Поміркуйте
Зважаючи на знання з хімії та власний досвід, запропонуйте, на які групи можна класифікувати речовини за величиною їхньої розчинності у воді.
Деякі речовини необмежено розчиняються у воді, але в більшості речовин розчинність обмежена, тому за величиною їхньої розчинності розрізняють розчинні, малорозчинні та практично нерозчинні речовини.
Поміркуйте
Ви знаєте, що відбувається під час додавання цукру в чай і відкривання пляшки газованої води. Чи можна, ґрунтуючись на цьому, спрогнозувати, як відрізняється можливість розчинення твердих і газуватих речовин у воді?
За підвищення температури розчинність для більшості твердих речовин збільшується, а газуватих зменшується. За підвищення тиску розчинність твердих речовин практично не змінюється, а газуватих речовин збільшується.
Досліджуємо, моделюємо, проєктуємо
Запропонуйте план дослідження для визначення величини розчинності твердої речовини у 100 г води за різних температур, наприклад, за 20 °C та 50 °C. Які чинники впливатимуть на точність експерименту?
ПЛАН
1. Зважити на терезах масу речовини (наприклад, 40 г кухонної солі), достатньої для приготування насиченого розчину.
2. Відміряти мірним циліндром 100 мл води і перелити в склянку.
3. За допомогою водяної бані та термометра встановити у склянці температуру води 20 °C.
4. Додавати невеликими порціями сіль у воду, постійно помішуючи скляною паличкою до повного розчинення кожної порції солі доти, поки вона не перестане розчинятися і дні склянки не з'явиться невелика кількість нерозчинного осаду.
5. Визначити масу залишку речовини, що не розчинилася, та, шляхом віднімання цієї маси від початкової маси, обчислити масу розчиненої речовини.
6. Провести аналогічний дослід за температури води 50°С.
7. Порівняти отримані результати.
На точність експерименту впливатимуть температура навколишнього середовища, правильне зважування речовини, ретельність перемішування розчину та уважна фіксація початку появи осаду.
Досліджуємо, моделюємо, проєктуємо
Що ви спостерігаєте під час нагрівання? Чи можна пояснити це спостереження кипінням?
Під час нагрівання спостерігаємо появу на дні й стінках посудини бульбашок повітря, яке було розчинене у воді та почалося з неї виділятися. Це спостереження не є кипінням, оскільки температура води значно нижча за 100 °C, а пояснюється тим, що розчинність газуватих речовин із підвищенням температури зменшується.
Поміркуйте
Як змінюється тиск газу всередині пляшки газованої води, якщо її відкрити? Чи можна, ґрунтуючись на цьому, визначити залежність розчинності газів від тиску?
Якщо пляшку відкрити, тиск у ній знижується до атмосферного. Оскільки при цьому спостерігаємо бурхливе виділення бульбашок газу з розчину, то можна визначити залежність розчинності газів від тиску: гази значно краще розчиняються за підвищення тиску.
Поміркуйте
Як ви вважаєте, чи можливо розчинити речовини більше, ніж межа її розчинності за певної температури?
Так, це можливо зробити під час повільного охолодження насичених розчинів або поступового випарювання без механічного впливу. Такі розчини містять більше розчиненої речовини, ніж це передбачено межею розчинності за даної температури, і називаються перенасиченими.
Досліджуємо, моделюємо, проєктуємо
Складіть план експерименту одержання насиченого й пересиченого розчинів. Які чинники необхідно врахувати для досягнення мети?
ПЛАН
1. Зважити на терезах масу розчиненої речовини (наприклад, 40 г кухнної солі), достатньої для приготування насиченого розчину.
2. Відміряти мірним циліндром 100 мл води і перелити в склянку.
3. Додавати невеликими порціями розчинену речовину до води, постійно помішуючи скляною паличкою до повного розчинення кожної порції доти, поки вона не перестане розчинятися і на дні склянки не з'явиться невелика кількість осаду. Отримаємо насичений розчин.
4. Відфільтрувати утворений осад. Склянку з фільтратом залишаємо в теплому місці (біля батарей опалення чи на підвіконні). Якщо кристалізація не розпочалася, одержано перенасичений розчин.
Чинники, які необхідно врахувати: взяти достатню масу розчиненої речовини, уникати механічного впливу на процес повільного відстоювання насиченого розчину.
