Oborový workshop pro ZŠ CHEMIE

Transkript

1 PRAKTICKÁ VÝUKA PŘÍRODOVĚDNÝCH PŘEDMĚTŮ NA ZŠ A SŠ CZ.1.07/1.1.30/ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Oborový workshop pro ZŠ CHEMIE Téma: ROZPUSTNOST PEVNÝCH LÁTEK A PŘÍPRAVA SOLÍ

2 ROZPUSTNOST PEVNÝCH LÁTEK TÉMA: ROZPUSTNOST PEVNÝCH LÁTEK AUTOR: Mgr. MILAN KLEČKA, Ph.D. CÍL: Prakticky se seznámit s pojmem rozpustnost látek, ověřit, jak je rozpustnost závislá na teplotě, míchání roztoku, popř. na velikosti styčné plochy mezi rozpouštěnou látkou a rozpouštědlem a vyzkoušet rozpouštění některých látek v různých rozpouštědlech. ÚVOD Rozpustnost je vlastnost pevných, kapalných a plynných látek tvořit s rozpouštědlem homogenní směs (roztok). Rozpustnost látek je převážně ovlivněna typem chemické vazby, která se nachází jednak v částicích rozpouštěné látky, ale také rozpouštědla - ty dělíme na polární a nepolární. Hlavním zástupcem polárních rozpouštědel je voda. Tyto rozpouštědla v sobě dobře rozpouští iontové sloučeniny (např. NaCl). Naopak rozpouštědla nepolární (např. chloroform, aceton) jsou vhodnými rozpouštědly pro látky s rovněž nepolárními vazbami. Pro rozpustnost platí známé rčení podobné se rozpouští v podobném. ÚLOHY: 1 RYCHLOST ROZPOUŠTĚNÍ 1.1 Úvod Látky se mohou rozpouštět za různých podmínek různou rychlostí. Ověřte, které faktory mohou ovlivnit rychlost rozpouštění cukru (sacharózy). 1.2 Závislost rychlosti rozpouštění na teplotě Pomůcky 3 kádinky (250 cm 3 ), skleněná tyčinka, 2 teploměry (do 100 o C), hodinky s vteřinovou ručičkou (nebo stopky) 3 kostky cukru Postup Připravíme si tři kádinky se 100 cm 3 destilované vody. Do první kádinky dáme vodou o teplotě vody v zásobní lahvi (změříme její teplotu). Vodu v druhé kádince zahřejeme na 40 C. a vodu ve třetí kádince zahřejeme na 80 C. Jakmile dosáhneme požadovaných teplot, vhodíme současně do všech tří kádinek kostku cukru a začneme měřit čas doby rozpouštění. 2

3 ROZPUSTNOST PEVNÝCH LÁTEK Kádinky pravidelně obkroužíme skleněnou tyčinkou o 3 otočky (cca 1x za 20 s). Dobu rozpouštění zapíšeme do tabulky v bodě 1.5 a vyvodíme závěr z našeho pozorování. 1.3 Závislost rychlosti rozpouštění na míchání roztoku Pomůcky 3 kádinky (250 cm 3 ), skleněná tyčinka, hodinky s vteřinovou ručičkou (nebo stopky) 3 kostky cukru Postup Připravíme si tři kádinky se 100 cm 3 destilované vody. Do každé kádinky vhodíme současně kostku cukru a začneme měřit čas. 1. Kádinku pouze pozorujeme. 2. kádinku pravidelně obkroužíme skleněnou tyčinkou o 3 otočky (cca 1x za 20 s), 3. kádinku pravidelně obkroužíme skleněnou tyčinkou o 10 otoček (cca 1x za 20 s) a sledujeme rychlost rozpouštění. Dobu rozpouštění zapíšeme do tabulky v bodě 1.5 a vyvodíme závěr z našeho pozorování. 1.4 Závislost rychlosti rozpouštění na zrnitosti rozpouštěné látky Pomůcky 3 kádinky (250 cm 3 ), skleněná tyčinka, hodinky s vteřinovou ručičkou (nebo stopky) 3 kostky cukru, cukr krystal, moučkový cukr Postup Připravíme si tři kádinky se 100 cm 3 destilované vody. Zvážíme 3 kostky cukru (rozpouštěná látka v 1. kádince), navážíme stejné množství cukru krystal (rozpouštěná látka v 2. kádince) a třetí vzorek bude činit stejné množství moučkového cukru (rozpouštěná látka v 3. kádince). Po té současně vpravíme kostky do 1., krystal do druhé a moučkový cukr do třetí kádinky a začneme měřit čas. Každou kádinku pravidelně obkroužíme skleněnou tyčinkou o 3 otočky (cca 1x za 20 s). Dobu rozpouštění zapíšeme do tabulky v bodě 1.5 a vyvodíme závěr z našeho pozorování. 3

