ГДЗ по Химии 8 Класс Домашний эксперимент Габриелян, Остроумов — Подробные Ответы

ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ АЛЮМОКАЛИЕВЫХ КВАСЦОВ ИЛИ МЕДНОГО КУПОРОСА

Учебный эксперимент проводят в химическом кабинете (лаборатории).
Так требуют правила техники безопасности. Но нет правил без исключений. Почему предлагаемая работа является таким исключением?

Алюмокалиевые квасцы относятся к особой группе солей, которые называются двойными. Это такие соли, в которых с одним и тем же ионом кислотного остатка связаны ионы разных металлов. Формулу алюмокалиевых квасцов можно записать так: KAl(SO4)2 12H2O.

Обратите внимание на то, что в кристаллической соли на каждую формульную единицу соли приходится определённое число связанных с ней молекул воды. Такие соли называют кристаллогидратами. Некоторые из них вам могут быть знакомы: сода кристаллическая Na2CO3 10H2O, гипс CaSO4 2Н2О, медный купорос СuSO4 5H2O.

Алюмокалиевые квасцы продаются в аптеке в виде порошка как присыпка для кожи и бактерицидное средство, которое не вызывает аллергии. Обратите внимание на этикетку аптечной упаковки. На ней обозначены не просто квасцы, а квасцы жжёные, т.е. такие, из которых выпарили воду (рис. 65). Их ещё называют обезвоженными.

Добавляйте квасцы в тёплую воду и растворяйте до тех пор, пока соль не перестанет растворяться. Вы приготовили раствор, который называют насыщенным.

Отфильтруйте его.

Через несколько дней на дне сосуда появятся небольшие кристаллы. Отберите из них 3-4 кристалла правильной формы и поместите в другой сосуд. Залейте эти кристаллы раствором из первого сосуда, осторожно переливая его во второй сосуд. Через несколько дней маленькие кристаллы превратятся в большие красивые кристаллы (рис. 66, а).

Можно изменить вторую часть работы по выращиванию кристаллов.

С этой целью отобранные маленькие кристаллы приклейте к концам прочных нитей водостойким клеем. Затем привяжите второй конец нити к середине карандаша на такую высоту, чтобы кристалл был в растворе, но не касался дна и стенок сосуда. Раз в два-три дня растущие кристаллы следует переносить в новый стакан, а раствор фильтровать и снова заливать им кристаллы, подвешенные на нитях.

Аналогично можно вырастить очень красивые окрашенные в яркий синий цвет кристаллы медного купороса (рис. 66, б).

Оформите отчёт о проделанной работе. В нём представьте:
а) график роста кристаллов (их величину или массу) в зависимости от продолжительности (в днях);
б) фото кристаллов.
Лучшие кристаллы аккуратно просушите бумажной салфеткой, покройте бесцветным лаком, чтобы они не расплывались, и продемонстрируйте учителю и одноклассникам.

Проведите следующие расчёты:
а) вычислите молярную массу безводных алюмокалиевых квасцов, рассчитайте массовую долю металлов в сульфате;
б) вычислите молярную массу медного купороса и рассчитайте массовую долю воды и сульфата меди(II) в кристаллогидрате.

Домашний эксперимент

а) алюмокалиевые квасцы:
\( \text{KAl}(\text{SO}_4)_2 \cdot 12\text{H}_2\text{O} \)

Безводные алюмокалиевые квасцы:
\( \text{KAl}(\text{SO}_4)_2 \)

\( M(\text{KAl}(\text{SO}_4)_2) = 39+27+2(32+16\cdot4) = 258 \text{ (г/моль)} \)

\( \omega(\text{K}) = \frac{Ar(\text{K})}{Mr} \cdot 100\% = \frac{39}{258} \cdot 100\% = 15,12\% \)

\( \omega(\text{Al}) = \frac{Ar(\text{Al})}{Mr} \cdot 100\% = \frac{27}{258} \cdot 100\% = 10,47\% \)

б) медный купорос:
\( \text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O} \)

\( M(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}) = 64+32+16\cdot4+5(2+16) = 160+90 =\)
\(= 250 \text{ (г/моль)} \)

\( \omega(\text{CuSO}_4) = \frac{Ar(\text{CuSO}_4)}{Mr} \cdot 100\% = \frac{160}{250} \cdot 100\% = 64\% \)

\( \omega(\text{H}_2\text{O}) = \frac{5 \cdot Ar(\text{H}_2\text{O})}{Mr} \cdot 100\% = \frac{90}{250} \cdot 100\% = 36\% \)

Для выполнения расчетов, требуемых в задании, необходимо определить молярные массы соединений и массовые доли их компонентов.

а) Расчеты для алюмокалиевых квасцов

1. Определение молярной массы безводных алюмокалиевых квасцов \( \text{KAl}(\text{SO}_4)_2 \)

Молярная масса соединения (M) рассчитывается как сумма атомных масс всех атомов, входящих в его состав. Используем следующие приближенные атомные массы элементов:

• Калий (K): \( Ar(\text{K}) = 39 \)
• Алюминий (Al): \( Ar(\text{Al}) = 27 \)
• Сера (S): \( Ar(\text{S}) = 32 \)
• Кислород (O): \( Ar(\text{O}) = 16 \)

Формула безводных алюмокалиевых квасцов: \( \text{KAl}(\text{SO}_4)_2 \).

