Вправи: 411

411. В інтернет–джерелах Софія та Андрій знайшли інформацію про властивості деяких речовин, що трапляються в щоденному житті, та сформували таблицю. Допоможіть їм визначити, які речовини мають молекулярну, а які — атомну або йонну будову. Аргументуйте свій вибір.

Молекулярна будова:

Парафін — низька температура плавлення, гарна розчинність у бензині.

Лимонна кислота — органічна речовина, летка, розчинна у воді.

Цукор — органічна речовина, розчинна у воді.

Ацетон — дуже низька tпл. і tкип., безмежна розчинність у воді.

Спирт етиловий — як і ацетон, леткий, полярний, добре розчинний.

Йод — сублімує, гарно розчиняється в бензині, погано — у воді.

Йонна будова:

Сіль кухонна (NaCl) — висока tпл., розчинна у воді.

Сода кальцинована (Na₂CO₃) — висока tпл., добре розчиняється у воді.

Атомна будова:

Графіт — не розчиняється, дуже тугоплавкий, атомні кристалічні ґратки.

Скло кварцове (SiO₂) — висока tпл., нерозчинне, тверде.

НАВЧАЛЬНЕ ДОСЛIДЖЕННЯ № 1

«Одержання кисню»

Зразок	Оцінка швидкості реакції	Найбільш / найменш ефективний
Манган(IV) оксид	Дуже швидка	Найбільш ефективний
Сухі дріжджі	Середня	Ефективний
Сирий шматочок м’яса	Повільна	Найменш ефективний
Листок алое	Повільна	Найменш ефективний
Картопля (сира)	Середня	Ефективний

Для підбиття підсумків роботи:

Гіпотеза підтвердилася: різні каталізатори мають різну ефективність.

Ознаки розкладання гідроген пероксиду: виділення бульбашок газу; оцінити швидкість — за кількістю й швидкістю виділення кисню.

Мета каталізатора: прискорення реакції; спостерігали зменшення бульбашок — це свідчить про завершення реакції або втрату активності каталізатора.

Експеримент: повторне використання одного каталізатора після промивання — перевірка, чи зберіг активність.

Чому сирі продукти? У них каталаза активна. Після варіння (нагрівання) ферменти руйнуються, тому варені зразки не будуть ефективними.

НАВЧАЛЬНЕ ДОСЛIДЖЕННЯ № 2

«Визначення молярного об’єму газів»

1. Обчислення для кисню (O₂):

Маса H₂O₂ (3%): взято 5 мл.

Кількість речовини O₂:

Реакція: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂;

Приблизна кількість речовини O₂ (на основі 5 мл H₂O₂):

n(O₂) = 0,0025 моль.

Виміряний об’єм газу: V = 61 мл = 0,061 л.

Температура: t = 22 °C, Тиск: p = 101000 Па.

Vн.у. = 0,061 •101000•0,002722+273,15 = 0,056 л.

Молярний об’єм кисню:

Vm = 0,0560,0025 = 22,5 л/моль.

Обчислення для вуглекислого газу (CO₂):

Маса CaCO₃ (крейда): 0,3 г.

CaCO₃ + 2CH₃COOH → Ca(CH₃COO)₂ + CO₂ + H₂O.

n(CO₂) = 0,3100 = 0,003 моль.

Виміряний об’єм CO₂: V = 75 мл = 0,075 л.

Нормалізація об’єму:

Vн.у.​ = 0,075 •101000•0,002722+273,15 = 0,069 л.

Vm = 0,0690,003 = 23,1 л/моль.

Порівняння з табличним значенням (н.у.):

Теоретичний молярний об’єм газів при н.у.: 22,4 л/моль.

Виміряне значення для O₂ — 22,5 л/моль — дуже близьке.

Виміряне значення для CO₂ — 23,1 л/моль — дуже близьке.

Відповіді на підсумкові питання:

1. Чому важливо швидко закоркувати колбу після змішування реагентів?

Щоб уникнути втрати газу, який починає виділятися одразу після реакції, і зберегти точність вимірювань.

2. Чи можна виконувати дослідження за нормальних умов, щоб потім не перераховувати об’єми?

Ні, тому що в реальних умовах температура і тиск відрізняються від нормальних. Тому необхідно перераховувати об’єми для порівняння з табличними значеннями.

3. Чому для вимірювання об’єму кисню в описі зазначений приблизний об’єм розчину пероксиду, а занотовується точний?

