Как приготовить раствор сульфата меди для школьных опытов
Обновлено: 02.07.2024
Навеску химически чистого сульфата меди (медного купороса) CuSO4∙5H2O массой 3,927 г переносят в мерную колбу емкостью 1 литр, растворяют в половинном объеме колбы водой, приливают 5 мл концентрированной серной кислоты (ρ=1,944 г/мл) , доводят водой до метки и тщательно перемешивают.
1. Приготовление эталонных растворов. Для приготовления эталонных растворов берут шесть мерных колб емкостью 50 мл и в каждую из них пипеткой вносят соответственно по 3, 5, 10, 15, 20 и 25 мл стандартного раствора катионов меди. В каждую колбу прибавляют по 10 мл раствора аммиака, доводят объем жидкости в колбах до метки и тщательно перемешивают. Через 10 минут растворы готовы к фотоколориметрическим измерениям.
2. Выбор светофильтра. Измеряют оптическую плотность раствора средней концентрации (15 мг/мл), используя светофильтры с разной длинной волны, соответствующей максимуму светопропускания. Для дальнейшей работы берется светофильтр при использовании, которого было получено максимальное значение оптической плотности (D).
Зависимость оптической плотности раствора от длины волны светофильтра
| Длина волны (Нм), соответствующая максимуму светопропускания | Чувствительность ФЭКа | Оптическая плотность, D |
3. Построение калибровочного графика. Измеряют оптические плотности эталонных растворов катиона меди, начиная с раствора, имеющего минимальную концентрацию катионов меди и заканчивая раствором с максимальной концентрацией. При этом используют выбранные светофильтр. Данные вносят в таблицу 2.
Данные оптической плотности для построения калибровочного графика
| № колбы | , мг/мл | Оптическая плотность раствора, D |
| среднее |
По данным концентрации и оптической плотности эталонных растворов на миллиметровой бумаге строят калибровочный график, откладывая по оси абсцисс концентрацию катионов меди (в мг/мл), а по оси ординат оптическую плотность раствора.
4. Определение содержания меди в медном купоросе. Навеску медного купороса массой ≈1г (mн=_________г) растворяют дистиллированной водой в мерной колбе на 250 мл, добавив при этом 4 мл серной кислоты (1:2), доводят водой до метки и тщательно перемешивают. Для фотоколориметрирования из полученного раствора отбирают пипеткой от 5-ти до 15-ти мл раствора в мерную колбу на 50 мл. К задаче, полученной в мерной колбе на 50 мл (№ колбы ) проводят те же операции с добавлением тех же количеств аммиака, что и при приготовлении эталонных растворов и фотоколориметрируют через 10 минут.
Оптическая плотность раствора D__________.
Определение массы меди в анализируемом растворе (mСu 2+ ), перенесенного в мерную колбу объемом 50 мл, ( ) производят по ранее построенному калибровочному графику, используя значение оптической плотности этого раствора.
Практическое содержание меди в медном купоросе рассчитывают по формуле
Где: – определенная по калибровочному графику, масса Cu 2+ в объеме Vп исследуемого раствора, отмеренного пипеткой, мг/50мл;
mн. – масса навески медного купороса, _________г. (взять у преподавателя)
Теоретическое содержание меди в медном купоросе рассчитывают по формуле:
Расчет относительной ошибки определения производят по формуле:
Стандартные окислительные потенциалы φ º 298 некоторых окислительно-восстановительных систем в водных растворах по отношению к нормальному электроду.
