Страница 47 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

МОИ ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Домашний эксперимент.

«ПОМОЩНИК»

При комнатной температуре сравните растворимость в воде:

поваренной соли;

пищевой (питьевой) соды;

крахмала.

Составьте отчёт о результатах эксперимента по такой же форме, как вы составляли отчёт к лабораторному опыту № 9.

Тема эксперимента: Сравнение растворимости веществ в воде.

Цель эксперимента: Экспериментально исследовать и сравнить растворимость в воде при комнатной температуре поваренной соли, пищевой соды и крахмала.

Оборудование и реактивы:

• Три прозрачных стакана или банки.
• Вода комнатной температуры (~20-25 °C).
• Чайная ложка или шпатель.
• Стеклянная палочка или ложка для перемешивания.
• Поваренная соль (хлорид натрия, $NaCl$).
• Пищевая сода (гидрокарбонат натрия, $NaHCO_3$).
• Крахмал (картофельный или кукурузный, формула $(C_6H_{10}O_5)_n$).

Решение

Ход работы:

1. Подготовить три чистых прозрачных стакана. Для удобства сравнения их можно пронумеровать или подписать: №1 «Соль», №2 «Сода», №3 «Крахмал».
2. Налить в каждый стакан одинаковое количество (например, по 100 мл) воды комнатной температуры.
3. В стакан №1 добавить одну чайную ложку поваренной соли.
4. В стакан №2 добавить одну чайную ложку пищевой соды.
5. В стакан №3 добавить одну чайную ложку крахмала.
6. Содержимое каждого стакана тщательно перемешать в течение 1-2 минут.
7. Дать растворам отстояться в течение нескольких минут и пронаблюдать за изменениями в каждом стакане. Зафиксировать результаты.

Наблюдения:

• Стакан №1 (Поваренная соль): Кристаллы соли быстро и полностью растворились в воде. Образовался прозрачный, бесцветный раствор. Никакого осадка на дне не наблюдается. Это свидетельствует о хорошей растворимости поваренной соли.
• Стакан №2 (Пищевая сода): Пищевая сода растворяется в воде, но медленнее, чем поваренная соль. Раствор может получиться слегка мутноватым. При добавлении большого количества соды часть ее может остаться на дне в виде белого осадка. Это говорит о том, что пищевая сода растворима, но ее растворимость ниже, чем у поваренной соли.
• Стакан №3 (Крахмал): Крахмал практически не растворяется в холодной воде. При перемешивании образуется мутная белая взвесь, которая быстро оседает на дно стакана после прекращения перемешивания. Вода над осадком остается практически прозрачной. Это указывает на то, что крахмал нерастворим в воде при комнатной температуре.

Вывод:

В ходе эксперимента было установлено, что исследуемые вещества обладают разной растворимостью в воде при комнатной температуре. Наибольшей растворимостью обладает поваренная соль. Пищевая сода также растворима, но в меньшей степени. Крахмал в холодной воде практически нерастворим.

Таким образом, по убыванию растворимости в воде вещества можно расположить в следующем порядке: поваренная соль > пищевая сода > крахмал.

Ответ: По результатам эксперимента, растворимость веществ в воде при комнатной температуре убывает в ряду: поваренная соль (хорошо растворима) → пищевая сода (растворима) → крахмал (практически нерастворим).

Какими физическими свойствами обладает вода?

Вода (оксид водорода, $H_2O$) — это уникальное вещество, обладающее рядом важнейших физических свойств, которые определяют её роль в природе и жизни человека. Основные физические свойства воды:

• Агрегатные состояния

  Вода — единственное вещество на Земле, которое в естественных условиях существует во всех трёх агрегатных состояниях: твёрдом (лёд), жидком (вода) и газообразном (водяной пар). При нормальном атмосферном давлении ($101325 \, Па$) вода замерзает при температуре $0 \, °C$ ($273.15 \, K$) и кипит при $100 \, °C$ ($373.15 \, K$).

• Органолептические свойства (цвет, вкус, запах)

  В чистом виде вода является прозрачной жидкостью без цвета, вкуса и запаха.

