Лабораторный опыт №2, страница 93 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

Вопросы и задания. §13. Растворение. Глава 2. Экспериментальная работа с веществами - страница 93.

Лабораторный опыт 2

Приготовление раствора медного купороса

Внесите в химический стакан одну пластиковую ложку кристаллов медного купороса $CuSO_4 \cdot 5H_2O$. С помощью мерного цилиндра отмерьте 100 мл воды и перенесите её в стакан с медным купоросом. Перемешивайте раствор стеклянной палочкой до полного растворения кристаллов. Полученный раствор оставьте в стакане до следующего занятия.

Приготовление раствора медного купороса

Данный лабораторный опыт описывает процесс приготовления водного раствора сульфата меди(II) из его кристаллогидрата — медного купороса.

Порядок действий и наблюдения:

1. В химический стакан вносят одну пластиковую ложку кристаллов медного купороса. Медный купорос ($CuSO_4 \cdot 5H_2O$) представляет собой кристаллическое вещество ярко-синего цвета.
2. С помощью мерного цилиндра отмеряют 100 мл воды. Вода — бесцветная прозрачная жидкость. Её переливают в стакан с кристаллами.
3. Содержимое стакана перемешивают стеклянной палочкой. В процессе перемешивания кристаллы медного купороса постепенно растворяются в воде. Растворение — это физико-химический процесс, при котором частицы растворяемого вещества (ионы $Cu^{2+}$ и $SO_4^{2-}$) переходят в раствор и равномерно распределяются между молекулами растворителя (воды). Ионы меди гидратируются, образуя аквакомплексы $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$, которые и придают раствору характерный синий цвет. Перемешивание ускоряет процесс растворения, так как обеспечивает постоянный контакт поверхности кристаллов со свежими, еще не насыщенными слоями растворителя.
4. После полного растворения кристаллов образуется однородный (гомогенный) прозрачный раствор синего цвета.
5. Если полученный раствор оставить в стакане до следующего занятия, то из-за испарения воды концентрация сульфата меди в растворе будет постепенно увеличиваться. Если раствор был близок к насыщенному или станет пересыщенным в результате испарения, на дне и стенках стакана начнут образовываться более крупные и правильные по форме кристаллы медного купороса $CuSO_4 \cdot 5H_2O$.

Ответ: В результате выполнения опыта будет получен однородный водный раствор сульфата меди(II) синего цвета. При длительном стоянии в открытом сосуде из-за испарения воды возможно выпадение кристаллов медного купороса.

---

Для количественной оценки состава полученного раствора можно рассчитать массовую долю растворенного вещества (безводного сульфата меди). Поскольку в условии масса медного купороса указана неточно ("одна пластиковая ложка"), для примера проведем расчет, приняв массу кристаллогидрата $CuSO_4 \cdot 5H_2O$ равной 5 г.

Дано:
Объем воды $V(H_2O) = 100$ мл
Масса медного купороса $m(CuSO_4 \cdot 5H_2O) = 5$ г
Плотность воды $\rho(H_2O) \approx 1$ г/мл

Перевод в систему СИ:
$V(H_2O) = 100 \text{ мл} = 100 \text{ см}^3 = 100 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 10^{-4} \text{ м}^3$
$m(CuSO_4 \cdot 5H_2O) = 5 \text{ г} = 0.005 \text{ кг}$
$\rho(H_2O) \approx 1000 \text{ кг/м}^3$

Найти:
Массовую долю безводного сульфата меди $w(CuSO_4)$ в растворе.

Решение:
1. Найдем массу воды, используя ее объем и плотность:
$m(H_2O) = V(H_2O) \cdot \rho(H_2O) = 10^{-4} \text{ м}^3 \cdot 1000 \text{ кг/м}^3 = 0.1 \text{ кг}$ (или 100 г).

2. Рассчитаем общую массу полученного раствора. Она складывается из массы воды и массы добавленного кристаллогидрата:
$m_{раствора} = m(H_2O) + m(CuSO_4 \cdot 5H_2O) = 0.1 \text{ кг} + 0.005 \text{ кг} = 0.105 \text{ кг}$ (или 105 г).

3. Определим массу чистого (безводного) сульфата меди $CuSO_4$, которая содержится в 5 г его кристаллогидрата $CuSO_4 \cdot 5H_2O$. Для этого нам понадобятся молярные массы.
Молярная масса $CuSO_4$ (используем округленные атомные массы: Cu-64, S-32, O-16):
$M(CuSO_4) = 64 + 32 + 4 \cdot 16 = 160$ г/моль.
Молярная масса кристаллогидрата $CuSO_4 \cdot 5H_2O$ (H-1):
$M(CuSO_4 \cdot 5H_2O) = M(CuSO_4) + 5 \cdot M(H_2O) = 160 + 5 \cdot (2 \cdot 1 + 16) = 160 + 90 = 250$ г/моль.
Масса безводной соли в кристаллогидрате:
$m(CuSO_4) = m(CuSO_4 \cdot 5H_2O) \cdot \frac{M(CuSO_4)}{M(CuSO_4 \cdot 5H_2O)}$
$m(CuSO_4) = 5 \text{ г} \cdot \frac{160}{250} = 5 \text{ г} \cdot 0.64 = 3.2 \text{ г}$ (или 0.0032 кг).

4. Теперь можем рассчитать массовую долю безводного сульфата меди в конечном растворе по формуле:
$w(CuSO_4) = \frac{m(CuSO_4)}{m_{раствора}}$
$w(CuSO_4) = \frac{3.2 \text{ г}}{105 \text{ г}} \approx 0.030476$

Выразим массовую долю в процентах:
$w(CuSO_4) \approx 0.0305 \cdot 100\% = 3.05\%$

Ответ: При условии, что масса взятого медного купороса равна 5 г, массовая доля безводного сульфата меди ($CuSO_4$) в полученном растворе составляет приблизительно 0.0305 или 3.05%.