Приготовление растворов солей
с определенной массовой долей
растворенного вещества
Практическая работа выполняется по инструкции и содержит несколько вариантов. Каждый ученик выбирает один из пяти предложенных вариантов задач. Задания, обозначенные звездочкой (*), предназначены для учащихся, успешно выполнивших предыдущие задания.
Цели. Уметь готовить растворы с определенной массовой долей растворенного вещества, используя следующие операции: взвешивание, отмеривание определенного объема жидкости, растворение; производить необходимые расчеты; знать расчетную формулу для определения массовой доли растворенного вещества, правила пользования химической посудой и реактивами.
Оборудование. Технические весы с разновесами, химический стакан, мерный цилиндр, ложечка для сыпучих веществ, стеклянная палочка, склянка под приготовленный раствор.
Реактивы. NaCl, Н3ВO3, СuSO4, NaHCO3 – все кристаллические, 30%-й раствор NaOH, дистиллированная (кипяченая) вода.
Подготовить для приготовляемых растворов склянки с этикетками, на которых формула изображена в цвете: для кислот – красным, для солей – черным, для щелочей – синим.
Правила техники безопасности
Осторожно обращайтесь с химическим оборудованием!
Пользуйтесь чистой и пригодной для работы посудой.
Запрещается пробовать вещества на вкус (а),
брать вещества руками (б),
оставлять неубранными рассыпанные
или разлитые реактивы (в),
оставлять открытыми склянки с жидкостями
и банки с сухими веществами (г);
работу проводить только над столом (д)
Предварительно учащиеся получают домашнее задание, связанное с изучением содержания предстоящей работы по инструкции, используя материал учебников 8-го класса авторов О.С.Габриеляна (§ 34) или Г.Е.Рудзитиса, Ф.Г.Фельдмана (§ 30).
ХОД УРОКА
В письменном отчете записываются название темы, цели, оборудование, реактивы (4–5 мин).
Предлагается несколько вариантов расчетных задач для приготовления растворов и пример решения задачи.
Вариант № 1
Определите массы воды и борной кислоты, необходимые для приготовления 50 г раствора с массовой долей кислоты 0,02. Где применяют данный раствор?
Вариант № 2
Какие массы гидрокарбоната натрия и воды надо взять, чтобы приготовить раствор массой 50 г с массовой долей соли 10%? Где используют данный раствор?
Вариант № 3
В 45 г воды растворено 5 г NaCl. Вычислите массовую долю растворенного вещества в растворе. Для чего необходим этот раствор в быту и лаборатории?
Вариант № 4 *
Рассчитайте массы воды и безводного сульфата меди, необходимые для приготовления 100 мл раствора, содержащего 8% соли. плотность раствора – 1,084 г/мл. Где применяют полученный раствор?
Вариант № 5 *
Какую массу воды нужно добавить к 100 мл 30%-го раствора гидроксида натрия ( 
= 1,33 г/мл) для получения 10%-го раствора щелочи, используемого в лаборатории?
Пример решения задачи
Вычислите массы соли и воды, которые потребуются для приготовления 50 г раствора хлорида натрия, содержащего 0,1 массовой доли соли.
Этапы выполнения работы
1. После произведенных расчетов по одному из вариантов оформите их в тетради (6–7 мин).
2. Отвесьте рассчитанное количество вещества и поместите его в стакан объемом 100 мл или колбу на 200 мл.
Помните! К соли приливают воду! Кислоту добавляют в воду при постоянном перемешивании!
Взвешивание
(6–7 мин)
Технохимические весы:
1 – стойка; 2 – стремена; 3 – коромысло;
4 – чашка; 5 – стрелка; 6 – ручка арретира
· Отрегулируйте арретиром весы.
· Взвешиваемое вещество кладите на левую чашку весов, разновесы на правую. (Для левшей – на правую чашку кладут вещество, на левую – разновесы.)
· Разновесы брать только пинцетом и при снятии с весов класть сразу в те гнезда футляра, из которых они были взяты.
· После взвешивания чашка весов должна оставаться чистой.
