Практическая работа №4, страница 145 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4

Влияние температуры на растворимость твердых веществ

На 2 ученика:

Реактивы: сульфат магния — 30 г, вода — 100 мл.

Оборудование и посуда: стакан — 1 шт., спиртовка — 1 шт., стеклянная палочка — 1 шт., электрическая плита — 1 шт., кристаллизатор со снегом или холодной водой со льдом.

В стакан налейте 50 мл воды и насыпьте 20 г сульфата магния. Перемешайте. (Если вся соль растворится, добавьте еще.) Слегка нагрейте стакан с содержимым, периодически помешивая раствор палочкой. Отметьте, что вы наблюдаете.

Поместите нагретый стакан в кристаллизатор со снегом (или холодной водой).

Опишите происходящие изменения.

В каком случае вы получили насыщенный раствор, в каком — ненасыщенный раствор соли? Как зависит растворимость твердых веществ в воде от температуры?

Дано:

$V(H_2O) = 50 \text{ мл}$

$m(MgSO_4) = 20 \text{ г}$

Перевод в систему СИ:

Плотность воды $\\rho\approx 1000 \text{ кг/м}^3$.

Объем воды: $V(H_2O) = 50 \text{ мл} = 50 \text{ см}^3 = 50 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 5 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3$.

Масса воды: $m(H_2O) = \\rho\cdot V = 1000 \text{ кг/м}^3 \cdot 5 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3 = 0.05 \text{ кг}$.

Масса сульфата магния: $m(MgSO_4) = 20 \text{ г} = 0.02 \text{ кг}$.

Найти:

1. Что наблюдается при нагревании раствора?

2. Какие изменения происходят при охлаждении раствора?

3. В каком случае был получен насыщенный, а в каком – ненасыщенный раствор?

4. Какова зависимость растворимости твердых веществ в воде от температуры?

Решение:

В начале эксперимента в 50 мл (что примерно равно 50 г) воды добавляют 20 г сульфата магния. Растворимость сульфата магния ($MgSO_4$) при комнатной температуре (20o C) составляет примерно 26 г на 100 г воды. Следовательно, в 50 г воды при этой температуре может раствориться только около $26 / 2 = 13 \text{ г}$ соли. Так как мы добавляем 20 г, часть соли не растворится и останется на дне в виде осадка. Таким образом, исходный раствор является насыщенным и гетерогенным (содержит твердую фазу).

Отметьте, что вы наблюдаете.

При нагревании стакана с содержимым растворимость сульфата магния в воде увеличивается. Вследствие этого твердый осадок $MgSO_4$ на дне стакана начинает постепенно растворяться. По мере роста температуры все большее количество соли переходит в раствор. Если продолжать нагревание, можно достичь температуры, при которой все 20 г сульфата магния полностью растворятся, и раствор станет прозрачным и однородным (гомогенным).

Ответ: При нагревании наблюдается растворение осадка сульфата магния, в результате чего раствор становится прозрачным.

Опишите происходящие изменения.

После того как горячий прозрачный раствор помещают в кристаллизатор со снегом или холодной водой, он начинает быстро охлаждаться. С понижением температуры растворимость сульфата магния резко падает. Раствор становится пересыщенным — в нем содержится больше соли, чем может быть растворено при данной низкой температуре. "Избыток" растворенного вещества начинает выделяться из раствора в виде твердых кристаллов. Этот процесс называется кристаллизацией. Раствор мутнеет, и на дно и стенки стакана выпадает белый кристаллический осадок. Чаще всего образуется кристаллогидрат — эпсомит, или горькая соль ($MgSO_4 \cdot 7H_2O$).

Ответ: При охлаждении наблюдается помутнение раствора и выпадение из него белых кристаллов соли (процесс кристаллизации).

В каком случае вы получили насыщенный раствор, в каком — ненасыщенный раствор соли?

1. Насыщенный раствор получается в двух случаях:

- В самом начале, при комнатной температуре, когда в стакане присутствует нерастворившийся осадок соли. Раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой растворяемого вещества, является насыщенным.

- В процессе охлаждения, когда из раствора выпадают кристаллы. Жидкая фаза в этот момент является насыщенной при каждой текущей температуре.

2. Ненасыщенный раствор мог быть получен в процессе нагревания, в тот момент, когда вся соль уже растворилась, но температура продолжала расти. В таком растворе при данной высокой температуре можно было бы растворить еще некоторое количество соли.

Также стоит упомянуть пересыщенный раствор — это состояние, которое достигается при охлаждении горячего насыщенного раствора. Он содержит больше растворенного вещества, чем это соответствует равновесной растворимости при данной температуре, и является термодинамически неустойчивым.

Ответ: Насыщенный раствор был получен при комнатной температуре в присутствии осадка и в процессе охлаждения при выпадении кристаллов. Ненасыщенный раствор можно было получить при нагревании после полного растворения всей соли.

Как зависит растворимость твердых веществ в воде от температуры?

На основе проведенного опыта можно сделать вывод о прямой зависимости растворимости сульфата магния от температуры. При повышении температуры растворимость увеличивается (соль растворяется), а при понижении — уменьшается (соль кристаллизуется). Этот принцип справедлив для подавляющего большинства твердых веществ. Существуют редкие исключения (например, сульфат церия $Ce_2(SO_4)_3$), растворимость которых уменьшается с ростом температуры, но это не является общим правилом.

Ответ: Растворимость большинства твердых веществ в воде, включая сульфат магния, увеличивается с повышением температуры и уменьшается с ее понижением.