Вещества не растворяющиеся в воде. Урок «Способность воды растворять твердые вещества (соль, сахар и др
Аманбаева Жанар Жумабековна
Актюбинская область г.Шалкар
Средняя школа №5
Предмет: Начальная школа
Тема: Вода - растворитель. Растворимые и нерастворимые в воде вещетсва.
Задачи урока: дать представление о воде как растворителе, о растворимых и нерастворимых веществах; познакомить с понятием «фильтр», с простейшими способами определения растворимых и нерастворимых веществ; подготовить доклад на тему «Вода – растворитель».
Оборудование и наглядные пособия: учебники, хрестоматии, тетради для самостоятельной работы; наборы: стаканы пустые и с кипяченой водой; коробочки с поваренной солью, сахаром, речным песком, глиной; чайные ложки, воронки, фильтры из бумажных салфеток; гуашь (акварельные краски), кисти и листы для рефлексии; презентация, выполненная в Power Point, мультимедийный проектор, экран.
ХОД УРОКА
I. Организационный момент
У. Всем доброе утро! (Слайд 1)
Приглашаю вас на третье заседание школьного научного клуба «Мы и окружающий мир».
II. Сообщение темы и цели урока
Учитель. Сегодня у нас гости, учителя из других школ, которые пришли на заседание клуба. Предлагаю председателю клуба, Порошиной Анастасии, открыть заседание.
Председатель. Мы сегодня собрались на заседание клуба по теме «Вода – растворитель». Задание всем присутствующим: подготовить доклад на тему «Вода – растворитель». На этом уроке вам вновь предстоит стать исследователями свойств воды. Изучать эти свойства вы будете в своих лабораториях, с помощью «консультантов» – Макаренкова Михаила, Старковой Олеси и Стениной Юлии. Каждая лаборатория должна будет выполнить следующее задание: провести опыты и наблюдения, а в конце заседания обсудить план сообщения «Вода – растворитель».
III. Изучение нового материала
У. С разрешения председателя я хочу сделать первое сообщение. (Слайд 2) Такое же заседание по теме «Вода – растворитель» недавно провели ученики села Мирного. Открыл заседание Костя Погодин, который напомнил всем присутствующим еще об одном удивительном свойстве воды: многие вещества в воде могут распадаться на невидимые мельчайшие частицы, то есть растворяться. Следовательно, для многих веществ вода – хороший растворитель. После этого Маша предложила провести опыты и выявить способы, с помощью которых можно будет получить ответ на вопрос, растворяется вещество в воде или нет.
У. Предлагаю вам на заседании клуба определить растворимость в воде таких веществ, как поваренная соль, сахар, речной песок и глина.
Давайте предположим, какое вещество, по вашему мнению, растворится в воде, а какое не растворится. Выскажите свои предположения, догадки и продолжите высказывание: (Слайд 3)
У. Подумаем вместе, какие гипотезы будем подтверждать. (Слайд 3)
Предположим … (соль растворится в воде)
Допустим … (сахар растворится в воде)
Возможно … (песок не растворится в воде)
Что, если … (глина не растворится в воде)
У. Давайте, и мы проведем опыты, которые помогут нам в этом разобраться. Перед работой председатель напомнит вам правила при проведении опытов и раздаст карточки, на которых эти правила напечатаны. (Слайд 4)
П. Посмотрите на экран, где записаны правила.
«Правила при проведении опытов»
Необходимо бережно относиться ко всем приборам. Их можно не только разбить, ими можно и пораниться.
Во время работы можно не только сидеть, но и стоять.
Опыт проводит один из учеников (докладчик), остальные молча наблюдают или по просьбе докладчика помогают ему.
Обмен мнениями по результатам проведенного опыта начинается только после того, как докладчик разрешает его начать.
Переговариваться друг с другом нужно тихо, не мешая остальным.
Подходить к столу и проводить замену лабораторного оборудования можно только по разрешению председателя.
IV. Практическая работа
У. Предлагаю председателю выбрать «консультанта», который прочитает вслух из учебника порядок действий при проведении первого опыта. (Слайд 5)
1) П. Проведите опыт с поваренной солью. Проверьте, растворяется ли в воде поваренная соль.
«Консультант» из каждой лаборатории берет один из подготовленных наборов, и проводит опыт с поваренной солью. В прозрачный стакан наливает кипяченую воду. Всыпает в воду небольшое количество поваренной соли. Группа наблюдает, что происходит с кристалликами соли, и исследует воду на вкус.
Председатель (как в игре КВН) зачитывает один и тот же вопрос каждой группе, а представители от лабораторий отвечают на них.
П. (Слайд 6) Изменилась ли прозрачность воды? (Прозрачность не изменилась)
Изменился ли цвет воды? (Цвет не изменился)
Изменился ли вкус воды? (Вода стала соленой)
Можно ли сказать, что соль исчезла? (Да, она растворилась, исчезла, ее не видно)
У. Сделайте вывод. (Соль растворилась) (Слайд 6)
П. Прошу всех приступить к выполнению второго опыта, для которого необходимо использовать фильтры.
