ЗАВИСИМОСТЬ ПЛОТНОСТИ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИ 20⁰C

XXXVII конкурс исследовательских работ учащихся

в области естественных и гуманитарных наук

Верещагинский район

Муниципальное автономное образовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 1»

Естественный блок

Направление: химия

ЗАВИСИМОСТЬ ПЛОТНОСТИ РАСТВОРОВ
СОЛЕЙ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИ 20⁰C

Пермь – 2017

СОДЕРЖАНИЕ  

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………3

ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ………………………….….………4

2.1. Характеристика использованных веществ и оборудования….……..4

2.2. Определение массы воды в зависимости от температуры……….....6

2.3. Определение зависимости плотности растворов от
концентрации хромата калия……………………………...………….6

2.4. Определение зависимости плотности растворов от концентрации
сульфата меди…………………………………………………………7

2.5. Определение зависимости плотности растворов от концентрации
хлорид бария…………………………………………………………..9

2.6. Определение зависимости плотности растворов от концентрации
нитрата аммония……………………………………………………..10

2.7. Определение зависимости плотности растворов от концентрации
хлорида натрия……………………………………………………….12

2.8. Определение зависимости плотности растворов от концентрации
сульфита натрия……………………………………..……………….12

ВЫВОДЫ…………………………………………………………………..15

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………….16

ВВЕДЕНИЕ

Проблема: Такое физическо-химическое свойство растворов, как плотность зависит от природы вещества. А каков характер зависимости плотности растворов от концентрации.

Тема: Зависимость плотности растворов солей от концентрации при 20⁰С

Актуальность: Применение растворов в быту и в промышленности имеет широкое распространение. Для применения растворов необходимы физические характеристики, одним из которых является плотность раствора. Исследованию физико-химических свойств растворов уделяется значительное количество времени и средств.  При этом экспериментальное исследование и теоретический прогноз составов и свойств растворов остаются наиболее актуальными задачами физико-химического анализа. Кроме того, прогнозирование области существования растворов с известными составами, их структуры и физико-химических свойств позволяет значительно облегчить экспериментальное исследование многокомпонентных систем.

Цель: Узнать зависимость плотностей растворов от концентраций различных солей.

 Гипотеза: При увеличении концентрации растворов солей плотность увеличивается.

Задачи: 

1) Подготовить реактивы к работе.

2) Приготовить растворы солей с различной концентрацией.

3) Для каждого раствора определить плотность.

4) Изобразить функциональную зависимость плотности растворов от концентраций.

ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Характеристика использованных веществ и оборудования

Хромат калия K2CrO4. Неорганическое соединение, соль металла калия и хромовой кислоты, жёлтые кристаллы, растворимые в воде, окрашивает раствор в желтый цвет. Хромат калия образует жёлтые кристаллы ромбической сингонии, пространственная группа P nam. При 668°С переходит в гексагональную красную фазу.

Хорошо растворяется в воде с гидролизом по аниону. Плохо растворим в этаноле.

Сульфат меди CuSO4. Неорганическое соединение, медная соль серной кислоты. Нелетучее, не имеет запаха. Безводное вещество бесцветное, непрозрачное, очень гигроскопичное. Кристаллогидраты — прозрачные негигроскопичные кристаллы различных оттенков синего с горьковато-металлическим вкусом, на воздухе постепенно выветриваются (теряют кристаллизационную воду). Сульфат меди(II) хорошо растворим в воде. Из водных растворов кристаллизуется голубой пентагидрат CuSO4·5H2O — медный купоро́с. Токсичность медного купороса для теплокровных животных относительно невысокая.

Хлорид бария BaCl2. Бинарное неорганическое вещество, относящееся к классу солей. Химическая формула — BaCl2. Хлорид бария при стандартных условиях представляет собой бесцветные ромбические кристаллы. Мало растворим в спирте, не растворим в эфире. Из водных растворов кристаллизуется дигидрат хлорида бария  бесцветные кристаллы с моноклинной решёткой. Токсичен, ПДК 0,5 мг/м³.

