Конспект нестандартного заняття з фізичної і колоїдної хімії на тему: "Характеристика розчинів. Загальні властивості".

Предмет: 
Навчальний рівень: 

Гаврилюк Галина Йосипівна,
викладач хімії
Тернопільського коледжу
харчових технологій і торгівлі

(м. Тернопіль)

Мета:
Поглибити і узагальнити знання студентів про розчини, їх види, механізм розчинення; дійти висновку про вплив чинників на розчинність та механізм розчинення речовин з різними типами хімічного зв'язку; закріпити вміння розв'язувати задачі з використанням масової частки та молярної концентрації.

Реалізація міждисциплінарних зв'язків на занятті; розвивати дослідницькі та творчі здібності, критичне мислення, уміння планувати свою роботу і час .

Формування вміння відповідально працювати у складі груп; виховувати любов до обраної професії.

Тип заняття:  урок поглиблення знань та вмінь.

Форми та методи  роботи: фронтальна бесіда,   групова робота, проблемно-пошуковий метод, розвиток усного мовлення, робота з ілюстративним матеріалом (меню), демонстраційний експеримент,  розв’язування задач - письмова робота, розв’язування  кросворду.

Міждисциплінарні  зв'язки: технологія приготування їжі, фізика, математика.

Обладнання та реактиви: папки із роздатковим матеріалом (меню), таблиці „Типи розчинів”, „Механізм розчинення NaCl у воді”, „Залежність розчинності деяких газів від температури”, „Залежність розчинності твердих речовин від температури”, таблиця-кросворд „Морозиво „Асорті”; хімічні стакани із  молоком, сиропом, розсолом, водою, олією, спиртом, кислотою, реактиви, пляшка мінеральної води, склянка з холодною водою.

Додаток. Кафе „Хімічна кухня”

І. Мотивація навчальної діяльності

Викладач (представник експертної групи). Сьогодні ми засідання технологів-вчених і практиків проводимо в незвичній обстановці, а саме у кафе „Хімічна кухня”. Ми зібралися, щоб поділитися певними доробками у приготуванні тих чи інших страв, для покращення їх якості. Щоб урізноманітнити страви, покращити рецептуру їх, кращу засвоюваність необхідно глибше вивчати процеси, що відбуваються при приготуванні страв.

Нами визначена тематика страв. Деякі з них будуть подаватися для засвоєння знань про розчини.

ІІ. Актуалізація опорних знань

Спочатку наша експертна група проведе дегустацію, щоб визначитися, чи всі проаналізували і освоїли попередні доробки. Щоб ми успішно використовували все те цінне і корисне у наступних дослідженнях, згадаємо (проводиться дегустація по питаннях):

  1.  Які розділи фізичної хімії ми опрацювали?
  2.  Сформулювати закони термодинаміки.
  3. Що вивчає термохімія? Що таке тепловий ефект хімічної реакції? Якою буквою позначається?
  4. Як математично обчислити тепловий ефект?
  5. Сформулювати закони термохімії.
  6. Що таке теплота розчинення? Які складові входять в неї?
  7. Будь-яка термодинамічна система характеризується параметрами стану. Що таке параметри стану?
  8. Чим функції стану відрізняються від параметрів? Які ви знаєте функції стану? Що таке ентропія?
  9. Якою величиною зв'язані ентропія та ентальпія? На що вказує величина ΔG?
  10. Що вивчає хімічна кінетика? Що таке швидкість реакції? Від чого вона залежить?
  11.  Що таке хімічна рівновага? Сформулюйте принцип Ле-Шательє.

Висновок експертної групи.

ІІІ. Узагальнення та систематизація знань

Зараз прошу ознайомитися із меню, яке є у вас на столиках (роздатковий матеріал, ст. 1). як бачите, тут включені тільки ті страви, в основі приготування яких лежать процеси, вивченням яких Ви займалися.