Робота з інформацією
Вправа 41
Латиною centrum означає «центр, осередок», а з префіксом con– це слово означає «скупчення, зосередження» (сил або засобів). Зважаючи на це, поясніть значення термінів «концентричні (наприклад, кола, окружності)», «концентровані (наприклад, розчини)» та «концентрація (розчинів)».
Термін «концентричні» описує об’єкти (наприклад, кола), що мають спільний центр. Термін «концентровані» щодо розчинів вказує, що багато розчиненої речовини міститься в одиниці об’єму розчинника. Термін «концентрація» показує вміст розчиненої речовини в певній масі або об’ємі розчину.
Вправа 42
а) Порівняйте поняття «насичений розчин» і «ненасичений розчин», склавши діаграми Венна:
|
Діаграма Венна |
||
|
Відмінне |
Спільне
|
Відмінне |
|
Насичений розчин |
Ненасичений розчин |
|
|
Уміст речовини дорівнює межі розчинності, не можна більше розчинити речовини. |
однорідні суміші,
компоненти — розчинена
речовина і розчинник.
|
Уміст речовини менший за межу розчинності, ще можна розчинити розчинену речовину. |
б) Порівняйте поняття «розбавлений розчин» і «концентрований розчин», склавши діаграми Венна:
|
Діаграма Венна |
||
|
Відмінне |
Спільне
|
Відмінне |
|
Розбавлений розчин |
Концентрований розчин |
|
|
Мало розчиненої речовини і багато розчинника. |
однорідні суміші,
компоненти — розчинена
речовина і розчинник.
|
Багато розчиненої речовини і мало розчинника. |
в) Розчинна та малорозчинна речовини:
|
Діаграма Венна |
||
|
Відмінне |
Спільне
|
Відмінне |
|
Розчинна речовина |
Малорозчинна речовина |
|
|
Розчиняється повністю без утворення осаду (понад 1 г речовини у 100 г води). |
здатні
утворювати
розчини.
|
Розчиняється частково з утворенням осаду (від 0,01 г до 1 г речовини у 100 г води). |
Вправа 43
За малюнком 5.3 на с. 43 визначте масу солі, яку можна розчинити в 1 кг води:
а) аргентум (1+) нітрату за 0°C;
За кривою розчинності при 0°C:
у 100 г води розчиняється 122 г AgNO3, тоді
у 1000 г води — х г AgNO3
Складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
100 г : 1000 г = 122 г : х г, звідси х г • 100 г = 122 г • 1000 г
х = 122 г • 1000 г : 100 г
x = m(AgNO3) = 1220 г
Відповідь: 1220 г.
б) натрій нітрату за 20°C;
За кривою розчинності при 20°C:
у 100 г води розчиняється 88 г NaNO3, тоді
у 1000 г води — х г NaNO3.
Складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
100 г : 1000 г = 88 г : х г, звідси х г • 100 г = 88 г • 1000 г
х = 88 г • 1000 г : 100 г = 880 г
Відповідь: 880 г.
в) купрум (2+) сульфату за 30°C;
За кривою розчинності при 20°C:
у 100 г води розчиняється 25 г CuSO4, тоді
у 1000 г води — х г CuSO4.
Складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
100 г : 1000 г = 25 г : х г, звідси х г • 100 г = 25 г • 1000 г
х = 25 г • 1000 г : 100 г = 250 г
Відповідь: 250 г.
г) плюмбум (2+) хлориду за 100°C;
За кривою розчинності при 1000С:
у 100 г води розчиняється 4 г PbCl2, тоді
у 1000 г води — х г PbCl2
Складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
100 г : 1000 г = 4 г : х г, звідси х г • 100 г = 4 г • 1000 г
х = 4 г • 1000 г : 100 г = 40 г
Відповідь: 40 г.
д) калій нітрату за 10°C та 50°C.
За кривою розчинності при 10°C:
100 г води розчиняється 22 г KNO3, тоді
у 1000 г води — х г KNO3
Складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
100 г : 1000 г = 22 г : х г, звідси х г • 100 г = 22 г • 1000 г
х = 22 г • 1000 г : 100 г = 220 г
За кривою розчинності при 50°C:
100 г води розчиняється 85 г KNO3, тоді
у 1000 г води — х г KNO3
Складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
100 г : 1000 г = 85 г : х г, звідси х г • 100 г = 85 г • 1000 г
х = 85 г • 1000 г : 100 г = 850 г
Відповідь: 220 г і 850 г.