Нитрат аммония NH4NO3 Химическое соединение NH4NO3, соль азотной кислоты. Впервые получена Глаубером в 1659 году. Используется в качестве компонента взрывчатых веществ и как азотное удобрение. Кристаллическое вещество белого цвета. Температура плавления 169,6 °C, при нагреве выше этой температуры начинается постепенное разложение вещества, а при температуре 210 °C происходит полное разложение. Температура кипения при повышенном давлении — 235 °C. Молекулярная масса 80,04 а. е. м. Скорость детонации 2570 м/с.

Хлорид натрия NaCl. Натриевая соль соляной кислоты. Известен в быту под названием поваренной соли, основным компонентом которой и является. Хлорид натрия в значительном количестве содержится в морской воде, придавая ей солёный вкус. Встречается в природе в виде минерала галита (каменной соли). Чистый хлорид натрия представляет собой бесцветные кристаллы, но с различными примесями его цвет может принимать голубой, фиолетовый, розовый, жёлтый или серый оттенок.

Сульфит натрия Na2SO3. Бесцветные кристаллы, соль натрия и сернистой кислоты, растворяется в воде, образует кристаллогидраты. Натрия сульфит — сильный восстановитель. При обычной температуре из водных растворов кристаллизуется Na2SO3·7H2O. В водных растворах легко окисляется кислородом воздуха. В водных растворах Na2SO3 присоединяет при нагревании серу с образованием тиосульфата натрия.

В работе использованы реактивы следующих марок:

Хлорид натрия  — марки «хч»

Хромат калия K2CrO4 — марки «хч»

Сульфат меди CuSO4 — марки «хч»

Хлорид бария BaCl2 — марки «хч»

Нитрат аммония NH4NO3 — марки «хч»

Сульфит натрия Na2SO3— марки «хч»

Дистиллированная вода, nD25=1.3325.

Использованное оборудование

 Взвешивание компонентов проводилось на весах «Ингредиент EHA501», (100г); дозатор Sartorius Proline 1-5 ml; мерные колбы 50 мл, 100 мл, 250 мл; ареометр 1.0 – 1.6.

2.2. Определение массы воды в зависимости от температуры

 Для определения концентрации соли необходимо определение массы воды. Для приготовления растворов использовался точный объём воды. Для определения массы воды пользовались таблицей плотности воды от температуры (рисунок 1). Чтобы определить массу воды объём умножали на плотность при соответствующей температуре.

Таблица 1

Плотность воды при различной температуре.

2.3. Определение зависимости плотности растворов от концентрации хромата калия.

 Для определения зависимости плотности растворов от концентрации готовили насыщенный раствор хромата калия. Для этого отмеряли 400 мл дистиллированной воды с температурой 17⁰С и добавляли хромат калия массой 202,15 г. Полученную смесь перемешивали до растворения. Полученный насыщенный раствор доводили до 20⁰С. И с помощью ареометра измерили плотность раствора. Для получения раствора 2 с меньшей концентрацией, к раствору 1 прибавляли 100 мл воды. Полученный раствор 2 перемешивали и доводили до 20⁰С. С помощью ареометра измерили плотность раствора. Для получения раствора 3 отливали 50 мл раствора 2 и добавляли 100 мл воды и проводили измерения. Для получения раствора 4 отливали 100 мл раствора 3 и добавляли 50 мл воды и проводили измерения. Для получения раствора 5 отливали 100 мл раствора 4 и добавляли 100 мл воды. Для получения раствора 6 отливали 100 мл раствора 5 и добавляли 100 мл воды. Для получения раствора 7 отливали 150 мл раствора 6 и добавляли 100 мл воды. Для получения раствора 8 добавляли 250 мл воды. Для получения раствора 9 отливали  250 мл раствора 8 и добавляли 250 мл воды. Полученный раствор доводили до 20⁰С и с помощью ареометра измеряли плотность. По полученным данным вычисляли массовую концентрацию растворов. Полученные данные занесены в таблицу 2.