Представник експертної групи: Отже, спочатку скуштуємо бутерброди по-розчинному, щоб зрозуміти значення розчинів у житті людини і в технологічних процесах. (Для чого вивчаємо дану тему? Меню, ст. 2. Студенти вставляють пропущені слова і таким чином , маючи основу «бутерброду» додають необхідні ,на їх думку , «інгредієнти».  )

Представник експертної групи - викладач: А зараз скуштуємо аперитиви .

Зараз ми повинні вміти відрізнити страви нашої кухні від інших, тобто ми повинні встановити, що таке розчини і чим вони відрізняються від інших речовин?

Студентам показується набір хімічних стаканів із молоком, сиропом, розсолом, водою, олією з водою, стравами народів світу (кислоти та ін.). Потрібно вказати, в якому з них розчин, а в якому – ні, обґрунтувати відповідь. Студенти висувають свої пропозиції, дають своє визначення розчинів. Роблять висновок, що страви народів світу і вода – не є розчинами.

Викладач узагальнює сказане студентами. Студенти записують визначення із роздаткового матеріалу (ст. 3 «Меню»), працюють з додатком і роблять висновки про подібність і відмінність між розчинами, хімічними сполуками і механічними сумішами.

Представник експертної групи. Ви працювали різними групами, кожна досліджувала і вивчала певне питання. Зараз кожна група представить свої пропозиції і страву.

Представник І групи пропонує салати в (асортименті). Він узагальнює     (використовуючи таблицю „Типи розчинів”) знання про істинні і колоїдні розчини, про поділ  розчинів за агрегатним станом і пропонує всім групам „Салат по-хімічному” (Меню ст. 4).

Студентам пропонується доповнити класифікацію розчинів за певними ознаками.

Рецепт салату оголошується.

Салат „Пізнай мене” (Меню ст. 4). Студенти визначають спільне і відмінне у істинних розчинів та інших дисперсних систем.

Представник ІІ групи представляє I страви: супи  „Сольватний”, „Гідратний”, „Потенціал”, в основі приготування яких лежить процес розчинення. Студент на основі таблиці розповідає про розчинення NaCl у воді, доводить, що процес розчинення – складний фізико-хімічний процес.

Під час розчинення змінюються властивості розчинника і розчиненої речовини. Це зумовлене тим, що в розчині часточки розчиненої речовини взаємодіють з розчинником. Розчинення часто супроводиться виділенням або поглинанням теплоти, а також зменшенням або збільшенням об'єму розчину.

Д.І. Менделєєв створив гідратну теорію, згідно з якою між часточками розчиненої речовини і молекулами води (розчинника) утворюються хімічні сполуки – гідрати, а сам процес він назвав гідратацією. Якщо ж розчинник неводний, то такі сполуки називають сольватами, а процес – сольватацією.

Розглянемо гідратацію (сольватацію) на прикладі розчинення кристала кухонної солі. Диполі води орієнтуються навколо йонів хлору і натрію, тобто відбувається гідратація йонів. Між іонами Na+ i Cl- і полярними молекулами води виникає йонно-дипольний зв'язок. Зв'язок між іонами, розміщеними на поверхні кристала, послаблюється, йони натрію і хлору відриваються від кристала, а молекули води утворюють навколо них гідратні оболонки.

Здатність розчинника сольватувати (гідратувати) часточки розчинюваної речовини залежить від полярності молекул розчинника: чим вона вища, тим краще відбувається процес розчинення.

Другий представник групи пропонує скуштувати супи. (Меню, ст. 5).

Представник ІІІ групи розповідає про розчинність речовин. Пропонує дати визначення розчинності і сказати, які фактори впливають на неї. Пригадує, що кількісно розчинність виражається максимальним числом грамів речовини, яку можна розчинити в 100 г розчинника за даної температури. Цю кількість речовини називають коефіцієнтом розчинності.

Запитання до студентів: Яка розчинність солі при 18 °С, якщо у 100 г води її розчиняється 51,7 г при цій же температурі?

