Diese Laborsitzung ist in zwei wesentliche Teile unterteilt, die sich auf die Herstellung einer konzentrierten Kaliumpermanganatlösung und deren anschließende Verdünnung zur Erzielung einer gewünschten Konzentration konzentrieren. Ziel ist es, die Fähigkeiten zur Herstellung von Lösungen mit spezifischen Konzentrationen durch Auflösung und anschließende Einstellung dieser Konzentrationen durch Verdünnung zu vermitteln und grundlegende Techniken der Lösungschemie aufzuzeigen.
- Herstellung einer konzentrierten Lösung:
Zur Herstellung einer Kaliumpermanganat-Lösung mit einer Konzentration von 80 g/l durch Lösen. - Verdünnung der konzentrierten Lösung:
Um 250 ml einer verdünnten Kaliumpermanganat-Lösung mit einer Zielkonzentration von 17,5 g/l herzustellen.
Bildungsziele
- Lösungsvorbereitungstechniken: Die Teilnehmer lernen den schrittweisen Prozess des Auflösens von Kaliumpermanganat zur Herstellung einer Lösung mit einer bestimmten Konzentration kennen und vertiefen so ihr Verständnis der Wechselwirkungen zwischen gelöstem Stoff und Lösungsmittel.
- Konzentrationsanpassung durch Verdünnung Die Sitzung wird demonstrieren, wie die Konzentration einer Lösung durch Verdünnung angepasst werden kann, wobei die mathematischen und praktischen Aspekte von Verdünnungstechniken hervorgehoben werden.
- Präzision bei der Messung: Betont die Wichtigkeit präziser Messungen und des sorgfältigen Umgangs mit Messgeräten bei der Herstellung chemischer Lösungen, was Genauigkeit und Detailgenauigkeit fördert.
- Verständnis von Auflösung und Verdünnung Die Teilnehmer gewinnen Einblicke in die entscheidenden Rollen von Auflösung und Verdünnung bei der Erzielung gewünschter Lösungskonzentrationen und verstehen die zugrundeliegenden Prinzipien dieser Prozesse.
Durch diese Laborerfahrung werden die Teilnehmer grundlegende chemische Fähigkeiten in der Zubereitung und Einstellung von Lösungskonzentrationen erwerben. Durch die präzise Zubereitung einer Kaliumpermanganatlösung und deren sorgfältige Verdünnung lernen die Teilnehmer, Messinstrumente genau zu handhaben und die Bedeutung von Auflösung und Verdünnung bei der Herstellung von Lösungen spezifischer Konzentrationen zu verstehen. Diese Sitzung bietet eine praktische Anwendung von Chemieprinzipien, die für Studium und Forschung in diesem Bereich unerlässlich sind, und unterstreicht die Sorgfalt, die bei wissenschaftlichen Experimenten erforderlich ist.
Protokoll
- Die Auflösung
Wir möchten eine Kaliumpermanganat-Lösung mit einer Konzentration von 80 g/L herstellen.
- Wiege etwa 8 g Kaliumpermanganat mit der elektronischen Waage.
- Gießen Sie das abgewogene Pulver mit Hilfe eines Trichters in einen 100-mL-Messkolben (den kleineren der beiden Messkolben).
- Messen Sie 50 ml destilliertes Wasser mit einem Messzylinder ab.
- Gießen Sie das abgemessene Wasser in den Messkolben, der das Kaliumpermanganat enthält.
- Entferne den Trichter und setze einen Stopfen auf die Öffnung des Kolbens.
- Die Lösung schütteln und dann den Stopfen entfernen.
- Füllen Sie das Volumen der Lösung bis zur Eichmarke mit destilliertem Wasser auf.
- Setzen Sie den Deckel wieder auf und mischen Sie durch Kippen.
- Vergleichen Sie die erhaltene Farbe mit der der bereitgestellten Proben, um die Endkonzentration zu überprüfen.
Die Konzentrationen der Reagenzglasproben sind wie folgt:
- Reagenzglas 1: 17,5 g/L
- Reagenzglas 2: 35 g/L
- Reagenzglas 3: 62,5 g/L
- Reagenzglas 4: 70 g/L
- Reagenzglas 5: 80 g/L
- Reagenzglas 6: 90 g/L
- Die Verdünnung
Wir möchten 250 ml einer Kaliumpermanganatlösung mit einer Konzentration von 17,5 g/L herstellen.
- Messen Sie 54,7 ml der in der ersten Aufgabe vorbereiteten Lösung mit einem 70 ml Messzylinder ab.
- Gießen Sie den Inhalt des Messzylinders in den leeren 250-ml-Messkolben.
- Füllen Sie das Lösungsvolumen bis zur Messmarke mit destilliertem Wasser auf.
- Verschließen und durch Kippen mischen.
- Vergleichen Sie die erhaltene Farbe mit der der bereitgestellten Proben, um die Endkonzentration zu überprüfen.
Hinweis: Achten Sie darauf, dass die Lösungen vor einem schwarzen Kartonhintergrund platziert werden, um Farbveränderungen deutlich zu erkennen.