Бо для обчислень потрібне точне значення — навіть незначне відхилення може вплинути на результат. Опис надає загальний обсяг, а записують точне виміряне.

4. Чому для вимірювання об’єму CO₂ в описі зазначена приблизна маса крейди, а занотовується точна?

Точна маса необхідна для обчислення кількості речовини, а от об’єм оцту вимірюється заздалегідь — він додається повністю.

5. Навіщо під час вимірювання об’єму CO₂ наважку переносять разом з папером?

Щоб не втратити частину порошку, який може прилипнути до паперу. Це забезпечує точність маси реагенту.

6. Порівняйте значення молярного об’єму, визначте точність. Які чинники могли вплинути?

Результат експерименту — 23,1 л/моль. Табличне — 22,4 л/моль.

23,1-22,422.4 • 100% = 3,1%.

Відхилення 3,1%. Причини: неточне вимірювання об’єму, температури, втрати газу.

7. Навіщо використовували сіль при збиранні CO₂?

Сіль зменшує розчинність CO₂ у воді, тому менше газу втрачається при збиранні — це підвищує точність досліду.

НАВЧАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ №3

Виявлення кислот і лугів у розчинах

Розчин	Лакмус	Метилоранж	Фенолфталеїн	Універсальний індикатор
Кислота (оцет)	червоний	рожевий/червоний	безбарвний	червоний
Луг (питна сода)	синій	жовтий/помаранчевий	малиновий	синій/фіолетовий
Вода (нейтральна)	фіолетовий	оранжевий	безбарвний	зелений
Кухонна сіль (нейтр.)	фіолетовий	оранжевий	безбарвний	зелений

Висновок:

Індикатори змінюють своє забарвлення залежно від pH розчину. За спостереженнями:

Оцет є кислотою (усі індикатори це підтверджують).

Питна сода — луг.

Кухонна сіль і дистильована вода — нейтральні розчини.

Це дозволяє з високою точністю визначати кислотні або лужні властивості розчинів.

Відповіді на підсумкові питання:

Чи можна виявити кислоту фенолфталеїном?

Ні, фенолфталеїн у кислому середовищі залишається безбарвним, тому не підходить для виявлення кислот.

За результатами дослідження зробіть висновок: яким/якими індикаторами зручніше користуватися для виявлення:

а) кислот: лакмус (червоніє), метилоранж (рожевіє), універсальний індикатор (червоний);

б) лугів: фенолфталеїн (стає малиновим), лакмус (синій), універсальний (синій/фіолетовий).

Чому в дослідженні рекомендують використовувати саме дистильовану воду?

Щоб уникнути хімічних домішок, які можуть вплинути на результат — наприклад, мінеральні солі з водопровідної води можуть спричинити слабке зміщення pH.

Назвіть ще інші реакції (на озон, йод), поясніть, чим є зміна забарвлення індикаторів під час хімічної реакції.

Зміна забарвлення є результатом зміни концентрації йонів H⁺ або OH⁻ у розчині. Це впливає на структуру молекул індикатора, яка і зумовлює колір.

НАВЧАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ №4

Виявлення кислот і лугів у побутових хімікатах природними індикаторами

Зразок	Колір після додавання індикатора	Реакція середовища
Оцет	Яскраво-рожевий	Кисле
Мило	Зеленкувато-бурий	Лужне
Лимонний сік	Рожевий	Кисле
Розчин питної соди	Зелений	Лужне
Засіб для миття скла	Зелено-бурий	Лужне

Висновки:

Природний індикатор з буряка дозволяє виявити кислотне або лужне середовище.

Кислоти забарвлюють індикатор у рожеві тони, луги — у зеленувато-бурі.

Отримані результати підтверджують наявність кислот (оцет, лимонний сік) і лугів (сода, мило, засіб для миття скла).

Відповіді на підсумкові питання:

Чи придатний використаний вами природний індикатор для виявлення кислот і лугів?

Так, буряковий сік чітко змінював колір залежно від рН середовища, що дозволило виявити кислоти та луги.

Порівняйте свої результати з результатами дослідження однокласників.

У всіх випадках оцет та лимонний сік мали кислу реакцію, а сода й мило — лужну. Результати були подібними.

НАВЧАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ №5

Досліджуємо водень

Висновок:

Водень можна добути в апараті Кіппа при дії хлоридної кислоти на цинк.