• Плотность

  Плотность воды аномальна. В отличие от большинства веществ, плотность которых при замерзании увеличивается, плотность воды при переходе в твёрдое состояние (лёд) уменьшается. Плотность льда составляет примерно $917 \, кг/м^3$, в то время как плотность жидкой воды при $0 \, °C$ — около $999.8 \, кг/м^3$. Максимальной плотности ($ \approx 1000 \, кг/м^3$) вода достигает при температуре около $4 \, °C$. Благодаря этому свойству лёд плавает на поверхности воды, что предотвращает полное промерзание водоёмов и сохраняет жизнь их обитателям.

• Теплоёмкость

  Вода обладает аномально высокой удельной теплоёмкостью ($c \approx 4200 \, \frac{Дж}{кг \cdot °C}$). Это означает, что для нагревания 1 кг воды на 1 °C требуется большое количество энергии. Эта особенность играет ключевую роль в регуляции климата на планете (океаны и моря аккумулируют тепло) и в поддержании постоянной температуры тела живых организмов.

• Поверхностное натяжение

  У воды очень высокое поверхностное натяжение среди жидкостей (уступает только ртути). Оно обусловлено сильными межмолекулярными водородными связями. Это свойство объясняет образование капель, капиллярные явления (подъём воды по узким трубкам, например, в стеблях растений) и позволяет некоторым насекомым передвигаться по поверхности воды.

• Теплота испарения и плавления

  Вода имеет высокие значения удельной теплоты плавления ($ \lambda \approx 334 \, \frac{кДж}{кг}$) и удельной теплоты парообразования ($L \approx 2260 \, \frac{кДж}{кг}$). Это означает, что для таяния льда и испарения воды требуется значительное количество энергии, что также важно для климатических и биологических процессов (например, охлаждение организма при потоотделении).

• Растворяющая способность

  Вода — универсальный растворитель. Благодаря полярности своих молекул она способна растворять множество полярных и ионных веществ (соли, кислоты, щёлочи, сахара). Это свойство делает её основной средой для биохимических реакций в живых организмах и участником геологических процессов.

• Электропроводность

  Химически чистая (дистиллированная) вода является очень плохим проводником электрического тока (диэлектриком). Однако наличие даже небольшого количества растворённых солей или других ионов резко увеличивает её электропроводность.

Ответ: Вода обладает уникальным набором физических свойств, включая существование в трёх агрегатных состояниях в природных условиях, аномальную зависимость плотности от температуры (максимум при 4 °C, лёд легче воды), очень высокую теплоёмкость и теплоту испарения, высокое поверхностное натяжение и способность быть универсальным растворителем для полярных веществ.

• Что такое растворимость веществ?

Решение

● Что такое растворимость веществ?

Растворимость — это способность одного вещества (растворяемого вещества) образовывать с другим веществом (растворителем) однородную систему, называемую раствором. Эта характеристика показывает, в какой степени одно вещество может растворяться в другом при определённых условиях.

Количественно растворимость чаще всего выражают через коэффициент растворимости. Коэффициент растворимости — это максимальная масса вещества в граммах, которая может раствориться в 100 граммах растворителя при заданной температуре для образования насыщенного раствора. Раствор называется насыщенным, если при данных условиях вещество больше не растворяется и достигается динамическое равновесие между процессом растворения и процессом кристаллизации (или выделения из раствора).

Растворимость ($S$ или $k_s$) можно рассчитать по формуле:

$S = \frac{m_{max}(вещества)}{m(растворителя)} \cdot 100 \text{ г}$

где $m_{max}(вещества)$ — максимальная масса вещества, способная раствориться, а $m(растворителя)$ — масса растворителя.

Растворимость вещества зависит от нескольких ключевых факторов:

1. Природа растворяемого вещества и растворителя. Основной принцип здесь — «подобное растворяется в подобном». Полярные соединения (например, поваренная соль $NaCl$, сахар $C_{12}H_{22}O_{11}$) хорошо растворяются в полярных растворителях, таких как вода ($H_2O$). Неполярные вещества (например, масло, йод $I_2$) лучше растворяются в неполярных растворителях (например, в бензоле $C_6H_6$ или гексане $C_6H_{14}$).

