2.2: Laboratorium rozpuszczalności (2023)

Ostatnio zaktualizowany
Zapisz jako plik PDF

Identyfikator strony: 339502

\( \ nowe polecenie {\ vecs} [1] {\ overset { \ scriptstyle \rightharpoonup} {\ mathbf {#1}}} \) \( \ nowe polecenie {\ vecd} [1] {\ overset {- \! - \!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{ span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart }{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\ norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm {span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\ mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{ \ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA} \unicode[.8,0]{x212B}}\)

Cele kształcenia

Cele:

Zbierz dane eksperymentalne i utwórz krzywą rozpuszczalności.

Pod koniec tego laboratorium uczniowie powinni potrafić:

Prawidłowo używaj wagi analitycznej do pomiaru masy.
Zbuduj stanowisko doświadczalne do pomiaru rozpuszczalności soli w wodzie w funkcji temperatury.
Wygeneruj skoroszyt za pomocą Arkuszy Google.

Wcześniejsza wiedza:

Podstawy wykresów w chemii
Eksp. 1: Analiza danych graficznych

Bezpieczeństwo

Gotowość na wypadek sytuacji awaryjnych
- W tym laboratorium ochrona oczu jest obowiązkowa i nie należy nosić szortów ani butów z odkrytymi palcami.
- KClO₃PubChem LCSS
Minimalizuj ryzyko
- Sprawdź przewód na płycie grzejnej, jeśli jest postrzępiony, poinformuj instruktora.
- Upewnij się, że przewód elektryczny nigdy nie dotyka powierzchni płyty grzejnej
Rozpoznawaj zagrożenia
- Będziesz pracować z termometrem alkoholowym i należy zachować ostrożność podczas obchodzenia się z nim. Do podgrzewania roztworu będziesz używać łaźni wodnej i zawsze uważaj, aby termometr nie dotknął dna szklanki w miejscu, w którym styka się z płytą grzejną.
- Wszystkie odpady umieszczane są w oznaczonym pojemniku w kapturze i po zakończeniu laboratorium zostaną poddane recyklingowi. Jeśli pojemnik na odpady jest pełny lub prawie pełny, skontaktuj się ze swoim instruktorem.

Proszę zapoznać się z UPenn EHRSStrona poświęcona awariom i niewłaściwemu użytkowaniu płyty grzejnejaby uzyskać więcej informacji na temat wypadków z udziałem gorących płyt.

(Video) Chem 354 - Solubility Lab Day 2

Potrzebny sprzęt i materiały

Biureta	Zlewka 500 ml	Zlewka o pojemności 250 ml
8 w probówce	Termometr	Mieszadło druciane
Korek na 8 probówek z otworem na mieszadło i termometr	Zacisk probówki	Stojak na pierścionek
5 małych probówek i stojak	waga analityczna	Gorący talerz
KClO₃(S)	lód

Rysunek \(\PageIndex{2}\): Konfiguracja eksperymentalna. Zobacz jak termometr przechodzi przez mieszadło. Umieszczając probówkę w łaźni wodnej, nie dotykaj jej dna, ale dodaj do wanny taką ilość wody, aby po włożeniu termometru sięgała około 2 cali od góry. (Prawa autorskie; BelfordCC-BY)

Tło

Rozpuszczamy sól w wodzie i jak większość (nie wszystkie) soli, rozpuszczalność wzrasta wraz ze wzrostem temperatury i trzeba obliczyć stężenie nasyconego roztworu w funkcji temperatury, wykonać 5 pomiarów i wykreślić je. W każdym pomiarze mieszasz znane masy soli i wody.

Problem 1:Rysunek\(\PageIndex{2}\)(a) odczytuje temperaturę nasyconego roztworu, problem polega na tym, że nie znamy stężenia rozpuszczonej soli. Oznacza to, że całkowita dodana sól to masa rozpuszczonej soli i masa osadu.

\[m_{Razem \; Sól} = m_{Rozpuszczony \; Sól} \; + \; m_{Wytrącony \; Sól}\]

Zatem nawet jeśli roztwór jest nasycony, nie znamy jego stężenia, a jedynie stężenie całkowite.

