Методические указания по проведению
Дисциплина: Химия
Тема: Приготовление раствора заданной концентрации.
Продолжительность: 2 часа
Для специальностей: технического профиля
Автор: Чудинова Л.Е.
Тема: Приготовление раствора заданной концентрации.
Цели работы: 1.Закрепляем и углубляем знания о приготовлении трех растворов заданной
концентрации путем растворения твердого вещества в воде, разбавления раствора и
добавления твердого вещества к имеющемуся раствору.
2. Вырабатываем умение логически последовательного изложения материала.
3. Формируем навык оформления лабораторной работы по стандарту.
Теоретические основы:
Растворами называют гомогенные смеси, состоящие из двух или более компонентов.
Взависимости от агрегатного состояния компонентов различают несколько типов растворов: смеси газов, растворы газов, жидких и твердых веществ в жидкостях; менее привычны для нас растворы твердых веществ.
Наиболее важную роль в природе, технике, производстве, повседневной жизни играют растворы веществ в воде. Как правило, если одним из компонентов раствора является вода, ее и называют растворителем, остальные компоненты растворенными веществами.
Растворимость в воде газообразных веществ существенно различается. Например, кислород, водород, азот, углекислый газ растворяются плохо, поэтому их можно собирать в сосуд методом вытеснения воды.
. Тем не менее именно растворенным в воде кислородом дышат все водные обитатели. Газообразный хлороводород хорошо растворим в воде, такой раствор называют хлороводородной (соляной) кислотой. Примером хорошо растворимого в воде газа может служить аммиак (его раствор называют водным аммиаком, или нашатырным спиртом).
|
|
Бензин, растительное масло, ртуть практически не растворяются в воде. Серная кислота, уксусная кислота, ацетон — примеры жидкостей, которые растворяются в воде неограниченно. Среди твердых веществ также есть малорастворимые; это карбонат кальция, оксид кремния, золото. Напротив, сахар, поваренная соль, нитрат серебра(I) в воде растворяются хорошо.
Если растворять в воде небольшими порциями поваренную соль, наступит такой момент, когда кристаллы вещества перестанут растворяться. Раствор «насытился» хлоридом натрия, поэтому его так и называют — насыщенным.
Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, называют насыщенным.
Понятно, что раствор, в котором содержится меньше растворенного вещества, чем в насыщенном, называют ненасыщенным. Некоторые вещества способны образовывать пересыщенные растворы. Однако это довольно нестабильные жидкости: если их встряхнуть или потереть стеклянной палочкой о внутреннюю стенку сосуда, избыток растворенного вещества выпадает в осадок.
Содержание вещества в насыщенном растворе может служить меройего растворимости. Как правило, растворимость (или коэффициент растворимости) выражают в граммах вещества в 100 г растворителя (например, воды).
Если растворимость превышает 1 г в 100 г воды, вещество считается растворимым, от 0,1 до 1,0 г — малорастворимым. Вещества растворимостью менее 0,1 г в 100 г воды условно называют нерастворимыми. Почему условно? Потому что абсолютно нерастворимых веществ не бывает. Если серебряную ложечку опустить в стакан с водой, то и тогда в раствор переходит ничтожно малое количество атомов металла. Именно этим объясняется тот факт, что такая вода способна храниться очень долго, ведь серебро обладает бактерицидным действием (лат. Ьасетiит — бактерия, саесiо — убивать).
Растворимость веществ зависит от природы растворяемого вещества и растворителя, температуры, давления (для газообразных веществ) и других факторов.
|
|
Еще алхимикам было известно правило: подобное растворяется в подобном. Вода относится к полярным растворителям благодаря ковалентным полярным связям между атомами водорода и кислорода и угловому строению молекулы. Поэтому в воде хорошо растворяются полярные вещества: галогеноводороды, аммиак, кислоты, щелочи, многие соли, а неполярные (жиры, сера, фосфор, парафин и др.) растворяются плохо. Зато жиры хорошо растворимы в неполярных растворителях, например бензине.
При увеличении температуры растворимость газов уменьшается. Чтобы удалить из воды значительную часть растворенных газов, ее кипятят. Растворимость в воде жидкостей и твердых веществ с повышением температуры, как правило, увеличивается.