Это означает, что в одной формульной единице содержится:

• 1 атом калия (K)
• 1 атом алюминия (Al)
• 2 атома серы (S) (так как \( \text{SO}_4 \) умножается на 2)
• 8 атомов кислорода (O) (так как 4 атома O в \( \text{SO}_4 \) умножаются на 2)

Расчет молярной массы:
\( M(\text{KAl}(\text{SO}_4)_2) = Ar(\text{K}) + Ar(\text{Al}) + 2 \cdot (Ar(\text{S}) + 4 \cdot Ar(\text{O})) \)

\( M(\text{KAl}(\text{SO}_4)_2) = 39 + 27 + 2 \cdot (32 + 4 \cdot 16) \)
\( M(\text{KAl}(\text{SO}_4)_2) = 39 + 27 + 2 \cdot (32 + 64) \)
\( M(\text{KAl}(\text{SO}_4)_2) = 39 + 27 + 2 \cdot 96 \)
\( M(\text{KAl}(\text{SO}_4)_2) = 39 + 27 + 192 \)
\( M(\text{KAl}(\text{SO}_4)_2) = 258 \text{ г/моль} \)

2. Расчет массовой доли металлов (калия и алюминия) в безводных квасцах

Массовая доля элемента (\( \omega \)) в соединении рассчитывается по формуле:
\( \omega(\text{элемента}) = \frac{\text{масса элемента в одной формульной единице}}{\text{молярная масса соединения}} \cdot 100\% \)

Массовая доля калия (\( \omega(\text{K}) \)):

В одной формульной единице \( \text{KAl}(\text{SO}_4)_2 \) содержится один атом калия.
\( \omega(\text{K}) = \frac{Ar(\text{K})}{M(\text{KAl}(\text{SO}_4)_2)} \cdot 100\% \)
\( \omega(\text{K}) = \frac{39}{258} \cdot 100\% \)
\( \omega(\text{K}) \approx 15,1162…\% \)

Округляем до сотых:
\( \omega(\text{K}) = 15,12\% \)

Массовая доля алюминия (\( \omega(\text{Al}) \)):

В одной формульной единице \( \text{KAl}(\text{SO}_4)_2 \) содержится один атом алюминия.
\( \omega(\text{Al}) = \frac{Ar(\text{Al})}{M(\text{KAl}(\text{SO}_4)_2)} \cdot 100\% \)
\( \omega(\text{Al}) = \frac{27}{258} \cdot 100\% \)
\( \omega(\text{Al}) \approx 10,4651…\% \)

Округляем до сотых:
\( \omega(\text{Al}) = 10,47\% \)

б) Расчеты для медного купороса

1. Определение молярной массы медного купороса \( \text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O} \)

Медный купорос является кристаллогидратом, то есть солью, содержащей молекулы воды в своей кристаллической решетке.

Используем следующие приближенные атомные массы элементов:

• Медь (Cu): \( Ar(\text{Cu}) = 64 \)
• Сера (S): \( Ar(\text{S}) = 32 \)
• Кислород (O): \( Ar(\text{O}) = 16 \)
• Водород (H): \( Ar(\text{H}) = 1 \)

Формула медного купороса: \( \text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O} \).

Это означает, что в одной формульной единице содержится:

• 1 ион меди (\( \text{Cu}^{2+} \))
• 1 сульфат-ион (\( \text{SO}_4^{2-} \))
• 5 молекул воды (\( \text{H}_2\text{O} \))

Сначала рассчитаем молярную массу безводной части \( \text{CuSO}_4 \):
\( M(\text{CuSO}_4) = Ar(\text{Cu}) + Ar(\text{S}) + 4 \cdot Ar(\text{O}) \)
\( M(\text{CuSO}_4) = 64 + 32 + 4 \cdot 16 \)
\( M(\text{CuSO}_4) = 64 + 32 + 64 \)
\( M(\text{CuSO}_4) = 160 \text{ г/моль} \)

Затем рассчитаем молярную массу одной молекулы воды:
\( M(\text{H}_2\text{O}) = 2 \cdot Ar(\text{H}) + Ar(\text{O}) \)
\( M(\text{H}_2\text{O}) = 2 \cdot 1 + 16 \)
\( M(\text{H}_2\text{O}) = 18 \text{ г/моль} \)

Теперь рассчитаем общую молярную массу медного купороса:
\( M(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}) = M(\text{CuSO}_4) + 5 \cdot M(\text{H}_2\text{O}) \)
\( M(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}) = 160 + 5 \cdot 18 \)
\( M(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}) = 160 + 90 \)
\( M(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}) = 250 \text{ г/моль} \)

2. Расчет массовой доли воды и сульфата меди(II) в кристаллогидрате

Массовая доля элемента (\( \omega \)) в соединении рассчитывается по формуле:
\( \omega(\text{элемента}) = \frac{\text{масса элемента в одной формульной единице}}{\text{молярная масса соединения}} \cdot 100\% \)

Массовая доля сульфата меди(II) (\( \omega(\text{CuSO}_4) \)):

В одной формульной единице \( \text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O} \) содержится одна группа \( \text{CuSO}_4 \).
\( \omega(\text{CuSO}_4) = \frac{M(\text{CuSO}_4)}{M(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O})} \cdot 100\% \)
\( \omega(\text{CuSO}_4) = \frac{160}{250} \cdot 100\% \)
\( \omega(\text{CuSO}_4) = 0,64 \cdot 100\% \)
\( \omega(\text{CuSO}_4) = 64\% \)

Массовая доля воды (\( \omega(\text{H}_2\text{O}) \)):

В одной формульной единице \( \text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O} \) содержится пять молекул воды.
\( \omega(\text{H}_2\text{O}) = \frac{5 \cdot M(\text{H}_2\text{O})}{M(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O})} \cdot 100\% \)
\( \omega(\text{H}_2\text{O}) = \frac{5 \cdot 18}{250} \cdot 100\% \)
\( \omega(\text{H}_2\text{O}) = \frac{90}{250} \cdot 100\% \)
\( \omega(\text{H}_2\text{O}) = 0,36 \cdot 100\% \)
\( \omega(\text{H}_2\text{O}) = 36\% \)