Как найти объем поваренной соли

Задачи с решениями

Элементарная ячейка поваренной соли (NaCl) представляет собой куб, длина ребра которого (постоянная решетки) . На рис. 3.6.1 синими кружками обозначены ионы Na + , желтыми – ионы Cl – . Определите плотность поваренной соли. Относительная атомная масса натрия равна Na = 23,0, хлора – Cl = 35,5. Атомная единица массы .

Рисунок 3.6.1.

Определим число атомов Na и Cl, входящих в состав одной элементарной ячейки кристалла NaCl. В центре ячейки находится 1 атом Na, полностью принадлежащий этой ячейке. 12 атомов Na находятся на ребрах большого куба, причем каждый из них принадлежит еще трем другим элементарным ячейкам. Следовательно, одной элементарной ячейке принадлежат 4 атома Na:

В одной элементарной ячейке кристалла NaCl имеется 6 атомов Cl, находящихся в центрах граней куба, и еще 8 атомов, находящихся в его вершинах. Каждый атом на грани принадлежит еще одной соседней ячейке, а атомы Cl в вершинах куба принадлежат еще 7 ячейкам. Следовательно, одной элементарной ячейке принадлежат 4 атома Cl:

То, что числа атомов Na и Cl в элементарной ячейке совпадают (Na = Cl), следует из химической формулы поваренной соли (NaCl).

Масса , приходящаяся на одну элементарную ячейку, равна

Источник

§ 8.10. Примеры решения задач

При решении большинства задач на материал § 8.9 используется уравнение теплового баланса с включаемой в него теплотой плавления Qпл = λm или теплотой кристаллизации Qкp = -λm.

Решение ряда задач требует знания кристаллической структуры вещества.

Кристаллы поваренной соли состоят из чередующихся ионов натрия и хлора, причем ячейка кристалла имеет форму куба (рис. 8.36). Определите средние расстояния между центрами ионов в ячейке. Молярная масса поваренной соли 0,058 кг/моль, а ее плотность 2200 кг/м 3 .

Решение. Кубическая ячейка поваренной соли NaCl состоит из четырех ионов Na и четырех ионов Сl, находящихся в ее вершинах. Каждый ион (Na или Сl) входит в состав восьми ячеек. Поэтому в кристалле NaCl число кубических ячеек равно суммарному числу ионов Na и Сl. Следовательно, в одном моле поваренной соли содержится 2NA ячеек, где NA — постоянная Авогадро.

Обозначим искомое расстояние между ионами Na и Сl в ячейке буквой l, тогда объем ячейки будет равен l 3 . Объем одного моля (молярный объем) поваренной соли равен

С другой стороны, молярный объем поваренной соли можно найти, разделив молярную массу на плотность:

Из выражений (8.10.1) и (8.10.2) получаем

В массивный алюминиевый сосуд, нагретый до температуры t1 = 75 °С, положили лед массой m2 = 0,4 кг при температуре t2 = 0 °С. После установления теплового равновесия температура сосуда с его содержимым оказалась равной t = 50 °С. Какова масса m1 сосуда? Удельные теплоемкоёти алюминия и воды соответственно равны с1 = 770 Дж/(кг • К) и с2 = 4200 Дж/(кг • К). Удельная теплота плавления льда λ = 3,35 • 10 5 Дж/кг. Испарением воды и потерями тепла пренебречь.

Решение. Количество теплоты, отданное остывающим сосудом,

отрицательно, так как t 3 Дж/(кг • К) и св = 4,2 • 10 3 Дж/(кг • К). Удельная теплота плавления льда λ = 3,35 • 10 5 Дж/кг.

Решение. В этой и подобных ей задачах не следует торопиться составлять уравнение теплового баланса. Надо сначала выяснить, расплавится ли весь лед. Количество теплоты, которое выделяется водой при охлаждении до t = 0 °С, равно

Для нагревания льда до 0 °С требуется

Следовательно, лед может нагреваться до температуры плавления только за счет энергии, выделяющейся при замерзании воды. Для выделения недостающего количества теплоты Q3 = 33 600 Дж должна замерзнуть вода массой

В результате в калориметре образуется смесь из 500 г воды и 500 г льда, находящихся при температуре 0 °С.

С какой скоростью должна лететь свинцовая пуля, чтобы, ударившись о преграду, расплавиться, если до удара температура пули была t = 127 °С? При ударе на нагревание пули затрачивается η = 80% энергии пули (остальная энергия рассеивается в окружающее пространство). Удельная теплоемкость свинца с = 120 Дж/(кг • К), температура плавления свинца tпл = 327 °С. Удельная теплота плавления λ = 2,5 • 10 4 Дж/кг.

Решение. Кинетическая энергия летящей пули , где m — масса пули, v — ее скорость. На нагревание и плавление пули затрачивается энергия .