| Окисленная форма (Ох) | Число электронов ОВР nē | Восстановленная форма (Red) | φ º 298, В |
| Li + | Li 0 | -3.021 | |
| K + | K 0 | -2.923 | |
| Ba 2+ | Ba 0 | -2.912 | |
| Sr 2+ | Sr 0 | -2.890 | |
| Ca 2+ | Ca 0 | -2.871 | |
| Na + | Na 0 | -2.714 | |
| Mg 2+ | Mg 0 | -2.371 | |
| Ti 2+ | Ti 0 | -1.751 | |
| Be 2+ | Be 0 | -1.710 | |
| Al 3+ | Al 0 | -1.667 | |
| V 2+ | V 0 | -1.500 | |
| Mn 2+ | Mn 0 | -1.180 | |
| +6Н + | S 0 +3Н2О | -0.900 | |
| Cr 2+ | Cr 0 | -0.861 | |
| 2H2O | H2 +2OH - | -0.830 | |
| Zn 2+ | Zn 0 | -0.763 | |
| AsO +2H2O | AsO3 3- +4OH - | -0.658 | |
| S 0 | S 2- | -0.480 | |
| Fe 2+ | Fe 0 | -0.440 | |
| H3PO4+5H + | P+4H2O | -0.410 | |
| Cd 2+ | Cd 0 | -0.400 | |
| Co 2+ | Co 0 | -0.281 | |
| Ni 2+ | Ni 0 | -0.250 | |
| CrO +4H2O | Cr 3+ +8OH - | -0.150 | |
| Sn 2+ | Sn 0 | -0.136 | |
| +2H2O | + 4OH - | -0.130 | |
| CrO +4H2O | Cr(OH)3+5OH - | -0.125 | |
| Pb 2+ | Pb 0 | -0.126 | |
| 2Н + (1М) | Н 0 2 | +0.000 | |
| NO3 ‾ + Н2О | NO2‾ + 2ОН‾ | +0.010 | |
| S 0 +2Н + | H2S | +0.140 | |
| Sn 4+ | Sn 2+ | +0.150 | |
| +2H + | + H 2O | +0.170 | |
| +4H + | + 2H 2O | +0.176 | |
| HgCl2 | Hg 0 + 2Сl - | +0.270 | |
| +10H + | H2S+4H2O | +0.310 | |
| Cu 2+ | Cu 0 | +0.338 |
Продолжение таблицы 1
Значения произведений растворимости для некоторых труднорастворимых соединений при 25 °С
| Соединение | ПР | Соединение | ПР |
| AgBr | 5,0∙10 -13 | K[BF4] | 2,0∙10 -3 |
| AgCl | 1,7∙10 -10 | K2[PtCl6] | 3∙10 -5 |
| Agl | 8,3∙10 -17 | K3[A1F6] | 1,6∙10 -9 |
| Ag2CrO4 | 4,0∙10 -12 | MgCО3 | 2∙10 -4 |
| Ag2SО4 | 1,2∙10 -5 | MgNH4PO4 | 2,5∙10 -13 |
| Ag3PО4 | 1,3∙10 -20 | Ni(OH)2 | 2∙10 -15 |
| BaCO3 | 4,0∙10 -10 | NiS | 1∙10 -24 |
| BaC2O4 | 1,1∙10 -7 | PbCO3 | 7,5∙10 -14 |
| BaCrO4 | 1,2∙10 -10 | PbCl2 | 1,7∙10 -5 |
| BaF2 | 1,1∙10 -6 | PbI2 | 1,1∙10 -9 |
| BaSO3 | 8,0∙10 -7 | Pb(OH)2 | 5∙10 -16 |
| BaSО4 | 1,1∙10 -10 | PbS | 2,5∙10 -27 |
| CaCO3 | 3,8∙10 -9 | PbSО4 | l,6∙10 -8 |
| CaC2O4 | 2,3∙10 -9 | SrCO3 | 1,1∙10 -10 |
| CaCrO4 | 7,1∙10 -4 | SrC2O4 | 1,6∙10 -7 |
| CaF2 | 4,0- 10 -11 | SrCrO4 | 3,6∙10 -5 |
| Ca(OH)2 | 5,4∙10 -6 | SrF2 | 2,5∙10 -9 |
| CaSO4 | 6,1∙10 -5 | Sr(OH)2 | 3,2∙10 -4 |
| CdS | 1,6∙10 -28 | SrSO4 | 3,2∙10 -7 |
| CoS | 4,0∙10 -21 | T1C1 | 1,7∙10 -4 |
| Cu(OH)2 | 5,0∙10 -19 | Т12СrО4 | 9,8∙10 -13 |
| CuS | 4,0∙10 -38 | T12SО4 | 4∙10 -3 |
| FeS | 5,0∙10 -18 | ZnCО3 | 1,45∙10 -11 |
| FeSe | 1,0∙10 -26 | Zn(OH)2 | 4,3∙10 -17 |
| HgS | 1,6∙10 -52 | ZnS | 2,5∙10 -22 |
ЛИТЕРАТУРА
1. Цитович И.К. Курс аналитической химии. М: Высшая школа 1985.
2. Алексеев В.Н. Качественный анализ. М. Химия. 1975.
3. Пономарев В.Д. Аналитическая химия (в двух частях). Ч.1. Теоретические основы. Качественный анализ, - М.: Высшая школа, 1982.
4. Пономарев В.Д. Аналитическая химия (в двух частях), ч.2.Количественный анализ. – М.: Высшая школа, 1982.