Наша група детальніше вивчала розчинність газів. Як ви думаєте, від чого вона залежить? (Відповіді студентів)

Як же залежить розчинність газів від природи газу і природи розчинника?

Як правило, розчинність газу вища, коли під час розчинення відбувається хімічна взаємодія його з розчинником. Наприклад, в одному об'ємі води розчиняється 748,7 об'єму аміаку, оскільки між молекулами аміаку і води утворюється водневий зв'язок.

Розчинність газів значною мірою залежить від температури. Розглянемо таблицю „Розчинність деяких газів від температури”.

З підвищенням температури розчинність їх зменшується, а із зниженням – збільшується. Чому?  (Пояснення учасників засідання.) Під час розчинення газів завжди виділяється теплота, тому, згідно з принципом Ле-Шательє, підвищення температури знижує їхню розчинність. Підвищення температури сприяє й збільшенню ентропії; у цьому разі розчинюватиметься менша кількість газу, бо ентропія речовини в газоподібному стані вища, ніж у рідині.

Залежність розчинності газів від тиску визначає закон Генрі, за яким розчинність газу в рідині при сталій температурі прямо пропорційна тиску його над рідиною:

Cр = k·p,

де с – концентрація газу в рідині; k – коефіцієнт пропорційності; p – тиск газу над розчином.

Коефіцієнт k залежить від природи газу і розчинника, але не залежить від тиску.

Відношення концентрації розчиненого в рідині газу Ср до концентрації його над розчином Сг при сталій температурі – величина стала:

Срг = К

Залежність розчинності газів від температури і тиску покладено в основу приготування й зберігання шипучих напоїв.

Представники цієї групи пропонують крюшони. (Див. меню, ст. 6).

Представник ІV групи розповідає про дослідження розчинності рідин.

При розчиненні рідини в рідині можливі такі три випадки: а) необмежена розчинність; б) обмежена розчинність; в) практична нерозчинність.

Взаємна розчинність рідин залежить насамперед від їхньої хімічної будови. Найчастіше, чим ближчі за своєю хімічною природою змішувані речовини, тим вона вища, за правилом: „схоже розчиняється в схожому”. Це означає, що полярні речовини звичайно розчинні в полярних, а неполярні – в неполярних. З цієї причини вода (полярна речовина) – добрий розчинник для полярних рідин (етиловий спирт, оцтова кислота), а бензол (неполярна рідина) – добрий розчинник для жирів (неполярних). (Демонстрація)

Обмежена розчинність спостерігається під час змішування рідин з різною полярністю. Кожна з рідин розчиняється в іншій до певної межі, внаслідок чого утворюється двошарова гетерогенна система. З підвищенням температури взаємна розчинність рідин збільшується і при певній температурі обидві рідини змішуються в будь-яких співвідношеннях, а межа між шарами зникає. Таку температуру називають критичною температурою розчинення. (студенти записують визначення).

Прикладом практично нерозчинних рідин може бути суміш масла з водою або ртуті з водою як рідин з дуже відмінною полярністю.

Особливий інтерес становить розчинність різних речовин у двошарових системах, що складаються з двох практично нерозчинних рідин. Якщо, наприклад, до системи, що складається з води і чотирихлористого вуглецю, додати невелику кількість йоду, який добре розчиняється в ССl4 і погано розчиняється у воді, то після збовтування йод буде міститися в обох шарах рідини. При цьому вміст йоду у воді С1 у кілька разів менший від вмісту йоду в ССl4  - С2. з введенням додаткової кількості йоду концентрація його в рідинах збільшується (в межах розчинності його в цих розчинниках). Проте співвідношення концентрацій С12 практично залишається незмінним. Якщо змінювати співвідношення між узятими розчинниками, додаючи воду або ССl4, то і в цьому разі співвідношення концентрацій залишається попереднім і сталим, тобто

С12 = К,

де К – стала величина, що називається коефіцієнтом розподілу. Отже, відношення концентрацій речовини, яка розподіляється між двома незмішуваними рідинами, є для кожної температури величина стала, не залежна від абсолютних і відносних кількостей кожного з розчинів і розподілюваної речовини. Цю залежність називають законом розподілу.

