Урок с элементами исследования по теме "Растворы. Растворимость"

Разделы: Химия

“Силу уму придают упражнения,
а не покой”
(А.Поп)

Цели:

  • углубление знаний учащихся по растворам, способам выражения концентрации растворов, растворимости;
  • доказать, что вода — уникальное природное соединение, активная среда для жизни растений, животных и человека;
  • закрепить на практике умения приготовления растворов различной концентрации.

Оборудование:

  • таблица “Растворимость солей”;
  • познавательный текст “Вода. Растворы”;
  • лист ученика, содержащий информацию по теоретическому материалу и инструкции к проведению практической работы;
  • реактивы – вода, поваренная соль, хлорид калия;
  • лабораторное оборудование.

Методы:

  • исследовательский;
  • репродуктивный;
  • практическая работа;
  • иллюстративный.

Тип урока: изучение нового материала.

Форма урока: урок с элементами исследования.

Форма работы: групповая.

Данный урок продолжает изучение воды, поэтому у учащихся уже сформированы знания о строении молекулы воды, ее физических и химических свойств. Из курса биологии и географии им известно о значении воды для живых организмов и о роли воды в природе.

Ход урока

  1. Организационный момент.
  2. Повторение изученного материала (проводится небольшая самостоятельная работа в виде тестирования по физическим и химическим свойствам воды).
  3. Изучение нового материала.

В ходе эволюции вода создала окружающую нас природу, живой мир, да и самого человека: именно водная среда (Мировой океан) могла обеспечить все требования к возникновению и развитию жизни. Она сала тем “питательным бульоном”, в котором 3,5 млрд. лет назад при специфических внешних условиях зародилась жизнь на Земле.

Вода обеспечивает существование жизни на нашей планете: сложнейшие биохимические реакции в клетках животных и растительных организмов могут протекать только при наличии воды. С химической точки зрения живое вещество – это водный раствор, и почти все процессы, обеспечивающие его жизнедеятельность, сводятся к химическим реакциям в водном растворе. Действительно ли это так? Всякую ли воду можно пить? Есть ли абсолютно нерастворимые вещества? Как можно выразить концентрацию вещества в растворе? На эти и многие другие вопросы учащиеся должны ответить во время урока.

Перед началом урока перед учащимися ставятся вопросы, на которые они могут ответить, работая с познавательным текстом “Вода в природе и жизни человека”.

Познавательный текст.

Вода в природе и жизни человека.

Человечество издавна уделяло большое внимание воде, поскольку было хорошо известно, что там, где нет воды, нет и жизни. Вода находится в постоянном и активном круговороте. Его движущей силой является Солнце, а основным источником воды – Мировой океан. Вода находится на Земле в постоянном движении. Среднее время ее пребывания а атмосфере оценивается 10 сутками, хотя и меняется с широтой местности. Смена воды в реках происходит в среднем 30 раз в год, то есть каждые 12 дней. Влага, содержащаяся в почве, обновляе6тся за один год. Воды проточных озер обмениваются за 10 лет, а непроточных за 200-300 лет. Воды Мирового океана обновляются в среднем за 3000 лет. Из этих цифр можно получить представление о том, сколько времени необходимо для самоочистки водоемов. Нужно лишь иметь в виду, что если река вытекает из грязного озера, то время ее самоочистки определяется временем самоочистки озера. Круговорот воды – исключительно важный процесс. Он обеспечивает сушу пресной водой, которая постоянно возобновляется, в процессе этого круговорота вода разрушает и растворяет твердые породы на суши и переносит их в другие места с образованием наносов.

В здоровом организме взрослого человека наблюдается состояние водного равновесия, или водного баланса. Оно заключается в том, что количество воды, потребляемое человеком, равно количеству воды, выводимой из организма. Водный обмен является важной составной частью общего обмена веществ живых организмов, в том числе и человека. Общий объем воды, потребляемый человеком в сутки при питье и с пищей, составляет 2-2,5 л. Благодаря водному балансу столько же воды выводится из организма. Через почки и мочевыводящие пути удаляется около 50-60% воды. При потере организмом человека 6-8 % влаги сверх обычной нормы повышается температура тела, краснеет кожа, учащается сердцебиение и дыхание, появляется мышечная слабость и головокружение, начинается головная боль. Потеря 10% воды может привести к необратимым изменениям в организме, а потеря 15-20% приводит к смерти, поскольку кровь настолько густеет, что с ее перекачкой не справляется сердце. В сутки сердце приходится перекачивать около 10000 л. крови.

