Последовательность выполнения работы. 1. Определение массовой доли NaCl [%] исходного концентрированного раствора по его плотности, измеренной ареометром.

 

1. Определение массовой доли NaCl [ % ] исходного концентрированного раствора по его плотности, измеренной ареометром.

 

Ареометр – стеклянная трубка с расширением внизу, частично заполненная дробью (ртутью). В узкой части – шкала с делениями. Наименьшее значение плотности ρ (г/ см³) нанесено вверху шкалы, наибольшее – внизу. Применение ареометра основано на том, что плавающее тело погружается в жидкость до тех пор, пока масса вытесненной им жидкости не станет равной массе самого тела. Глубина погружения ареометра зависит от природы жидкости: с уменьшением плотности жидкости ареометр погружается глубже.

1.1. Пустой чистый цилиндр ополаскивают 3 – 5 см³ концентрированного раствора, затем наливают в него достаточное (для свободного перемещения ареометра) количество раствора, медленно погружают в раствор чистый сухой ареометр со шкалой плотностей, наиболее близкой ожидаемой плотности раствора. При этом тонкая часть ареометра придерживается двумя пальцами до тех пор, пока не будет ощущаться выталкивающая сила (всплывание). Уровень жидкости должен находиться в пределах шкалы ареометра. По нижнему уровню мениска раствора на шкале ареометра производится отсчет плотности. В случае если ареометр всплывает или уровень раствора не доходит до шкалы, следует использовать ареометр со шкалой, рассчитанной на большую плотность. Если ареометр тонет в растворе или уровень жидкости оказывается выше градуированной шкалы, следует воспользоваться ареометром, рассчитанным на меньшую плотность.

При использовании ареометра следует до и после употребления промыть его дистиллированной водой, осушить с помощью фильтровальной бумаги и поместить в специальный штатив.

1.2. По измеренной плотности, пользуясь данными справочной таблицы 1 плотностей растворов поваренной соли в зависимости от ее массовой доли в растворе, находят значение массовой доли соли в растворе.

 

Таблица 1 – Плотность водных растворов хлорида натрия при 200С
Массовая доля хлорида натрия ω, %	Плотность раствора ρ, г/см3
	1,0053
	1,0125
	1,0268
	1,0413
	1,0559
	1,0707
	1,0857
	1,1009
	1,1162
	1,1319
	1,1478
	1,1640
	1,1804
	1,1972

 

Если показания ареометра не совпадают с табличными значениями, то массовую долю определяют методом интерполяции, суть которого сводится к определению промежуточного значения по двум крайним.

Допустим, при помощи ареометра определено значение плотности раствора соли ρ_х = 1,195 г/см³, что не соответствует табличным значениям плотностей. Крайние табличные значения плотностей по отношению к измеренному – ρ₁ = 1,180 г/ см³ и ρ₂ = 1,197 г/ см³. Им соответствуют массовые доли соли ω₁=24% и ω₂=26%. Считая, что в указанных пределах между плотностью и массовой долей раствора зависимость линейная (Рисунок 1), составляют пропорцию и рассчитывают массовую долю ω_х приготовленного раствора:

 

ω₂ - ω₁ − ρ₂ – ρ₁

ω_х - ω₁ − ρ_х – ρ₁

, откуда

 

 

Таким образом, находят массовую долю соли в концентрированном растворе, равную ω_х.

Рисунок 1 – Зависимость плотности раствора ρ от массовой доли соли ω.

 

2. Выполнение расчетов для приготовления раствора с заданной массовой долей (решение индивидуальной задачи).

2.1. Расчет необходимого объема исходного концентрированного раствора.

Составляют уравнение материального баланса по массе раствора и по массе растворенного вещества:

 

 

I (концентрированный раствор)	II (Н2О)	III (заданный раствор)
ωх		ω		ωз
Vх		V(H2O)		Vз
ρх		ρ(Н2О)		ρз

 

где Vзρз = mр-ра = 100 г

 

Полученное значение V_x [ см³ ] округляют до десятых после запятой.

Затем находят V(Н₂О), используя уравнение закона сохранения для массы раствора:

V (Н₂О) = m_р-ра – ρ_хV_x,

Полученное значение округляют до целого числа.

 

3. Приготовление раствора с заданной массовой долей.

3.1. При помощи чистой пипетки или бюретки, предварительно промытых небольшим количеством концентрированного раствора, отмеряют рассчитанный его объем и переносят в чисто вымытую дистиллированной водой колбу. Сюда же приливают при помощи мерного цилиндра рассчитанный объем дистиллированной воды, тщательно перемешивают.

3.2.Приготовленный таким образом раствор должен иметь заданную массовую долю поваренной соли в растворе. Правильность приготовления раствора можно проверить, измерив его плотность (метод денсиметрии).

Для этого чистый цилиндр ополаскивают 3–5 см³ приготовленного раствора, затем наливают в него достаточный (для свободного перемещения ареометра) объем раствора и погружают в него ареометр с подходящей шкалой.

3.3. По измеренной плотности, пользуясь справочной таблицей 1, определяют массовую долю вещества в растворе. При расчете массовой доли используют метод интерполяции.

3.4. Определяют погрешность эксперимента:

Δω = ω_{заданное} – ω_{полученное}

Допустимая погрешность ± 0,2%.

4. Составляют отчет по выполненной работе в соответствии с требованиями.

Дополнительное задание

Рассчитать для приготовленного раствора NaCl

а) молярную концентрацию с [ моль/дм³ ];

б) моляльную концентрацию b [ моль/кг ];

в) весовую(массовую) концентрацию ρ [ г/дм³ ];

г) титр Т [ г/ см³ ];

д) молярные доли воды и соли в растворе χ (Н₂О) и χ (NaCl).