Закон розподілу дає змогу визначити найвигідніші умови процесу екстрагування.

Екстрагування – це метод добування розчиненої речовини збовтуванням з іншим незмішуваним розчинником, в якому речовина розчиняється значно краще. Під час екстрагування ніколи не вдається добути всю речовину. Як показує дослід, екстрагування відбувається повніше, коли розчин обробляти багато разів малими порціями розчинника, відокремлюючи щоразу добутий екстракт від початкового розчину. Ніж коли розчин обробити один раз великою порцією розчинника.

Екстрагування застосовують у багатьох галузях промисловості і в лабораторних дослідженнях. За допомогою екстракції добувають цукор з буряку, олію з насіння, багато речовин під час обробки харчових продуктів (пасерування овочів).

Представники цієї групи пропонують скуштувати гарнір розчинний з соусом екстракція (див. меню, ст 7).

V група студентів аналізує розчинність твердих речовин. Пропонується пригадати, від чого залежить швидкість розчинення?

Розчинність твердих тіл залежить від природи розчинника і розчинюваної речовини. Так, йонні і полярні речовини здебільшого краще розчиняються в полярних розчинниках.

Розчинність твердих речовин завжди обмежена (в певному об'ємі рідини може розчинитися точно визначена кількість твердої речовини). За розчинністю у воді тверді речовини поділяються на розчинні (сахароза, хлорид натрію), малорозчинні (гідроксид кальцію, хлорид свинцю), практично нерозчинні (сульфат барю, карбонат кальцію).

У міру збільшення концентрації розчину швидкість розчинення зменшується, бо починається зворотний процес – кристалізація. Якщо розчинник стикається з великою кількістю розчинюваної речовини, то через деякий час розчин стає насиченим. Концентрація насиченого розчину при сталій температурі – величина стала. Ця концентрація й характеризує розчинність речовини.

Можна отримати й пересичені розчини, тобто такі, концентрація яких більша від концентрації насиченого за певних умов розчину. Ці розчини дуже нестійкі. Струшування розчину, потрапляння до нього пилу або кристалів цієї самої речовини досить. Щоб сталася миттєва кристалізація: надлишок розчиненої речовини випадає в осад і розчин стає насиченим.

Пропонується страва гарнір насичений з кристалізацією (див. меню, ст. 8).

Представник експертної групи аналізує якість страв технологів. Для покращення рецептури їх експертна група  пропонує десерт „Смакота” (див. меню, ст. 9). Студенти розв'язують задачі у зошитах.

ІV. Закріплення  вивченого матеріалу

Експертна група пропонує фірмову страву – морозиво „Асорті”. (розв’язування кросворду (див. меню, ст.10 ).

Викладач підбиває підсумок заняття, оцінює роботу груп.

V.Домашнє завдання: Візьміть рецепт консервування будь-яких овочів. Порахуйте масову частку солі і цукру, що входить до складу маринаду.

Додаток. Кафе «Хімічна кухня»

Меню:

  1. Дегустація.
  2. Бутерброди по-розчинно/му.
  3. Аперитиви (в асортименті).
  4. Салати (в асортименті).
  5. Супи (в асортименті).
  6. Крюшони (в асортименті).
  7. Гарнір розчинний з соусом екстракція.
  8. Гарнір насичений з кристалізацією.
  9. Десерт „Смакота”.
  10. Фірмова страва: морозиво „Асорті”.
  11. Бутерброди по-розчинному.

 

1.          Найважливішим розчинником є .....................

2.          Для підтримання життєдіяльності людини під час хвороби в організм вводять розчин .............................