У. Что такое фильтр? (Прибор, устройство или сооружение для очищения жидкостей, газов от твёрдых частиц, примесей.) (Слайд 7)
У. Прочитайте вслух порядок действий при выполнении опыта с фильтром. (Слайд 8)
Учащиеся пропускают воду с солью через фильтр, наблюдают и исследуют воду на вкус.
П. (Слайд 9) Осталась ли соль на фильтре? (На фильтре пищевая соль не осталась)
Удалось ли очистить воду от соли? (Пищевая соль прошла с водой через фильтр)
У. Сделайте вывод из своих наблюдений. (Соль растворилась в воде) (Слайд 9)
У. Подтвердилась ли ваша гипотеза?
У. Все правильно! Молодцы!
У. Результаты опыта оформите письменно в Тетради для самостоятельной работы (с. 30). (Слайд 10)
2) П. (Слайд 11) Проделаем такой же опыт еще раз, только вместо соли положим чайную ложку сахарного песка.
«Консультант» из каждой лаборатории берет второй набор и проводит опыт с сахаром. В прозрачный стакан наливает кипяченую воду. Всыпает в воду небольшое количество сахара. Группа наблюдает, что происходит и исследует воду на вкус.
П. (Слайд 12) Изменилась ли прозрачность воды? (Прозрачность воды не изменилась)
Изменился ли цвет воды? (Цвет воды не изменился)
Изменился ли вкус воды? (Вода стала сладкой)
Можно ли сказать, что сахар исчез? (Сахар стал невидимым в воде, вода его растворила)
У. Сделайте вывод. (Сахар растворился) (Слайд 12)
У. Пропустите воду с сахаром через бумажный фильтр. (Слайд 13)
Учащиеся пропускают воду с сахаром через фильтр, наблюдают и исследуют воду на вкус.
П. (Слайд 14) Остался ли сахар на фильтре? (На фильтре сахара не видно)
Изменился ли вкус воды? (Вкус воды не изменился)
Удалось ли очистить воду от сахара? (Воду от сахара очистить не удалось, вместе с водой он прошел через фильтр)
У. Сделайте вывод. (Сахар растворился в воде) (Слайд 14)
У. Подтвердилась ли гипотеза?
У. Верно. Молодцы!
У. Результаты опыта оформите письменно в Тетради для самостоятельной работы. (Слайд 15)
3) П. (Слайд 16) Проверим утверждения и проведем опыт с речным песком.
У. Прочитайте в учебнике порядок действий при проведении опыта.
Проводят опыт с речным песком. Размешивают в стакане с водой чайную ложку речного песка. Дают смеси отстояться. Наблюдают, что происходит с песчинками и водой.
П. (Слайд 17) Изменилась ли прозрачность воды? (Вода стала мутной, грязной)
Изменился ли цвет воды? (Цвет воды изменился)
Исчезли ли песчинки? (Более тяжелые песчинки опускаются на дно, а мелкие плавают в воде, делая ее мутной)
У. Сделайте вывод. (Песок не растворился) (Слайд 17)
У. (Слайд 18) Пропустите содержимое стакана через бумажный фильтр.
Учащиеся пропускают воду с сахаром через фильтр, наблюдают.
П. (Слайд 19) Что проходит через фильтр, а что остается на нем? (Вода проходит через фильтр, а речной песок остался на фильтре и песчинки хорошо видны)
Очистилась ли вода от песка? (Фильтр помогает очистить воду от частиц, которые в ней не растворяются)
У. Сделайте вывод. (Речной песок в воде не растворился) (Слайд 19)
У. Верным ли было ваше предположение о растворимости песка в воде?
У. Отлично! Молодцы!
У. Результаты опыта оформите письменно в Тетради для самостоятельной работы. (Слайд 20)
4) П. (Слайд 21) Проделайте такой же опыт с кусочком глины.
Проводят опыт с глиной. Размешивают в стакане с водой кусочек глины. Дают смеси отстояться. Наблюдают, что происходит с глиной и водой.
П. (Слайд 22) Изменилась ли прозрачность воды? (Вода стала мутной)
Изменился ли цвет воды? (Да)
Исчезли ли частицы глины? (Более тяжелые частицы опускаются на дно, а мелкие плавают в воде, делая ее мутной)
У. Сделайте вывод. (Глина не растворилась в воде) (Слайд 22)
У. (Слайд 23) Пропустите содержимое стакана через бумажный фильтр.
П. (Слайд 24) Что проходит через фильтр, а что остается на нем? (Вода проходит через фильтр, а не растворившиеся частицы остаются на фильтре.)
Очистилась ли вода от глины? (Фильтр помог очистить воду от частиц, которые не растворились в воде)
У. Сделайте вывод. (Глина не растворяется в воде) (Слайд 24)
У. Гипотеза подтвердилась?
У. Молодцы! Все правильно!
