Tato laboratorní práce je rozdělena do dvou významných částí, zaměřených na přípravu koncentrovaného roztoku manganistanu draselného a jeho následné ředění na požadovanou koncentraci. Cílem je osvojit si dovednosti potřebné k přípravě roztoků specifických koncentrací rozpouštěním a následně tyto koncentrace upravit ředěním, čímž se předvedou základní techniky v chemii roztoků.
- Příprava koncentrovaného roztoku:
Příprava roztoku manganistanu draselného o koncentraci 80 g/l procesem rozpouštění. - Zředění koncentrovaného roztoku:
Pro přípravu 250 ml zředěného roztoku manganistanu draselného o cílové koncentraci 17,5 g/l.
Vzdělávací cíle
- Techniky přípravy roztoků: Účastníci se naučí krok za krokem proces rozpouštění manganistanu draselného k vytvoření roztoku o specifické koncentraci, čímž si prohloubí porozumění interakcím mezi rozpouštěnou látkou a rozpouštědlem.
- Úprava koncentrace ředěním: Tato lekce ukáže, jak upravit koncentraci roztoku zředěním, a zdůrazní matematické a praktické aspekty technik ředění.
- Přesnost měření Zdůrazňuje důležitost přesného měření a manipulace s měřicími přístroji při přípravě chemických roztoků, čímž podporuje přesnost a smysl pro detail.
- Pochopení rozpouštění a ředění: Účastníci získají přehled o klíčových rolích rozpouštění a ředění při dosahování požadovaných koncentrací roztoků a porozumí základním principům těchto procesů.
Prostřednictvím této laboratorní zkušenosti si účastníci osvojí základní chemické dovednosti v přípravě a úpravě koncentrací roztoků. Přesnou přípravou roztoku manganistanu draselného a jeho pečlivým ředěním se účastníci naučí přesně manipulovat s měřicími přístroji a pochopí význam rozpouštění a ředění při vytváření roztoků o specifických koncentracích. Tato lekce nabízí praktické uplatnění chemických principů nezbytných pro studium a výzkum v oboru a posiluje pečlivost vyžadovanou ve vědeckých experimentech.
Protokol
- Rozpuštění
Chceme připravit roztok manganistanu draselného o koncentraci 80 g/l.
- Navážte přibližně 8 g manganistanu draselného na elektronické váze.
- Pomocí nálevky nasypte navážený prášek do 100ml odměrné baňky (menší z obou odměrných baněk).
- Odměřte 50 ml destilované vody pomocí odměrného válce.
- Nalijte odměřené množství vody do odměrné baňky obsahující manganistan draselný.
- Odstraňte nálevku a nasaďte zátku na hrdlo baňky.
- Protrhněte roztok, poté odstraňte zátku.
- Doplňte objem roztoku destilovanou vodou po rysku.
- Nasaďte uzávěr a promíchejte otočením.
- Porovnejte získanou barvu s barvou poskytnutých vzorků, abyste ověřili konečnou koncentraci.
Koncentrace vzorků v zkumavkách jsou následující:
- Zkumavka 1: 17,5 g/l
- Zkumavka 2: 35 g/l
- Zkumavka 3: 62,5 g/l
- Zkumavka 4: 70 g/l
- Zkumavka 5: 80 g/l
- Zkumavka 6: 90 g/l
- Zředění
Chceme připravit 250 ml roztoku manganistanu draselného o koncentraci 17,5 g/l.
- Odměřte 54,7 ml roztoku v odměrné baňce připravené v první části pomocí 70 ml odměrného válce.
- Nalejte obsah odměrného válce do prázdné 250 ml odměrné baňky.
- Doplňte objem roztoku destilovanou vodou po značku.
- Ucpěte a promíchejte převrácením.
- Porovnejte získanou barvu s barvou poskytnutých vzorků, abyste ověřili konečnou koncentraci.
Poznámka: Aby bylo možné jasně rozlišit změny barev, umístěte roztoky před černou kartonovou podložku.
Předvídané výsledky
- První kroky vytvářejí roztok manganistanu draselného s koncentrací 80 g/l (8 g/100 ml).