3.          У разі втрати свідомості в медицині використовують розчин ..................................

4.          Внаслідок перебування срібної ложки протягом певного часу у склянці з водою в розчин потрапили йони Аргентуму. Утворився ................................ розчин.

5.          Процеси засвоєння їжі людиною і тваринами пов'язані з переведенням харчових речовин у ....................................

6.          Найважливіші фізіологічні рідини (кров, лімфа) є ..............................

Аперитиви (в асортименті).

Розчини – це гомогенні системи, що складаються з розчинених речовин, розчинників і продуктів їхньої взаємодії, відносні кількості яких можуть змінюватися в широких межах.

Той компонент, що кількісно переважає і зберігає свій агрегатний стан при утворенні розчину, прийнято вважати розчинником, інші компоненти – розчиненими речовинами.

Розчини займають проміжне місце між механічними сумішами та хімічними сполуками.

Подібність розчинів і хімічних сполук:

  • Сталість хімічного складу;
  • Однакові фізичні властивості для всього об'єму розчину;
  • Однорідність (гомогенність);
  • Неподільність, без зміни агрегатного стану;
  •  Утворення супроводжується тепловими явищами, стисненням при змішуванні рідин.

Подібність розчинів і механічних сумішей:

  • Змінний склад;
  • Можна розділити на складові частини (випаровування, перегонка, кристалізація);
  • Не підлягають закону кратних відношень.

Салати (в асортименті).

1.    Салат по-хімічному.

Розчини бувають:

  • За розміром часточок: ......................................................................
  •  За агрегатним станом: ......................................................................
  • За типом розчинника: ......................................................................
  • За досягненням розчинності: ..........................................................
  • За концентрацією розчинених речовин: ........................................ .......................................

2.    Салат „Пізнай мене”

Характеристика систем

Характерна ознака

Істинний розчин

Колоїдний розчин

Суспензія, емульсія

Вид системи

Молекулярно-дисперсна

Колоїдно-дисперсна

Грубодисперсна

Розмір часточок

Менше 1 нм

1-100 нм

Понад 100 нм

Зовнішній вигляд

Прозора

Прозора

Каламутна

Видимість часточок

Часточки не можна виявити оптичними способами

Часточки можна виявити за допомогою ультрамікроскопа

Часточки можна виявити візуально

Здатність затримуватися паперовим фільтром

Часточки проходять крізь фільтр

Часточки затримуються фільтром

Супи (в асортименті).

Гідратація – процес оточення йонів диполями води.

Суп „Гідратний”: Що визначає спосіб утворення гідратів (сольватів)? (Демонстрація: спостерігається зменшення об”єму розчину при змішуванні 500г води і 500г спирту. Про що це свідчить?)

Суп „Сольватний”: Спостерігається різне забарвлення розчину йоду в етанолі і в бензолі. Про що це свідчить? (Демонстрація)

Суп „Потенціал”: Процес розчинення спонтанний. Яке значення ΔG? Яка головна причина процесу розчинення?

Крюшони (в асортименті).

Розчинність речовин – це їх здатність розчинятися в тому чи іншому розчиннику (здатність утворювати гомогенні системи).

Коефіцієнт розчинності показує яка маса речовини може розчинитися в 1 л води за даної температури з утворенням насиченого розчину (кг/м3 або г/л) або його виражають максимальним числом грамів речовини в 100 г розчинника за даної температури.

Розчинність газів залежить від природи газу і природи розчинника, тиску і температури.

Розчинення газів – це екзотермічний процес.

Закон Генрі: розчинність газу при сталій температурі прямо пропорційна тиску його над рідиною:

c = p,

де с – концентрація газу в рідині;

k – коефіцієнт пропорційності;

p – тиск газу.

Крюшон „Бульбашковий”:

Якщо залишити в теплому приміщенні склянку з холодною водою, то внутрішні стінки її покриваються бульбашками газу. Чому? (Демонстрація).