Erwartete Ergebnisse
- Die ersten Schritte erstellen eine Kaliumpermanganatlösung mit einer Konzentration von 80 g/l (8 g/100 ml).
- Die Verwendung von 54,7 ml einer homogenen Lösung stellt 4,376 g Kaliumpermanganat in 250 ml Flüssigkeit dar.
- Die neue Konzentration beträgt daher 17,51 g/L (4,376 g/250 ml).
- Die Kontrolllösungen von KMnO₄ weisen folgende Konzentrationen auf: #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).
- Zubereitung der Lösung: Durch Auflösen von 8 g Kaliumpermanganat in 100 mL Wasser erhält man eine Lösung mit einer Konzentration von 80 g/L. Diese sollte farblich der Kontrolllösung #5 entsprechen.
- Verdünnung: Durch den Verdünnungsvorgang wird die Konzentration von 80 g/l auf etwa 17,5 g/l verringert, wenn 54,7 ml der Ausgangslösung auf 250 ml verdünnt werden. Diese verdünnte Lösung sollte optisch der Farbe der Kontrolllösung #1 entsprechen.
Erkenntnisse:
- Genauigkeit und Präzision: Die Bedeutung genauer Messungen beim Einwaage des gelösten Stoffes und bei der Volumenbestimmung während der Zubereitung und Verdünnung von Lösungen, um die gewünschte Konzentration zu erreichen.
- Das Verständnis von Verdünnung: Der Verdünnungsprozess zeigt, wie sich die Konzentration einer Lösung ändert, wenn das Lösungsmittelvolumen erhöht wird, während die Menge des gelösten Stoffes konstant bleibt.
- Lösungskonzentration: Berechnung und Verständnis unterschiedlicher Lösungskonzentrationen und deren Bedeutung in verschiedenen chemischen Anwendungen.
- Beobachtungsfähigkeiten: Die Fähigkeit, die Farbintensität von Lösungen zu vergleichen, um deren Konzentration zu bestimmen, zu entwickeln, eine wesentliche Fähigkeit in der qualitativen Analyse.
Chemische Prinzipien:
- Molarität und Konzentration: Das Experiment veranschaulicht die Berechnung von Molarität und Konzentration, grundlegende Konzepte in der Lösungschemie. Molarität ist die Anzahl der Mol eines gelösten Stoffes pro Liter Lösung, und Konzentration ist im Allgemeinen die Menge eines gelösten Stoffes, die in jedem Volumen eines Lösungsmittels gelöst ist.
- Auflösung: Dieser Prozess zeigt, wie sich gelöste Stoffe in Lösungsmitteln lösen, um Lösungen zu bilden, abhängig von der Art des gelösten Stoffes und des Lösungsmittels, der Temperatur und anderen Faktoren.
- Gesetz der Massenerhaltung: Obwohl die Lösung verdünnt wird, bleibt die Gesamtmenge des gelösten Stoffes (Kaliumpermanganat) konstant und veranschaulicht somit das Gesetz der Massenerhaltung.
- Kolorimetrische Analyse: Die Verwendung der Farbintensität zur Bestimmung der Konzentration ist eine Anwendung der Kolorimetrie, einer Technik, die häufig in der Chemie zur Quantifizierung der Konzentration von gefärbten Verbindungen in Lösung eingesetzt wird.
Durch dieses Protokoll erhalten die Studierenden praktische Erfahrungen mit den Anwendungen theoretischer Konzepte in der Lösungschemie und verbessern so ihr Verständnis und ihre Fähigkeiten im Labor.
Zusammenfassung der Aufgaben nach Klassenstufen
Klassen 3-5 (Alter 8-10)
- Fokus: Grundlegende Einführung in die Lösungsvorbereitung und einfache Messungen.
- AktivitätenBeobachtung des Auflösungsprozesses von Kaliumpermanganat, einfache Demonstrationen der Verdünnung, grundlegende Sicherheitshinweise.
Klassen 6-8 (Alter 11-13)
- FokusMittlere Kenntnisse in der Zubereitung von Lösungen und Konzentrationsanpassung.
- AktivitätenVorbereitung einer konzentrierten Kaliumpermanganat-Lösung, Durchführung einfacher Verdünnungsberechnungen, Messung und Einstellung von Lösungskonzentrationen, Befolgung detaillierter Sicherheitsprotokolle.
Klassen 9-12 (Alter 14-18)
- FokusFortgeschrittene Kenntnisse in der Zubereitung von Lösungen und präzise analytische Fähigkeiten.
- AktivitätenPräzise Zubereitung einer 80 g/l Kaliumpermanganat-Lösung, exakte Verdünnung zur Erzielung einer Konzentration von 17,5 g/l in 250 ml, Verwendung fortschrittlicher Messtechnik, detaillierte Aufzeichnung und Analyse des Prozesses, Einhaltung fortschrittlicher Sicherheitsprotokolle.
Labor-Grundausstattung
Instrumente
- Elektronische Waage
- Messkolben (100 ml & 250 ml)
- Messzylinder (50 ml und 70 ml)
- Spatel
Produkte
- Kaliumpermanganat (Pulver)