Лабораторный опыт № 3, страница 14 - гдз по химии 7 класс тетрадь для лабораторных и практических работ Габриелян, Аксенова

Диффузия ионов перманганата калия в воде. Лабораторные опыты - страница 14.

Условие.

Лабораторный опыт № 3. Диффузия ионов перманганата калия в воде

Цель: изучение явления диффузии твёрдого вещества в жидкости.

Оборудование и реактивы: химический стакан, стеклянная палочка, пинцет, перманганат калия (марганцовка), вода.

Задание. Провести наблюдение диффузии ионов перманганата калия в жидкости (воде).

Инструкция

1. Налейте воду комнатной температуры в химический стакан на 1/3 или в плоскодонную колбу объёмом 50—100 мл.

2. С помощью пинцета аккуратно опустите на дно кристаллик перманганата калия.

3. Внимательно наблюдайте за происходящим. Оставьте сосуд на некоторое время при комнатной температуре. Отметьте изменение цвета воды.

4. Измеряйте высоту окрашенного столба воды. Результаты измерений запишите в таблицу.

Время, мин Высота окрашенного столба воды, см

10

20

30

5. Определите, через какое время окрасится верхний слой воды. Зафиксируйте полученный результат в таблице.

Дополнительное задание

Предскажите результат опыта, если использовать воду различной температуры и опускать в неё: а) желатин; б) кристаллы сульфата меди.

Подтвердите свои предположения экспериментально.

Решение.

Решение 2.

При опускании кристаллика перманганата калия ($KMnO_4$) на дно стакана с водой, он начинает растворяться. Вокруг кристаллика образуется облачко раствора, интенсивно окрашенное в фиолетовый цвет. Со временем эта окрашенная область медленно и постепенно распространяется вверх и в стороны, заполняя все больший объем воды. Наиболее интенсивная окраска наблюдается у дна, а по мере удаления от него интенсивность цвета уменьшается. Этот процесс является наглядной демонстрацией явления диффузии. Диффузия — это процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, который происходит вследствие хаотического теплового движения частиц вещества. В данном случае ионы перманганата $MnO_4^-$ и ионы калия $K^+$ диффундируют в воду, а молекулы воды $H_2O$ проникают в кристаллическую решетку соли, разрушая её.

Результаты измерений (гипотетические):

Время, мин	Высота окрашенного столба воды, см
10	1,2
20	2,0
30	2,7

5. Определите, через какое время окрасится верхний слой воды. Зафиксируйте полученный результат в таблице.

Процесс диффузии в жидкостях, особенно без перемешивания, протекает достаточно медленно. Чтобы верхний слой воды заметно окрасился, потребуется несколько часов. Полное и равномерное окрашивание всего объема воды при комнатной температуре может занять от нескольких часов до суток, в зависимости от высоты столба жидкости, температуры и концентрации.

Ответ: Верхний слой воды окрасится через несколько часов (например, 5–8 часов), а полное равномерное окрашивание всего объема может занять около 24 часов.

Дополнительное задание

Предскажите результат опыта, если использовать воду различной температуры и опускать в неё: а) желатин; б) кристаллы сульфата меди.

Скорость диффузии напрямую зависит от температуры: чем выше температура, тем больше кинетическая энергия частиц (ионов и молекул) и тем быстрее они движутся.
- В горячей воде диффузия будет происходить значительно быстрее. Окрашивание всего объема произойдет за гораздо меньшее время по сравнению с водой комнатной температуры.
- В холодной воде диффузия будет протекать намного медленнее. Частицы обладают меньшей кинетической энергией, их движение замедлено, и для окрашивания воды потребуется значительно больше времени.

а) желатин;

Если опустить кристаллик перманганата калия в застывший раствор желатина (гель), то процесс диффузии будет значительно замедлен. Желатин создает в воде сетчатую структуру, которая является механическим препятствием для движения ионов $MnO_4^-$. Вязкость среды значительно выше, чем у воды, что сильно снижает скорость перемещения частиц.

Ответ: В желатине диффузия будет протекать значительно медленнее, чем в чистой воде при той же температуре.

б) кристаллы сульфата меди.

Если вместо перманганата калия использовать кристаллы сульфата меди (II) ($CuSO_4$), мы будем наблюдать аналогичное явление диффузии. Сульфат меди при растворении в воде диссоциирует на ионы $Cu^{2+}$ и $SO_4^{2-}$. Гидратированный ион меди $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$ придает раствору характерный синий или голубой цвет. Таким образом, в стакане будет медленно распространяться голубая окраска. Скорость диффузии может немного отличаться от скорости диффузии перманганата калия из-за разницы в массе и размере ионов, но сам физический процесс будет идентичен.

Ответ: Будет наблюдаться явление диффузии, но раствор будет окрашиваться в голубой цвет.

Подтвердите свои предположения экспериментально.

Для экспериментального подтверждения выдвинутых предположений следует провести серию опытов:
1. Взять три стакана с водой: холодной, комнатной температуры и горячей. Одновременно опустить в каждый по кристаллику перманганата калия и сравнить скорость распространения окраски.
2. Приготовить застывший гель желатина в стакане и поместить на его поверхность кристаллик перманганата калия. Параллельно провести контрольный опыт с водой при той же температуре. Сравнить скорость диффузии.
3. В стакан с водой комнатной температуры поместить кристалл сульфата меди и наблюдать за распространением голубой окраски, сравнивая его с исходным опытом.

Ответ: Проведение описанных экспериментов позволит наглядно продемонстрировать и подтвердить зависимость скорости диффузии от температуры, среды и типа диффундирующего вещества.