5. Васильев В.П. Аналитическая химия. (в двух частях), ч.1. Гравиметрический и титриметрический методы анализа. – М.: Высшая школа, 1989.
6. Васильев В.П. Аналитическая химия.(в двух частях), ч.2. Физико-химические методы анализа. - М.: Высшая школа, 1989.
В прошлой статье я рассказывала про медный купорос, что это такое, где применяется и даже как некоторые им лечатся (вот только не знаю, вылечиваются ли?), а сегодня предлагаю поделать опыты с медным купоросом в домашних условиях.
В начале, как обычно предупреждаю о соблюдении правил техники безопасности!
Напоминаю, что практически все опыты (кроме одного) мы будем делать с раствором медного купороса. Чтобы его получить, растворите половину чайной ложки в стакане воды – этого вполне хватит на все сегодняшние эксперименты. Предлагаю начать с самого простого и похимичить гвоздем.
Опыт с медным купоросом и железным гвоздем
Подробнее читайте вот в этой статье.
Взаимодействие с аммиаком
В светло-голубой раствор капаем немного аммиака. Вуаля! Готов ярко-фиолетовый раствор аммиаката меди. Не забивайте голову названием, просто наслаждайтесь красивым зрелищем.
Взаимодействие с гидроксидом натрия
Добавляем немного гидроксида натрия. Получается красивый голубой осадок гидроксида меди. Не выливайте его, он нам пригодится в следующем опыте.
Красивые превращения глюкозы
Вам понадобится аптечный раствор чистой глюкозы. Приливаем ее к осадку, полученному в предыдущем опыте, и аккуратно нагреваем. Ярко-голубой осадок постепенно превратится сначала в желтый раствор, затем – в красный.
Делать все нужно достаточно внимательно и аккуратно, поэтому посмотрите, как я делала.
Опыты с яйцом
Денатурация (разрушение) белка
Берем сырое яйцо и отделяем белок от желтка. Белок помещаем в стакан, добавляем немного воды,перемешиваем и делим на две части, то есть на два эксперимента. К первой части приливаем немного медного купороса. После перемешивания получаем вот такую невразумительную массу:
Биуретовая реакция
Ко второй части белка добавляем немного гидроксида натрия, а потом – несколько капель купороса. Получаем ярко-фиолетовую окраску раствора.
Подробно об этих реакциях можно прочитать вот здесь.
Взаимодействие с поваренной солью
Разводим в стакане с водой немного обычной поваренной соли и смешиваем с раствором медного купороса. Любуемся изумрудно-зеленой окраской получившегося раствора.
Забавный химический фокус
Он потребует от вас некоторых приготовлений (минут на пять), но оно того стоит. Нужна всего лишь старая сковородка и кристаллический (не раствор!) медный купорос. Будем с помощью воды превращать белое вещество в синее. Подробная инструкция здесь.
Морозные узоры на стекле
Хоть сейчас и лето, но вы легко можете создать на стекле самые настоящие морозные узоры.
Выращиваем химический сад
Непослушная пена
Ну и под занавес, эффектный опыт по получению пены. Его можно делать в двух вариантах – с медным купоросом либо с марганцовкой. По сути, процессы идут одинаковые и результат также практически одинаковый. Правда, придется побегать по аптекам в поисках гидроперита. Если вам улыбнется удача и вы его купите, то внимательно читайте вот эту статью и химичьте в свое удовольствие!
Вот и все на сегодня. Надеюсь, эта подборка домашних опытов с медным купоросом вам пригодится. Может, у вас есть какие-то идеи, что еще можно сделать? Пишите в комментариях, делитесь опытом.
Всем хорошего настроения!
В условиях проведения данного опыта медный купорос и не должен раствориться полностью, поэтому просто перелейте раствор в чашку Петри, оставляя осадок в стакане.
Подождите еще чуть-чуть — ваши кристалы в конце концов вырастут!
Возможно, это произошло из-за загрязнения пылью или смены температур в процессе их образования.
Покройте кристаллы бесцветным лаком для ногтей. После того, как лак высохнет, спрячьте их в плотно закрывающийся контейнер.
В данном случае, перелейте раствор обратно в стакан и хорошенько промойте чашку Петри водой. Осторожно вылейте раствор снова в чашку Петри, но в этот раз уже без осадка.
Другие эксперименты
Пошаговая инструкция
Растворите в горячей воде небольшое количество сульфата меди CuSO4. Он гораздо лучше растворяется именно в горячей воде, а не в холодной, поэтому намного проще получить насыщенный раствор, используя нагрев.