2. Температура. Для подавляющего большинства твёрдых веществ растворимость увеличивается с повышением температуры. Для газов, наоборот, растворимость в жидкостях уменьшается при нагревании, так как возрастает кинетическая энергия молекул газа, и они легче покидают раствор.

3. Давление. Давление практически не влияет на растворимость твёрдых и жидких веществ. Однако для газов растворимость прямо пропорциональна парциальному давлению газа над раствором (закон Генри). С увеличением давления больше молекул газа «вдавливается» в жидкость.

На основе растворимости в воде при стандартных условиях (обычно 20 °C) вещества принято делить на:

• Хорошо растворимые (растворимость более 10 г на 100 г воды);
• Малорастворимые (растворимость от 0,1 г до 10 г на 100 г воды);
• Практически нерастворимые (растворимость менее 0,1 г на 100 г воды).

Эту информацию часто представляют в виде таблицы растворимости солей, кислот и оснований в воде.

Ответ: Растворимость веществ — это их свойство образовывать с другими веществами однородные смеси (растворы). Количественно это максимальное количество вещества, которое может раствориться в определённом объёме или массе растворителя при заданной температуре и давлении.

Какие бывают растворы?

Раствор — это однородная (гомогенная) система, состоящая из двух или более компонентов (растворителя, растворенного вещества) и продуктов их взаимодействия. Классифицировать растворы можно по нескольким признакам.

По агрегатному состоянию

Растворы могут существовать в трех агрегатных состояниях, в зависимости от состояния растворителя.

• Жидкие растворы: Самый распространенный тип, где растворителем является жидкость.
  • Растворение газа в жидкости (например, газированная вода — углекислый газ в воде).
  • Растворение жидкости в жидкости (например, раствор уксусной кислоты в воде).
  • Растворение твердого вещества в жидкости (например, раствор сахара или соли в воде).
• Твердые растворы: Растворителем является твердое тело. Чаще всего это сплавы металлов.
  • Растворение газа в твердом теле (например, водород в палладии).
  • Растворение жидкости в твердом теле (например, амальгама — ртуть в золоте).
  • Растворение твердого вещества в твердом (например, сплав латуни — цинк в меди).
• Газообразные растворы: Представляют собой смеси любых газов.
  • Любая смесь газов является раствором (например, воздух — смесь азота, кислорода, аргона и других газов).

По содержанию растворенного вещества (концентрации)

Эта классификация относится к количеству растворенного вещества относительно его максимальной растворимости при данных условиях (обычно при определенной температуре).

• Ненасыщенные растворы: Содержат меньше растворенного вещества, чем это возможно при данной температуре. В таком растворе можно растворить дополнительное количество вещества.
• Насыщенные растворы: Содержат максимальное количество вещества, которое может быть растворено при данной температуре. Дальнейшее добавление вещества не приведет к его растворению.
• Пересыщенные растворы: Содержат больше растворенного вещества, чем его может быть в насыщенном растворе при данной температуре. Такие растворы неустойчивы, и избыток вещества легко выпадает в осадок при незначительном воздействии.

По размеру частиц растворенного вещества

В зависимости от размера частиц дисперсной фазы (растворенного вещества) различают несколько типов дисперсных систем.

• Истинные растворы: Размер частиц растворенного вещества (молекул или ионов) не превышает 1 нанометра (нм). Это гомогенные системы, они прозрачны, устойчивы и не разделяются при фильтровании.
• Коллоидные растворы (золи): Размер частиц составляет от 1 до 100 нм. Они занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами. Частицы не видны невооруженным глазом, но вызывают рассеяние света (эффект Тиндаля). Они относительно устойчивы. Примеры: молоко, клей, туман, дым.
• Грубодисперсные системы (взвеси): Размер частиц превышает 100 нм. Это гетерогенные (неоднородные) системы, частицы которых видны невооруженным глазом или в микроскоп. Они неустойчивы и со временем разделяются.
  • Суспензии: взвеси, где твердое вещество распределено в жидкости (например, глина в воде).
  • Эмульсии: взвеси, где капельки жидкости распределены в другой жидкости, с которой она не смешивается (например, масло в воде).