4 ROZPUSTNOST PEVNÝCH LÁTEK 1.5 Výsledky a závěry Závislost rychlosti rozpouštění na teplotě Doba rozpouštění Voda o lab. teplotě. o C Voda o lab. teplotě 40 o C Voda o lab. teplotě 80 o C Závěr: Závislost rychlosti rozpouštění na míchání roztoku Doba rozpouštění Roztok nemíchaný Roztok míchaný mírně Roztok míchaný intenzivně Závěr: kostkový cukr cukr krystal cukr moučka Závislost rychlosti rozpouštění na zrnitosti rozpouštěné látky Doba rozpouštění Závěr: 4

5 ROZPUSTNOST PEVNÝCH LÁTEK 2 ROZPUSTNOST RŮZNÝCH ANORGANICKÝCH LÁTEK V RŮZNÝCH ROZPOUŠTĚDLECH 2.1 Pomůcky a chemikálie Stojánek se zkumavkami, skleněná tyčinka, chemická lžička, kádinky ( cm 3 ), roztok jodidu draselného (2%), ethanol, cyklohexan, sirouhlík, benzen, jód, manganistan draselný, krystalická síra. 2.2 Postup Připravíme si stojánek se zkumavkami. Označíme zkumavky čísly od 1 do 6. Do každé zkumavky nalejeme asi 5 cm 3 rozpouštědla. Pořadí rozpouštědel: 1. zkumavka voda 2. zkumavka roztok jodidu draselného (KI) 3. zkumavka ethanol 4. zkumavka cyklohexan 5. zkumavka sirouhlík 6. zkumavka benzen Do každé zkumavky vhodíme postupně několik krystalů manganistanu draselného. Skleněnou tyčinkou rozmícháme postupně obsahy jednotlivých zkumavek. Před mícháním obsahu další zkumavky vždy tyčinku očistíme a otřeme. Výsledky zapíšeme do tabulky. Pokud se látka nerozpouští, zapíšeme N (nerozpustný). Pokud se rozpouští, napíšeme R (rozpustný) + barvu vzniklého roztoku. Proces zkoušky rozpustnosti pak opakujeme se stejnými rozpouštědly a s: jódem sírou 2.3 Výsledky: zkumavka č látka/rozpouštědlo voda roztok KI ethanol cyklohexan sirouhlík benzen manganistan draselný jód síra 5

6 ROZPUSTNOST PEVNÝCH LÁTEK 3 EXTRAKCE 3.1 Pomůcky Zkumavky (3x), stojan na zkumavky, gumové zátky, struhadlo, kádinka (250 cm 3 ) Ethanol, cyklohexan (nebo hexan), aceton, slunečnicová nebo maková semena, mrkev. 3.2 Princip Extrakce neboli vyluhování je metoda získávání látek z různých, většinou přírodních materiálů. Vyluhovávají se hlavně tuky, barviva a různé cenné složky. Pro extrakci je velice důležité rozpouštědlo, protože při extrakci přecházejí extrahované látky do rozpouštědla. Extrakci lze provádět za tepla i za studena. 3.3 Postup Postup A Nastrouháme si připravenou mrkev. Mrkev rozdělíme do tří zkumavek (naplníme asi do čtvrtiny). Do první zkumavky nalijeme vodu, do druhé ethanol a do třetí aceton. Zkumavky dobře uzavřeme zátkou. Zkumavky pak protřepáváme alespoň pět minut. Po této době zhodnotíme (podle intenzity zbarvení roztoků), které rozpouštědlo je pro tuto extrakci nejvhodnější a zapíšeme do závěrů Postup B Do třecí misky dáme malou lžičku semen máku (nebo slunečnice). Semena rozetřeme tloučkem. Obsah pak vpravíme do zkumavky. Postup pak ještě 2x zopakujeme, takže získáme 3 zkumavky s rozetřenými semeny. Do první zkumavky pak přidáme 10 cm 3 vody, do druhé stejné množství ethanolu a do třetí cyklohexan. Opět asi 5 min. protřepáváme. Necháme asi 5 min. odstát. Pak odebereme plastovou pipetou 1 ml roztoku ze střední části odstátého roztoku a odebraný vzorek kápneme na zvláštní kousek filtračního papíru. Papíry pak necháme uschnout na radiátoru. Po uschnutí porovnáme intenzitu promaštění papíru. Vyvodíme závěr, které rozpouštědlo je pro rozpouštění tuků nejvhodnější. 3.4 Závěr 6