Таблица 2

Плотности растворов хромата калия при 20⁰С

Полученные данные функциональной зависимости плотности растворов от концентрации хромата калия были изображены на рисунке 1.Данная  зависимость имеет незначительное отклонение от прямой линии.

        2.4. Определение зависимости плотности растворов от
концентрации сульфата меди

Для определения зависимости плотности растворов от концентрации готовили насыщенный раствор сульфата меди. Для этого отмеряли 250 мл дистиллированной воды с температурой 16⁰С и добавляли сульфат меди массой 45,08 г. Полученную смесь перемешивали до растворения. Полученный насыщенный раствор доводили до 20⁰С и с помощью ареометра измерили плотность раствора. Для получения раствора 2 с меньшей концентрацией отливали 50 мл раствора 1 и прибавляли 50 мл воды. Полученный раствор 2 перемешивали и доводили до 20⁰С. С помощью ареометра измерили плотность раствора. Для получения раствора 3 добавляли 50 мл воды и проводили измерения. Для получения раствора 4 отливали 50 мл раствора 3 и добавляли 50 мл воды и проводили измерения. Для получения раствора 5 отливали 50 мл раствора 4 и добавляли 50 мл воды. Для получения раствора 6 отливали 50 мл раствора 5 и добавляли 50 мл воды. Для получения раствора 7 отливали 50 мл раствора 6 и добавляли 50 мл воды. Для получения раствора 8 отливали  50 мл раствора 7 и добавляли 50 мл воды. Полученный раствор доводили до 20⁰С и с помощью ареометра измеряли плотность. По полученным данным вычисляли массовую концентрацию растворов. Полученные данные занесены в таблицу 3.

Таблица 3

Плотности растворов сульфата меди при 20⁰С

Полученные данные плотности растворов от концентрации сульфата меди были изображены на рисунке 2, и функциональной зависимости имеет прямолинейное значение.

2.5. Определение зависимости плотности растворов от концентрации хлорид бария

Для определения зависимости плотности растворов от концентрации готовили насыщенный раствор хлорид бария. Для этого отмеряли 250 мл дистиллированной воды с температурой 16⁰С и добавляли хлорид бария массой 76 г. Полученную смесь перемешивали до растворения. Полученный насыщенный раствор доводили до 20⁰С и с помощью ареометра измерили плотность раствора. Для получения раствора 2 с меньшей концентрацией отливали 50 мл раствора 1 и прибавляли 50 мл воды. Полученный раствор 2 перемешивали и доводили до 20⁰С. С помощью ареометра измерили плотность раствора. Для получения раствора 3 добавляли 50 мл воды и проводили измерения. Для получения раствора 4 отливали 50 мл раствора 3 и добавляли 50 мл воды и проводили измерения. Для получения раствора 5 отливали 50 мл раствора 4 и добавляли 50 мл воды. Для получения раствора 6 отливали 50 мл раствора 5 и добавляли 50 мл воды. Для получения раствора 7 отливали 50 мл раствора 6 и добавляли 50 мл воды. Для получения раствора 8 отливали 50 мл раствора 7 и добавляли 50 мл воды и проводили измерения. Для получения раствора 9 добавляли 100 мл воды. Полученный раствор доводили до 20⁰С и с помощью ареометра измеряли плотность. По полученным данным вычисляли массовую концентрацию растворов. Полученные данные занесены в таблицу 4.

Таблица 4

Плотности растворов хлорида бария при 20⁰С

Полученные данные плотности растворов от концентрации хлорида бария были изображены на рисунке 3, и функциональной зависимости имеет прямолинейное значение.