Чем больше давление, тем выше растворимость газов в воде. Каждый знает, что при открывании бутылки или банки с газированным напитком давление внутри резко падает, и углекислый газ в виде пузырьков, а порой и пены вырывается из раствора на свободу.
По отношению к растворам часто употребляют термины «концентрированный и разбавленный». Понятия эти весьма относительные. Если раствор содержит большое количество растворенного вещества, его называют концентрированным. Раствор с небольшим содержанием растворенного вещества называют разбавленным. Как правило, концентрированными или разбавленными называют растворы хорошо растворимых в воде веществ.
|
|
Растворение веществ в жидкости это сложный физико - химический процесс. Вещество при растворении «разбивается» на мельчайшие частицы, которые за счет диффузии равномерно распределяются по всему объему раствора. Это физическая сторона растворения. В процессе растворения между молекулами растворителя и частицами растворенного вещества происходит взаимодействие — гидратация. Это уже химический процесс.
В пользу химического взаимодействия свидетельствует изменение температуры при растворении веществ. При растворении в воде серной кислоты происходит выделение теплоты. Растворение в воде нитрата аммония, напротив, сопровождается поглощением теплоты. Растворение в воде безводного сульфата меди(II) СuSО4 также сопровождается выделением теплоты. Кроме того, при растворении кристаллов СuSО4 белого цвета раствор приобретает голубую окраску. Как вы знаете, изменение цвета является признаком химической реакции. Если оставить раствор сульфата меди(1I) в открытом сосуде, вода через некоторое время испарится, и на дне вы увидите... нет, не белые, а синие кристаллы. В отличие от исходного вещества, которое имело формулу СuSО4, выделившаяся соль содержит молекулы воды. Формула этого вещества СuSО4 × 5Н20.
Твердые вещества, которые в своем составе содержат молекулы воды, называют кристаллогидратами.
Кристаллогидрат сульфата меди(II) часто называют медным купоросом. В химической формуле кристаллогидрата между формулами соли и молекул воды ставят точку, а его название произносят так: «Сульфат меди(II) с пятью молекулами воды».
Помимо медного купороса наиболее известными кристаллогид ратами являются:
• Nа2SО4 × 10Н20 — глауберова соль;
• Nа2СО3 × 10Н20 — кристаллическая сода;
• FеSО4 × 7Н20 — железный купорос;
•СаSО4× 2Н2О гипс;
•2СаSO4 × Н20 — алебастр.
Содержание растворенного вещества в растворе называют концентрацией.
На этикетках разнообразных растворов, используемых в быту, можно найти указание на содержание растворенного вещества; например, уксусная кислота 70 %, настойка иода 5 %, нашатырный спирт 25 %. Это один из самых распространенных способов выражения концентрации растворов, который называется массовой долей растворенного вещества.
• Массовой долей растворенного вещества (ωв) называют отношение массы растворенного вещества (mв) к массе раствора (mр):
ωв = 
100 %
Это понятие аналогично массовой доле вещества в любой смеси, как гетерогенной, так и гомогенной. Массовую долю растворенного вещества выражают в процентах (от 0 до 100 %) или долях единицы (от 0 до 1).
Очевидно, что масса раствора mр, складывается из массы растворителя m Н2O и массы растворенного вещества mв:
mр = mв + m Н2O.
Отмерять жидкости взвешиванием не очень удобно, гораздо проще отмерять нужный объем. Чтобы рассчитать массу известного объема V раствора, необходимо знать его плотность p:
mр = V× p
Как правило, плотность раствора измеряют в граммах на миллилитр (г/мл) или граммах на кубический сантиметр (г/см3), причем численно эти значения равны, поскольку 1 мл — это объем, равный 1 см3. Необходимо помнить, что плотность чистой воды равна 1 г/мл.
Массовая доля растворенного вещества (W) в растворе находится как отношение массы вещества к массе раствора
W (вещества) = 
100 %
Задача: Определить концентрацию (массовую долю) хлорида натрия в растворе, если хлорида натрия растворили 20 г в 150 г воды.
| Дано: m (хлорида натрия) = 20 г m (воды) = 150 г Найти: W(NaCl) =? | Решение:
Формулы для расчета: W (NaCl) = 100 %
 = +  = 20 + 150 = 170 г
W (NaCl) = 100 % =  = 11,8%
Ответ: W (NaCl) = 11,8%
|
Входной контроль:
Отвечаем на вопросы:
1. Какие смеси называют растворами? Какие типы растворов вы знаете?