7 ROZPUSTNOST PEVNÝCH LÁTEK 4 OTÁZKY A ÚKOLY Pokuste se odpovědět na tyto otázky: 1) Co ovlivňuje rozpustnost látek 2) Jak můžeme rozpouštění látek urychlit 3) Které zkoumané látky jsou rozpustné ve vodě a které jsou nerozpustné 4) Vysvětlete, co je to extrakce 5) Které rozpouštědlo je nejvhodnější pro rozpouštění tuků LITERATURA 1. BENEŠ, P. a kol.: Základy chemie: pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. 1. díl. 3. vyd. Praha: Fortuna, s. ISBN DOULÍK, P. a kol.: Chemie 8 příručka učitele pro základní školy a víceletá gymnázia. 1 vyd. Plzeň: Fraus, s. ISBN (

8 TÉMA: PŘÍPRAVA SOLÍ AUTOR: PaedDr. VLADIMÍR SIROTEK, CSc. CÍL: Podle pracovních návodů a pokynů učitele je žák schopen realizovat praktické úlohy, ve kterých si vyzkouší různé způsoby přípravy solí. Při práci žák dodržuje pravidla o bezpečném zacházení s chemickými látkami. ÚVOD Soli patří mezi důležité chemické látky, se kterými se setkáváme prakticky na každém kroku. Soli tvoří mnohé minerály, jsou např. příčinou slanosti mořské vody, nezbytnou složkou potravy živočichů i rostlin, jsou surovinami pro výrobu kovů a dalších chemických látek, stavebních materiálů apod. Soli jsou chemické sloučeniny složené z kationtů převážně kovů a aniontů kyselin. Soli lze připravovat různými způsoby. Mezi běžné metody přípravy solí patří např.: 1. reakce kyselin s hydroxidy - neutralizace 2. reakce dvou prvků (kovu s nekovem, nekovu s nekovem) 3. reakce kovu s kyselinou 4. reakce prvku se solemi - vytěsňovací reakce 5. reakce oxidu s kyselinou 6. reakce oxidu s hydroxidem 7. reakce dvou oxidů (oxid kovu s oxidem nekovu) 8. reakce oxidů se solemi 9. reakce kyselin se solemi vytěsnění slabé kyseliny 10. reakce hydroxidů se solemi 11. reakce dvou solí srážecí reakce ÚLOHY: Vyzkoušejte si přípravu solí několika různými způsoby A) Reakce kovů s kyselinou B) Reakce oxidu s kyselinou, reakce oxidu s hydroxidem C) Neutralizace D) Srážecí reakce 8

