Файл: Лабораторная работа 2. Типовые химические расчеты. Расчет концентраций и pH раствора сильной кислоты. Цель работы.pdf

Лабораторная работа №2. Типовые химические расчеты.
Расчет концентраций и pH раствора сильной кислоты.
Цель работы
Использование инструментария электронных таблиц MS Excel (относительные и абсолютные ссылки, средства форматирования текстовых и числовых значений в ячейках таблицы, средства построения и форматирования диаграмм и рядов данных) на примере типовых химических расчетов (пересчет концентраций растворов в различных единицах измерений и построение графика изменения pH раствора).
Химическая постановка задачи
При изучении растворимости веществ и физико-химических свойств растворов часто возникают типичные вопросы, связанные с определением концентрации растворенных веществ, например:
1. Какова концентрация раствора, полученного растворением X г вещества в Y г воды?
2. Сколько г вещества содержится в X г Y-процентного раствора?
3. Сколько г воды необходимо добавить к X г вещества, чтобы получить Y-процентный раствор?
4. Сколько г вещества необходимо добавить к X г воды, чтобы получить Y-процентный раствор?
Простейшие расчеты, связанные с растворимостью веществ в воде, основаны на использовании формул, связывающих массы воды и растворенного вещества с массой и концентрацией раствора (в массовых процентах).
Однако при изучении свойств растворов кислот и оснований главной характеристикой является pH растворов, рассчитываемый на основе молярной концентрации вещества, а не процентной. Для расчета молярной концентрации необходимо знать количество растворенного вещества и объем раствора. Эти величины можно определить, зная процентную концентрацию раствора и его плотность.
Расчётные формулы
Процентная концентрация раствора вещества
P = m в-ва
/ m р-ра
[1]
Плотность раствора
R = m р-ра
/ V
[2]
Масса раствора m
р-ра
= R * V
[3]
Масса вещества в растворе m
в-ва
= P * m р-ра
[4]
Массовая концентрация вещества
Q = m в-ва
/ V
[5]
Количество вещества n = m в-ва
/ M
[6]
Мольная концентрация вещества
C = n / V
[7] pH раствора сильной одноосновной кислоты pH = - log
10
(C)
[8]

Задание
Дано: Таблица значений плотности растворов сильной кислоты при разных процентных концентрациях.
Найти:
• массовую концентрацию кислоты в растворах в г/л;
• молярную концентрацию кислоты в растворах в моль/л;
• pH растворов.
Построить график изменения pH раствора сильной одноосновной кислоты в зависимости от ее процентной концентрации.
Исследовать изменение результатов расчетов при изменении параметра расчетов - объема раствора.
Этапы выполнения работы
1. Создать структуру электронной таблицы для расчета концентраций растворенного вещества. Ввести название таблицы (с названием кислоты – HCl или HNO
3
в соответствии с номером варианта), заголовки столбцов и значения параметров расчетов.
Выделить заголовки столбцов жирным шрифтом. Выровнять текст по центру ячейки.
Пиктограммы форматирования текста находятся на Главной вкладке:
Увеличить высоту строк с названиями. Установить параметр форматирования
Выравнивание - Переносить текст, используя пункт меню Ячейки – Формат – Формат
ячеек.

2. Скопировать из файла Растворы.xls (в соответствии с номером варианта) исходные данные для расчетов в первые два столбца таблицы, включая молярную массу сильной кислоты и объем раствора (V=100 мл во всех вариантах).
3. Ввести расчётные формулы в остальные столбцы таблицы.
В расчетных формулах необходимо учитывать единицы измерения величин. В частности, при расчете массы вещества нужно учесть, что концентрация Р выражена в процентах, а не в долях единицы (коэффициент пересчета равен 1/100). Массовые и молярные концентрации Q и С рассчитываются относительно литров, а не миллилитров объема раствора (коэффициент пересчета равен 1000).
Для корректного копирования вниз расчетных формул из первой расчетной строки необходимо использовать абсолютные ссылки на ячейки с параметрами расчетов
($A$5 для молярной массы и $B$5 для объема раствора).
4.
Отформатировать значения pH в столбце H так, чтобы они имели ровно 3 знака после запятой.
Для этого выделить числа в столбце Н и открыть меню Ячейки – Формат – Формат
ячеек. В открывшемся диалоговом окне установить:
• Числовой формат – Числовой
• Число десятичных знаков – 3
• Отрицательные числа (со знаком минус) –
красные.

