Навчальне дослідження № 5. «Виготовлення водних розчинів із заданими масовими частками розчинених речовин»

• Назад до змісту

1. Сформулюйте мету дослідження відповідно до визначеного завдання.

Мета дослідження: навчитися виготовляти водні розчини із заданою масовою часткою розчиненої речовини двома способами — шляхом розчинення розрахованої маси твердої солі у воді та шляхом розбавлення концентрованого розчину водою, проводити необхідні математичні розрахунки та практично виконувати вимірювання маси й об’єму.

2. Завдання 1. Виготовити розчин солі (будь-якої з наявних у кабінеті хімії безводних солей, наприклад, калій нітрату, натрій хлориду тощо). Необхідну масову частку оберіть самостійно в групі, наприклад, 1 %, 5 % тощо.

Сіль, розчин якої готуємо: натрій хлорид
Готуємо розчин із масовою часткою: 5 %
Готуємо розчин масою: 100 г
Маса солі, необхідна для приготування розчину: 5 г
Запишіть план експерименту:
1. Обчислити масу солі $m(\text{NaCl}) = 100\text{ г} \cdot 0{,}05 = 5\text{ г}$ та масу води $m(\text{H}_2\text{O}) = 100\text{ г} - 5\text{ г} = 95\text{ г}$ (об’єм $V(\text{H}_2\text{O}) = 95\text{ мл}$).
2. Відважити на хімічних терезах 5 г натрій хлориду.
3. Відміряти вимірювальним циліндром 95 мл дистильованої води.
4. Перенести сіль у хімічний стакан, вилити туди відміряну воду та перемішувати скляною паличкою до повного розчинення солі.

3. Завдання 2. Виготовити розчин забарвленої солі (будь-якої з наявних у кабінеті хімії, наприклад, калій дихромату, купрум(2+) сульфату тощо) об’ємом 50 мл (або іншого об’єму залежно від наявного в кабінеті мірного посуду) розбавленням концентрованого розчину водою.

Маємо початковий розчин солі купрум(II) сульфату із масовою часткою 10 % (густина $1{,}1\text{ г/мл}$)
Готуємо розчин із масовою часткою: 2 %
Готуємо розчин об’ємом: 50 мл (маса $50\text{ г}$)
Об’єм розчину солі, необхідний для приготування розчину: 9,1 мл
Запишіть план експерименту:
1. Розрахувати масу розчиненої речовини в кінцевому розчині $m(\text{CuSO}_4) = 50\text{ г} \cdot 0{,}02 = 1\text{ г}$, масу початкового розчину $m_1 = 1\text{ г} / 0{,}1 = 10\text{ г}$ та його об’єм $V_1 = 10\text{ г} / 1{,}1\text{ г/мл} = 9{,}1\text{ мл}$.
2. Відміряти піпеткою або мірним циліндром 9,1 мл початкового 10 %-го розчину купрум(II) сульфату та перелити в мірну колбу об’ємом 50 мл.
3. Додати дистильовану воду до позначки 50 мл.
4. Закрити колбу корком і ретельно перемішати розчин.

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

1. Який спосіб приготування розчину виявився для вас простішим у виконанні й чому?

Перший спосіб приготування розчину шляхом змішування мас твердої речовини та розчинника виявився простішим у виконанні, оскільки він потребує меншої кількості математичних розрахунків густини та об’ємів і передбачає пряме зважування солі й відмірювання відповідного об’єму води.

2. У якому з двох способів отриманий результат був точнішим? Як ви це визначили?

Другий спосіб виявився точнішим, що визначено за допомогою порівняння вимірювальних приладів: використання спеціального мірного посуду (мірної колби та піпетки) забезпечує меншу похибку вимірювання об’єму порівняно з похибками під час зважування речовини та її перенесення із зважувального човника в стакан.

3. Які переваги та недоліки ви виявили для кожного з двох способів виготовлення розчину?

Перший спосіб (змішування твердої речовини та води) дозволяє готувати розчин будь-якої потрібної концентрації з нуля, проте вимагає обов’язкового зважування твердої речовини та її повного розчинення, що займає більше часу. Другий спосіб (розбавлення концентрованого розчину) є значно швидшим і зручнішим, оскільки вимагає лише відмірювання об’ємів рідин мірним посудом, однак він обмежений наявністю вихідного концентрованого розчину та потребує знання його точної густини або концентрації.

4. Поясніть, як впливають похибки вимірювань (маси й об’єму) на точність отриманої концентрації розчину. Як би змінився результат експерименту, якщо б ви помилилися у вимірюванні маси або об’єму хоча б однієї з речовин?

Будь-які похибки вимірювання маси речовини чи об’єму розчинника безпосередньо змінюють співвідношення маси розчиненої речовини до загальної маси розчину, що призводить до відхилення реальної масової частки від розрахованої. Якщо взяти більшу масу речовини або менший об’єм води, ніж за розрахунком, концентрація отриманого розчину буде вищою за задану, а при недоборі маси речовини або надлишку води розчин виявиться менш концентрованим.

5. Чи можна, на вашу думку, приготувати розчин з абсолютно точним значенням масової частки розчиненої речовини? Що заважає досягти абсолютної точності на практиці?

Приготувати розчин з абсолютно точним значенням масової частки на практиці неможливо, оскільки вимірювальні прилади мають власну похибку. Досягненню абсолютної точності заважають похибки лабораторних терезів і мірного посуду, часткове випаровування розчинника під час приготування, гігроскопічність або неповна чистота речовини, а також залишки рідини чи твердої речовини на стінках посуду.

6. Чому важливо знати точну концентрацію розчинів у побуті та техніці? Наведіть приклади практичного застосування таких розчинів.

Знати точну концентрацію розчинів важливо для забезпечення безпеки, ефективності хімічних процесів та досягнення необхідних технологічних і лікувальних властивостей. Прикладами практичного застосування є приготування дезінфікуючих та антисептичних розчинів у медицині, виготовлення лікарських засобів, дозування добрив у сільському господарстві, розведення електроліту для акумуляторів, а також використання оцту чи сольових розчинів у кулінарії.

7. Наведіть приклади життєвих ситуацій, у яких вам знадобилося б використовувати навички приготування розчинів із заданими масовими частками розчинених речовин.

Навички приготування розчинів необхідні під час консервування та маринування продуктів харчування, розведення концентрованих мийних і дезінфікуючих засобів для прибирання, підживлення кімнатних чи городніх рослин розчинами мінеральних добрив, обробки ран фізіологічним розчином або антисептиком, а також під час підготовки сольових ванночок для лікувальних і косметичних процедур.

8. Чи можна зробити висновок про масову частку речовини за інтенсивністю забарвлення розчину?

Так, про масову частку забарвленої речовини можна зробити висновок за інтенсивністю забарвлення розчину, оскільки колір розчину прямо пропорційний його концентрації: що більша масова частка розчиненої речовини, то інтенсивнішим і насиченішим є забарвлення розчину.