Problem 2:Rysunek\(\PageIndex{2}\)(b) przedstawia refluks, gdy gorąca para wodna unosi się wewnątrz probówki i uderza w zimniejszą szklaną powierzchnię wystawioną na działanie powietrza i ulega skropleniu. Kiedy utworzy się wystarczająca ilość skondensowanej wody, spływa ona z powrotem do roztworu. Kiedy ta chłodniejsza woda uderza w gorącą wodę, ochładza ją, rysunek \(\PageIndex{2}\)(c), rozpuszczalność spada i kryształy tworzą się w pierścieniu na powierzchni probówki na styku gorąca ciecz i powietrze. Kryształy te są fałszywym odczytem i wynikają z gradientu temperatury i nie wiemy, w jakiej temperaturze powstały, wiemy jedynie, że jest ona niższa niż temperatura masy, czyli temperatura odczytywana przez termometr.

Rozważania dotyczące projektu eksperymentalnego

Projektując eksperymenty, chcemy myśleć o zasadach zielonej chemii, a pierwszą zasadą jest unikanie marnotrawstwa.

(Video) SOLUBILITY PRODUCT Pre-Lab - NYB Chemistry of Solutions

Rozważanie\(\PageIndex{1}\): Pomiar stężenia nasyconego roztworu

Jeśli znasz całkowitą masę substancji rozpuszczonej z równania. 3.2.1 jak obliczyć rozpuszczoną ilość? Pomyśl o sposobie przeprowadzenia eksperymentu, a następnie przejrzyj sugestie.

Propozycje

Ogrzewasz roztwór, aż wszystko się rozpuści. Następnie schładzasz i odczytujesz temperaturę w momencie pojawienia się pierwszego kryształu. Początkowo roztwór był nienasycony podczas ochładzania, a w momencie nasycenia, kolejny spadek temperatury spowodował wytrącenie się osadu. Zatem wartość, którą odczytujesz, jest w rzeczywistości nieco niższa. Inną alternatywą jest powolne podgrzewanie, aż zniknie ostatni kawałek ciała stałego. Musisz zachować ostrożność, rozumiejąc, co oznacza roztwór nasycony. Jeśli ciało stałe jest nasycone, problem polega na tym, że nie wiemy, jak zmierzyć masę rozpuszczoną. Ale jeśli nie widzimy ciała stałego, nie oznacza to, że jest ono nasycone, ponieważ może być nienasycone. Często prowadziło to ten eksperyment do błędnych wyobrażeń na temat tego, czym jest roztwór nasycony, a w laboratorium końcowym przyjrzymy się temu z perspektywy laboratorium wirtualnego, w którym możemy bezpośrednio zmierzyć m_{Rozpuszczona sól}.

Chcemy więc poznać temperaturę, w której pojawia się pierwsza plamka kryształu i powiedzieć, że w tej temperaturze cała sól została rozpuszczona, wszystko powyżej było nienasycone, a wszystko poniżej było nasycone.

Rozważanie\(\PageIndex{2}\): Zmniejszanie ilości odpadów

Zamiast tworzyć 5 różnych rozwiązań, zastanów się, jak zaprojektować protokół eksperymentalny, który minimalizuje straty. Po spędzeniu około minuty przejrzyj sugestie.

Propozycje

Możesz zacząć od jednego roztworu, dodać do niego wodę lub sól i wykonać wiele pomiarów w różnych temperaturach tego roztworu, w miarę zmiany stężenia. Ponieważ rozpuszczalność rośnie wraz z temperaturą, należy zacząć od najgorętszego roztworu, czyli najbardziej stężonego roztworu o małej objętości, a następnie dodać zimną wodę w celu jego rozcieńczenia. Jeśli rozpuszczalność spadła pod wpływem ciepła, należy zacząć od zimnego roztworu i dodać gorącą wodę, aby go rozcieńczyć.

W tym eksperymencie zaczniesz od około 10 ml roztworu i sukcesywnie będziesz dodawać wodę w odstępach co 5 ml (patrz procedury).

