Aquesta sessió de laboratori es divideix en dues parts significatives, centrant-se en la preparació d'una solució concentrada de permanganat de potassi i la seva posterior dilució per obtenir una concentració desitjada. L'objectiu és impartir les habilitats necessàries per preparar solucions de concentracions específiques mitjançant la dissolució i després ajustar aquestes concentracions per dilució, mostrant tècniques fonamentals en la química de solucions.
- Preparació d'una solució concentrada:
Per preparar una solució de permanganat de potassi amb una concentració de 80 g/l mitjançant el procés de dissolució. - Dilució de la solució concentrada:
Per preparar 250 ml d'una solució diluïda de permanganat de potassi amb una concentració objectiu de 17,5 g/l.
Objectius educatius
- Tècniques de preparació de solucions: Els participants aprendran el procés pas a pas per dissoldre permanganat de potassi per crear una solució amb una concentració específica, millorant la seva comprensió de les interaccions solut-solvent.
- Ajustament de concentració per dilució: La sessió demostrarà com ajustar la concentració d'una solució mitjançant dilució, destacant els aspectes matemàtics i pràctics de les tècniques de dilució.
- Precisió en la mesura: Emfatitza la importància de la mesura precisa i la manipulació dels instruments de mesura en la preparació de solucions químiques, fomentant l'exactitud i l'atenció als detalls.
- Comprensió de la dissolució i la dilució: Els participants obtindran coneixements sobre els rols crítics de la dissolució i la dilució per aconseguir les concentracions de solucions desitjades, i comprendran els principis fonamentals d'aquests processos.
A través d'aquesta experiència de laboratori, els participants adquiriran habilitats fonamentals de química en la preparació i l'ajust de concentracions de solucions. Enduent a terme la preparació precisa d'una solució de permanganat de potassi i la seva acurada dilució, els participants aprendran a manipular amb precisió els instruments de mesura i a apreciar la importància de la dissolució i la dilució en la creació de solucions de concentracions específiques. Aquesta sessió ofereix una aplicació pràctica de principis de química essencials per a estudis i investigacions en el camp, reforçant la naturalesa meticulosa requerida en l'experimentació científica.
Protocol
- La dissolució
Volem preparar una solució de permanganat de potassi a 80 g/L.
- Peseu aproximadament 8 g de permanganat de potassi utilitzant la balança electrònica.
- Utilitzant un embut, aboqueu la pols pesada en un matràs aforat de 100 mL (el més petit dels dos matrassos aforats).
- Mesureu 50 ml d'aigua destil·lada amb un cilindre graduat.
- Aboca l'aigua mesurada al matràs aforat que conté el permanganat de potassi.
- Traieu l'embut i poseu un tap a l'obertura del matràs.
- Agita la solució, després retira el tap.
- Ompliu el volum de la solució fins a la marca de graduació amb aigua destil·lada.
- Tapeu el tap i barregeu per inversió.
- Compareu el color obtingut amb el dels mostres proporcionades per verificar la concentració final.
Les concentracions de les mostres dels tubs d'assaig són les següents:
- Tub deassaig 1: 17,5 g/L
- Tub de prova 2: 35 g/L
- Tub de prova 3: 62,5 g/L
- Tub de proves 4: 70 g/L
- Tub de proves 5: 80 g/L
- Tub de prova 6: 90 g/L
- La dilució
Volem preparar 250 mL d'una dissolució de permanganat de potassi a 17,5 g/L.
- Mesura 54,7 mL de la solució al matràs aforat preparat en la primera part utilitzant un cilindre graduat de 70 mL.
- Aboca el contingut del tub d'assaig a l'ampolla aforada buida de 250 ml.
- Ompliu el volum de la solució fins a la marca de graduació amb aigua destil·lada.
- Poseu un tap i barregeu per inversió.
- Compareu el color obtingut amb el dels mostres proporcionades per verificar la concentració final.
Nota: Assegureu-vos que les solucions es col·loquen davant d'un fons de cartolina negra per distingir clarament els canvis de color.
Resultats previstos
- Els primers passos creen una solució de permanganat de potassi concentrada a 80g/L (8g/100mL).
