Материал: Практикум по общей химии
РАБОТА 2. ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРА ОПРЕДЕЛЕННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ
Важной характеристикой раствора является его концентрация. Многие лекарственные препараты используются в виде растворов определенной концентрации. Пищевые продукты характеризуются различным количественным содержанием компонентов. Нормальная жизнедеятельность организма невозможна без поддержания постоянной концентрации компонентов во внутриклеточных и тканевых жидкостях организма. Знание этой темы необходимо при изучении биохимии, физиологии, фармакологии, клинических и санитарно-гигиенических дисциплин.
ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ:
Научиться пользоваться мерной посудой (мерные колбы, пипетки, бюретки). Научиться готовить растворы путем разбавления. Научиться титровать.
ЗАДАНИЕ:
1.Рассчитайте объем исходной концентрированной кислоты, необходимый для приготовления более разбавленного раствора.
2.Приготовьте заданный раствор.
3.Установите точную концентрацию приготовленного раствора.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
РАБОТЫ:
1.Получите конкретное задание от преподавателя. Запишите в отчете.
2.Измерьте в цилиндре ареометром плотность исходного концентрированного раствора. Запишите в отчете.
3.По таблице справочника установите массовую долю (ώ, %) кислоты. Запишите в отчете.
4.Рассчитайте по формулам: сколько мл исходной концентрированной кислоты потребуется для приготовления раствора заданной концентрации в заданном объеме. Формулы:
% |
mв ва |
100, |
m |
в ва |
Vмл |
||||||||||||
Vмл |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
С |
Э |
|
|
mв ва |
|
, mв ва C |
Э |
|
1 |
|
Mв ва Vл |
||||||
|
Vл |
1 |
Mв ва |
|
z |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
z |
|
|
|
|
11 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
В результате разбавления масса растворенного вещества не изменяется, следовательно:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100C |
Э |
|
1 |
M |
|
V |
% V |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
в ва |
||||
CЭ |
M |
|
V |
, |
V |
|
|
|
z |
|
л |
||||
мл |
|
|
в ва |
|
|
|
|
|
|||||||
100 |
|
|
z |
|
л |
|
мл |
|
|
% |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
5. Проверьте результат расчета у преподавателя.
6. Отмерьте с помощью бюретки (на столе общего пользования) рассчитанный объем кислоты в мерную колбу.
7. Разбавьте дистиллированной водой, перемешайте. Долейте дистиллированной водой до метки. Снова перемешайте.
8. Перенесите пипеткой в три конические колбы по 10 мл приготовленного раствора кислоты. Добавьте в них по 1-2 капли фенолфталеина.
9. Приведите бюретку в рабочее состояние. Заполните ее титрованным раствором щелочи.
10. Оттитруйте три пробы приготовленного раствора кислоты. Конец титрования определите по появлению слабо розового
окрашивания. Результаты занесите в табл. 2. |
С |
Э |
V |
C |
Э |
V |
|
11. Исходя из закона эквивалентов, по формуле |
|||||||
|
|
|
|
||||
1 |
1 |
|
2 |
2 |
|||
|
|
||||||
рассчитайте точную молярную концентрацию эквивалента приготовленного раствора кислоты (точность: три значащих цифры после запятой). Результаты расчета занесите в отчет.
12. Сделайте вывод о точности приготовленного Вами раствора
кислоты. Для |
|
этого рассчитайте относительную ошибку |
|||
С |
Э |
|
С |
Э |
приготовления: |
зад. |
приг. |
||||
|
|
|
Э |
100,% |
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
зад. |
|
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1.Почему для растворов кислот НСl, НNO3 молярная и молярная концентрации эквивалента совпадают, а для Н2SO4 и Н3РО4 нет?
2.Во сколько раз молярная концентрация эквивалента выше молярной концентрации для растворов Са(NO3)2, АlCl3, Fe2(SO4)3?
3.Запишите формулы расчета титра раствора, если известна его
молярная концентрация эквивалента.
12
4.Выразите состояние эквивалентности при взаимодействии растворов всеми возможными способами.
5.Что такое титрование? С какой целью проводится?