У. Прошу одного из членов группы зачитать выводы, записанные в тетради, всем присутствующим.
У. Есть ли у кого - нибудь дополнения, уточнения?
У. Сделаем выводы из опытов. (Слайд 25)
Все ли вещества растворяются в воде? (Соль, сахарный песок растворились в воде, а песок и глина не растворились.)
Всегда ли с помощью фильтра можно выявить, растворяется вещество в воде или нет? (Растворившиеся в воде вещества проходят через фильтр вместе с водой, а не растворившиеся частицы остаются на фильтре)
У. Прочитайте о растворимости веществ в воде в учебнике (с. 87).
У. Сделайте вывод о свойстве воды как растворителя. (Вода – растворитель, но не все вещества в ней растворяются) (Слайд 25)
У. Советую членам клуба прочитать рассказ в хрестоматии «Вода – растворитель» (с. 46). (Слайд 26)
Почему же ученым пока не удалось получить абсолютно чистую воду? (Потому что в воде растворены сотни, а может и тысячи разных веществ)
У. Как люди используют свойство воды растворять некоторые вещества?
(Слайд 27) Безвкусная вода становится сладкой или соленой благодаря сахару или соли, так как вода растворяет и приобретает их вкус. Это свойство человек использует, когда готовит пищу: заваривает чай, варит компот, супы, солит и консервирует овощи, заготавливает варенье.
(Слайд 28) Когда мы моем руки, умываемся или купаемся, когда стираем одежду, то используем жидкую воду и ее свойство – растворителя.
(Слайд 29) В воде также растворяются газы, в частности кислород. Благодаря этому в реках, озерах, морях живут рыбы и другие. Соприкасаясь с воздухом, вода растворяет кислород, углекислый газ и другие газы, которые находятся в нем. Для живых организмов, обитающих в воде, например, рыб, очень важен кислород, растворенный в воде. Он им нужен для дыхания. Если бы кислород не растворялся в воде, то водоемы были бы безжизненными. Зная это, люди не забывают насыщать кислородом воду в аквариуме, где живут рыбки, или прорубают зимой проруби в водоемах для улучшения жизни подо льдом.
(Слайд 30) Когда рисуем акварельными красками или гуашью.
У. Обратите внимание на задание, записанное на доске. (Слайд 31) Предлагаю составить коллективный план выступления на тему «Вода – растворитель». Обсудите его в своих лабораториях.
Заслушивание планов по теме «Вода – растворитель», составленных учащимися.
У. Давайте все вместе сформулируем план выступления. (Слайд 31)
Примерный план выступления по теме «Вода – растворитель»
Введение.
Растворение веществ в воде.
Выводы.
Использование людьми свойства воды растворять некоторые вещества.
Экскурсия в «Выставочный зал». (Слайд 32)
У. При подготовке сообщения вы можете использовать дополнительную литературу, подобранную ребятами, помощниками докладчиков по теме нашего заседания. (Обратить внимание учащихся на выставку книг, интернет – страничек)
V. Итог урока
Какое свойство воды исследовали на заседании клуба? (Свойство воды как растворителя)
К какому выводу мы пришли, исследовав это свойство воды? (Вода – хороший растворитель для некоторых веществ.)
Как вы думаете, трудно быть исследователями?
Что показалось наиболее сложным, интересным?
Пригодятся ли вам знания, приобретенные в ходе исследования этого свойства воды в дальнейшей жизни? (Слайд 33) (Очень важно помнить о том, что вода – растворитель. Вода растворяет соли, среди которых есть как полезные для человека, так и вредные. Поэтому пить воду из источника, если вы не знаете, чист ли он, нельзя. Не зря в народе есть пословица: «Не всякая водица для питья годится».)
VI. Рефлексия
Как мы используем свойство воды растворять некоторые вещества на уроках изобразительного искусства? (Когда рисуем акварельными красками или гуашью)
Предлагаю вам, используя это свойство воды, раскрасить воду в стакане в такой цвет, который наиболее полно соответствует вашему настроению. (Слайд 34)
«Желтый цвет» – радостное, светлое, хорошее настроение.
«Зеленый цвет» – спокойное, уравновешенное.
«Синий цвет» – грустное, печальное, тоскливое настроение.
Покажите свои листы с раскрашенной водой в стакане.
VII. Оценивание
Благодарю председателя, «консультантов» и всех участников заседания за активную работу.
VIII. Домашнее задание
Секрет прост, но гениален. Молекула воды сама по себе электронейтральна. Однако электрический заряд внутри молекулы распределен очень неравномерно. Область атомов водорода имеет положительно настроенный «характер», а «местожительство» кислорода славится выразительной отрицательной заряженностью.
Если энергия притяжения молекул воды к молекулам какого-либо вещества преобладает по сравнению с энергией притяжения между молекулами воды, то вещество растворяется. Если же такое условие не соблюдается, то «чуда» тоже, соответственно, не происходит.