4.
Используя пункт меню Вставка – Диаграмма, построить график изменения pH раствора сильной кислоты (столбец H) в зависимости от процентной концентрации
(столбец A) в виде точечной диаграммы без соединительных линий.
Диаграмма должна иметь белый фон, заголовок и названия осей координат (названия осей вставляются по кнопке «плюс» справа от диаграммы).
Если для столбца расчетных значений pH был заранее указан правильный формат (три знака после запятой, отрицательные числа – красные со знаком минус), то этот формат чисел будет автоматически перенесен на форматирование оси Y на диаграмме. Для шкалы значений по оси Y необходимо указать диапазон значений от –1 до +1. Для этого нужно выделить ось Y, нажать на нее правой кнопкой мыши, в контекстном меню выбрать пункт Формат оси и в открывшемся меню установить Минимум.
Параметры форматирования рядов данных и других элементов диаграммы могут быть изменены при помощи контекстного меню диаграммы и ее элементов.
5. Изучить влияние параметра расчета – объема раствора V – на результаты расчетов.
Задать поочередно несколько разных значений (10, 30, 50 и 100 мл) и записать в отчет:
• какие расчетные величины изменяются в зависимости от данного параметра;
• какие расчетные величины не изменяются в зависимости от данного параметра;
• изменится ли вид зависимости pH от процентной концентрации раствора.

Содержание отчета о работе:
• Название работы;
• Номер варианта и название сильной кислоты;
• Структура расчетной таблицы (заголовки столбцов с указанием адресов ячеек);
• Расчетные формулы с указанием адресов ячеек (на примере первой расчетной строки);
• Схематичный график с указанием шкал по осям, отражающий качественный характер зависимости;
• Численные значения результатов расчетов (на примере последней строки таблицы) при исходном значении параметра расчета V=100 мл.
• Влияние объема раствора V на результаты расчетов.
Контрольные вопросы:
• Какой тип ссылок необходим для использования в расчетных формулах переменных величин?
• Какой тип ссылок необходим для использования в расчетных формулах констант
(параметров расчетов)?
• Какие расчетные величины изменяются при изменении объема раствора и почему?
• Какие расчетные величины не изменяются при изменении объема раствора и почему?
• Может ли величина pH раствора сильной кислоты быть больше +1?
• Может ли величина pH раствора сильной кислоты стать отрицательной?
• Могут ли другие расчетные величины (кроме pH) принимать отрицательные значения?
• Почему нельзя использовать тип диаграммы «График»?
• Можно ли соединить точки на графике линиями?
• Можно ли использовать на графике сглаженные соединительные линии?
• Можно ли использовать такую расчетную таблицу для двухосновной сильной кислоты?
Если да, то как нужно модифицировать расчетные формулы?
• Можно ли использовать такую расчетную таблицу для расчета pH раствора сильного основания? Если да, то как нужно модифицировать расчетные формулы?
• Можно ли использовать такую расчетную таблицу для расчета pH слабой кислоты или слабого основания? Если да, то как нужно модифицировать расчетные формулы?
• Как изменить параметры форматирования текста в ячейках таблиц?
• Как изменить параметры форматирования чисел в ячейках таблиц?
• Как изменить параметры форматирования рядов данных на диаграммах?
• Как изменить диапазон исходных данных для ряда данных и диаграммы в целом?
• Для чего нужно ручное указание минимального и/или максимального значения на осях?
• Сколько значащих цифр имеется в исходных данных (значения плотности растворов)?
• Сколько значащих цифр следует оставлять в результатах расчетов?

Пример выполнения лабораторной работы

Пример отчета о выполнении лабораторной работы
Лабораторная работа № 2. Типовые химические расчеты.
Расчет концентраций и pH раствора сильной кислоты.
Вариант №0 (азотная кислота HNO
3
).
Структура расчетной таблицы:
Расчетные формулы:
С9 = B9 * $B$5
D9 = A9 * C9 / 100
E9 = D9 / $B$5 * 1000
F9 = D9 / $A$5
G9 = F9 / $B$5 * 1000
H9 = – LOG10 ( G9 )
График зависимости pH раствора азотной кислоты от процентной концентрации
Результаты расчета при V = 100 мл
P
R
m р-ра
m в-ва
Q
n
C
pH
45
1,2783
127,8
57,52
575,2
0,9131
9,131 -0,961
При изменении параметра расчета V (объема раствора) происходит изменение величин
…
Величины … не изменяются при любых значениях объема раствора.
Качественный характер зависимости pH от концентрации раствора …