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исходная кислота |
|
|
Приготовленный раствор кислоты |
|
Результаты титрования |
|
Концентрация по результатам титрования |
Относительная ошибка |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρ, г/мл |
ω % |
V, мл |
V, мл |
|
Сэ, моль экв/л |
Vк-ты, мл |
Vщ , мл |
|
Vщ , мл |
Сэ, моль экв/л |
ω, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА:
1. С. 48-49; 2. С. 94-96; 4. С. 77-93, 98-103, 109-110; 5. С. 38-47; 6. С. 135-139.
13
РАБОТА 3. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА РЕАКЦИИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ
Определение тепловых эффектов химических процессов является задачей термохимии. Термохимические методы имеют большое значение не только в химических, но и в медикобиологических науках. Энергия, необходимая живым организмам для совершения работы, поддержания постоянной температуры тела и т.д., получается за счет экзотермических реакций окисления, протекающих в клетках. Запас окисляющихся веществ (углеводов, жиров) постоянно возобновляется при приеме пищи. Пищевые рационы, необходимые человеку при различных условиях труда и жизни, определяются с учетом теплотворной способности пищевых продуктов.
ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ:
Овладеть методикой калориметрического метода измерения теплового эффекта реакции нейтрализации и расчета энтальпии нейтрализации.
ЗАДАНИЕ:
Выполните три лабораторных опыта, результаты запишите в таблицу. Составьте отчет по теме.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ:
Во взвешенный калориметрический стакан поместите 50 мл 1,0 М раствора основания и измерьте его температуру. В отдельный стакан отмерьте 50 мл 1,0 М раствора кислоты и запишите показания термометра. Затем через воронку влейте раствор кислоты в калориметр. Отметьте самую высокую температуру, которую покажет термометр после сливания растворов.
Определение проведите два раза с сильными кислотами и основаниями и один раз со слабыми. Начинайте определение со слабых:
NH3 aq + CH3COOH aq = CH3COONH4 aq, |
ΔH1 |
< 0 |
NaOH aq + HCl aq = NaCl aq + H2O ж, |
ΔH2 |
< 0 |
KOH aq + HNO3 aq = KNO3 aq + H2O ж, |
Н3 |
< 0 |
14
Результаты занесите в табл. 3.
Таблица 3
Наименование величины |
1 |
2 |
3 |
Масса калориметрического стакана, m, г |
|
|
|
Концентрация растворов, С, моль/л |
|
|
|
Объем каждого раствора, V, мл |
|
|
|
Температура основания, tосн., оС |
|
|
|
Температура кислоты, tк., оС |
|
|
|
Начальная температура, t1=0,5(tосн.+tк.), оС |
|
|
|
Температура нейтрализации, t2, оС |
|
|
|
Общая масса растворов, m2 = 2Vρ, г |
|
|
|
Энтальпия нейтрализации, ∆Нонейтр., Дж/моль |
|
|
|
По результатам опытов вычислите энтальпию нейтрализации 1 моля кислоты (основания) по формуле:
|
|
|
t C |
; |
|
нейтр. |
V(л) М |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
||
где |
|
t = t2 – t1 |
|
||
C – теплоемкость калориметрической жидкости и всех соприкасающихся с ней частей калориметра: стакана, мешалки, термометра:
С = ΣСi·mi , так что С = С1·m1 + C2·m2
Удельная теплоемкость стекла (Ст) равна 0,753 Дж/г·град, раствора (Ср) – 4,184 Дж/г·град, ρ – плотность раствора – 1 г/мл, V и С – объем и молярная концентрация кислоты (основания).
ВЫВОДЫ:
1.Объясните, почему реакция нейтрализации 1 моля любой
сильной одноосновной кислоты (НС1, HNO3 и т.п.) сильными основаниями (NaOH, KOH и т.п.) в достаточно разбавленных водных растворах сопровождается почти одинаковым экзотермическим тепловым эффектом, при 298 К незначительно отклоняющимся от -55,900, при 291 К -57,363 кДж/моль.
2.Объясните, почему для слабых электролитов в реакции нейтрализации выделяется значительно меньшее количество теплоты.
15