Информатика_ПР_02. Лабораторная работа 2. Типовые химические расчеты. Расчет концентраций и pH раствора сильной кислоты

• Название: Лабораторная работа 2. Типовые химические расчеты. Расчет концентраций и pH раствора сильной кислоты
• Дата: 10.11.2022
• Размер: 261 Kb.
• Имя файла: Информатика_ПР_02.doc
• Тип: Лабораторная работа; #780498

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

Обозначения: М – молярная масса, V – объем раствора.

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 = - log₁₀ (C) [8]

Задание

Дано: Молярная масса и таблица значений плотности растворов сильной одноосновной кислоты при разных процентных концентрациях раствора.

Найти:

• 
  массовую концентрацию кислоты в растворах в г/л;
  
• 
  молярную концентрацию кислоты в растворах в моль/л;
  
• 
  pH растворов.
  

Построить график изменения pH в зависимости от процентной концентрации раствора.

Исследовать изменение результатов расчетов при изменении объема раствора.

Этапы выполнения работы

1. Создать структуру электронной таблицы для расчета концентраций растворенного вещества. Ввести название таблицы (с названием кислоты – HCl или HNO₃ 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.
  
• 
  Анализ влияния 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 HNO₃).

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 (перечислить величины)…

Величины (перечислить величины) не изменяются при любых значениях объема раствора.

При возрастании процентной концентрации раствора pH раствора (не изменяется, увеличивается, уменьшается).