Вправа 44
За малюнком 5.3 на с. 43 визначте:
а) сіль, розчинність якої найменша з–поміж наведених;
Сіль плюмбум (II) хлорид (PbCl2).
б) сіль, розчинність якої найбільша за 0 °C та 20 °C;
Сіль калій йодид (KI).
в) сіль, розчинність якої найбільше залежить від температури;
Сіль калій нітрат (KNO3), бо крива на графіку стрімко йде вгору.
г) сіль, розчинність якої найменше залежить від температури.
Натрій хлорид (NaCl), бо крива на графіку майже горизонтальна.
Вправа 45
За малюнком 5.3 на с. 43 порівняйте розчинність купрум (2+) сульфату та натрій хлориду за температур 20 °C і 80 °C.
За кривою розчинності у 100 г води при 20°C розчиняється близько 36 г натрій хлориду та 20 г купрум (2+) сульфату, тому за температури 20°C більшу розчинність має натрій хлорид.
За кривою розчинності у 100 г води при 80°C розчиняється 38 г натрій хлориду та 55 г купрум (2+) сульфату, тому за температури 80°C більшу розчинність має купрум (2+) сульфат.
Вправа 46
За малюнком 5.3 на с. 43 визначте, на скільки більше (за масою) калій нітрату можна максимально розчинити в 100 г води за температури 60 °C, ніж за 30 °C.
Оскільки за кривою розчинності калій нітрату в 100 г води за температури 30°C розчиняється 45 г, а за температури 60°C — 110 г, тому за температури 60 °C можна додатково розчинити 65 г (110 г – 45 г = 65 г).
Вправа 47
Підготуйте презентацію або фотоколаж із зображеннями кристалів (сніжинки, дорогоцінні камені, кристали солей), наявних у світових і українських витворах мистецтва. Поясніть, як умови утворення та хімічний склад упливають на форму і забарвлення кристалів.
Температура та швидкість охолодження впливають на форму та розмір кристалів, бо при повільному охолодженні утворюються великі кристали правильної геометричної форми, а при швидкому охолодженні — дрібні або аморфні структури. Хімічний склад речовини впливає на забарвлення кристалів, наприклад, наявність іонів Хрому надає смарагдам зеленого кольору, а рубінам — червоного.
Вправа 48
За матеріалом параграфа визначте, якими речовинами (розчинними, малорозчинними чи практично нерозчинними) є:
а) амоніак;
Амоніак є розчинною речовиною, бо за температури 0°С й атмосферного тиску в 1 л води можна розчинити 1200 л амоніаку.
б) вуглекислий газ;
Вуглекислий газ є малорозчинною речовиною, бо за температури 0°С й атмосферного тиску в 1 л води можна розчинити 1,7 л вуглекислого газу.
в) кисень.
Кисень є практично нерозчинним, бо за температури 0°С й атмосферного тиску в 1 л води можна розчинити 50 мл або 0,05 л кисню.
Розуміння явищ природи (робота в групах)
Вправа 49
Чому акваріуми з рибами не можна наповнювати кип’яченою водою?
У прокип'яченій воді мало кисню, бо при збільшенні температури розчинність газів зменшується, тому рибам не буде чим дихати, якщо акваріум наповнювати такою водою.
Вправа 50
У воду випадково потрапив бензин. Як його можна відділити від води?
Бензин можна відділити від води фізичним способом — відстоюванням, з використанням ділильної лійки, бо ці рідини не змішуються між собою.
Чи буде вода мати запах бензину, якщо розділити рідини:
а) відстоюванням;
Вода буде мати запах бензину, бо абсолютно нерозчинних речовин немає, тому незначна його кількість буде присутня у воді;
б) дистиляцією?
Вода може мати запах бензину, бо його леткі компоненти киплять у межах температур від 30°C до 200 °C, а тому під час дистиляції деякі з них можуть випаровуватися разом із водою.
Вправа 51
Які з наведених газів — кисень, гідроген хлорид, азот, амоніак, гелій — можна збирати:
а) витісненням води;
Кисень, азот і гелій, бо вони є малорозчинними у воді.
б) лише витісненням повітря?
