Această sesiune de laborator este împărțită în două părți semnificative, concentrându-se pe prepararea unei soluții concentrate de permanganat de potasiu și pe diluarea ulterioară a acesteia pentru a obține o concentrație dorită. Scopul este de a transmite abilitățile necesare pentru prepararea soluțiilor de concentrații specifice prin dizolvare și apoi ajustarea acestor concentrații prin diluare, demonstrând tehnici fundamentale în chimia soluțiilor.
- Prepararea unei soluții concentrate:
Pentru a prepara o soluție de permanganat de potasiu cu o concentrație de 80 g/l prin procesul de dizolvare. - Diluarea soluției concentrate:
Pentru a pregăti 250 ml dintr-o soluție diluată de permanganat de potasiu cu o concentrație țintă de 17,5 g/l.
Obiective educaționale
- Tehnici de preparare a soluțiilor: Participanții vor învăța procesul pas cu pas de dizolvare a permanganatului de potasiu pentru a crea o soluție cu o concentrație specifică, îmbunătățindu-și înțelegerea interacțiunilor solut-solvent.
- Ajustarea concentrației prin diluție: Sesiunea va demonstra cum să se ajusteze concentrația unei soluții prin diluție, subliniind aspectele matematice și practice ale tehnicilor de diluție.
- Precizie în măsurare: Subliniază importanța măsurării precise și a manipulării corecte a instrumentelor de măsură în prepararea soluțiilor chimice, încurajând acuratețea și atenția la detalii.
- Înțelegerea dizolvării și diluării: Participanții vor obține o înțelegere a rolurilor critice ale dizolvării și diluării în obținerea concentrațiilor dorite ale soluțiilor, înțelegând principiile fundamentale ale acestor procese.
Prin această experiență de laborator, participanții vor dobândi abilități fundamentale de chimie în pregătirea și ajustarea concentrațiilor soluțiilor. Prin angajarea în pregătirea precisă a unei soluții de permanganat de potasiu și diluarea sa atentă, participanții vor învăța să manipuleze cu exactitate instrumentele de măsură și vor aprecia semnificația dizolvării și diluării în crearea de soluții cu concentrații specifice. Această sesiune oferă aplicare practică a principiilor chimice esențiale pentru studiile și cercetarea în domeniu, consolidând natura meticuloasă necesară în experimentarea științifică.
Protocol
- Dizolvarea
Dorim să preparăm o soluție de permanganat de potasiu la 80 g/L.
- Cântăriți aproximativ 8 g de permanganat de potasiu folosind balanța electronică.
- Folosind o pâlnie, toarnă pulberea cântărită într-o fiolă cotată de 100 mL (cea mai mică dintre cele două fiole cotate).
- Măsurați 50 mL de apă distilată folosind o cilindru gradat.
- Toarnă apa măsurată în balonul cotat ce conține permanganatul de potasiu.
- Îndepărtați pâlnia și puneți un dop la gura balonului.
- Agitați soluția, apoi scoateți dopul.
- Completati volumul soluției până la marcajul de gradație cu apă distilată.
- Puneți la loc capacul și amestecați prin răsturnare.
- Comparați culoarea obținută cu cea a probelor furnizate pentru a verifica concentrația finală.
Concentrațiile probelor din eprubete sunt următoarele:
- Eprubetă 1: 17,5 g/l
- Eprubeta 2: 35 g/L
- Eprubeta 3: 62,5 g/L
- Eprubeta 4: 70 g/L
- Eprubeta 5: 80 g/L
- Eprubetă 6: 90 g/L
- Diluția
Dorim să preparăm 250 mL de soluție de permanganat de potasiu cu concentrația de 17,5 g/L.
- Măsurați 54.7 mL de soluție din balonul cotat preparat în prima parte cu ajutorul unei cilindru gradat de 70 mL.
- Vărsați conținutul cilindrului gradat în balonul cotat gol de 250 mL.
- Umpleți volumul soluției până la marca de gradare cu apă distilată.
- Pune dopul și amestecă prin răsturnare.
- Comparați culoarea obținută cu cea a probelor furnizate pentru a verifica concentrația finală.
Notă: Asigurați-vă că soluțiile sunt plasate pe un fundal de carton negru pentru a distinge clar schimbările de culoare.