С другой стороны, на нагревание и плавление пули должно быть затрачено количество теплоты, равное

Следовательно, согласно закону сохранения энергии

Упражнение 7

  1. Если тело обладает анизотропией, означает ли это, что оно обязательно является кристаллическим?
  2. Сколько атомов приходится на одну ячейку в кристаллах с объемно-центрированной кубической структурой (см. рис. 8.11)?
  3. Сколько элементарных ячеек содержится в 1 см 3 свинца? Кристаллическая решетка свинца гранецентрированная (см. рис. 8.9). Плотность свинца ρ = 11 300 кг/м 2 . Молярная масса свинца М = 0,207 кг/моль. Постоянная Авогадро NA = 6,02 • 10 -23 моль -1 .
  4. Равные количества соли растворяют в двух одинаковых сосудах с водой. В одном случае соль берут в виде одного большого кристалла, а в другом — в виде порошка. В каком случае температура раствора после полного растворения соли будет выше, если до растворения соль и вода находились в обоих случаях при одинаковой температуре?
  5. Вода в стакане замерзает при 0 °С. Если же эту воду расчленить на маленькие капельки, то вода в них может быть переохлаждена до -40 °С. Так, например, капельки воды, из которых состоят облака, обычно начинают замерзать при температуре ниже -17 °С. Как объяснить этот факт?
  6. Какая температура установится в латунном калориметре массой m1 — 160 г, содержащем m2 = 400 г воды при температуре t1 = 25 °С, после того как расплавится помещенный в воду кусок льда массой m3 = 50 г, взятый при температуре t2 = 0 °С? Удельные теплоемкости латуни и воды равны соответственно с1 = 380 Дж/(кг • К) и с2 = 4,2 • 10 3 Дж/(кг • К). Удельная теплота плавления льда λ = 3,34 • 10 5 Дж/кг.
  7. В калориметре находится лед. Определите теплоемкость калориметра, если для нагревания его вместе с содержимым от 270 до 272 К требуется количество теплоты, равное Q1 = 2100 Дж, а от 272 до 274 К — количество теплоты, равное Q2 = 69 700 Дж. Удельные теплоемкости льда и воды равны соответственно с1 = 2,1 • 10 3 Дж/(кг-К) и с2 = 4,2 • 10 3 Дж/(кг • К). Удельная теплота плавления льда λ = 3,34 • 10 5 Дж/кг.
  8. В массивный алюминиевый сосуд, нагретый до температуры t1 = 300 °С, положили лед массой m2 = 0,25 кг при температуре t2 = 0 °С. Когда температура сосуда сравнялась с температурой его содержимого, оказалось, что в сосуде находится вода массой m3 = 0,24 кг при t3 = 100 °С. Какова масса сосуда? Удельная теплоемкость алюминия с1 = 800 Дж/(кг • К), удельная теплоемкость воды с3 = 4,2 • 10 3 Дж/(кг • К). Удельная теплота плавления льда λ = 3,34 • 10 5 Дж/кг, удельная теплота парообразования воды при 100 °С r =2,3 • 10 6 Дж/кг.
  9. Осторожно охлаждая 0,5 кг воды, удалось довести ее температуру до -8 °С. Какое количество льда образуется, если бросить в воду маленький кусочек льда? Удельная теплота плавления льда λ = 3,34 • 10 5 Дж/кг. Считать удельную теплоемкость переохлажденной воды такой же, как и обычной воды, т. е. с = 4,2 • 10 3 Дж/(кг • К).
  10. В сосуде, из которого быстро выкачивают воздух, находится небольшое количество воды при 0 °С. За счет интенсивного испарения происходит постепенное замораживание воды. Какая часть первоначального количества воды может быть обращена таким образом в лед при 0 °С? Удельная теплота плавления льда при 0 °С равна λ = 3,34- 10 5 Дж/кг, удельная теплота парообразования воды при 0 °С r = 2,5 • 10 6 Дж/кг.
  1. В воду объемом 1 л при 20 °С бросили комок мокрого снега массой 250 г. Когда весь снег растаял, то общая температура стала равной 5 °С. Определите количество воды в комке снега.
  2. Сосуд со 100 г воды при температуре 0 °С был подвешен посредине комнаты. Через 15 мин температура воды в нем поднялась до 2 °С. Когда же в сосуде находилось равное по массе количество льда, то лед растаял за 10 ч. Можно ли по этим данным оценить удельную теплоту плавления льда λ?
  3. Лед массой 100 г при температуре 0 °С помещен в теплонепроницаемую оболочку и подвергнут сжатию до давления р = 1200 атм. Найдите массу растаявшей части льда, если понижение температуры плавления происходит прямо пропорционально давлению и при увеличении давления на 138 атм температура плавления понижается на 1 °С.
  4. В теплоизолированном сосуде содержится смесь воды массой m1 = 500 г и льда массой m2 = 54,4 г при температуре t1 = 0 °С. В сосуд вводится насыщенный пар массой m3 = 6,6 г при температуре t2 = 100 °С. Какой будет температура t после установления теплового равновесия? Удельная теплота парообразования воды г = 2,3 • 10 6 Дж/кг, удельная теплота плавления льда λ = 3,34 • 10 5 Дж/кг, удельная теплоемкость воды с = 4,2 • 10 3 Дж/(кг • К).
  5. Два одинаковых кусочка льда летят навстречу друг другу с равными по модулю скоростями и при ударе обращаются в пар. Оцените минимально возможные скорости льдинок перед ударом, если их температура равна -12 °С. Удельная теплоемкость льда с = 2,1 • 10 3 Дж/(кг • К). Удельная теплота плавления льда при 0 °С λ = 3,34 • 10 5 Дж/кг.