Крюшон „Мінеральний”:

Чому „закипає” мінеральна вода під час відкривання пляшки? (Демонстрація).

Крюшон „Газ-булька”:

Чому розчинність газів в рідинах з підвищенням температури зменшується?

Чому при розчиненні газів ΔН<0, ΔS<0? Що є рушійною силою розчинення?

Гарнір розчинний з соусом екстракція.

Розчинність рідин: необмежена, обмежена, практична нерозчинність.

Критична температура розчинення – температура, при якій обмежена взаємна розчинність рідин переходить у необмежену.

Закон розподілу: відношення концентрацій речовини, яка розподіляється між двома незмішуваними рідинами, є для кожної температури величина стала, не залежна від абсолютних і відносних кількостей кожного з розчинів і розподілюваної речовини.

Екстрагування – це метод добування розчиненої речовини збовтуванням з іншим незмішуваним розчинником, в якому речовина  розчиняється значно краще.

Гарнір:

  • Чому кисень у бензолі розчиняється краще, ніж у воді?
  • Де краще розчиняється аміак: у воді чи в органічних розчинниках?
  • Чому по-різному розчиняються рідини? Від чого залежить їх взаємна розчинність? (Демонстрація. Змішуємо рідини: нафта І вода, гліцерин і вода, анілін і вода.)

Соус:     Що спостерігається?

У пробірку з водним розчином йоду доливаємо трохи бензолу. Суміш ретельно струшуємо. Потім ставимо пробірку у штатив для відстоювання.(Демонстрація).

Гарнір насичений з кристалізацією.

Кристалізація – процес, зворотний до розчинення; виділення речовини з розчину при зниженні температури.

Кристалогідрати – кристалічні речовини, що містять молекули води.

Гарнір:

  • Проаналізуйте криві розчинності (таблиця) і спрогнозуйте, як зміниться розчинність зазначених твердих речовин при зниженні температури? (зважаючи на принцип Ле-Шательє)

Соус:

(Демонстрація попередньо одержаних кристалів калію нітрату).

Десерт „Смакота”.

1.                  Відновлення рецептів.

Конспект нестандартного заняття з фізичної і колоїдної хімії на тему: "Характеристика розчинів. Загальні властивості".

2.    Напій Бадьорість: лимони – 1 шт, цукор-пісок – 50 г, сік яблучний – 250 г, вода – 800 г. Знайти масову частку у % цукру.

3.   Для консервування огірків, за рецептом на 1 л води додають 80 г солі. Яка масова частка солі в маринаді?

4.   Маринад для консервування салатів та овочів:

1,5 л води,

60 г солі,

125 г цукру,

120 г оцту.

Визначити масові частки у % солі та цукру.

5.    У шлунковому соку людини масова частка хлоридної кислоти становить 4,2 %. Визначте її молярність. (ρ = 1,010 г/мл)

Фірмова страва: морозиво „Асорті”.

Конспект нестандартного заняття з фізичної і колоїдної хімії на тему: "Характеристика розчинів. Загальні властивості".

1.  Здатність речовини розчинятися в тому чи іншому розчиннику.

2.  Число молів розчиненої речовини в 1 л розчину.

3. Метод вилучення розчиненої речовини з розчину за допомогою другого розчинника, що не змішується з першим.

4. За досягненням розчинності розчини бувають.

5.  Тип розчинності рідини в рідині.

6.  Температура, при якій обмежена розчинність переходить в необмежену.

7.  Назва молекули води з різнойменними полюсами.

8. Автор закону розподілу.

9.  Найкращий розчинник.

10. Параметр стану, від якого залежить розчинність газів.

11. Автор гідратної теорії.

 

 

До публікації на сайті Освітнього порталу "Академія" приймаються нові авторські конспекти уроків; методичні розробки; сценарії виховних заходів; зразки шкільних творів та переказів, які відповідають новій навчальній програмі.

Популярний ВНЗ