Rezultate anticipate
- Primii pași creează o soluție de permanganat de potasiu concentrată la 80g/L (8g/100mL).
- Folosind 54,7 ml dintr-o soluție omogenă se obțin 4,376 g de permanganat de potasiu, în 250 ml de lichid.
- Noua concentrație este, așadar, 17.51g/L (4.376g/250mL).
- Soluțiile de control de KMnO₄ au următoarele concentrații: #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).
- Prepararea soluției: Prin dizolvarea a 8 g de permanganat de potasiu în 100 mL de apă, se obține o soluție cu o concentrație de 80 g/L. Aceasta ar trebui să aibă, din punct de vedere vizual, aceeași culoare ca soluția de control #5.
- Diluație: Procesul de diluare reduce concentrația de la 80 g/L la aproximativ 17,5 g/L atunci când 54,7 mL din soluția inițială sunt diluați până la 250 mL. Această soluție diluată trebuie să aibă, la o evaluare vizuală, aceeași culoare ca soluția de control #1.
Lecții învățate:
- Acuratețe și precizie: Importanța măsurătorilor precise la cântărirea substanței dizolvate și la măsurarea volumelor în timpul preparării și diluării soluțiilor pentru a obține concentrația dorită.
- Înțelegerea diluției: Procesul de diluție demonstrează cum se modifică concentrația unei soluții atunci când volumul solventului este mărit, în timp ce cantitatea de dizolvat rămâne constantă.
- Concentrația soluțiilor: Învățarea calculării și înțelegerii diferitelor concentrații ale soluțiilor și importanța acestora în diverse aplicații chimice.
- Abilități de observare: Dezvoltarea capacității de a compara intensitatea culorii soluțiilor pentru a determina concentrația acestora, o abilitate esențială în analiza calitativă.
Principii de Chimie:
- Molaritate și concentrație: Experimentul ilustrează cum se calculează molaritatea și concentrația, concepte fundamentale în chimia soluțiilor. Molaritatea este numărul de moli de substanță dizolvată per litru de soluție, iar concentrația este, în general, cantitatea de substanță dizolvată în fiecare volum de solvent.
- Dizolvare: Acest proces demonstrează cum solvații se dizolvă în solvenți pentru a forma soluții, în funcție de natura solutului și a solventului, temperatură și alți factori.
- Legea conservării masei: Chiar dacă soluția suferă diluare, cantitatea totală de dizolvat (permanganat de potasiu) rămâne constantă, ilustrând legea conservării masei.
- Analiza colorimetrică: Utilizarea intensității culorii pentru a determina concentrația este o aplicație a colorimetriei, o tehnică utilizată frecvent în chimie pentru a cuantifica concentrația compușilor colorați în soluție.
Prin acest protocol, studenții dobândesc experiență practică cu aplicațiile practice ale conceptelor teoretice din chimia soluțiilor, îmbunătățindu-și înțelegerea și abilitățile în laborator.
Rezumatul temei pe intervale de note
Clasele 3-5 (Vârsta 8-10 ani)
- FocusIntroducere de bază în prepararea soluțiilor și măsurători simple.
- Activități: Observarea procesului de dizolvare a permanganatului de potasiu, demonstrații simple de diluare, instrucțiuni de bază de siguranță.
Clasele 6-8 (Vârste 11-13)
- FocusÎnțelegere intermediară a preparării soluțiilor și ajustării concentrației.
- ActivitățiPregătirea unei soluții concentrate de permanganat de potasiu, efectuarea calculelor simple de diluție, măsurarea și ajustarea concentrațiilor soluției, urmând protocoale de siguranță detaliate.
Clasele 9-12 (Vârste 14-18)
- Focus: Profil avansat în pregătirea soluțiilor și competențe analitice precise.
- Activități: Prepararea cu acuratețe a unei soluții de permanganat de potasiu de 80 g/l, efectuarea diluării precise pentru a obține o concentrație de 17,5 g/l în 250 ml, utilizând tehnici avansate de măsurare, înregistrarea și analiza detaliată a procesului, respectând protocoale de siguranță avansate.
Esențiale de laborator
Instrumente
- Cântar electronic
- Balon cotat (100 ml și 250 ml)
- Cilindru gradat (50ml & 70ml)
- Spatulă
Produse
- Permanganat de potasiu (praf)