Гідроген хлорид та амоніак, бо ці гази добре розчиняються у воді.
Вправа 52
У воді за 80°C розчинили максимальну кількість натрій нітрату. Розчин охолодили до кімнатної температури. Що спостерігатимуть?
Розчинність натрій нітрату суттєво зменшується зі зниженням температури, тому під час охолодження надлишкова сіль виділиться з розчину у вигляді кристалів (процес кристалізації).
Вправа 53
Під час виготовлення сильногазованої води в одній пляшці води об’ємом 1 л розчиняють приблизно 1600 мл вуглекислого газу. У такій відкритій пляшці в розчиненому стані лишається близько 880 мл вуглекислого газу. Який об’єм вуглекислого газу виділиться в разі відкриття пляшки сильногазованої води об’ємом 1 л? Більше чи менше газ буде виділятися, якщо пляшку заздалегідь охолодити? А якщо пляшка зберігалася в теплому місці?
У разі відкриття пляшки сильногазованої води об’ємом 1 л виділиться 1600 – 880 = 720 (мл) вуглекислого газу. Якщо пляшку заздалегідь охолодити, тоді газу виділиться менше, бо зі зниженням температури розчинність газів у рідинах зменшується. Якщо пляшка зберігалася в теплому місці, газу виділиться більше, бо з підвищенням температури розчинність газів в розчині зменшується.
Вправа 54
За кімнатної температури у воді об’ємом 1 л максимально розчиняється 6,3•10⁻³ моль барій фториду. Обчисліть масу такої кількості речовини барій фториду. Якою речовиною (розчинною, малорозчинною чи практично нерозчинною) є барій фторид?
Відомо: V(H2O)=1 , n(BaF2)=6,3•10-3 моль.
Знайти: m(BaF2)-?
Розв'язання
1. Обчислюємо масу барій фториду.
M(BaF2)=175 г/моль
m(BaF2)=n(BaF2)•M(BaF2)=6,3•10-3 моль•175 г/моль=1102,5•10-3 г= 1,1 г
Визначимо розчинність барій флуориду у 100 г води за кімнатної температури.
у 1000 г води розчиняється 1,1 г BaF2, тоді
у 100 г води — х г BaF2
Складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
1000 г : 100 г = 1,1 г : х г, звідси х г • 1000 г = 1,1 г • 100 г
х = 1,1 г • 100 г : 1000 г = 0,11 г
Речовини є малорозчинними, якщо розчиняється від 0,01 г до 1 г речовини в 100 г води, тому барій фторид — малорозчинна речовина.
Відповідь: барій фторид є малорозчинною речовиною.
Вправа 55
Чи можна приготувати розчин, що є одночасно:
а) і насиченим, і розбавленим;
Так, такими можуть бути розчини малорозчинних речовин.
Наприклад, насичений розчин кальцій гідроксиду (вапняна вода) є дуже розбавленим через малу розчинність сполуки. За кривою розчинності в 100 г води за 20°С можна максимально розчинити 0,16 г Ca(OH)2 — розчин є насиченими. Водночас масова частка розчиненої речовини в такому розчині становить 0,16%, тобто менша від 10%, тому розчин є розведеними.
w(Ca(OH)2)=m(Ca(OH)2)/(m(Ca(OH)2)+m(води))=0,16/(0,16+100)=0,0016, або 0,16%
б) і концентрованим, і ненасиченим?
Так, такими можуть бути розчини розчинних речовин.
Наприклад, за кривою розчинності у 100 г води за 20°С максимально може розчинитися 36 г солі натрій хлориду NaCl — розчин є насиченим, а розчинення 34 г такої солі робить розчин ненасиченим. Водночас масова частка розчиненої речовини в такому розчині становить 25,3%, тобто більша за 10%, тому розчин є концентрованим.
w(NaCl)=m(NaCl)/(m(NaCl)+m(води))=34/(34+100)=0,253 або 25,3%
Вправа 56
За даними, наведеними в параграфі, визначте, чи можна приготувати насичений за 20 °C розчин, використовуючи 10 г води та по 1 г солей:
а) кухонної солі;
За кривою розчинності при 200С у 100 г води максимально може розчинитися 36 г кухонної солі (NaCl), тоді у 10 г води розчиниться у 10 разів менше солі, тобто 3,6 г. Оскільки 1 г < 3,6 г, тому не можна приготувати насичений розчин.