Оставьте раствор CuSO4, чтобы он остыл, а вода из него стала испаряться.
Ожидаемый результат
Синий прозрачный кристалл медного купороса CuSO4*5H2O вырастает на медной проволоке.
Утилизация
Утилизируйте твёрдые отходы эксперимента вместе с бытовым мусором.
Что произошло
Образующиеся в этом опыте кристаллы обладают интересной чертой — в их структуре есть молекулы воды H2O вдобавок к сульфату меди CuSO4. Даже забавно: в кристаллах больше молекул воды, чем ионов меди Cu 2+ и сульфата SO4 2- , из которых и состоит медный купорос CuSO4. На пять молекул H2O приходится одна CuSO4. Более того, именно из-за присутствия воды в составе кристалла они и обладают таким ярким синим цветом.
Почему кристаллы растут?
Сульфат меди относится к тем веществам, растворимость которых в воде при нагревании возрастает. Соответственно, при охлаждении растворимость наоборот падает, что приводит к выделению сульфата меди в виде красивых синих кристаллов гидрата CuSO4·5H2O. За счёт того, что охлаждение раствора происходит медленно, кристаллы вырастают довольно крупными.
Почему же при охлаждении раствора сульфат меди стремится образовать кристалл, а не опускается на дно в виде мелкого порошка? Кристаллы отличаются от аморфных твёрдых тел (например, сажи и стекла) тем, что составляющие его частицы находятся в нём в правильном геометрическом порядке друг относительно друга. Такие строгие соответствия природе зачастую не по нраву. Однако именно подобная последовательность частиц внутри твёрдого тела позволяет им чувствовать себя предельно комфортно. Это означает, что каждый атом максимально прочно связан со своим окружением, а все положительные заряды наиболее эффективно взаимодействуют со всеми отрицательными зарядами.
Развитие эксперимента
Большой кристалл
Маленькие синие кристаллы медного купороса, без сомнений, радуют взгляд. Но как насчёт того, чтобы вырастить действительно большой кристалл? Однако сделать это не так уж и просто.
В качестве ёмкости используйте стеклянный химический стакан или пластиковый стаканчик (тогда вы сможете греть его так же, как стакан с винной кислотой или сахаром в других опытах набора). В первом случае вам понадобится около 30 грамм медного купороса CuSO4*5H2O. Его вы можете найти в строительном магазине либо в том, где продаются удобрения. Если вы решили растить очень большой кристалл и делать это в стакане, приготовьте заранее 60-70 грамм сульфата меди.
Теперь запаситесь терпением! Большой кристалл может расти несколько дней!
Кристаллизация в холодильнике
Как температура окружающей среды влияет на скорость и результат кристаллизации? Вы можете это изучить! Повторите опыт, однако заготовьте сразу две пробирки с растворами сульфата меди. В каждую из них вам понадобится добавить по 5 грамм CuSO4*5H2O, поэтому используйте раствор и кристаллы из основного эксперимента.
Остановитесь после 9-го шага инструкции. Теперь одну из пробирок поставьте в стаканчик с горячей водой, как и указано в шаге 10, а вторую поместите в холодильник (температура внутри около 4 C o ).
Подождите 1-2 часа. Сравните результаты. Где выросшие кристаллы крупнее? Где их больше и почему?
Кристаллы NaCl
Попробуйте вырастить кристалл из самой обычной поваренной соли – хлорида натрия NaCl.
Остаётся только ждать! Убедитесь, что стакан стоит в месте, где его никто не будет трясти и не опрокинет.
Это интересно
Для чего выращивают кристаллы?
Известно, что многие химики-синтетики в рамках своей работы осваивают и применяют различные методы выращивания монокристаллов. Почему же это нужно и интересно профессиональным химикам?
Вообще говоря, при синтезе вещества химику необходимо выяснить или подтвердить его структуру. И до тех пор, пока он этого не сделает, никто в мировом научном сообществе не согласится с его открытием.
Следует понимать, что каждая молекула, даже если речь идёт об очень больших молекулах полимеров или белков, − это очень-очень маленькая частица, зафиксировать которую можно только с помощью особого оборудования и в специальных условиях. При этом определение структуры отдельно взятой молекулы требует дополнительных ухищрений. Однако даже миллиграмм любого вещества содержит огромное множество одинаковых молекул. Если заставить все молекулы одинаково отвечать на какое-то воздействие, а затем сложить все эти отклики, то зафиксировать такой суммарный сигнал будет уже намного проще.