· По окончании работы проверьте разновесы. Весы арретировать (привести в нерабочее состояние).
Жидкости на весах не взвешивают !
3. Отмерьте мерным цилиндром рассчитанный объем жидкости и вылейте в стакан с солью или водой (1–2 мин).
4. Перемешайте стеклянной палочкой смесь до полного растворения вещества. Раствор готов!
5. В отчете опишите последовательность ваших действий. Сделайте рисунок сосуда, в котором вы приготовили раствор (10 мин). 
Склянку с раствором сдайте учителю или лаборанту.
Пример. 0,9%-й раствор NaCl называется физиологическим. Применяется для инъекций.
6. Сделайте письменный вывод о проделанной работе (5–6 мин).
7. Приведите рабочее место в порядок (1–2 мин).
Сдайте тетради на проверку.
Домашнее задание
Задача. Определите массу воды, которую нужно добавить к 50 г раствора с массовой долей соли 5%, чтобы получить раствор с массовой долей соли 2%.
Учитель следит за выполнением работы учащимися и отмечает свои наблюдения в карточке учета умений.
Карточка учета умений
| Операции практической работы | Фамилии учащихся | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| А | Б | В | Г | Я | ||
| Приготовление склянки для раствора | ||||||
| Знание правил техники безопасности | ||||||
| Взвешивание вещества | ||||||
| Работа с мерным цилиндром | ||||||
| Приготовление раствора | ||||||
| Kультура выполнения опыта | ||||||
| Оформление отчета | ||||||
Образцы отчета о проделанной
практической работе
Вариант № 1
Взвешиваю 1 г борной кислоты, помещаю его в стакан и добавляю к веществу воды до метки 50 мл. Вещество растворяется в воде. Для его лучшего растворения перемешиваю раствор стеклянной палочкой. Переливаю раствор в приготовленную склянку с этикеткой.
Раствор борной кислоты используют в медицине как дезинфицирующее средство.
В лаборатории он хранится в аптечке для промывания глаз в случае попадания в них щелочи.
Вариант № 2
Взвешиваю 5 г гидрокарбоната натрия и помещаю в химический стакан вместимостью 50 мл (или 100 мл). Добавляю воды до метки 50 мл. Вещество растворяется. для его полного растворения перемешиваю раствор стеклянной палочкой. Получила 10%-й раствор NaHCO3. Переливаю раствор в склянку с этикеткой.
Полученный раствор используют для обработки кожного покрова в случае попадания на него кислоты.
Вариант № 3
Взвешиваю на весах 5 г хлорида натрия и помещаю соль в химический стакан. Мерным цилиндром отмериваю 45 мл воды и добавляю к соли. Для лучшего растворения соли перемешиваю раствор стеклянной палочкой. Переливаю раствор в приготовленную склянку.
Раствор используют в быту для засолки огурцов и квашения капусты. В лаборатории раствор NaCl используют как реактив для проведения химическиx реакций.
Вариант № 4 *
Взвешиваю на весах 8,7 г соли CuSO4. Отмериваю мерным цилиндром 100 мл воды и переливаю в стакан с солью. Перемешиваю раствор стеклянной палочкой. Приготовленный раствор переношу в склянку с этикеткой.
Раствор используют для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур.
Вариант № 5 *
Добавим к выданному 30%-му раствору щелочи 266 мл воды. Получили 10%-й раствор NаОН.
Внимание! Если для приготовления растворов берут щелочь в кристаллическом виде, тогда щелочь добавляют в воду.
Раствор используют в химической лаборатории для проведения химических реакций.
Вывод. Рассчитав массу вещества и объем воды, приготовили раствор с заданной концентрацией растворенного вещества, используя операции: взвешивание, отмеривание объема жидкости, растворение. Растворы широко применяются в быту и народном хозяйстве.
Источник
Расчеты при приготовлении водных растворов
Приблизительные растворы. При приготовлении приблизительных растворов количества веществ, которые должны быть взяты для этого, вычисляют с небольшой точностью. Атомные веса элементов для упрощения расчетов допускается брать округленными иногда до целых единиц. Так, для грубого подсчета атомный вес железа можно принять равным 56 вместо точного —55,847; для серы — 32 вместо точного 32,064 и т. д.
