Těžké kovy jako olovo (Pb²⁺) a měď (Cu²⁺) se často vyskytují v odpadních vodách, někdy veStátních koncentracích nebezpečných pro lidské zdraví a životní prostředí. Tyto kontaminanty pocházejí z korozivních potrubí nebo nesprávné likvidace látek, jako jsou barvy a rozpouštědla. Odstranění těchto iontů je nezbytné k zamezení kontaminace. Tento laboratorní experiment si klade za cíl extrahovat ionty olova a mědi z 50 ml vzorku odpadní vody pomocí srážecích reakcí s použitím síranu sodného (Na₂SO₄) a uhličitanu draselného (K₂CO₃).
Vzdělávací cíle
Oddělení a kvantifikace iontů olova a mědi v odpadní vodě vyvoláním srážení a filtrace při současné analýze účinnosti extrakčního procesu.
- Pochopení chemického srážení: Získejte znalosti o srážecích reakcích a jejich využití při odstraňování těžkých kovů z roztoků.
- Kvantitativní analytické dovednosti Rozvíjejte schopnost přesně měřit a vážit látky, abyste zajistili přesnost výsledků experimentů.
- Aplikace filtračních technik: Naučte se správné metody filtrace k oddělení pevných sraženin od kapalných směsí.
- Environmentální relevance: Oceňte důležitost čištění odpadních vod při zmírňování kontaminace těžkými kovy.
- Záznam a analýza dat: Procvičujte zaznamenávání pozorování a interpretaci výsledků k vyhodnocení úspěšnosti experimentu.
Protokol
Srážení síranem sodným.
- Zvažte filtrační papír a zapište jeho hmotnost do tabulky výsledků.
- Odeberte 100 ml odpadní vody pomocí odměrného válce a nalijte vzorek do Erlenmeyerovy baňky 1.
- Naváž.
- Nasyťte síran sodný do Erlenmeyerovy baňky 1.
- Smíchejte obsah Erlenmeyerovy baňky 1 a pozorujte sraženinu, která se tvoří na dně nádoby.
Síran sodný má schopnost vytvářet s olovem sraženinu (PbSO4).
- Položte nálevku na Erlenmeyerovu baňku 2.
- Vložte filtrační papír do nálevky.
- Přilepte filtrační papír k povrchu nálevky pomocí malého množství destilované vody.
- Směs z Erlenmeyerovy baňky 1 nalijte přes filtrační papír umístěný na Erlenmeyerově baňce 2, abyste extrahovali sraženinu.
- Nechte filtrační papír sušit 10 sekund, poté vyjměte sestavu filtračního papíru a sraženiny a zvažte ji. Hmotnost naleznete v tabulce výsledků.
- Vyjměte nálevku z Erlenmeyerovy baňky 2.
Srážení uhličitanem draselným
- Navážte 60,75 g (25 ml) uhličitanu draselného.
- Vložte uhličitan draselný do Erlenmeyerovy baňky 2.
- Smíchejte obsah Erlenmeyerovy baňky 2 a pozorujte sraženinu, která se tvoří na dně nádoby.
Uhličitan draselný má schopnost tvořit s mědí (CuCO3) sraženinu.
- Položte nálevku na Erlenmeyerovu baňku 3.
- Vložte druhý filtrační papír do nálevky.
- Přilepte filtrační papír k povrchu nálevky pomocí malého množství destilované vody.
- Směs z Erlenmeyerovy baňky 2 přelijte přes filtrační papír umístěný na Erlenmeyerově baňce 3, abyste extrahovali sraženinu.
- Nechte filtrační papír sušit 10 sekund, poté vyjměte sestavu filtračního papíru a sraženiny a zvažte ji. Hmotnost naleznete v tabulce výsledků.
Tyto 2 reakce lze použít k odstranění těžkých kovů z odpadní vody.
Předvídané výsledky
- Účinné srážení olova a mědi:
- Olovnaté ionty (Pb²⁺) budou reagovat se síranem sodným za vzniku síranu olovnatého (PbSO₄), bílé sraženiny nerozpustné ve vodě.