9 1 REAKCE KOVU S KYSELINOU 1.1 Pomůcky Stojan na zkumavky, zkumavky, odměrný válec, porcelánové misky, kahan, keramická síťka, chemické kleště, držák na zkumavky, lžička, roztok kyseliny chlorovodíkové (w = 15 %), zinek, měď, cín, hořčík, železo 1.2 Princip Průběh tohoto typu reakcí ovlivňují tyto faktory: ušlechtilost kovů (daná hodnotou jejich redukčního potenciálu), koncentrace kyseliny, oxidační vlastnosti kyseliny a teplota. Převážná většina kovů je neušlechtilá a reagují s kyselinami bez oxidačních vlastností (HCl, zř. H 2 SO 4 ) tak, že vytěsňují vodík. Zn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + H 2 Mg + 2 HCl MgCl 2 + H Postup Do 5 zkumavek si odlijeme cca 5 cm 3 roztoku HCl. Následně vhodíme do každé jeden malý kousek kovu (Zn, Sn, Fe, Cu, Mg). Pozorujeme a poznamenáme si průběh reakce. Pokud nedochází k reakci, zkumavku opatrně zahřejeme nad kahanem. Jakmile se přestane vyvíjet plyn, vzniklý roztok přelijeme do porcelánové misky a opatrně odpaříme nad kahanem. 1.4 Otázky a úkoly a) Napište rovnice proběhlých reakcí jednotlivých kovů s HCl. b) Jaký plyn při reakci unikal? Pojmenujte vzniklé soli a uveďte jejich zbarvení. 2 REAKCE OXIDU S KYSELINOU NEBO S HYDROXIDEM 2.1 Pomůcky Stojan na zkumavky, zkumavky, odměrný válec, porcelánové misky, kahan, keramická síťka, chemické kleště, držák na zkumavky, lžička, skleněná trubička (brčko), filtrační papír, nálevka, hodinové sklo, roztok kyseliny sírové (w = 15 %), roztok kyseliny chlorovodíkové (w = 15 %), oxid měďnatý, oxid hořečnatý, oxid nikelnatý, oxid vápenatý, oxid uhličitý, voda, fenolftalein 2.2 Princip Nejběžnější jsou acidobazické reakce oxidů kovů s kyselinami. Reagují zásadotvorné i amfoterní oxidy (oxidy kovů). Na 2 O + 2 HCl 2 NaCl + H 2 O CuO + H 2 SO 4 CuSO 4 + H 2 O 9

10 S hydroxidy reagují kyselinotvorné oxidy (oxidy nekovů) nebo oxidy amfoterních kovů (Cr, Sn, Fe, Zn). Reakce mohou probíhat v roztoku, suspenzi nebo tavenině. CO KOH K 2 CO 3 + H 2 O 2.3 Postup a) Do 4 zkumavek si odlijeme cca 5 cm 3 roztoku H 2 SO 4. Následně vhodíme do každé na špičku malé lžičky (0,1 g) práškového oxidu kovu (CuO, MgO, NiO, CaO). Pozorujeme a poznamenáme si průběh reakce. Pokud nedochází k reakci, zkumavku uchopíme do držáku a směs v ní opatrně nad kahanem zahřejeme. Opět pozorujeme průběh reakce. Vzniklý roztok přelijeme do porcelánové misky a opatrně odpaříme na síťce nad kahanem. b) Ve zkumavce protřepte cca 5 cm 3 destilované vody s 0,1 g oxidu vápenatého. Směs (tzv. vápenné mléko) zfiltrujte do prázdné zkumavky. Na hodinové sklíčko naneseme kapku filtrátu (tzv. vápenná voda) a přidáme kapku roztoku fenolftaleinu. Pozorujeme barevnou změnu roztoku. Skleněnou trubičkou (brčkem) opatrně vydechujeme ke dnu zkumavky s filtrátem vzduch z plic, až vznikne ve zkumavce bílý zákal. Do zkumavky se zákalem opatrně přikapáváme z pipety takový objem roztoku kyseliny chlorovodíkové, až se zákal vyjasní. 2.4 Otázky a úkoly a) Napište rovnice proběhlých reakcí jednotlivých oxidů kovů s kyselinou nebo hydroxidem. b) Pojmenujte vzniklé soli a uveďte jejich zbarvení a rozpustnost ve vodě. c) Zdůvodněte změnu zbarvení filtrátu (vápenné vody) po přidání fenolftaleinu. 3 NEUTRALIZACE 3.1 Pomůcky Stojan na zkumavky, zkumavky, odměrný válec, kapátko (pipeta), nálevka, filtrační papír, roztok kyseliny sírové (w = 15 %), roztok kyseliny chlorovodíkové (w = 15 %), hydroxid sodný, hydroxid vápenatý, fenolftalein 10

