Datum: Jazykové gymnázium Pavla Tigrida, Ostrava-Poruba Název projektu: Podpora rozvoje praktické výchovy ve fyzice a chemii Tlak vzduchu: Teplota vzduchu: Laboratorní cvičení č. Výpočty na složení roztoků a jejich příprava Vlhkost vzduchu : Jméno a příjmení: Podpis vyučujícího: Spolupracoval: Úkol č. 1: Výpočty na složení roztoků Pomůcky: kalkulačky Teorie: Roztokem rozumíme homogenní(stejnorodou)směs,skládající se nejméně ze dvou látek,jejichž zastoupení můžeme v určitých mezích plynule měnit. Roztok se skládá z rozpouštědla a rozpuštěných látek.ve vodných roztocích je rozpouštědlem vždy voda,v ostatních případech považujeme za rozpouštědlo převládající složku soustavy.roztok vzniká rozpuštěním látek v daném rozpouštědle.v chemii se nejčastěji setkáváme s kapalnými roztoky(pravými roztoky),kdy nerozšířenějším rozpouštědlem je voda(polární sloučenina).roztoky obsahují volně pohyblivé ionty,vedou elektrický proud a nazýváme je elektrolyty. Nasycený roztok už nemůže za dané teploty přijmout další množství rozpuštěné látky. Nenasycený roztok může za dané teploty přijmout další množství rozpuštěné látky. Rozpustnost látky v daném rozpouštědle je určena hmotností látky,kterou lze za daných podmínek rozpustit. Vyjadřování složení roztoků: A) a) hmotnostní zlomek: w(a)= roztok ) A)-hmotnost látky A v roztoku roztok)-celková hmotnost roztoku V ( A) b) objemový zlomek: φ(a)= V(A)-objem látky A v roztoku V(roztok)-objem roztoku c) molární koncentrace: 1
n( A) Molární koncentraci roztoku vyjadřujeme vztahem c(a)=,kde n(a) je látkové množství látky A m a V(roztok) objem roztoku.za látkové množsví můžeme dosadit n=,kde M je molární hmotnost složky M roztoku,tj.látky A a m je hmotnost složky,tj.látky A.Kombinací obou uvedených vzorců můžeme molární A) koncentraci roztoku vyjádřit vzorcem: c(a)=.z toho pak hmotnost látky(složky roztoku) M ( A). můžeme vyjádřit vztahem:m=c.m.v d) směšovací rovnice(rovnice látkové bilance): m 1.w 1 +m 2.w 2 =(m 1 +m 2 ).w 3 m 1 -hmotnost roztoku č.1 w 1 -hmotnostní zlomek látky A v roztoku č.1 m 2 -hmotnost roztoku č.2 w 2 -hmotnostní zlomek látky B v roztoku č.2 w 3 -hmotnostní zlomek výsledného roztoku,který vznikne smísením roztoku č.1 a č.2 e) křížové pravidlo: platí pro mísení 2 složek bez zadání hmotnosti Zadání příkladů k výpočtům s použitím vzorců na vyjadřování složení roztoků: A. Připravte 150 gramů 3% roztoku hydroxidu sodného NaOH.Jakou hmotnost NaOH a jakou hmotnost vody použijete? B. Vypočítejte objem vody nutný k přípravě 300 cm 3 roztoku ethanolu,jehož objemový zlomek odpovídá 12%. C. Jaká je molární koncentrace roztoku obsahujícího 3,4 gramu dusičnanu stříbrného AgNO 3 v 50 cm 3 roztoku? D. Kolik gramů 5% roztoku je nutno přidat ke 100 gramům 50% roztoku,aby vzniknul 20% roztok? E. Jak připravíte 300 g 20% roztoku kyseliny dusičné HNO 3 při smísení 65% roztoku kyseliny dusičné a 10% roztoku kyseliny dusičné? 2