Главным «светофором» с зажжённым красным цветом для воды являются жиры. Именно поэтому, если мы вдруг «награждаем» одежду выразительным маслянистым пятном, фраза «Просто добавь воды» в этой ситуации не будет спасительной.
Хотя, из-за того, что подсознательно мы привыкли видеть воду в роли универсального растворителя, которому практически — любая проблема «по плечу», мы часто всё равно пытаемся решить проблему с помощью воды. И когда у нас ничего не получается, то чаще всего мы сердимся, а на самом деле, надо бы… радоваться. Да, именно радоваться!
Ведь по той причине, что вода лишена возможности растворять жиры, мы можем … жить.Потому что именно благодаря тому, что жиры входят для воды в «чёрный список», не растворяемся мы сами.
А вот соли, щелочи и кислоты для воды — настоящее «лакомство». Кстати, такие химические свойства опять — таки приходятся очень на руку человеку. Ведь если бы это было не так, то продукты распада бы создавали в организме настоящую свалку, а кровь бы автоматически сгущалась. Поэтому, если человека лишить воды, то уже на 5 сутки он умирает. Кроме того, безусловно, если регулярно не получать необходимое количество («среднестатистическая» норма 2-3 литра в сутки), нерастворенные соли значительно увеличивают риск образования камней в почках, а также мочевом пузыре.
Впрочем, безусловно, именно из-за того, что вода растворяет, например, те же соли, не стоить превращаться и в бесконтрольного «водохлёба», ставящего дерзкие «рекорды», просто потому что к тому обязал какой-нибудь спор. Ведь так можно очень сильно нарушить минеральный баланс организма.
Кстати, пропуская через себя (причём, как в прямом, так и переносном смысле) и понимая физико-химическую сущность этого явления, легко понять и роль воды в качестве растворителя во многих других сферах как бытового, так и производственного плана.
Раствором называется термодинамически устойчивая гомогенная (однофазная) система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов (химических веществ). Компонентами, составляющими раствор, являются растворитель и растворенное вещество. Обычно растворителем считается тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем является, конечно, вода). Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.
Растворы бывают жидкими, твердыми и газообразными.
Жидкие растворы – это растворы солей, сахара, спирта в воде. Жидкие растворы могут быть водными и неводными. Водные растворы – это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы – это растворы, в которых растворителями являются органические жидкости (бензол, спирт, эфир и т.д.). Твёрдые растворы – сплавы металлов. Газообразные растворы – воздух и другие смеси газов.
Процесс растворения . Растворение – это сложный физико-химический процесс. При физическом процессе происходит разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя. Химический процесс – это взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества. В результате этого взаимодействия образуются сольваты. Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами. Процесс образования сольватов называется сольватацией, процесс образования гидратов – гидратацией. При упаривании водных растворов образуются кристаллогидраты – это кристаллические вещества, в состав которых входит определенное число молекул воды (кристаллизационная вода). Примеры кристаллогидратов: CuSO 4 . 5H 2 O – пентагидрат сульфата меди (II); FeSO 4 . 7H 2 O – гептагидрат сульфата железа (II).
Физический процесс растворения идёт с поглощением энергии, химический – с выделением . Если в результате гидратации (сольватации) выделяется больше энергии, чем ее поглощается при разрушении структуры вещества, то растворение – экзотермический процесс. Выделение энергии происходит при растворении NaOH, H 2 SO 4 , Na 2 CO 3 , ZnSO 4 и других веществ. Если для разрушения структуры вещества надо больше энергии, чем её выделяется при гидратации, то растворение – эндотермический процесс. Поглощение энергии происходит при растворении в воде NaNO 3 , KCl, NH 4 NO 3 , K 2 SO 4 , NH 4 Cl и некоторых других веществ.
Количество энергии, которое выделяется или поглощается при растворении, называется тепловым эффектом растворения .
Растворимостью вещества называется его способность распределяться в другом веществе в виде атомов, ионов или молекул с образованием термодинамически устойчивой системы переменного состава. Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости , который показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 или 100 г воды при данной температуре. Растворимость вещества зависит от природы растворителя и вещества, от температуры и давления (для газов). Растворимость твердых веществ в основном увеличивается при повышении температуры. Растворимость газов с повышением температуры уменьшается, но при повышении давления увеличивается.
По растворимости в воде вещества делят на три группы:
1. Хорошо растворимые (р.). Растворимость веществ больше 10 г в 1000г воды. Например, 2000 г сахара растворяется в 1000 г воды, или в 1 л воды.
2. Малорастворимые (м.). Растворимость веществ от 0,01 г до 10 г в 1000 г воды. Например, 2 г гипса (CaSO 4 . 2 H 2 O) растворяется в 1000 г воды.
3. Практически нерастворимые (н.). Растворимость веществ меньше 0,01 г в 1000 г воды. Например, в 1000 г воды растворяется 1,5 . 10 -3 г AgCl.
При растворении веществ могут образоваться насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы.
Насыщенный раствор – это раствор, который содержит максимальное количество растворяемого вещества при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество больше не растворяется.