11 3.2 Princip Reakce kyselin se zásadami (především hydroxidy) se nazývá neutralizace. Je charakterizována vznikem molekul vody a příslušné soli. Reakce většinou probíhá v roztoku. Obecnou rovnici lze zapsat: H + + OH H 2 O, popř. H 3 O + + OH 2 H 2 O, kde H + (příp. H 3 O + ) představuje kyselinu a OH hydroxid. Příklad HCl + NaOH NaCl + H 2 O H 2 SO 4 + Ca(OH) 2 CaSO H 2 O 3.3 Postup Do 4 zkumavek si odlijeme po cca 5 cm 3 vody a do dvou vhodíme zrnko hydroxidu sodného a do dalších dvou cca 0,1 g hydroxidu vápenatého. Obě zkumavky opatrně uzavřeme zátkou, protřepeme a pozorujeme změny. Pak přidáme pár kapek fenolftaleinu. Následně opatrně z pipety (kapátka) přikapáváme k jedné dvojici různých hydroxidů roztok kyseliny sírové a k druhé dvojici různých hydroxidů roztok kyseliny chlorovodíkové do odbarvení indikátoru. Pozorujeme a poznamenáme si změny v průběhu reakce. 3.4 Otázky a úkoly a) Napište rovnice proběhlých reakcí jednotlivých hydroxidů s kyselinou sírovou a kyselinou chlorovodíkovou. b) Vysvětlete rozdíl při pozorování reakce hydroxidu sodného a vápenatého s kyselinou sírovou. 4 SRÁŽECÍ REAKCE 4.1 Pomůcky Stojan na zkumavky, zkumavky, odměrný válec, roztok hydroxidu sodného, roztok síranu měďnatého, roztok dusičnanu olovnatého, roztok kyseliny chlorovodíkové, roztok jodidu draselného, roztok chloridu vápenatého, roztok uhličitanu draselného. 4.2 Princip Vzájemné reakce dvou solí jsou významným případem reakcí podvojné přeměny. Konverze proběhne tehdy, má-li alespoň jeden produkt nižší rozpustnost, nebo je-li dokonce nerozpustný a vzniká sraženina. Srážecí reakce se vyznačují tím, že alespoň jeden produkt je prakticky ve vodě nerozpustný. Mírou nerozpustnosti látek je součin (produkt) rozpustnosti, který rozhoduje o tom, zda lze o látce hovořit jako o rozpustné či nerozpustné. 11

12 Na 2 CO 3 + Ca(NO 3 ) 2 2 NaNO 3 + CaCO 3 Mnohé z těchto reakcí mají uplatnění v chemické analýze, např.: 2 AgNO 3 + K 2 CrO 4 Ag 2 CrO KNO 3 PbCl KI PbI KCl Do skupiny srážecích reakcí lze zařadit i reakce solí s hydroxidy. Reakcí vznikající hydroxid může být ve vodě rozpustný i nerozpustný. Pokud vznikne rozpustný hydroxid, doprovází ho vznik nerozpustné soli. Pokud použijeme amonnou sůl, vzniká těkavý hydroxid amoniak. 4.3 Postup CuSO KOH K 2 SO 4 + Cu(OH) 2 Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 CaCO NaOH (NH 4 ) 2 CO KOH K 2 CO NH H 2 O a) Do zkumavky si odlijeme cca 1 cm 3 roztoku kyseliny chlorovodíkové a pomalu po kapkách přidáváme roztok dusičnanu olovnatého. b) Do jiné zkumavky si připravíme cca 1 cm 3 roztoku síranu měďnatého. Pomalu k němu přidáváme po kapkách roztok hydroxidu sodného. c) Do další zkumavky odlijeme cca 1 cm 3 roztoku jodidu draselného a pomalu po kapkách přidáváme roztok dusičnanu olovnatého. d) Do zkumavky si připravíme cca 1 cm 3 roztok uhličitanu draselného a pomalu k němu přikapáváme roztoku chloridu vápenatého. e) Do zkumavky si připravíme cca 1 cm 3 roztok uhličitanu draselného a pomalu po kapkách přidáváme roztok dusičnanu olovnatého. U všech reakcí pozorujeme změny, které probíhají ve zkumavce. 4.4 Otázky a úkoly a) Napište a vyčíslete rovnice proběhlých chemických reakcí podle postupu a e). b) Pojmenujte vzniklé produkty a uveďte, jaká látka vzniká ve formě sraženiny a jaká látka se vyskytuje v roztoku. Uveďte barvu sraženiny. c) Každou reakci a-e) zapište také v iontovém tvaru. 12