2.6. Определение зависимости плотности растворов от концентрации нитрата аммония

Для определения зависимости плотности растворов от концентрации готовили насыщенный раствор нитрата аммония. Для этого отмеряли 100 мл дистиллированной воды с температурой 18⁰С и добавляли нитрат аммония массой 200 г. Полученную смесь перемешивали до растворения. Полученный насыщенный раствор доводили до 20⁰С и с помощью ареометра измерили плотность раствора. Для получения раствора 2 с меньшей концентрацией отливали 50 мл раствора 1 и прибавляли 50 мл воды. Полученный раствор 2 перемешивали и доводили до 20⁰С. С помощью ареометра измерили плотность раствора. Для получения раствора 3 добавляли 50 мл воды и проводили измерения. Для получения раствора 4 отливали 50 мл раствора 3 и добавляли 50 мл воды и проводили измерения. Для получения раствора 5 отливали 50 мл раствора 4 и добавляли 50 мл воды. Для получения раствора 6 отливали 50 мл раствора 5 и добавляли 50 мл воды. Для получения раствора 7 отливали 50 мл раствора 6 и добавляли 50 мл воды. Для получения раствора 8 отливали 50 мл раствора 7 и добавляли 50 мл воды и проводили измерения. Для получения раствора 9 добавляли 200 мл воды. Полученный раствор доводили до 20⁰С и с помощью ареометра измеряли плотность. По полученным данным вычисляли массовую концентрацию растворов. Полученные данные занесены в таблицу 5.

Таблица 5

Плотности растворов нитрата аммония при 20⁰С

Полученные данные плотности растворов от концентрации нитрата аммония были изображены на рисунке 4, и функциональной зависимости имеет прямолинейное значение.

2.7. Определение зависимости плотности растворов от концентрации хлорида натрия

Для анализа функциональной зависимости хлорида натрия были использованы ранее полученные данные зависимости плотности растворов от концентрации для хлорида натрия другого автора. Автором было получено 7 растворов, у которых определена плотность. Полученные данные автором занесены в таблицу 6.

Таблица 6

Плотности растворов хлорида натрия при 20⁰С

Полученные данные плотности растворов от концентрации хлорида натрия были изображены на рисунке 6, и функциональной зависимости имеет прямолинейное значение.

2.8. Определение зависимости плотности растворов от концентрации сульфита натрия

Для анализа функциональной зависимости сульфита натрия были использованы ранее полученные данные зависимости плотности растворов от концентрации для сульфита натрия другого автора. Автором было получено 9 растворов, у которых определена плотность. Полученные данные автором занесены в таблицу 7.

Таблица 7

Плотности растворов сульфита натрия при 20⁰С

Полученные данные плотности растворов от концентрации сульфита натрия были изображены на рисунке 5, и функциональной зависимости имеет прямолинейное значение.

На рисунке 7 изображены совместные зависимости плотности растворов от концентрации. Практически все имеют линейное изменение. Из предложенных солей, плотности растворы только хромата калия имеют нелинейную зависимость от концентрации.

ВЫВОДЫ

1) В ходе исследования были приготовлены реактивы к работе, которые использовались для приготовления растворов.

2) Были приготовлены растворы солей с различными концентрациями (даны в таблицах выше), а также определены плотности растворов.

3) В завершении практической работы мы изобразили на графиках функциональную зависимость плотности растворов от концентрации и увидели, как зависит плотность раствора от концентрации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Веб сайт https://ru.wikipedia.org/wiki/

2. Мазунин С.А. Физико-химический анализ в химии и химической технологии: учеб. пособ., Перм. гос. нац. исслед. ун-т. Пермь, 2014. С. 492.

3. Носков М.Н. Фазовые равновесия в многокомпонентных водных системах, содержащих ионы K+, NH4+, H2PO4-, HPO42-, SO42-, Cl- и карбамид. Дис. канд. хим. н. Пермь 2016г. С. 307.

4. Справочник по растворимости солевых систем. Л.,1953,Т.1, 671с.

5. Киргинцев А. Н., Трушникова Л. Н., Лаврентьева В. Г. Растворимость неорганических веществ в воде. Справочник. Изд-во «Химия», 1972. 248 с.