Ненасыщенный раствор – это раствор, который содержит меньше растворяемого вещества, чем насыщенный при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество еще растворяется.
Иногда удается получить раствор, в котором растворенного вещества содержится больше, чем в насыщенном растворе при данной температуре. Такой раствор называется пересыщенным. Этот раствор получают при осторожном охлаждении насыщенного раствора до комнатной температуры. Пересыщенные растворы очень неустойчивы. Кристаллизацию вещества в таком растворе можно вызвать путем потирания стеклянной палочкой стенок сосуда, в котором находится данный раствор. Этот способ применяется при выполнении некоторых качественных реакций.
Растворимость вещества может выражаться и молярной концентрацией его насыщенного раствора (п.2.2).
Константа растворимости. Рассмотрим процессы, возникающие при взаимодействии малорастворимого, но сильного электролита сульфата бария BaSO 4 с водой. Под действием диполей воды ионы Ba 2+ и SO 4 2 - из кристаллической решетки BaSO 4 будут переходить в жидкую фазу. Одновременно с этим процессом под влиянием электростатического поля кристаллической решетки часть ионов Ba 2+ и SO 4 2 - вновь будет осаждаться (рис.3). При данной температуре в гетерогенной системе, наконец, установится равновесие: скорость процесса растворения (V 1) будет равна скорости процесса осаждения (V 2), т.е.
BaSO 4 ⇄ Ba 2+ + SO 4 2 -
твёрдая раствор
Рис. 3. Насыщенный раствор сульфата бария
Раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой BaSO 4 , называется насыщенным относительно сульфата бария.
Насыщенный раствор представляет собой равновесную гетерогенную систему, которая характеризуется константой химического равновесия:
, (1)
где a (Ba 2+) – активность ионов бария; a(SO 4 2-) – активность сульфат-ионов;
a (BaSO 4) – активность молекул сульфата бария.
Знаменатель этой дроби – активность кристаллического BaSO 4 – является постоянной величиной, равной единице. Произведение двух констант дает новую постоянную величину, которую называют термодинамической константой растворимости и обозначают К s °:
К s ° = a(Ba 2+) . a(SO 4 2-). (2)
Эту величину раньше называли произведением растворимости и обозначали ПР.
Таким образом, в насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита произведение равновесных активностей его ионов есть величина постоянная при данной температуре.
Если принять, что в насыщенном растворе малорастворимого электролита коэффициент активности f ~1, то активность ионов в таком случае можно заменить их концентрациями, так как а(X ) = f (X ) . С(X ). Термодинамическая константа растворимости К s ° перейдет в концентрационную константу растворимости К s:
К s = С(Ba 2+) . С(SO 4 2-), (3)
где С(Ba 2+) и С(SO 4 2 -) – равновесные концентрации ионов Ba 2+ и SO 4 2 - (моль/л) в насыщенном растворе сульфата бария.
Для упрощения расчётов обычно пользуются концентрационной константой растворимости К s , принимая f (Х ) = 1 (приложение 2).
Если малорастворимый сильный электролит образует при диссоциации несколько ионов, то в выражение К s (или К s °) входят соответствующие степени, равные стехиометрическим коэффициентам:
PbCl 2 ⇄ Pb 2+ + 2 Cl - ; K s = С (Pb 2+) . С 2 (Cl -);
Ag 3 PO 4 ⇄ 3 Ag + + PO 4 3 - ; K s = С 3 (Ag +) . С (PO 4 3 -).
В общем виде выражение концентрационной константы растворимости для электролита A m B n ⇄ m A n+ + n B m - имеет вид
K s = С m (A n+) . С n (B m -),
где С - концентрации ионов A n+ и B m - в насыщенном растворе электролита в моль/л.
Величиной K s принято пользоваться только в отношении электролитов, растворимость которых в воде не превышает 0,01 моль/л.
Условия образования осадков
Предположим, с - фактическая концентрация ионов трудно растворимого электролита в растворе.
Если С m (A n +) . С n (B m -) > K s , то произойдет образование осадка, т.к. раствор становится пересыщенным.
Если С m (A n +) . С n (B m -) < K s , то раствор является ненасыщенным и осадок не образуется.
Свойства растворов . Ниже рассмотрим свойства растворов неэлектролитов. В случае электролитов в приведённые формулы вводится поправочный изотонический коэффициент.
Если в жидкости растворено нелетучее вещество, то давление насыщенного пара над раствором меньше давления насыщенного пара над чистым растворителем. Одновременно с понижением давления пара над раствором наблюдается изменение его температуры кипения и замерзания; температуры кипения растворов повышаются, а температуры замерзания понижаются по сравнению с температурами, характеризующими чистые растворители.
Относительное понижение температуры замерзания или относительное повышение температуры кипения раствора пропорционально его концентрации.