- Použití 54,7 ml homogenního roztoku představuje 4,376 g manganistanu draselného ve 250 ml kapaliny.
- Nová koncentrace je tedy 17,51 g/l (4,376 g/250 ml).
- Kontrolní roztoky KMnO₄ mají následující koncentrace: #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).
- Příprava roztoku: Rozpuštěním 8 g manganistanu draselného ve 100 ml vody získáme roztok o koncentraci 80 g/l. Ten by měl vizuálně odpovídat barvě kontrolního roztoku #5.
- Ředění: Ředěním se koncentrace sníží z 80 g/l na přibližně 17,5 g/l, pokud se 54,7 ml původního roztoku naředí na 250 ml. Tento zředěný roztok by měl vizuálně odpovídat barvě kontrolního roztoku #1.
Naučené lekce:
- Přesnost a preciznost: Důležitost přesných měření při vážení rozpouštěné látky a měření objemů při přípravě a ředění roztoků k dosažení požadované koncentrace.
- Porozumění zředění: Proces zředění ukazuje, jak se mění koncentrace roztoku při zvýšení objemu rozpouštědla, zatímco množství rozpuštěné látky zůstává konstantní.
- Koncentrace roztoků: Jak počítat a rozumět různým koncentracím roztoků a jejich významu v různých chemických aplikacích.
- Pozorovací dovednosti: Rozvoj schopnosti porovnávat barevnou intenzitu roztoků za účelem určení jejich koncentrace, což je zásadní dovednost v kvalitativní analýze.
Principy chemie:
- Molalita a koncentrace: Experiment ilustruje výpočet molality a koncentrace, základních konceptů v chemii roztoků. Molalita je počet molů rozpuštěné látky na litr roztoku a koncentrace obecně udává množství rozpuštěné látky v daném objemu rozpouštědla.
- Rozpouštění: Tento proces demonstruje, jak se pevné látky rozpouštějí v rozpouštědlech za vzniku roztoků, v závislosti na povaze rozpouštěné látky a rozpouštědla, teplotě a dalších faktorech.
- Zákon zachování hmotnosti: Ačkoli roztok prochází zředěním, celkové množství rozpuštěné látky (permanganátu draselného) zůstává konstantní, což ilustruje zákon zachování hmotnosti.
- Kolorimetrická analýza: Použití intenzity barvy k určení koncentrace je aplikace kolorimetrie, techniky často používané v chemii ke kvantifikaci koncentrace barevných sloučenin v roztoku.
Prostřednictvím tohoto protokolu získávají studenti praktické zkušenosti s praktickým využitím teoretických konceptů v chemii roztoků, čímž si prohlubují své znalosti a dovednosti v laboratoři.
Shrnutí úkolů podle věkové kategorie
3.–5. třída (věk 8–10 let)
- FokusZákladní úvod do přípravy roztoků a jednoduchých měření.
- Aktivity: Pozorování procesu rozpouštění manganistanu draselného, jednoduché demonstrace ředění, základní bezpečnostní pokyny.
6.–8. ročník (věk 11–13 let)
- Fokus: Středně pokročilé porozumění přípravě roztoků a úpravě koncentrace.
- Aktivity: Příprava koncentrovaného roztoku manganistanu draselného, provádění jednoduchých výpočtů ředění, měření a úprava koncentrací roztoku, dodržování podrobných bezpečnostních protokolů.
Třídy 9–12 (věk 14–18 let)
- FokusPokročilá znalost přípravy roztoků a přesné analytické dovednosti.
- AktivityPřesné přípravě roztoku s koncentrací 80 g/l manganistanu draselného, provedení přesné diluce k dosažení koncentrace 17,5 g/l v objemu 250 ml, za použití pokročilých měřicích technik, podrobném záznamu a analýze procesu, dodržováním pokročilých bezpečnostních protokolů.
Laboratorní potřeby
Nástroje
- Elektronická váha
- Odmerná banka (100 ml a 250 ml)
- Odmerný valec (50ml a 70ml)
- Obracečka
Produkty
- Draslík manganistan (prášek)