Вещества для приготовления приблизительных растворов взвешивают на технохимических или технических весах.
Принципиально расчеты при приготовлении растворов совершенно одинаковы для всех веществ.
Количество приготовляемого раствора выражают или в единицах массы (г, кг), или в единицах объема (мл, л), причем для каждого из этих случаев вычисление количества растворяемого вещества проводят по-разному.
Пример. Пусть требуется приготовить 1,5 кг 15%-ного раствора хлористого натрия; предварительно вычисляем требуемое количе-ство соли. Расчет проводится согласно пропорции:
т. е. если в 100 г раствора содержится 15 г соли (15%), то сколько ее потребуется для приготовления 1500 г раствора?
Расчет показывает, что нужно отвесить 225 г соли, тогда воды иужио взять 1500 — 225 = 1275 г. ¦
Если же задано получить 1,5 л того же раствора, то в этом случае по справочнику узнают его плотность, умножают последнюю на заданный объем и таким образом находят массу требуемого количества раствора. Так, плотность 15%-нoro раствора хлористого натрия при 15 0C равна 1,184 г/см3. Следовательно, 1500 мл составляет
Следовательно, количество вещества для приготовления 1,5 кг и 1,5 л раствора различно.
Расчет, приведенный выше, применим только для приготовления растворов безводных веществ. Если взята водная соль, например Na2SO4-IOH2O1 то расчет несколько видоизменяется, так как нужно принимать во внимание и кристаллизационную воду.
Пример. Пусть нужно приготовить 2 кг 10%-ного раствора Na2SO4, исходя из Na2SO4 *10H2O.
Молекулярный вес Na2SO4 равен 142,041, a Na2SO4*10H2O 322,195, или округленно 322,20.
Расчет ведут вначале па безводную соль:
Следовательно, нужно взять 200 г безводной соли. Количество десятиводной соли находят из расчета:
Воды в этом, случае нужно взять: 2000 — 453,7 =1546,3 г.
Так как раствор не всегда готовят с пересчетом на безводную соль, то на этикетке, которую обязательно следует наклеивать на сосуд с раствором, нужно указать, из какой соли приготовлен раствор, например 10%-ный раствор Na2SO4 или 25%-ный Na2SO4*10H2O.
Часто случается, что приготовленный ранее раствор нужно разбавить, т. е. уменьшить его концентрацию; растворы разбавляют или по объему, или по массе.
Пример. Нужно разбавить 20%-ный раствор сернокислого аммония так, чтобы получить 2 л 5%-иого раствора. Расчет ведем следующим путем. По справочнику узнаем, что плотность 5%-ного раствора (NH4)2SO4 равна 1,0287 г/см3. Следовательно, 2 л его должны весить 1,0287*2000 = 2057,4 г. В этом количестве должно находиться сернокислого аммония:
Теперь можно подсчитать, сколько нужно взять 20%-ного рас* твора, чтобы получить 2 л 5%-ного раствора.
Полученную массу раствора можно пересчитать на объем его. Для этого массу раствора делят на его плотность (плотность 20%-ного раствора равна 1.1149 г/см3), т. е.
Учитывая, что при отмеривании могут произойти потери, нужно взять 462 мл и довести их до 2 л, т. е. добавить к ним 2000—462 = = 1538 мл воды.
Если же разбавление проводить по массе, расчет упрощается. Но вообще разбавление проводят из расчета на объем, так как жидкости, особенно в больших количествах, легче отмерить по объему, чем взвесить.
Нужно помнить, что при всякой работе как с растворением, так и с разбавлением никогда не следует выливать сразу всю воду в сосуд. Водой ополаскивают несколько раз ту посуду, в которой проводилось взвешивание или отмеривание нужного вещества, и каждый раз добавляют эту воду в сосуд для раствора.
Когда не требуется особенной точности, при разбавлении растворов или смешивании их для получения растворов другой концентрации можно пользоваться следующим простым и быстрым способом.