Понятие растворимости используется в химии для описания свойств твердого вещества, которое смешивается с жидкостью и растворяется в ней. Полностью растворимы лишь ионные (заряженные) соединения. Для практических нужд достаточно помнить несколько правил или уметь найти их, чтобы при случае воспользоваться ими и узнать, растворятся или нет те или иные ионные вещества в воде. Фактически, в любом случае растворяется некоторое количество атомов, даже если изменения не заметны, поэтому для проведения точных экспериментов иногда требуется вычислить это количество.
Шаги
Использование простых правил
-
Узнайте больше об ионных соединениях. В нормальном состоянии каждый атом имеет определенное число электронов, но иногда он может захватить дополнительный электрон или потерять свой. В результате образуется ион , который имеет электрический заряд. Если ион с отрицательным зарядом (дополнительным электроном) встречает ион с положительным зарядом (без электрона), они связываются вместе, подобно противоположным полюсам двух магнитов. В результате образуется ионное соединение.
- Ионы с отрицательным зарядом называются анионами , а ионы с положительным зарядом - катионами .
- В нормальном состоянии количество электронов в атоме равно числу протонов, в результате чего атом электрически нейтрален.
-
Узнайте больше о растворимости. Молекулы воды (H 2 O) обладают своеобразной структурой, что делает их похожими на магнит: с одного конца они имеют положительный, а со второго - отрицательный заряд. При помещении в воду ионного соединения эти водяные "магниты" собираются вокруг его молекул и стремятся оттянуть положительные и отрицательные ионы друг от друга. Молекулы некоторых ионных соединений не очень прочны, и такие вещества растворимы в воде, так как молекулы воды оттягивают ионы друг от друга и растворяют их. В других соединениях ионы связаны крепче, и они нерастворимы , поскольку молекулы воды не в состоянии растащить ионы в стороны.
- В молекулах некоторых соединений внутренние связи сравнимы по силе с действием молекул воды. Такие соединения называют слабо растворимыми , поскольку значительная часть их молекул диссоциирует, хотя другие остаются не растворенными.
-
Изучите правила растворимости. Поскольку взаимодействие между атомами описывается довольно сложными законами, не всегда можно сразу сказать, какие вещества растворяются, а какие нет. Найдите один из ионов соединения в приведенном ниже описании того, как обычно ведут себя различные вещества. После этого обратите внимание на второй ион и проверьте, не относится ли данное вещество к исключениям из-за необычного взаимодействия ионов.
- Предположим, вы имеете дело с хлоридом стронция (SrCl 2). Найдите в перечисленных ниже шагах (они выделены жирным шрифтом) ионы Sr и Cl. Cl "обычно растворим"; после этого загляните в приведенные ниже исключения. Ионы Sr там не упомянуты, так что соединение SrCl должно растворяться в воде.
- Ниже соответствующих правил приведены наиболее распространенные исключения. Существуют и другие исключения, однако вы вряд ли столкнетесь с ними на уроках химии или в лаборатории.
-
Соединения растворимы, если в их состав входят ионы щелочных металлов, то есть Li + , Na + , K + , Rb + и Cs + . Это элементы группы IA таблицы Менделеева: литий, натрий, калий, рубидий и цезий. Почти все простые соединения этих элементов растворимы.
- Исключение: соединение Li 3 PO 4 нерастворимо.
-
Соединения ионов NO 3 - , C 2 H 3 O 2 - , NO 2 - , ClO 3 - и ClO 4 - растворимы. Их называют соответственно ионами нитратов, ацетатов, нитритов, хлоратов и перхлоратов. Ион ацетата часто обозначают аббревиатурой OAс.
- Исключения: Ag(OAc) (ацетат серебра) и Hg(OAc) 2 (ацетат ртути) нерастворимы.
- AgNO 2 - и KClO 4 - лишь "слабо растворимы".
-
Соединения ионов Cl - , Br - и I - обычно растворимы. Ионы хлора, брома и йода образуют соответственно хлориды, бориды и йодиды, которые называют солями галогенов. Эти соли почти всегда растворимы.
- Исключение: если вторым ионом в паре является ион серебра Ag + , ртути Hg 2 2+ или свинца Pb 2+ , соль нерастворима. Это же верно и для менее распространенных галогенов с ионами меди Cu + и таллия Tl + .
-
Соединения иона SO 4 2- (сульфаты) обычно растворимы. Как правило, сульфаты растворяются в воде, однако существует несколько исключений.
- Исключения: нерастворимы сульфаты следующих ионов: стронция Sr 2+ , бария Ba 2+ , свинца Pb 2+ , серебра Ag + , кальция Ca 2+ , радия Ra 2+ и двухвалентного серебра Hg 2 2+ . Учтите, что сульфат серебра и сульфат кальция все же немного растворяются в воде, и иногда их считают слегка растворимыми веществами.
-
Соединения OH - и S 2- нерастворимы в воде. Это соответственно ионы гидроксида и сульфида.