- Olovnaté a měďnaté ionty se také vysráží s uhličitanem (CO3)²⁻ a hydroxidem OH⁻
- Ionty mědi (Cu²⁺) budou reagovat s uhličitanem draselným za vzniku uhličitanu měďnatého (CuCO₃), modrozelené sraženiny.
- Kvantifikovatelná hmotnost sraženin:
- Očekává se, že hmotnost sraženiny síranu olovnatého se bude blížit teoretickým hodnotám, přibližně 141,9 g na základě stechiometrických výpočtů.
- Očekává se, že hmotnost sraženiny uhličitanu měďnatého bude kolem 53,8 g, jak bylo vypočteno před experimentem.
- Pozorování v souladu s teorií:
- Barva odpadní vody se během každého srážecího kroku změní: mod.
- Filtrační papíry zachytí zřetelné bílé a modrozelené sraženiny olova a mědi.
- Porozumění odchylkám
- Mírné odchylky v hmotnosti sraženiny mohou nastat v důsledku experimentálních faktorů, jako je neúplné vysušení filtračního papíru nebo drobné nepřesnosti v měření činidel.
- Rozvoj dovedností:
- Účastníci získají zdatnost v používání laboratorního vybavení, včetně přesného vážení, měření a filtračních technik.
- Sběr a analýza dat budou zdokonaleny porovnáním experimentálních výsledků s teoretickými predikcemi.
- Environmentální dopady:
- Tento experiment posiluje význam chemických metod při čištění odpadních vod a poskytuje poznatky o snižování kontaminace těžkými kovy.
| Vzorek | Hmotnost filtračního papíru (g) | Filtrační papír + Sraženina (g) | Hmotnost sraženiny (g) |
| Olovo | 1 | 142.9 | 141.9 |
| Měď | 1 | 54.8 | 53.8 |
Shrnutí úkolů podle věkové kategorie
Ročníky 9-10
- Zaměření Základní znalosti technik srážení a filtrace.
- Aktivity:
- Přesně měřte a vážte materiály.
- Pozorujte a zdokumentujte změny během srážecích reakcí.
- Doplňte uvedené datové tabulky experimentálními výsledky.
- Cíle:
- Pochopit základní principy rozpustnosti a chemických reakcí.
- Získejte praktické zkušenosti s laboratorními nástroji, jako jsou váhy, odměrné válce a filtrační zařízení.
- Pěstujte přesné zaznamenávání dat a analýzu chyb.
11.-12. ročník
- Zaměření Aplikace stechiometrických výpočtů a pokročilé analýzy.
- Aktivity:
- Proveď stechiometrické výpočty k předpovědi hmotností sraženin.
- Analyzovat experimentální odchylky a navrhnout vysvětlení pozorovaných rozdílů.
- Rozšiřte experiment pomocí alternativních činidel, abyste pozorovali další srážecí reakce.
- Cíle:
- Uplatnit teoretické znalosti v praktických laboratorních situacích.
- Rozvíjejte kritické myšlení a dovednosti řešení problémů hodnocením výsledků experimentů.
- Prohloubit pochopení relevance čištění odpadních vod.
Pokročilí vysokoškolští studenti
- Zaměření Podrobné zkoumání aplikací v oblasti životního prostředí a reakčních mechanismů.
- Aktivity:
- Úpravy návrhu experimentu pro zvýšení výtěžku nebo řešení environmentálních problémů.
- Proveďte srovnávací analýzy s použitím různých solí a reakčních podmínek.
- Výzkum dopadů znečištění těžkými kovy a strategií jejich zmírnění.
- Cíle:
- Vybudujte si odborné znalosti v oblasti návrhu a provádění experimentů.
- Prozkoumejte širší dopady laboratorních technik na udržitelnost životního prostředí.
- Zlepšete analytické a prezentační dovednosti prezentací zjištění.
Laboratorní potřeby
Nástroje
- Číselná rovnováha
- Váhový koš
- Obracečka
- Skleněná tyč
- Trychtýř a filtry
- 3x 250ml Erlenmeyerovy baňky
- 100ml odměrný válec
Produkty
- Uhličitan draselný (prášek)
- Síran sodný (prášek)
- Odpadní voda (kapalná)