Výpočty zadaných příkladů: A. Připravte 150 gramů 3% roztoku hydroxidu sodného NaOH.Jakou hmotnost NaOH a jakou hmotnost vody použijete? roztok)=150g w(roztok)=0,03 NaOH)=? H 2 O)=? NaOH ) Použijeme vzorec pro hmotnostní zlomek: w(roztok)= roztok ) NaOH)=w(roztoku).roztoku) NaOH)=0,03.150g=4,5g NaOH Hmotnost vody získáme odečtením hmotnosti NaOH od celkové hmotnosti roztoku,tedy: H 2 O)=roztoku)-NaOH) H 2 O)=150g-4,5g=145,5g vody B. Vypočítejte objem vody nutný k přípravě 300 cm 3 roztoku ethanolu,jehož objemový zlomek odpovídá 12%. V(roztoku)=300 cm 3 φ(roztok)=0,12 V(voda)=? V ( ethanol ) Použijeme vzorec pro objemový zlomek roztoku: φ(roztok)=.z toho objem vody: V(ethanol)= φ(ethanol).v(roztok) V(ethanol)=0,12.300 cm 3 =36 cm 3 Objem vody získáme odečtením objemu ethanolu od celkového objemu roztoku: V(voda)=V(roztok)-V(ethanol)=300 cm 3-96 cm 3 =264 cm 3 Objem vody,potřebné k přípravě uvedeného roztoku,je 264 cm 3. C. Jaká je molární koncentrace roztoku obsahujícího 3,4 gramu dusičnanu stříbrného AgNO 3 v 50 cm 3 roztoku? AgNO 3 )=3,4 g V(roztok)=50 cm 3 =50.10 3 dm 3 M(AgNO 3 )=169,87 g.mol 1 c=? 3
Využijeme vzorec c= m M. V 3,4g 169,87g. mol.50.10 = 1 3 3 dm =0,4 mol.dm 3 Molární koncentrace uvedeného roztoku je 0,4 mol.dm 3. D. Kolik gramů 5% roztoku je nutno přidat ke 100 gramům 50% roztoku,aby vzniknul 20%? m 1 =100 g w 1 =0,5 m 2 =x w 2 =0,05 w 3 =0,20 Dosadíme do směšovací rovnice(rovnice látkové bilance): m 1.w 1 +m 2.w 2 =(m 1 +m 2 ).w 3 100 g.0,5+x.0,05=(100+x).0,20 x=200 g Je nutné přidat 200 gramů 5% roztoku. E.Připravte 300 gramů 20% roztoku kyseliny dusičné HNO 3 ze 65% roztoku kyseliny dusičné a 10% roztoku kyseliny dusičné. Využijeme křížové pravidlo: 65% 10 20% : 10% 45 Následně řešíme trojčlenkou: 55g 20%...45g 10% HNO 3 300 g 20%... xg 10% HNO 3 300. 45 x= 55 =245,5 g 10% HNO 3 300 g 245 g=54,5 g 65% HNO 3 Pro řešení lze použít i směšovací rovnici: m 1.w 1 +m 2.w 2 =(m 1 +m 2 ).w 3 4
(300-m 2 ).0,65+m 2.0,1=300.0,2 m 2 =245,5 g 10% HNO 3 Z toho: m 1 =300g-245,5 g=54,5 g 65% HNO 3 Pro přípravu 300 gramů 20% roztoku kyseliny dusičné musíme smíchat 245,5 g 10% kyseliny dusičné s 54,5 g 65% kyseliny dusičné. Závěr: Na základě znalosti vyjadřování složení roztoků jsme provedli výpočty zadaných příkladů. Úkol č. 2: Příprava roztoků A a C z úkolu č.1 Pomůcky: digitální váhy,laboratorní lžička,filtrační papír,kádinky,odměrné baňky,skleněné tyčinky,odměrné válce Chemikálie: voda,hydroxid sodný NaOH(žíravý),dusičnan stříbrný AgNO 3 (pozor na ruce,tvoří černé skvrny) Pracovní postup: 1. Na základě odborného výpočtu příkladu A odvážíme na digitálních vahách potřebné množství hydroxidu sodného NaOH a ve skleněném válci odměříme potřebné množství vody a v kádince připravíme roztok potřebné koncentrace. 2. Na základě odborného výpočtu příkladu C odvážíme na digitálních vahách potřebné množství dusičnanu stříbrného AgNO 3 a vložíme jej do odměrné baňky s menším množstvím vody,rozpustíme a doplníme zbylým množstvím vody až po rysku. Pozorování: Pracujeme s použitím ochranných prostředků(rukavice).důležitá je přesnost nejen při vážení chemických látek,ale také při samotné přípravě roztoků. Nákres(foto): 5
Princip úkolu a závěr: Chceme-li připravit prakticky roztok požadované koncentrace,musíme nejdříve vypočítat množství látek,které budeme pro přípravu roztoku potřebovat.poté roztok prakticky připravíme. 6