+ =
4. 125 × 0,64 = (125 + Х) × 0,08
Х = 875
Ответ: Потребуется 875 г воды.
Одним из вопросов изучаемых теорией растворов являются коллоидные системы. Небольшой раздел этой темы включается в курс химии 11-го класса [25]. Дается классификация дисперсных систем, раскрывается их значение в практике, приводится характеристика дисперсных систем по внешнему виду, способности осаждаться, задерживаться фильтрами. Авторы приводят достаточно детальную характеристику коллоидных растворов, вводится понятие коагуляции, десорбция заряженных ионов. Приводятся примеры коллоидных растворов и их роль в повседневной жизни.
Более подробно коллоидные растворы характеризуются авторами [26] . Отличительной особенностью коллоидов является их многофазность, которую легко обнаружить с помощью ультрамикроскопа или при пропускании из них пучков света через раствор. Многократное отражение падающего света от частиц коллоидных размеров делает их «видимыми» невооруженным глазом (эффект Тиндаля). Итак, коллоиды – механическая смесь нескольких фаз, но очень необычная, отличающаяся от типичных механических смесей огромной поверхностью раздела фаз.
Создание монодисперсного коллоида – дело не простое, но крайне важное когда речь идет о материалах со структурно-чувствительными свойствами. Например, в высокоинтенсивных источниках света сейчас используют вольфрамовые катоды, которые являются композицией вольфрама и оксида тория (IV). В них очень мелкие частички вольфрама разделены тончайшими оксидными прослойками. Композиция работает как катод тем лучше, чем однороднее распределение компонентов [25].
Самый распространенный и наиболее изученный тип коллоидных растворов составляют системы твердое в жидком. К ним относятся истинные коллоиды – суспензии (зубная паста, лекарства, концентрированная суспензия алюмосиликатов, используемая в производстве фарфора).
Авторами [25] рассматривается свойство коллоидов. Отмечено, что коллоиды, это неопределенные вещества, а вполне определенное состояние, в котором может находиться большинство веществ.
Одной из важнейших коллоидных систем являются аэрозоли – системы, в которых жидкие или твердые частицы дисперсной фазы свободно перемещаются в газообразной дисперсионной среде. Для разрушения аэрозолей в промышленности используются электрофильтры. Между электродом и стенкой создается высокое напряжение – в несколько тысяч вольт. При электрическом разряде газа возникает большое число ионов, которые абсорбируются на частицах аэрозоля. Последние движутся под влиянием электрического поля к электродам, где коагулируют, а затем осаждаются на дне фильтра.
Наука о коллоидах, созданная в последние десятилетия, позволяет решать многие научно-технические и экологические проблемы, начиная от создания материалов с небольшим сочетанием свойств и кончая предотвращением взрывов в каменноугольных шахтах. Таким образом, растворы многообразны и играют большую роль в жизни и деятельности человека. Правильное отношение к веществам, растворам, их использованию и экологии необходимо воспитывать со школьной скамьи.
Глава 3. Реакции взаимодействия металлов с растворами солей.
Эксперимент по коллоидным растворам.
Большую роль в формировании знаний учащихся о веществе играет так же понятие о растворах.
В современном школьном курсе химии изучение растворов на начальном этапе обучения производится с целью ознакомления учащихся со средой, в которой протекают многочисленные химические реакции. Затем с растворами школьники встречаются при изучении вопросов электролитической диссоциации (растворы – электролиты), элементов главной подгруппы IV группы (коллоидные растворы). Обобщение знаний о растворах проводят в курсе химии 11-го класса.
Если говорить о классификации растворов, то можно выделить:
1. По гемогенности – это однородные системы.
2. По числу компонентов. Двухкомпонентные системы состоят из растворителя и растворенного вещества.
3. По агрегатному состоянию различают: газообразные, жидкие и твердые растворы.
Теория растворов достаточно хорошо изложена в научной и методической литературе. В первой главе мы коснулись вопроса создания проблемных ситуаций при изучении реакций в растворах на примере реакций металлов с солями и гидролиза. Тема «Гидролиз» раскрыта полностью. Реакциям металлов с солями и эксперименту по коллоидным системам повещена данная глава.
Часть 1. Реакция металлов с растворами солей.
Школьникам была поставлена задача:
В раствор сульфата меди внесите небольшой кусочек металлического лития и объясните причину образования осадка черного цвета.
Решение можно выразить следующей схемой:
Схема 1.
Решение проблемного эксперимента.
В общем изучаемый процесс вместе со школьниками изображаем условно:
CuSO4 + Li ® CuO¯ + H2
исходные вещества наблюдаемые экспериментально продукты
Вспоминаем, какие химические свойства металлов характеризует ряд стандартных электродных потенциалов:
1. Чем более отрицателен электродный потенциал металла, тем больше его восстановительная способность.
2. Каждый металл, имеющий более отрицательный потенциал, способен вытеснять (восстанавливать) из раствора солей те металлы, которые имеют более положительный потенциал.
Вспоминаем, что исключение составляют лишь щелочные и щелочноземельные металлы, которые не восстанавливают ионы других металлов из растворов их солей, что связано с тем, что скорость их взаимодействия с водой, т.е. гидратация значительно превышает скорость вытеснения иона металла.
3. Все металлы, имеющие отрицательный стандартный электродный потенциал, т.е. находящиеся в ряду напряжения металлов левее водорода, способны вытеснять его из растворов кислот. К этому добавляем, что самые активные металлы вытесняют водород и из воды.
Таким образом, в систему введены - сульфат меди, вода и литий. Исследуем какие возможны процессы:
- литий реагирует с водой, при этом выделяется водород, что согласуется с наблюдаемыми признаками реакции:
2Li + 2H2O ® 2LiOH + H2
Образовавшийся гидроксид лития, должен реагировать с сульфатом меди с образованием осадка гидроксида меди голубого цвета:
CuSO4 + 2LiOH ® Cu(OH)2¯ + Li2SO4
Образование осадка черного, а не голубого, цвета вызвало удивление у школьников. Проделываем опыт по взаимодействию лития не с солью, а с водой и измеряем выделившуюся при этом температуру (70°С):
2Li + 2H2O ® 2LiOH + H2 + Q
Выдвигаем гипотезу, что выделившейся при реакции гидратации лития теплоты, достаточно для разложения образовавшегося гидроксида меди:
М(CuSO4 × 5H2O) = 250 г/моль