Він має меншу густину за повітря, не розчиняється у воді, горить безбарвним полум’ям.

Збирають водень витісненням води або повітря.

Його наявність підтверджується «поплеском» при піднесенні сірника.

Відповіді на підсумкові питання:

1. Ознака реакції в апараті Кіппа — утворення газу (бульбашок у трубці).

2. Апарат Кіппа зручний тим, що дозволяє дозовано подавати кислоту до цинку, регулюючи утворення газу поворотом крана.

а) При відкритті крана — кислота контактує з цинком, реакція починається.

б) При закритті крана — припиняється контакт реагентів, реакція зупиняється.

3. Кислота потрапляє вниз завдяки тиску газу у верхній частині резервуара — після відкриття крана.

4. Кислота піднімається назад вгору через вирівнювання тиску після закриття крана.

5. Густина водню менша за повітря, тому водень піднімається вгору.

6. Водень збирають витісненням води — він не розчиняється у воді, легший за неї.

7. Водень виявляють за здатністю горіти — якщо є «хлопок» — водень не чистий; якщо горить тихо — це чистий водень.

8. Чистоту водню визначають за способом горіння — вибух чи тиха реакція.

НАВЧАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ №6

Досліджуємо активність металів

Гіпотези:

Активність металу можна визначити за інтенсивністю виділення газу під час реакції з кислотою.

Не кожна кислота однаково реагує з усіма металами — можливі винятки залежно від активності металу.

Метал	Ознаки реакції з HCl	Активність
Цинк	Сильне виділення бульбашок	Висока
Алюміній	Слабке виділення газу	Середня
Залізо	Дуже слабка реакція	Низька
Мідь	Реакція відсутня	Дуже низька

Висновок:

Активність металів зменшується у такому порядку:

Zn > Al > Fe > Cu.

Отримані результати збігаються з рядом активності металів у підручнику.

Відповіді на підсумкові питання:

1. Так, можна. Інтенсивність виділення водню під час реакції з кислотою прямо свідчить про активність металу.

2. Варто. Якщо продукт реакції — нерозчинна сіль, вона може заважати спостерігати реакцію. У такому разі кислоту обирають залежно від розчинності солей.

3. Ознака — виділення водню. Чим активніше метал, тим швидше утворюються бульбашки газу.

4. Так. Чим вище метал у Періодичній таблиці (в групі IA, IIA), тим активніше він реагує з кислотами.

5. Збігається. Цинк, алюміній, залізо і мідь розташовані саме в такому порядку активності, як підтверджено дослідом.

НАВЧАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ №7

Досліджуємо розпушувальну дію вуглекислого газу

№	Розпушувач	Об’єм після випікання (приблизно)
1	Сухі дріжджі	180 см³
2	Готовий розпушувач	150 см³
3	Сода + оцет	120 см³

Висновок:

Найефективнішим виявився розпушувач на основі дріжджів, оскільки тісто з ним збільшилось найбільше в об’ємі. Це свідчить про активне виділення вуглекислого газу внаслідок бродіння.

Відповіді на підсумкові питання:

1. Параметри оцінки ефективності — об’єм або висота випеченого колобка. Зважування не обов’язкове.

2. Спосіб оцінки об’єму — виміряти висоту й діаметр та використати формулу об’єму кулі (або наближено циліндра).

3. Основний процес — утворення CO₂ (вуглекислого газу), який розширює тісто під час нагрівання.

4. Склад розпушувача — зазвичай містить натрій гідрокарбонат (сода) й суху кислоту (наприклад, лимонну). Відбувається реакція нейтралізації з виділенням CO₂.

5. Найефективніший розпушувач — сухі дріжджі, оскільки дали найбільше збільшення об’єму тіста.

НАВЧАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ №8

Досліджуємо вуглекислий газ

2. Колір змінився з фіолетового на оранжевий → CO₂ утворює слабку кислоту (H₂CO₃).

3. Колір змінився на жовтий → дихання містить CO₂.

4. Найнижча свічка згасла першою → CO₂ важчий за повітря.

5. Свічка згасла, вапняна вода помутніла → утворився CO₂.

6. Вода стала каламутною → виявлення CO₂.

Висновки:

Вуглекислий газ не підтримує горіння.

Його густина більша за повітря.

Виявляється за допомогою вапняної води (утворення осаду CaCO₃).