б) калійної селітри;
За кривою розчинності при 200С у 100 г води максимально може розчинитися 32 г калійної селітри (KNO3), тоді у 10 г води розчиниться у 10 разів менше солі, тобто 3,2 г. Оскільки 1 г < 3,2 г, тому не можна приготувати насичений розчин.
в) крейди.
За кривою розчинності при 200С у 100 г води максимально може розчинитися 0,007 г крейди (CaCO3), тоді у 10 г води розчиниться у 10 разів менше солі, тобто 0,07 г. Оскільки 1 г > 0,07 г, тому можна приготувати насичений розчин.
Вправа 57
У воді масою 100 г за 20°C розчинили кухонну сіль масою 32 г. Чи буде такий розчин:
а) насиченим;
Ні, не буде. За кривою розчинності при 200С у 100 г води максимально може розчинитися 36 г кухонної солі (NaCl), а розчинили 32 г солі, тому розчин буде ненасичений.
б) концентрованим?
Так, буде. Масова частка розчиненої речовини у цьому розчині становить 24,2%, тобто більша за 10%, тому розчин буде концентрованим.
w(NaCl)=m(NaCl)/(m(NaCl)+m(води))=32/(32+100)=0,242, або 24,2%
Вправа 58
Який об’єм води потрібний для приготування насиченого розчину калій хлориду, що містить 54 г солі, якщо розчинність калій хлориду за цієї температури дорівнює 33 г на 100 г води? Обчисліть масу цього розчину.
Відомо: m(KCl)=54 г, s(KCl)= 33 г 100 г = 0,33
Знайти: V(H2O)-?, m(розчину)-?
Розв'язання
m(H2O)=m(KCl):s(KCl)= 54 г : 0,33 = 163,6 г.
Для води об'єм відповідає масі, тому V(H2O)=163,6 мл
m(розчину)=m(KCl)+m(Н2О)=54 г + 163,6 г = 217,6 г
Відповідь: V(H2O)=163,6 мл, m(розчину)=217,6 г.
Вправа 59
Чи однаковий уміст розчиненого кисню в поверхневих і глибинних водах Північного Льодовитого океану та в океанічних водах поблизу екватора? Аргументуйте свою відповідь.
Уміст розчиненого кисню в цих водах неоднаковий, бо розчинність залежить від температури і тиску. Холодні води Північного Льодовитого океану містять значно більше розчиненого кисню, ніж теплі води поблизу екватора, бо розчинність газів у воді збільшується зі зниженням температури. А на великих глибинах уміст розчиненого кисню більший, ніж у поверхневих шарах екваторіальних широт, бо розчинність газів зростає з підвищенням тиску і зниженням температури.
Вправа 60
Як ви можете пояснити, чому водні мешканці частіше страждають унаслідок нестачі кисню влітку, ніж узимку?
Улітку температура води підвищується, тому розчинність кисню у воді суттєво зменшується, а обмін речовин мешканців водойм прискорюється й потребує більшої кількості кисню. Взимку навпаки температура знижується, тому кисню у воді розчиняється значно більше і водні мешканці рідше відчувають його дефіцит.
Вправа 61
У меді та деяких сиропах із часом з’являється осад кристалічної речовини. Чим це можна пояснити?
Це пояснюється тим, що мед і деякі сиропи є пересиченими розчинами. У таких розчинах розчиненої речовини міститься більше, ніж може максимально розчинитися за відповідної температури і з часом надлишок розчиненої речовини випадає у вигляді кристалічного осаду, утворюючи стійкий насичений розчин.
Вправа 62
Чи можна змішати два концентровані розчини тієї самої речовини так, щоб утворився розбавлений? Із чим треба змішати концентрований розчин для одержання розбавленого?
Якщо змішати два концентровані розчини, то сумарний вміст розчиненої речовини залишиться суттєвим, тому розбавлений розчин не утвориться. Для одержання розбавленого розчину необхідно змішати концентрований розчин з більшою масою розчинника.
Вправа 63
У який спосіб розбавлений розчин можна перетворити на концентрований?
Розбавлений розчин перетворити на концентрований можна шляхом збільшення маси розчиненої речовини в розчині або зменшення маси розчинника, наприклад, при випарюванні розчину, або його кип'ятінні.