Источник

Определение массовых долей влаги и нерастворимого в воде остатка в поваренной соли

Пищевая поваренная соль представляет собой практически чистый природный кристаллический хлористый натрий (NaCl), состоящий в чистом виде на 39,4% из натрия и на 60,0% – из хлора.

По объему реализации поваренная соль среди приправ занимает первое место. Хлористый натрий не только изменяет вкусовые свойства пищи, но и имеет большое физиологическое значение для организма человека: является непременным компонентом крови, лимфы, желчи и клеточной протоплазмы, служит основным регулятором осмотического давления в тканях и клетках, регулирует водно-солевой обмен и кислотно-щелочное равновесие в организме, является источником образования соляной кислоты в процессе желудочной секреции и т. Д.

Для обеспечения нормальных физиологических функций человек должен получать с пищей ежедневно 10–15 г соли, фактическое же потребление значительно выше – 20–25 г в день, или до 10 кг в год. При некоторых заболеваниях (почек, гипертонии и др.) необходимо ограничить поступление соли в организм.

Поваренную соль используют как консервант для пищевых продуктов. Действие ее основано на том, что солевые растворы повышают осмотическое давление. Микроорганизмы в такой среде обезвоживаются и жизнедеятельность их останавливается. Кроме того, поваренная соль необходима почти всем отраслям промышленности: для производства черных и благородных металлов, мыла, каучука, бумаги, стекла, тканей, кожи и др.

Природные запасы соли на Земле практически неисчерпаемы. По характеру месторождения и способу добычи различают соль каменную, самосадочную, садочную, выварочную. Каменная соль встречается в виде больших месторождений (Артемовское, Нахичеванское, Джебеловское и др.). Добывают ее шахтным и карьерным способами. Каменная соль отличается высокой чистотой (NaCI – 99%), содержит мало примесей (соли магния и кальция). Самосадочная соль добывается во многих соляных озерах. Важнейшее месторождение – озеро Баскунчак площадью 100 км 2 . Пласты самосадочной соли достигают здесь глубины свыше 250 м, запасы ее настолько велики, что их хватило бы на полторы тысячи лет для всего населения мира. Соль содержит примеси ила, глины, песка, которые придают ей желтоватый или сероватый оттенок. Садочную соль получают испарением морской воды или озерной рапы, отведенной в неглубокие, но обширные по площади искусственные бассейны. В небольших количествах ее добывают из Перекопских соленых озер и лиманов Черного и Азовского морей. Выварочную соль добывают из рассолов, образовавшихся в результате естественного растворения в воде подземных залежей каменной соли (естественные рассолы) или получаемых путем растворения такой соли в воде, нагнетаемой в скважины, пробуренные до пласта соли. Рассолы упаривают для удаления воды в специальных чанах или вакуум-аппаратах (вакуумная соль).

По способу обработки соль бывает мелкокристаллической, молотой (различной крупности помола номеров 0, 1, 2, 3), комовой (глыба), зерновой, дробленой, немолотой и йодированной (содержит 25 г йодистого калия на 1 г соли).

Качество соли поваренной пищевой оценивают по ГОСТ 13830 [27]. В зависимости от химического состава и качественных показателей различают следующие сорта пищевой соли: экстра, высший, 1-й и 2-й. Соль сорта экстра содержит не менее 99,7% хлористого натрия и 0,1% влаги. Этим сортом выпускают только выварочную вакуумную соль, соответствующую по размеру кристаллов помолу № 0. В остальных сортах соли в зависимости от ее вида хлористого натрия 96,5–98,0%, а влажность – 0,35–5% (таблица 5.1). Соль должна быть сыпучей, сухой на ощупь, без комков, 5%-ный раствор соли должен быть чистосоленым, прозрачным, без посторонних привкусов и запахов, в йодированной допускается слабый запах йода. Соль не должна иметь механических примесей, за исключением соли Артемовского и Солотвинского месторождений.