Przeprowadzasz eksperyment w laboratorium chemicznym, które jest największym radiatorem. Oznacza to, że gorące roztwory ostygną do temperatury otoczenia (pokojowej), a zimne roztwory ogrzeją się do temperatury otoczenia. Szybkość wymiany ciepła jest powiązana z różnicą temperatur pomiędzy gorącym i zimnym obiektem. Zobaczysz, że najgorętsze roztwory schładzają się naprawdę szybko, podczas gdy chłodniejsze zajmie więcej czasu. Kiedy będziesz sukcesywnie rozcieńczać roztwór dodając 5 ml wody, będziesz musiał go schłodzić do temperatury, w której pojawią się pierwsze kryształy, a jeśli ostygnie naprawdę szybko, kryształy utworzą się w momencie dodania 5 ml wody. Oznacza to, że będziesz musiał podgrzać roztwór, a ukończenie laboratorium zajmie dużo więcej czasu.

(Video) IB Biology 2.2 - Water - Interactive Lecture

Rozważenie\(\PageIndex{3}\): Dodawanie roztworów na tyle szybko, aby gorące nie ostygły poniżej temperatury nasycenia następnego rozcieńczonego roztworu

Korzystając z materiałów zawartych w części dotyczącej sprzętu i materiałów, sporządź protokół eksperymentalny umożliwiający szybkie przeniesienie 5 ml wody w momencie odczytania temperatury, w której po raz pierwszy zobaczysz tworzenie się kryształów. Po spędzeniu około minuty przejrzyj sugestie.

Propozycje: Zanim podgrzejesz roztwór, weź 5 małych probówek, wlej do każdej z biurety po 5 ml wody i umieść je na stojaku na probówki. Niech jeden uczeń zmierzy temperaturę, gdy utworzą się pierwsze kryształy, a drugi szybko doleje wodę. Jeśli pospieszysz się wystarczająco szybko, nie będziesz musiał ponownie podgrzewać roztworu. Jest to problem jedynie w przypadku rozwiązań wysokotemperaturowych.

Przejrzyj sekcję dotyczącą pojemników wolumetrycznych. Należy pamiętać, że niektóre są oznaczone jako TD (do dostarczenia), a inne jako TC (do przechowywania). Biureta jest TD i do probówki dostarczyłeś 5,00 mL wody. Kiedy następnie nalejesz probówkę z małej probówki do dużej, zauważysz, że trochę wody przylega do ścianek. Zatem mała probówka zawierała 5,00 ml i nie dostarczyła jej.

Rozważanie\(\PageIndex{4}\): Uwzględnienie wody przylegającej do ścianek probówki podczas rozcieńczania gorącego roztworu

Jak przelać 5,00 ml z małej probówki, gdy przylega do niej trochę wody?

Propozycje: Możesz „zwilżyć” probówkę przed dodaniem 5,00 mL z biurety. Kiedy go zmoczysz, powinieneś go napełnić, a następnie opróżnić, tak jak to zrobisz podczas przeprowadzania eksperymentu. Miejmy nadzieję, że taka sama ilość wody pozostanie na probówce podczas jej zwilżania i podczas przeprowadzania eksperymentu.

Jak wspomniano wcześniej, szybkość wymiany ciepła jest proporcjonalna do różnicy temperatur. W pewnym momencie osiągniesz temperaturę pokojową i roztwór nie będzie już chłodzony.

Rozważanie\(\PageIndex{5}\): Jak można przyspieszyć tempo chłodzenia w przypadku eksperymentów w temperaturze pokojowej lub nawet schłodzić roztwór poniżej temperatury pokojowej?

Korzystając z materiałów zawartych w sekcji „Sprzęt i materiały”, opracuj protokół eksperymentalny, który pozwoli Ci przyspieszyć tempo wymiany ciepła lub sprawić, że będzie chłodniej niż w pomieszczeniu. Po spędzeniu około minuty przejrzyj sugestie.

Propozycje: Powoli dodawaj lód do łaźni wodnej. Nie chcesz zbyt szybkiego chłodzenia, ponieważ nie chcesz, aby powierzchnia probówki miała inną temperaturę niż roztwór luzem. Odczytaj temperaturę i szybko zamieszaj, jeśli na ściankach probówki utworzą się kryształy. Jeżeli ponownie się rozpuszczą, będzie to fałszywy odczyt.