По типу растворителя

• Водные растворы: растворителем является вода. Это наиболее распространенная группа растворов.
• Неводные растворы: растворителем выступают другие вещества, например, спирты, эфиры, ацетон, бензол.

Ответ: Растворы бывают разных видов и классифицируются по нескольким основным признакам: по агрегатному состоянию (жидкие, твердые, газообразные), по концентрации растворенного вещества (ненасыщенные, насыщенные, пересыщенные), по размеру частиц (истинные, коллоидные, грубодисперсные) и по типу растворителя (водные и неводные).

Как очищают природную воду от примесей?

Очистка природной воды для питьевых и хозяйственных нужд — это многоступенчатый процесс, который включает в себя удаление различных типов примесей: нерастворимых частиц (песок, глина), растворенных веществ (соли, минералы) и биологических загрязнений (бактерии, вирусы). Для этого на станциях водоподготовки применяют комплексный подход, состоящий из нескольких ключевых этапов.

Механическая очистка

Цель этого этапа — удалить из воды взвешенные, нерастворимые частицы. Сначала вода проходит через решетки для задержания крупного мусора. Затем ее направляют в отстойники — большие резервуары, где под действием силы тяжести на дно оседают тяжелые частицы, такие как песок и ил. Чтобы удалить более мелкие частицы, которые оседают очень медленно, применяют коагуляцию. В воду добавляют специальные реагенты-коагулянты (например, сульфат алюминия $Al_2(SO_4)_3$), которые заставляют мелкие частицы слипаться в более крупные и тяжелые хлопья. Эти хлопья затем либо оседают, либо задерживаются на следующем этапе — фильтрации. Фильтрация представляет собой пропускание воды через слои песка, гравия и иногда угля, что позволяет удалить оставшиеся взвешенные вещества и сделать воду прозрачной.

Химическая и физико-химическая очистка

На этом этапе из воды удаляют растворенные примеси, которые могут влиять на ее вкус, запах, цвет или жесткость. Часто для этого используют активированный уголь, который обладает высокой адсорбционной способностью: он поглощает молекулы растворенных органических соединений, устраняя неприятные запахи и привкусы. Для снижения жесткости воды, вызванной избытком солей кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$), применяют ионообменные смолы, которые заменяют эти ионы на ионы натрия ($Na^{+}$). В некоторых случаях, когда требуется глубокая очистка от солей (обессоливание), используют метод обратного осмоса, при котором вода под давлением продавливается через специальную мембрану, задерживающую молекулы солей.

Обеззараживание (дезинфекция)

Это заключительный и самый важный этап, на котором уничтожаются все болезнетворные микроорганизмы (бактерии и вирусы), оставшиеся в воде после предыдущих стадий очистки. Самым распространенным методом является хлорирование — добавление в воду хлора или его соединений. Хлор является сильным окислителем, убивающим микробы, и обеспечивает остаточный дезинфицирующий эффект, защищая воду от повторного заражения в водопроводной сети. Другие методы включают озонирование — обработку воды озоном ($O_3$), который еще более сильный дезинфектант, чем хлор, и ультрафиолетовое облучение (УФ), при котором вода подвергается воздействию УФ-лучей, разрушающих ДНК микроорганизмов. Методы озонирования и УФ-облучения не оставляют в воде побочных продуктов, но и не дают длительного эффекта, поэтому их часто комбинируют с небольшими дозами хлора.

Ответ: Природную воду очищают от примесей в несколько последовательных этапов: 1) механическая очистка (отстаивание и фильтрация) для удаления нерастворимых частиц, часто с применением коагулянтов для укрупнения мелких взвесей; 2) химическая и физико-химическая очистка (например, с помощью активированного угля) для удаления растворенных веществ, влияющих на вкус и запах; 3) обеззараживание (хлорирование, озонирование или УФ-облучение) для уничтожения всех вредных микроорганизмов и обеспечения безопасности воды для потребления.