При взаємодії з водою CO₂ утворює слабку кислоту, що змінює колір індикаторів.

НАВЧАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ №9

Моделюємо парниковий ефект

Характеристика газової суміші	Посудини
	1	2	3	4
	повітря	водяна пара	СО2	СО2 + Н2О
Час, хв.	Температура в посудинах, °C
	1	2	3	4
0	20	20	20	20
1	22	24	25	27
2	24	27	29	32
3	26	29	33	36
4	27	31	35	38
5	28	32	36	39

Висновок:

Найбільше підвищення температури спостерігалося в посудині з вуглекислим газом і водяною парою.

Вуглекислий газ і водяна пара підсилюють парниковий ефект, затримуючи тепло.

Це підтверджує, що концентрація парникових газів у атмосфері впливає на глобальне потепління.

Відповіді на підсумкові питання:

1. Посудини мають бути однакові за формою і об’ємом. Це забезпечує рівні умови нагрівання.

2. Так, це вплине — пластик має іншу теплопровідність. Тільки скляні акваріуми дадуть точне порівняння.

3. Ні, зміст водяної пари в посудинах 2 і 3 різний, оскільки в одній із них є CO₂.

4. Вологу атмосферу можна створити, просто додавши гарячу воду або закрите джерело пари.

5. Так, відстань джерела тепла може суттєво вплинути — чим ближче, тим сильніше нагрівання.

6. Газова суміш з CO₂ і H₂O має найвищий парниковий ефект. Значить, обидва гази разом утримують тепло краще.

НАВЧАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ №10

Залежність між масою реагенту та масою продукту реакції

CaCl_2​ + Na₂​CO₃​ → CaCO₃​↓ + 2NaCl;

Молярна маса CaCl₂ = 111 г/моль.

Молярна маса CaCO₃ = 100 г/моль.

m(CaCO3​) = 0,01 • 100 = 1,00 г.

Взяли: 10 мл CaCl₂ та 15 мл Na₂CO₃.

Висушили та зважили осад: 0,93 г.

η = mпрактичнеmобчислене ​​ = 1,000,93 ​= 93%.

Об’єм CaCl₂, мл	Об’єм Na₂CO₃, мл	Теоретична маса CaCO₃, г	Отримана маса CaCO₃, г	Вихід, %
5	7,5	0,50	0,47	94%
10	15	1,00	0,93	93%
15	22,5	1,50	1,36	91%

Висновки:

Маса осаду CaCO₃ зростає зі збільшенням об’єму CaCl₂.

Дослід підтвердив існування кількісної залежності між масою реагенту та продукту.

Вихід продукту трохи менший за теоретичний, імовірно через втрати при фільтруванні чи неточність вимірювань.

Відповіді на підсумкові питання:

Чому додаємо соду з надлишком? Щоб CaCl₂ повністю прореагував.

Навіщо сушити осад? Щоб позбутись вологи й одержати точну масу.

Навіщо зважувати фільтрувальний папір? Щоб знати масу без осаду.

Що таке вихід продукту? Це відсоток від теоретично розрахованої маси.

Чи змінюється вихід? Так, залежить від точності виконання досліду.

Чи є графік прямою? Так, це підтверджує лінійний зв’язок мас.

НАВЧАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ №11

Будова речовини

Речовина	Агрегатний стан	Розчинність у воді	Температура плавлення	Крихкість	Електропровідність	Будова речовини
Натрій хлорид	Твердий	Добре розчинний	Висока (≈ 801 °C)	Крихкий	Провідник у розчині	Йонна
Цукор	Твердий	Добре розчинний	Низька (≈ 186 °C)	Крихкий	Не проводить	Молекулярна
Графіт	Твердий	Нерозчинний	Висока (понад 3000 °C)	Некрихкий	Добрий провідник	Атомна
Силіцій(IV) оксид	Твердий	Нерозчинний	Висока (понад 1600 °C)	Крихкий	Не проводить	Атомна

Висновок.

На основі фізичних властивостей:

NaCl має йонну будову: тверда крихка речовина, добре розчинна у воді, проводить струм у розчині.

Цукор — молекулярна речовина: легко плавиться, добре розчиняється, не проводить струм.

Графіт — атомна речовина: тверда, електропровідна, не розчиняється.

SiO₂ — атомна речовина: тверда, крихка, не розчинна у воді, висока температура плавлення.