(Video) LABORATORIUM CENTRALNE DIAGNOSTYKA S.A. W WARSZAWIE – ul. Jutrzenki 100

Eksperymentalne procedury

Zespoły składające się z 2-3 osób będą współpracować, aby przeprowadzić ten eksperyment i wypełnić arkusz danych laboratorium rozpuszczalności. Przed opuszczeniem laboratorium należy wpisać na kartce swoje imię i nazwisko oraz uzyskać datowany podpis instruktora.Każdy student samodzielnie przesyła kserokopię podpisanej karty pracypoprzez formularz w sekcja 2.3 Sprawozdanie z laboratorium rozpuszczalności podręcznika laboratoryjnego LibreTexts.

Odważ około 4,2 grama KClO₃zapisz tę masę z dokładnością do 0,0001 g w swoim arkuszu danych.
Ilościowo przenieść KClO₃do 8-calowej probówki
Oblicz objętość wody dejonizowanej, którą należy dodać do tej masy, aby otrzymać roztwór zawierający około 28% KClO₃przez masę. Załóż, że gęstość wody wynosi 1000 g/ml.
Za pomocą biurety przenieś taką objętość wody do 8-calowej probówki zawierającej KClO₃.Zanotuj w karcie katalogowej dokładną objętość przeniesionej wody.
Umieść cztery najmniejsze probówki na stojaku,
- zwilż je DI
- opróżnij je tak, jakbyś wlewał je do dużej probówki
- napełnij 250 ml wodą DI w około 70%.
- za pomocą pipety o pojemności 5 mL przenieść 5,00 mL wody DI ze zlewki do każdej probówki na stojaku.
Do zlewki o pojemności 500 ml wlać około 300 ml wody i podgrzać do temperatury około 90°C^oC. Należy sprawdzić linię elektryczną i uważać, aby nie dotykała ona gorącej powierzchni. Będziesz używać tej łaźni wodnej do podgrzewania roztworu.
Umieść karbowany korek, przez który zawieszona jest sonda termometru i mieszadło druciane, w otworze probówki, jak pokazano na rysunkach \(\PageIndex{1}\) i \(\PageIndex{4}\). Opuść probówkę do probówki gorącą wodą i mieszaj zawartość mieszadłem drucianym aż do rozpuszczenia kryształów. Wyjmij rurkę z łaźni wodnej i pozostaw zawartość do ostygnięcia, kontynuując mieszanie mieszaniny. Uważnie obserwuj zawartość probówki podczas chłodzenia i zanotuj i zapisz temperaturę, w której po raz pierwszy pojawiają się kryształy.

Dodać dodatkowe 5 ml wody i kontynuować chłodzenie, jeśli kryształy rozpuszczą się po rozcieńczeniu. Jeśli się nie rozpuszczą, należy ponownie umieścić je w łaźni wodnej, aż się rozpuszczą. Jeśli wykonasz ten krok szybko, roztwór nie ostygnie wystarczająco, aby był nasycony i nie będzie trzeba go ponownie podgrzewać.
Powtarzaj kroki 5 i 6, aż zarejestrujesz dane dla łącznie 5 roztworów, zapisując wszystkie wartości w arkuszu danych.

Analiza danych

Exp2: Szablon laboratorium rozpuszczalności

W tym laboratorium przetworzysz dane w arkuszu kalkulacyjnym Google.

Arkusz 1

Pierwsza strona skoroszytu jest zawsze stroną tytułową.

Arkusz 2

Drugi arkusz będzie miejscem, w którym będziesz pracować nad swoimi danymi. Skopiuj surowe dane z arkusza danych, którego używałeś na zajęciach i wklej je do „pomarańczowych” komórek. Następnie wykonaj obliczenia w niebieskich komórkach. Odpowiedzi należy umieścić w tej tabeli, ponieważ jest ona połączona z zeszytem oceniającego. Jeśli tak zdecydujesz, możesz użyć funkcji z tego arkusza lub możesz wykonać obliczenia ręcznie.

(Video) Haematology, South West Acute Hospital | Biomedical Science at the Western Trust

Arkusz 3

W tym arkuszu wstawisz wykres rozpuszczalności (g soli/100 g H₂O) w funkcji temperatury. Gdy wykres będzie już gotowy, skopiujesz go na stronę tytułową. Nie dopasowuj linii trendu do wykresu, ale użyj gładkiego wykresu liniowego, jak pokazano na rysunku \(\PageIndex{7}\)