Для приготовления пищи и в качестве питьевой может быть использована природная вода, если она не содержит вредных микроорганизмов, а также вредных минеральных и органических примесей, если она прозрачна, бесцветна и не имеет привкуса и запаха. В соответствии с Государственным стандартом содержание минеральных примесей не должно превышать 1 г/л. Кислотность воды в единицах рН должна быть в пределах 6,5-9,5. концентрация нитрат – иона не должна превышать 50 мг./л. Естественно, что она должна также отвечать бактериологическим требованиям и иметь допустимые показатели по токсичным и вредным химическим соединениям. Этим требования часто удовлетворяет колодезная и родниковая вода. Однако в больших количествах найти воду, отвечающую Государственным стандартам, трудно. Поэтому ее приходится очищать на специальных станциях. С давних пор для стерилизации питьевой воды использовалось простое кипячение, а древние греки добавляли в воду сухое вино, что создавало кислую среду, в которой погибали многие болезнетворные микроорганизмы. Еще в глубокой древности было известно, что вода, находящаяся в контакте с металлическим серебром, приобретала целебные свойства. Древние индусы обеззараживали воду погружением в нее пластинок из серебра. В русской православной церкви прихожане получают “святую” воду, которая выдерживается в серебряных сосудах. В некоторых странах существовал обычай при освящении колодцев бросать в них серебряные монеты. В настоящее время существует широко распространенное мнение, что активным началом этой воды являются не атомы серебра, а ионы Ag +.

Природные воды, содержащие соли, растворенные газы, органические вещества в более высоких концентрациях, чем питьевая вода, называются минеральными. Поскольку вода является очень хорошим растворителем, в природе она всегда содержит растворимые вещества, так как не существует абсолютно нерастворимых веществ. Их количество и характер зависят от состава пород, с которыми вода находилась в контакте. Наименьшее количество примесей и растворенных веществ содержится в дождевой воде. Однако даже она содержит растворенные газы, соли, твердые частицы. Соли, содержащиеся в дождевой воде, попадают в нее из океанов и морей. Твердый остаток, который образуется при испарении дождевой воды, - это частицы пыли, захваченные капельками воды.

Ответьте на вопросы:

  1. Почему вода играет важную роль в природе и жизни человека?
  2. Какую роль имеет постоянное движение воды?
  3. Какую роль играет водный баланс в организме человека?
  4. Любую ли воду можно употреблять в качестве питьевой воды? Почему?
  5. Какие вещества могут раствориться в воде?
  6. Есть абсолютно нерастворимые вещества?
  7. Сколько вещества растворяется в определенном количестве воды?
  8. Что такое растворимость веществ?

    9.  

После обсуждения вопросов, заданных в тексте, перед учащимися ставятся вопросы:

  • что такое растворимость;
  • на какие группы по растворимости можно разделить все вещества;
  • какие могут быть растворы по количеству растворенного вещества?

Вначале учащиеся пытаются самостоятельно, без дополнительного материала, дать ответы на эти вопросы. Затем учитель просит их изучить теоретический материал на “Листе ученика” под пунктом один и сопоставить свои ответы с приведенной информацией. После изучения конспекта, используя таблицу “Растворимость солей”, учащиеся решают задачи на растворимость веществ.

Затем учитель просит вспомнить учащихся, какой способ выражения концентрации раствора им известно (речь идет о массовой доле растворенного вещества, изучаемого в 8-ом классе). Учащиеся вспоминают формулу для выражения процентной концентрации и готовят в лабораторных условиях 50 г 10%-ного раствора поваренной соли.

Затем учитель сообщает, что существует несколько способов выражения концентрации растворов: молярная, моляльная концентрация, титр. Используя “Лист ученика” с помощью учителя учащиеся знакомятся с молярной концентрацией вещества. После изучения теоретического материала они в лабораторных условиях готовят 0,01М раствор хлорида калия.

После проведения лабораторной работы перед учащимися ставится задача – использовать свои знания при решении задач. Между группами устраивается мини-соревнование “Кто быстрей?” Результаты решения задач записываются на доске в заранее приготовленную таблицу.

      Задача №1

    Задача №2

     

    Задача №3

     

    Задача №4

    1 группа

    		        

    2 группа

    		        

    3 группа

    		        

    4 группа

    		        

Лист ученика

Тема: Растворы, растворимость.

    “Силу уму придают упражнения,
    а не покой”
    (А.Поп)

1. Растворимость веществ.

Растворимостью вещества в воде называется максимальное количество этого вещества, выраженное, например, в граммах, которое растворяется в некотором количестве воды (например, в 100 граммах) при некоторой температуре.

Понятие “растворимость” имеет относительный смысл, поскольку все вещества в какой-то степени растворимы в воде. Аналогично, “нерастворимым” называется вещество, имеющее крайне низкую растворимость в воде. Мел, например, считается нерастворимым в воде.

Размеры кристаллов растворяемого вещества, интенсивность и продолжительность перемешивания влияют на скорость растворения. Эти факторы, однако, не изменяют величину растворимости.