- Исключения: помните о щелочных металлах (группа IA) и о том, что почти все их соединения растворимы? Так вот, ионы Li + , Na + , K + , Rb + и Cs + образуют растворимые гидроксиды и сульфиды. Кроме того, растворимы соли кальция Ca 2+ , стронция Sr 2+ и бария Ba 2+ (группа IIA). Учтите, что значительная часть молекул гидроксидов этих элементов все же не растворяется, поэтому иногда их считают "слабо растворимыми".
-
Соединения ионов CO 3 2- и PO 4 3- нерастворимы. Эти ионы образуют карбонаты и фосфаты, которые обычно не растворяются в воде.
- Исключения: данные ионы образуют растворимые соединения с ионами щелочных металлов: Li + , Na + , K + , Rb + и Cs + , а также с аммонием NH 4 + .
Использование произведения растворимости K sp
-
Найдите произведение растворимости K sp (это постоянная величина). Каждое соединение имеет свою константу K sp . Ее значения для различных веществ приведены в справочниках и на сайте (на английском языке). Значения произведения растворимости определяются экспериментально и они могут значительно отличаться друг от друга в различных источниках, поэтому лучше пользоваться таблицей для K sp в вашем учебнике химии, если такая таблица там есть. Если не указано другого, в большинстве таблиц приводится произведение растворимости при температуре 25ºC.
- К примеру, если вы растворяете иодид свинца PbI 2 , найдите для него произведение растворимости. На сайте bilbo.chm.uri.edu указано значение 7,1×10 –9 .
-
Запишите химическое уравнение. Сначала определите, на какие ионы распадется молекула вещества при растворении. Затем запишите уравнение с K sp с одной стороны и соответствующими ионами с другой.
- В нашем примере молекула PbI 2 расщепляется на ион Pb 2+ и два иона I - . При этом достаточно установить заряд лишь одного иона, так как в целом раствор будет нейтральным.
- Запишите уравнение: 7,1×10 –9 = 2 .
-
Преобразуйте уравнение так, чтобы решить его. Перепишите уравнение в простом алгебраическом виде. Используйте при этом то, что вам известно о количестве молекул и ионов. Подставьте вместо числа атомов растворяемого соединения неизвестную величину х и выразите количество ионов через х.
- В нашем примере необходимо переписать следующее уравнение: 7,1×10 –9 = 2 .
- Поскольку в соединение входит лишь один атом свинца (Pb), число растворенных молекул будет равняться количеству свободных ионов свинца. Таким образом, мы можем приравнять и x.
- Поскольку на каждый ион свинца приходится два иона йода (I), число атомов йода следует приравнять 2x.
- В результате получается уравнение 7,1×10 –9 = (x)(2x) 2 .
-
При необходимости учтите общие ионы. Пропустите данный шаг, если вещество растворяется в чистой воде. Однако если вы используете раствор, который уже содержит один или более интересующих вас ионов ("общих ионов"), растворимость может значительно снизиться. Эффект общих ионов особенно заметен для слабо растворимых веществ, и в подобных случаях можно предполагать, что подавляющее большинство растворенных ионов уже присутствовали в растворе ранее. Перепишите уравнение и учтите в нем известные молярные концентрации (молей на литр, или M) уже растворенных ионов. Откорректируйте неизвестные величины х для этих ионов.
- Например, если иодид свинца уже присутствует в растворе с концентрацией 0,2M, следует переписать уравнение следующим образом: 7,1×10 –9 = (0,2M+x)(2x) 2 . Поскольку величина 0,2M намного больше x, можно записать уравнение в виде 7,1×10 –9 = (0,2M)(2x) 2 .
-
Решите уравнение. Найдите величину x, чтобы узнать, насколько растворимо данное соединение. Ввиду определения произведения растворимости ответ будет выражен в молях растворенного вещества на литр воды. Для вычисления конечного результата может понадобиться калькулятор.
- Для растворения в чистой воде, то есть при отсутствии общих ионов, находим:
- 7,1×10 –9 = (x)(2x) 2
- 7,1×10 –9 = (x)(4x 2)
- 7,1×10 –9 = 4x 3
- (7,1×10 –9)/4 = x 3
- x = ∛((7,1×10 –9)/4)
- x = 1,2 x 10 -3 молей на литр воды . Это очень малое количество, поэтому данное вещество практически нерастворимо.
Цель: узнать опытным путем, какие твердые вещества растворяются в воде, а какие не растворяются в воде.
Образовательные:
- Ознакомить обучающихся с понятиями: растворимые и нерастворимые вещества.
- Учить доказывать опытным путем правильность предположений о растворимости (нерастворимости) твердых веществ.
Коррекционные:
- Развивать речь через объяснение проводимой работы.
Учить самостоятельно пользоваться лабораторным оборудованием, проводить опыты.
Воспитательные:
- Формировать умение общаться и работать в группах.
Воспитывать усидчивость.
Вид урока: лабораторная работа.
Средства обучения: учебник “Естествознание” Н.В. Королева, Е.В. Макаревич
Оборудование для лабораторной работы: мензурки, фильтры, инструкции. Твердые вещества: соль, сахар, сода, песок, кофе, крахмал, земля, мел, глина.
