содержать в особенной чистоте.
После работы бюретку следует вымыть водой и оставить ее. в штативе, перевернув открытым концом вниз. Чтобы в бюретку не попадала пыль, ее лучше заткнуть кусочком ваты. У бюреток с краном нужно вынуть кран, обернуть его один раз куском чистой фильтровальной бумаги и снова вставить в бюретку. Если этого не сделать, шлиф может испортиться и кран будет протекать.
Для обычных работ кран у бюретки можно смазать очень тонким слоем вазелина, которым слегка смазывают шлиф и, поворачивая кран взад и вперед, добиваются равномерного распределения смазки.
При работе с бескрановыми бюретками следует учитывать, что некоторые растворы могут вредно действовать на резиновую трубку. Например, такое действие оказывают даже очень разбавленные растворы иода. Окислители также не следует надолго оставлять в соприкосновении с резиной, так как они хотя и очень медленно, но все же действуют на резиновую трубку, придавая ей хрупкость.
Бюретки заполняют жидкостью через воронку с коротким концом, таким, чтобы он не доходил до нулевого деления бюретки. Затем открывают кран или зажим, чтобы заполнить раствором часть бюретки, расположенную ниже крана или зажима до нижнего конца капилляра. Это нужно проделать очень тщательно, чтобы в отводной части бюретки не оставалось пузырьков воздуха. Если они останутся, то при титровании израсходованный объем жидкости будет определен неправильно.
У бескрановых бюреток пузырек воздуха можно удалить, загнув резиновую трубку с капилляром так, чтобы кончик капилляра был направлен вверх и в сторону от работающего и его соседей. Затем осторожно открывают зажим и вытесняют раствором весь воздух. Зажим закрывают, когда из кончика капилляра начнет вытекать жидкость.
На рис. 7 показано, как нужно удалять пузырек воздуха из кончика бескрановой бюретки.
Рис. 7.
Для того чтобы под бусинкой или палочкой не скапливался воздух, следует при титровании нажимать на верхнюю часть затвора, а не на нижнюю. Для сохранения затвора не следует оставлять бюретки без жидкости, в крайнем случае можно налить в.них немного воды.
Если пузырек воздуха остается в бюретке с краном, его нужно попробовать удалить быстрым спусканием жидкости (кран открыт полностью). Если это не помогает, нижний конец бюретки опускают в стакан с той же жидкостью и через верхний конец всасывают немного раствора.
При этом пузырек воздуха всплывает.
Бюретку устанавливают на нуль только после того, как работающий убедится что в капилляре или кончике бюретки не осталось пузырьков воздуха.
Бюретку следует заполнять так, чтобы вначале уровень жидкости был несколько выше нулевого деления шкалы (до 3—4 см). Затем, осторожно приоткрывая кран, аккуратно устанавливают уровень жидкости на нулевое деление. Каждое титрование следует начинать только после заполнения бюретки до нуля. Уровень жидкости прозрачных растворов устанавливают по нижнему мениску, а непрозрачных — по верхнему.