Растворимость выражают числом граммов, растворенных в 100 г воды и это число называют коэффициентом растворимости и обозначают буквой S. При этом получается насыщенный при данной температуре раствор, концентрацию которого можно определить по формуле:

С%(насыщ.р-ра) = W (раств.в-ва в ансыщ.р-ре) =( S / S + 100) 100%

Растворимость вещества зависит от природы вещества и растворителя, их агрегатного состояния, наличия в растворе посторонних веществ, температуры, и для газов – от давления. Существует правило “Подобное растворяется в подобном”, согласно которому ионные соединения и молекулярные с полярным типом связи лучше растворяются в полярных растворителях, а неполярные – в неполярных растворителях.

Растворимость веществ бывает:

  • неограниченная (вода + спирт, калий + рубидий, хлорид калия + бромид калия) – эти вещества смешиваются между собой в любых соотношениях,
  • ограниченная (вода + поваренная соль) – количество растворенного вещества ограниченно.

Вещества можно разделить на:

  • Хорошо растворимые (S20 C > 1 г)
  • Малорастворимые (S20 C = 0.01 – 1.0 г)
  • Нерастворимые (S20 C < 0,01 г)

Следует помнить, что абсолютно нерастворимых веществ нет доказательством этого служит тот факт, что серебро и золото, погруженные в воду, оказывают бактерицидное действие.

Растворы делятся на:

  • Насыщенные - если он находится в равновесии с растворяемым веществом;
  • Ненасыщенные – содержат вещества меньше, чем это определяется его растворимостью;
  • Пересыщенные - содержит вещества больше, чем это определяется его растворимостью.

Существует кривая растворимости, на которой приводится максимальная масса (в граммах) различных соединений, которая может быть растворена в 100 г. воды при температурах от 00 С до 100о С. Каждая точка на кривой растворимости представляет собой насыщенный раствор. Например, график показывает, что растворение 39 г. хлорида натрия в 100 г воды при 100о С приводит к насыщенному раствору.

Каждая точка ниже кривой растворимости представляет собой ненасыщенный раствор. Например, раствор, содержащий 80 г нитрата калия и 100 г воды при 60о С является ненасыщенным, если охладить этот раствор до 40о С без образования твердых кристаллов, то получите пересыщенный при этой более низкой температуре раствор нитрата калия. Пересыщенный раствор содержит больше растворенного вещества, чем насыщенный раствор, и любое встряхивание раствора нитрата калия вызовет появление и выпадение 18 г этого вещества из раствора. Оставшаяся жидкость будет содержать 62 г растворенного вещества на 100 г воды, т. е. представлять собой стабильный, насыщенный раствор.

ЗАДАНИЕ: решите задачи, используя график растворимости.

  1. Какое количество (в граммах) нитрата калия раствориться в 200 г воды при 50о С ?
  2. Какое количество (в граммах) хлорида калия раствориться в 100 г воды при комнатной температуре?
  3. Если мы растворим 25 г нитрата калия в 100 г воды при 30о С , сколько еще нужно добавить нитрата калия в раствор, чтобы он стал насыщенным при этой температуре?
  4. Какое минимальной количество воды необходимо для растворения 25 г нитрата калия при 30о С?

2.Способы выражения концентраций растворов

Первый способ – процентная концентрация или массовая доля растворенного вещества, которая показывает сколько граммов растворенного вещества содержится в 100 г раствора.

W(в-ва) = (m(в-ва) / m(раствора)) х 100%

Задание: приготовить 50 г 10%-ного раствора поваренной соли

Второй способ выражения концентрации растворов - молярная концентрация, которая показывает количество растворенного вещества (моль), содержащегося в 1 л раствора.

С= v(раств.в-ва) / V(раствора)

Например, если нужно приготовить 200 мл 0,1 молярного раствора (0,1М) Na2SO4, во-первых, необходимо найти количество соли по формуле: v( Na2SO4) = C x V = 0,1 моль/л х 0,2 л = 0,02 моль

m(Na2SO4) = v M( Na2SO4) = 0,02 x 142 = 2,84 г

Задание: приготовить 0,01М раствор хлорида калия.

3. Решение расчетных задач по теме.

1. К 300 мл гидроксида калия с массовой долей КОН 20% (пл.1,2) прибавили КОН массой 40 г. Определите массовую долю в % КОН в новом растворе.

2. Смесь алюминия и меди массой 9,2 г обработали раствором гидроксида натрия с массовой долей NaOH 48% и плотностью 1,5. При этом выделился газ объемом 5,6 л. Сколько мл раствора щелочи пошло на растворение алюминия?

3. Раствор объемом 0,5 л содержит КОН массой 14 г. Какова молярная концентрация этого раствора?

4. Вычислите молярную концентрацию раствора, полученного при разбавлении 2 М раствора объемом 200мл водой объемом 300 мл?

Заканчивается урок подведением итогов, оценкой работы отдельных учащихся и групп в целом.