Ход урока
I. Организационный момент
У: Здравствуйте, ребята. Поприветствуйте друг друга глазами. Рада вас видеть, присаживайтесь.
. Повторение пройденногоУ: Повторим то, что уже знаем о воде:
– что происходит с водой при нагревании?
– что происходит с водой при охлаждении?
– что происходит с водой при замерзании?
– в каких трех состояниях встречается вода в природе?
У: Какие вы молодцы! Все знаете!
III. Изучение нового материала
(Заранее с учениками согласую группы, которыми они будут работать, ребята сами выбирают руководителя лаборатории (на др. лабораторном занятии может быть выбран другой ребенок), который записывает показатели опыта в таблицу и дает устные комментарии при заполнении конечной части таблицы – результата.)
У: Ребята, сегодня на лабораторной работе мы узнаем, какие вещества вода может растворять, а какие – нет. Откройте тетрадь, запишите число и тему урока «Растворимые и нерастворимые в воде вещества». (Прикрепляю к доске. ) Какую цель мы сегодня поставим на уроке?
Р: Узнать какие вещества растворяются в воде, а какие не растворяются. (Прикрепляю к доске. )
У: Все вещества в природе можно разделить на две группы: растворимые и нерастворимые. А какие вещества можно назвать растворимыми ? (Сверимся с учебником стр.80:2) Растворимые в воде вещества – такие, которые при помещении их в воду становятся невидимыми и не оседают на фильтре при фильтрации . (Прикрепляю к доске .)
У: А какие вещества можно назвать нерастворимыми ? (сверимся с учебником стр.47-2) Нерастворимые в воде вещества – такие, которые не растворяются в воде и оседают на фильтре (прикрепляю к доске ).
У: Ребята, как думаете, что нам понадобится для выполнения лабораторной работы?
Р: Вода, какие-то вещества, мензурки, фильтр (показываю воду в графине; мензурки, наполненные сл. веществами: солью, сахаром, содой, песком, кофе, крахмалом, мелом, глиной; пустые мензурки, фильтр ).
У: Что такое фильтр?
Р: Устройство для очищения жидкостей от нерастворимых в ней веществ, которые оседают на нем.
У: А из каких подручных средств можно изготовить фильтр? Молодцы! А мы будем использовать вату (в воронку помещаю кусочек ваты ).
У: Но прежде, чем приступить к выполнению лабораторной работы заполним таблицу (таблица начерчена на доске, использую мелки двух цветов, если ученики предполагают, что вещество полностью растворяется в воде, то отмечаю «+» во второй колонке; если ученики предполагают, что вещество останется на фильтре, то «+» в третьей колонке, и наоборот; цветным мелком фиксирую предполагаемый результат в четвертой колонке – Р (растворимое) или Н (нерастворимое))
| Наши предположения | Результат | ||
| Растворимость | Фильтрация | ||
| 1. Вода + песок | – | + | Н |
| 2. Вода + глина | |||
| 3. Вода + кофе | |||
| 4. Вода + крахмал | |||
| 5. Вода + сода | |||
| 6. Вода + земля | |||
| 7. Вода + сахар | |||
| 8. Вода + мел | |||
У: А после выполнения лабораторной работы сверим наши предположения с полученными результатами.
У: Каждая лаборатория будет исследовать два твердых вещества, все результаты будете записывать в отчет «Растворимые и нерастворимые в воде вещества». Приложение 1
У: Ребята, это первая ваша самостоятельная лабораторная работа и перед тем, как вы приступите к ее выполнению, послушайте порядок ее проведения или инструкцию. (Раздаю каждой лаборатории, после прочтения обговариваем .)
Лабораторная работа
(Помогаю если есть необходимость. Может возникнуть трудность с фильтрацией раствора кофе, т.к. фильтр окрасится. Для облегчения заполнения отчетов предлагаю использовать словосочетания, которые прикрепляю на доску. Приложение 3 .)
У: А сейчас проверим наши предположения. Руководители лабораторий, проверьте, подписан ли ваш отчет и прокомментируйте полученные опытным путем результаты. (Начальник лаборатории отчитывается, фиксирую полученный результат мелком другого цвета)
У: Ребята, какие вещества для исследования оказались растворимыми? Какие нет? Сколько совпадений оказалось? Молодцы. Практически все наши предположения подтвердились.
VI. Вопросы для закрепления
У: Ребята, а где человек использует раствор соли, сахара, соды, песка, кофе, крахмала, глины?
VII. Итог урока
У: Какую цель мы сегодня ставили? Выполнили ее? Мы молодцы? Я вами очень довольна! И ставлю всем «отлично».
VIII. Домашнее задание
У: Прочитаете текст для внеклассного чтения на стр.43, ответите на вопросы.
Встаньте, пожалуйста, те ребята, кому наш урок не понравился. Спасибо за честность. А теперь те, кому понравилась наша работа. Спасибо. Всем до свидания.