13 5 PRACOVNÍ LIST A) Reakce kovů s kyselinou Uveďte, zda reakce proběhne za studena, po zahřátí nebo neproběhne. V případě, že reakce proběhne, doplňte vzniklé produkty, pojmenujte je a rovnici vyčíslete. název vzniklé soli Zn + HCl... Cu + HCl. Sn + HCl. Fe + HCl. Mg + HCl. Doplňte tabulku: Kov za studena (+/-) po zahřátí (+/-) rychlost reakce barva roztoku Zn Cu Sn Fe Mg 13

14 B) Reakce oxidů kovů s kyselinou (hydroxidem) Doplň zápis chemické reakce: CuO + H 2 SO 4 MgO + H 2 SO 4 NiO + H 2 SO 4 CaO + H 2 SO 4 Jak se jmenují vzniklé soli? CO 2 + Ca(OH) 2 Doplňte chemickou reakci, zapište chemickými vzorci a vyčíslete: uhličitan vápenatý + kyselina chlorovodíková Doplňte tabulku: Oxid kovu sůl kyseliny sírové rozpustná v H 2 O rychlost reakce barva roztoku CuO MgO NiO CaO 14

15 C) Neutralizace Hydroxid sodný se ve vodě (rozpouští x nerozpouští) Hydroxid vápenatý se ve vodě rozpouští (dobře x špatně) Reakci kyselin s hydroxidy nazýváme Při neutralizaci vzniká vždy a Po přidání kyseliny sírové k roztoku hydroxidu sodného... změnu. Po přidání kyseliny sírové k roztoku hydroxidu vápenatého.... změnu. Po přidání kyseliny chlorovodíkové k roztoku hydroxidu sodného... změnu. Po přidání kyseliny chlorovodíkové k roztoku hydroxidu vápenatého... změnu. Zapište chemickou rovnicí neutralizaci hydroxidu sodného kyselinou sírovou: Zapište chemickou rovnicí neutralizaci hydroxidu sodného kyselinou chlorovodíkovou: Zapište chemickou rovnicí neutralizaci hydroxidu vápenatého kyselinou sírovou. Zapište chemickou rovnicí neutralizaci hydroxidu vápenatého kyselinou chlorovodíkovou. Doplňte tabulku: hydroxid sůl kyseliny sírové rozpustná v H 2 O sůl kyseliny chlorovodíkové rozpustná v H 2 O NaOH Ca(OH) 2 15

16 D) Srážecí reakce Zapište rovnice proběhlých reakcí. Pojmenujte vzniklé produkty a uveďte, jaká látka vzniká ve formě sraženiny (barva) a jaká látka se vyskytuje v roztoku: a) kyselina chlorovodíková a dusičnan olovnatý Sraženina.. Roztok... Uvedenou reakci zapište iontově:. + b) reakce síranu měďnatého a hydroxidu sodného Sraženina.. Roztok... Uvedenou reakci zapište iontově:. + c) reakce jodidu draselného a dusičnanu olovnatého Sraženina... Roztok... Uvedenou reakci zapište iontově:. + d) uhličitan draselný a chlorid vápenatý Sraženina... Roztok... Uvedenou reakci zapište iontově:. + e) uhličitan draselný a dusičnan olovnatý Sraženina... Roztok... Uvedenou reakci zapište iontově:. + 16

17 LITERATURA 1. Beneš, P., Pumpr, V., Banýr, J.: Základy chemie 1, Fortuna, Praha Čtrnáctová, H. a kol.: Chemie pro 8. ročník základní školy, SPN, Praha Beneš P., Pumpr, V., Svobodová M.: Chemie v sešitě, Fortuna, Praha