Показатели качества соли поваренной пищевой

Наименование показателя Норма в пересчете на сухое вещество для сорта
экстра высшего первого второго
Массовая доля нерастворимого в воде остатка, %, не более 0,03 0,16 0,45 0,85
Массовая доля влаги, %, не более для соли:
выварочной 0,10 0,70 0,70
каменной 0,35 0,35 0,35
самосадочной и садочной 3,20 4,00 5,0

1 Метод измерений

Определение массовой доли влаги. Метод основан на высушивании взвешенной пробы соли и определении потери массы при высушивании.

Определение массовой доли нерастворимого в воде остатка. Метод основан на растворении заданного количества пробы соли в воде, фильтровании полученного раствора, сушке и взвешивании нерастворимого остатка.

2 Средства измерений

Весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 210 г;

Термометр с диапазоном измерения от 0 до 100ºС, с ценой деления 1ºС.

3 Вспомогательные устройства

Капельницы лабораторные стеклянные.

Колба коническая вместимостью 250 см 3 .

Стакан стеклянный лабораторный вместимостью 300 см 3 ;

Шкаф сушильный лабораторный, обеспечивающий поддержание температурного режима 40–150°С;

4 Материалы, реактивы и растворы

Серебро азотнокислое (AgNO3), раствор – 0,5%;

Фильтры беззольные «синяя лента».

6 Порядок проведения испытаний

6.1 Определение массовой доли влаги

Навеску соли массой 10 г помещают в высушенный бюкс. Открытые бюксы с навеской ставят на верхнюю полку сушильного шкафа, предварительно нагретого до 160–170°С, а крышки от бюкс – на нижнюю полку. Навеску высушивают до постоянной массы при температуре 140–150°С. Первое взвешивание проводят через 1 час после помещения навески в шкаф, каждое последующее – через 0,5 ч.

Примечание. Для каждого взвешивания бюксу с навеской вынимают из шкафа, закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры, после чего помещают на весы.

Постоянную массу считают достигнутой, если разница между двумя последующими взвешиваниями не превышает 0,0005 г.

6.2 Определение массовой доли нерастворимого в воде остатка

В предварительно высушенный и взвешенный бюкс отбирают навеску поваренной соли массой 10 г, количественно переносят в стакан и добавляют 150–200 см 3 горячей дистиллированной воды. При испытании соли «Экстра» масса навески должна быть не менее (50±0,0005) г.

Полученный раствор накрывают часовым стеклом и выдерживают на кипящей водяной бане 30 мин. Раствор охлаждают до температуры 20–25°С и фильтруют в коническую колбу через беззольный фильтр, предварительно высушенный при температуре 100–105°С, охлажденный в эксикаторе и взвешенный.

Осадок на фильтре промывают горячей водой до отрицательной реакции на ион хлора (проба с азотнокислым серебром). Фильтр с нерастворимым остатком переносят в бюксу и высушивают при температуре 100–105°С до постоянной массы. Первое взвешивание проводят через 1 час после помещения осадка в шкаф, каждое последующее – через 0,5 ч.

Примечание. Для каждого взвешивания бюксу с осадком вынимают из шкафа, закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры, после чего помещают на весы.

Высушивание считают законченным, если разница между двумя последующими взвешиваниями не превышает 0,0005 г.

7 Обработка и вычисление результатов измерений

7.1 Массовую долю влаги (X1, %) вычисляют по формуле:

,

где m1 – масса бюкса с навеской до высушивания, г; m2 – масса бюкса с навеской после высушивания, г; m – масса навески соли, взятой для анализа, г.

За окончательный результат принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать 0,01% в интервале содержания влаги 0–1,0 и 0,2% – в интервале 1,0–10,0%.

7.2 Массовую долю нерастворимых в воде веществ (X2, %) в пересчете на сухое вещество, вычисляют по формуле:

,

где m1 – масса бюкса с фильтром и нерастворимым в воде остатком, г; m2 – масса бюкса с фильтром без остатка, г; 100 – коэффициент пересчета в проценты; m – масса навески соли, взятой для анализа г; X1– массовая доля влаги, определенная по п. 7.1.

За окончательный результат принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать 0,1% при массовой доле нерастворимого остатка до 1,0%, 0,25% – при массовой доле нерастворимого остатка от 1,1 до 3,0% и 0,3% – при массовой доле нерастворимого остатка свыше 3,0%.

8 Индивидуальное задание

Определить массовую долю влаги и нерастворимого в воде остатка в образцах поваренной соли и установить ее сортность.

5.5. Лабораторная работа № 5

Дата добавления: 2014-11-14 ; просмотров: 790 ; Нарушение авторских прав

Источник

Читайте также:  Как найти объем круга через диаметр
Поделиться с друзьями
Объясняем