Возьмем разобранный уже случай разбавления 20%-ного раствора сернокислого аммония до 5%-ного. Пишем вначале так:
где 20 — концентрация взятого раствора, 0 — вода и 5’—-требуемая концентрация. Теперь из 20 вычитаем 5 и полученное значение пишем в правом нижнем углу, вычитая же нуль из 5, пишем цифру в правом верхнем углу. Тогда схема примет такой вид:
Это значит, что нужно взять 5 объемов 20%-ного раствора и 15 объемов воды. Конечно, такой расчет не отличается точностью.
Если смешивать два раствора одного и того же вещества, то схема сохраняется та же, изменяются только числовые значения. Пусть смешением 35%-ного раствора и 15%-ного нужно приготовить 25%-ный раствор. Тогда схема примет такой вид:
т. е. нужно взять по 10 объемов обоих растворов. Эта схема дает приблизительные результаты и ею можно пользоваться только тогда, когда особой точности не требуется.Для всякого химика очень важно воспитать в себе привычку к точности в вычислениях, когда это необходимо, и пользоваться приближенными цифрами в тех случаях, когда это не повлияет на результаты работы.Когда нужна большая точность при разбавлении растворов, вычисление проводят по формулам.
Разберем несколько важнейших случаев.
Приготовление разбавленного раствора. Пусть с — количество раствора, m%—концентрация раствора, который нужно разбавить до концентрации п%. Получающееся при этом количество разбавленного раствора х вычисляют по формуле:
а объем воды v для разбавления раствора вычисляют по формуле:
Смешивание двух растворов одного и того же вещества различной концентрации для получения раствора заданной концентрации. Пусть смешиванием а частей m%-ного раствора с х частями п%-ного раствора нужно получить /%-ный раствор, тогда:
Точные растворы. При приготовлении точных растворов вычисление количеств нужных веществ проверят уже с достаточной степенью точности. Атомные весы элементов берут по таблице, в которой приведены их точные значения. При сложении (или вычитании) пользуются точным значением слагаемого с наименьшим числом десятичных знаков. Остальные слагаемые округляют, оставляя после запятой одним знаком больше, чем в слагаемом с наименьшим числом знаков. В результате оставляют столько цифр после запятой, сколько их имеется в слагаемом с наименьшим числом десятичных знаков; при этом производят необходимое округление. Все расчеты производят, применяя логарифмы, пятизначные или четырехзначные. Вычисленные количества вещества отвешивают только на аналитических весах.
Взвешивание проводят или на часовом стекле, или в бюксе. Отвешенное вещество высыпают в чисто вымытую мерную колбу через чистую сухую воронку небольшими порциями. Затем из промывалки несколько раз небольшими порциями воды обмывают над воронкой бнже или часовое стекло, в котором проводилось взвешивание. Воронку также несколько раз обмывают из промывалки дистиллированной водой.
Для пересыпания твердых кристаллов или порошков в мерную колбу очень удобно пользоваться воронкой, изображенной на рис. 349. Такие воронки изготовляют емкостью 3, 6, и 10 см3. Взвешивать навеску можно непосредственно в этих воронках (негигроскопические материалы), предварительно определив их массу. Навеска из воронки очень легко переводится в мерную колбу. Когда навеска пересыпается, воронку, не вынимая из горла колбы, хорошо обмывают дистиллированной водой из промывалки.
Как правило, при приготовлении точных растворов и переведении растворяемого вещества в мерную колбу растворитель (например, вода) должен занимать не более половины емкости колбы. Закрыв пробкой мерную колбу, встряхивают ее до полного растворения твердого вещества. После этого полученный раствор дополняют водой до метки и тщательно перемешивают.
Молярные растворы. Для приготовления 1 л 1 M раствора какого-либо вещества отвешивают на аналитических весах 1 моль его и растворяют, как указано выше.
Пример. Для приготовления 1 л 1 M раствора азотнокислого серебра находят в таблице или подсчитывают молекулярную массу AgNO3, она равна 169,875. Соль отвешивают и растворяют в воде.