2. Охарактеризуйте понятие «растворимость вещества в воде».
В каких единицах выражается растворимость?
Ход выполнения работы:
Задание №1 Приготовление растворов заданной концентрации.
Получите задание у преподавателя
| номер варианта | растворённое вещество | масса раствора № 1 г | массовая доля растворённого вещества % | ||
| раствор № 1 | раствор № 2 | раствор № 3 | |||
| хлорид натрия | |||||
| хлорид натрия | |||||
| сахар | |||||
| сахар |
Приготовление раствора №1
Рассчитываем массу твердого вещества и воды, необходимых для приготовления раствора №1.
С помощью технохимических весов отмеряем рассчитанную массу твердого вещества и переносим в химический стакан. Зная, что плотность воды равна 1 г/мл, рассчитываем объем воды, необходимой для приготовления раствора. Мерным цилиндром отмерьте вычисленный объем воды и приливаем его к веществу в стакане. Перемешиваем содержимое стакана стеклянной палочкой, добиваемся полного растворения вещества в воде.
Приготовление раствора № 2.
Рассчитываем массу воды, которую необходимо добавить к раствору № 1, чтобы получить раствор № 2 меньшей концентрации. Переводим вычисленную массу воды в объем, отмеряем его с помощью мерного цилиндра и добавляем в раствор № 1.
Отвечаем на вопрос: Сколько граммов раствора № 2 получено?
Приготовление раствора № 3.
Рассчитываем массу твердого вещества, которое следует добавить к раствору № 2, чтобы получить раствор № 3 большей концентрации. На технохимических весах отмеряем необходимую массу вещества, добавляем его в раствор № 2 и перемешиваем стеклянной палочкой до полного растворения.
Отвечаем на вопрос: Сколько граммов раствора № 3 получено?
Задание № 2
вариант №1
В 80 мл воды растворили 20 г хлорида натрия. Рассчитайте массовую долю соли в растворе.
вариант №2
При выпаривании 160 г раствора карбоната натрия получили 8 г твердой соли. Рассчитайте ее массовую долю в исходном растворе.
вариант №3
Определите массу соли и массу воды в 750 кг медного купороса.
вариант №4
Рассчитайте массовую долю серы в веществе, состав которого отражается формулой Al2(SO4)3.
Выходной контроль:
Отвечаем на вопросы:
1. Какие факторы влияют на растворимость в воде газов, жидкостей и твердых веществ?
2. Как изменится растворимость газов:
а) при нагревании раствора;
б) при охлаждении раствора;
в) при увеличении давления;
г) при уменьшении давления?
Содержание отчёта:
Сделайте общий вывод в соответствии с целями, поставленными перед вами в этой работе.
Список литературы:
1. О.С. Габриелян, И.Г. Остроумова «Химия» [текст]:- учебник для профессий и специальностей Технического профиля. Москва, Издательский дом «Академия», 2012 г.
2. Габриелян О.С. Химия[текст]:: учеб. для студ. проф. учеб. заведений / О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. – М., 2005.
3. Габриелян О.С. Химия в тестах, задачах, упражнениях: учеб. пособие для студ. сред. проф. учебных заведений / О.С. Габриелян, Г.Г. Лысова – М., 2006.
4. Габриелян О.С. Практикум по общей, неорганической и органической химии: учеб. пособие для студ. сред. проф. учеб. заведений / Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Дорофеева Н.М. – М., 2007.
5. Ерохин Ю.М. Химия: учебник для средне профессиональных учебных заведений, 4-е изд. М.: Издательский Центр Академия, 2004-384 с.
6. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия: органическая химия: учебник для 10 кл. ОУ, 8-е изд. М. Просвещение, 2001, 160 с.
7. www.twirpx.com - Учебные материалы.
8. www.amgpgu.ru - Лекционный курс.
9. www.uchportal.ru – Учительский портал.
10. https://o5-5.ru – 5 и 5 Учебный материал.