- 54,7 ml d'una solució homogènia representen 4,376 g de permanganat de potassi, en 250 ml de líquid.
- La nova concentració és, per tant, de 17,51 g/L (4,376 g/250 mL).
- Les solucions de control de KMnO4 tenen les següents concentracions: #1=17,5 g/L (0,11 M); #2 = 35 g/L (0,22 M); #3 = 62,5 g/L (0,39 M); #4 = 70 g/L (0,44 M); #5 = 80 g/L (0,5 M); #6 = 86 g/L (0,54 M).
- Preparació de la solució: Dissolent 8 g de permanganat de potassi en 100 mL d'aigua s'obté una solució amb una concentració de 80 g/L. Això hauria de coincidir visualment amb el color de la solució de control #5.
- Dilució: El procés de dilució redueix la concentració de 80 g/L a aproximadament 17,5 g/L quan 54,7 mL de la solució original es dilueixen fins a 250 mL. Aquesta solució diluïda ha de coincidir visualment amb el color de la solució de control #1.
Lliçons apreses:
- Precisió i exactitud: La importància de mesures exactes a l'hora de pesar el solut i mesurar volums durant la preparació de solucions i la dilució per aconseguir la concentració desitjada.
- Comprendre la dilució: El procés de dilució demostra com canvia la concentració d'una solució quan augmenta el volum del dissolvent mentre la quantitat de solut roman constant.
- Concentració de solucions: Aprendre a calcular i entendre diferents concentracions de solucions i la seva importància en diverses aplicacions químiques.
- Habilitats d'observació: Desenvolupar la capacitat de comparar la intensitat del color de les solucions per determinar la seva concentració, una habilitat essencial en l'anàlisi qualitativa.
Principis de Química:
- Molaritat i concentració: L'experiment il·lustra com calcular la molaritat i la concentració, conceptes fonamentals en la química de solucions. La molaritat és el nombre de mols de solut per litre de solució, i la concentració és generalment la quantitat de solut dissolt en cada volum de dissolvent.
- Disolució: Aquest procés demostra com els soluts es dissolen en els solvents per formar solucions, depenent de la naturalesa del solut i del solvent, la temperatura i altres factors.
- Llei de conservació de la massa: Tot i que la solució pateix una dilució, la quantitat total de solut (permanganat de potassi) roman constant, il·lustrant la llei de conservació de la massa.
- Anàlisi colorimètrica: Utilitzar la intensitat del color per determinar la concentració és una aplicació de la colorimetria, una tècnica sovint utilitzada en química per quantificar la concentració de compostos acolorits en solució.
A través d'aquest protocol, els estudiants obtenen experiència pràctica amb les aplicacions pràctiques de conceptes teòrics en la química de solucions, millorant la seva comprensió i habilitats al laboratori.
Resum de tasques per rang de qualificació
Cursos 3-5 (Edats 8-10)
- Enfocament: Introducció bàsica a la preparació de solucions i mesures simples.
- Activitats: Observació del procés de dissolució del permanganat de potassi, demostracions senzilles de dilució, instruccions bàsiques de seguretat.
Cursos 6è-8è (Edats 11-13 anys)
- EnfocamentComprensió intermèdia de la preparació de solucions i l'ajust de concentracions.
- ActivitatsPreparació d'una solució concentrada de permanganat de potassi, realització de càlculs de dilució senzills, mesurament i ajust de concentracions de solucions, seguiment de protocols de seguretat detallats.
Cursos 9-12 (Edats 14-18)
- Enfocament: Nivel avançat de preparació de solucions i precises habilitats analítiques.
- Activitats: Preparació precisa d'una solució de permanganat de potassi a 80 g/l, realitzant una dilució exacta per aconseguir una concentració de 17,5 g/l en 250 ml, utilitzant tècniques de mesura avançades, registre i anàlisi detallada del procés, respectant protocols de seguretat avançats.
Equipament de laboratori
Instruments
- Balança electrònica
- Matràs aforat (100 ml i 250 ml)
- Cilindre graduat (50ml i 70ml)
- Espàtula
Productes
- Permanganat de potassi (polvor)