Если нужно приготовить более разбавленный раствор (0,1 или 0,01 M), отвешивают соответственно 0,1 или 0,01 моль соли.
Если же нужно приготовить меньше 1 л раствора, то растворяют соответственно меньшее количество соли в соответствущем объеме воды.
Нормальные растворы готовят аналогично, только отвешивая не 1 моль, а 1 грамм-эквивалент твердого вещества.
Если нужно приготовить полунормальный или децинормальный раствор, берут соответственно 0,5 или 0,1 грамм-эквивалента. Когда готовят не 1 л раствора, а меньше, например 100 или 250 мл, то берут1/10 или 1/4 того количества вещества, которое требуется для приготовления I л, и растворяют в соответствующем объеме воды.
Рис 349. Воронки для пересыпания навески а колбу.
После приготовления раствора его нужно обязательно проверить титрованием соответствующим раствором другого вещества с известной нормальностью. Приготовленный раствор может не отвечать точно той нормальности, которая задана. В таких случаях иногда вводят поправку.
В производственных лабораториях иногда готовят точные растворы «по определяемому веществу». Применение таких растворов облегчает расчеты при анализах, так как достаточно умножить объем раствора, пошедший на титрование, на титр раствора, чтобы получить содержание искомого вещества (в г) во взятом для анализа количестве какого-либо раствора.
Расчет при приготовлении титрованного раствора по определяемому веществу ведут также по грамм-эквиваленту растворяемого вещества, пользуясь формулой:
Пример. Пусть нужно приготовить 3 л раствора марганцовокислого калия с титром по железу 0,0050 г/мл. Грамм-эквивалент KMnO4 равен 31,61., а грамм-эквивалент Fe 55,847.
Вычисляем по приведенной выше формуле:
Стандартные растворы. Стандартными называют растворы с разными, точно определенными концентрациями, применяемые в колориметрии, например растворы, содержащие в 1 мл 0,1, 0,01, 0,001 мг и т. д. растворенного вещества.
Кроме колориметрического анализа, такие растворы бывают нужны при определении рН, при нефелометрических определениях и пр. Иногда стандартные растворы» хранят в запаянных ампулах, однако чаще приходится готовить их непосредственно перед применением. Стандартные растворы готовят в объеме не больше 1 л, а ча ще — меньше. Только при большом расходе стандартного раствори можно готовить несколько литров его и то при условии, что стандартный раствор не будет храниться длительный срок.
Количество вещества (в г), необходимое для получения таких растворов, вычисляют по формуле:
Пример. Нужно приготовить стандартные растворы CuSO4 • 5H2O для колориметрического определения меди, причем в 1 мл первого раствора должно содержаться 1 мг меди, второго — 0,1 мг, третьего —0,01 мг, четвертого — 0,001 мг. Вначале готовят достаточное количество первого раствора, например 100 мл.
В данном случае Mi = 249,68; АСu = 63,54; следовательно, для приготовления 100 мл раствора, 1 мл которого содержал бы 1 мг меди (Т = 0,001 г/мл), нужно взять
Навеску соли переносят в мерную колбу емкостью 100 мл и добавляют воду до метки. Другие растворы готовят соответствующим разбавлением приготовленного.
Эмпирические растворы. Концентрацию этих растворов чаще всего выражают в г/л или г/мл. Для приготовления эмпирических растворов применяют очищенные перекристаллизацией вещества или реактивы квалификации ч. д. а. или х. ч.
Пример. Нужно приготовить 0,5 л раствора CuSO4, содержашего Cu 10 мг/мл. Для приготовления раствора применяют CuSO4 • 5H2O.
Чтобы подсчитать, сколько следует взять этой солн для приготовления раствора заданного объема, подсчитывают, сколько Cu должно содержаться в нем. Для этого объем умножают на заданную концентрацию, т. е.
500*10 = 5000 мг, или 5,0000 г
После этого, зная молекулярный вес соли, подсчитывают нужное количество ее:
На аналитических весах отвешивают в бюксе точно 19,648 г чистой соли, переводят ее в мерную колбу емкостью 0,5 л. Растворение проводят, как указано выше.
Источник