Кстати, по забавному совпадению рентгеновское излучение используют также для исследования внутреннего устройства людей и многих других живых существ. Например, при переломах делают рентгеновский снимок повреждённой части тела, что позволяет узнать, где именно находится перелом и как его легче всего лечить.
Как вырастить медный купорос? Этот вопрос часто задают своему наставнику любознательные школьники. Можно ли вне лаборатории получить красивые кристаллы разной формы, размеров, цвета?
Особенности процесса
Формула медного купороса в химии — CuSO4. Если взять его в качестве исходного сырья, можно вырастить красивый синий кристалл, не добавляя в раствор красителей. Суть кристаллизации данной соли не отличается от процесса, характерного для иных органических и неорганических веществ. Медный купорос, химическая формула которого представлена выше, продается в хозяйственных магазинах.
Вам будет интересно: Пополняем словарный запас: почести — это.
Что потребуется
Для работы потребуются следующие материалы и реагенты:
- сульфат меди;
- дистиллированная вода (при ее отсутствии можно использовать обычную кипяченную воду);
- банка либо стеклянный стакан;
- плотная нить;
- резиновые перчатки;
- карандаш либо палочка;
- бесцветный лак для ногтей
Последовательность действий
Вам будет интересно: Бригантина — это парусник мечты
Как вырастить медный купорос в домашних условиях? Предлагаем инструкцию для любителей домашних экспериментов. До того как приступать к практическим действиям, необходимо надеть перчатки.
Первый этап предполагает приготовление перенасыщенного раствора. Чтобы приготовить такой раствор медного купороса, необходимо в банку налить около 300 мл воды. Затем всыпают сульфат меди, аккуратно помешивая раствор столовой ложкой. Процесс растворения протекает достаточно быстро. Медный купорос, формула которого описывается CuSO4, необходимо добавлять до тех пор, пока соль не начнет оседать на дно банки (стакана). Подобные признаки свидетельствуют о том, что перенасыщенный раствор готов.
Далее банка помещается в кастрюлю с водой (на водяную баню), ставится на огонь. Важно добиться, чтобы полностью в воде растворился медный купорос. Формула этой соли свидетельствует о том, что вещество принадлежит к средним (нормальным солям).
Следующий этап
После того, как конструкция будет приготовлена, необходимо набраться терпения. Как быстро появится кристаллический медный купорос? Формула данного соединения, указанная выше, свидетельствует о том, что в составе есть катионы меди и анионы сульфата.
Опытным путем установлено, что кристаллы данной средней соли образуются быстрее, чем у поваренной соли (хлорида натрия).
Когда он станет желаемого размера, его извлекают из раствора, нить обрезают. Чтобы готовый кристалл имел оригинальный внешний вид, можно дополнительно его покрыть бесцветным лаком.
Полезные советы
На скорость процесса кристаллизации напрямую влияет насыщенность раствора. Через пару суток можно вынимать из приготовленного раствора кристалл, менять раствор на более насыщенный вариант.
Выращивание кристаллов — это увлекательный процесс, позволяющий формировать у подрастающего поколения познавательный интерес к предметам естественнонаучного цикла.
Если процесс идет слишком медленно, можно рассчитывать на получение одного большого кристалла. При высокой скорости кристаллизации среди продуктов будет множество небольших кристалликов.
Способы проведения эксперимента
Присутствие в растворе твердых примесей (пыли, сажи) приводит к искажению формы, поэтому образующиеся кристаллы имеют некоторые искажения в своей форме.
Вторым способом кристаллизации, провести которую можно в домашних условиях, является постепенное удаление из насыщенного раствора воды. Чем медленнее протекает данный процесс, тем крупнее образуются кристаллы.
Как добиться желаемого результата? Можно оставить при комнатной температуре сосуд открытым на продолжительный период, накрыв его обычной бумагой. Скорость испарения воды снизится, а в приготовленный раствор медного купороса не будет попадать пыль.
По мере уменьшения объема раствора, необходимо своевременно подливать новую его порцию.
Подведем итоги
Эксперименты, связанные с выращиванием кристаллов медного купороса, поваренной соли, сахара, идеально подходят для учеников младших классов. Этот увлекательный процесс заинтересует и ребят из среднего звена. При желании можно получить огромные кристаллы, которые станут предметом гордости юного исследователя.
Как защитить выращенный кристалл от разрушения? Наиболее доступным способом считается покрытие его поверхности слоем бесцветного лака.
Помимо медного купороса (сульфата меди) также можно использовать для собственного эксперимента иные химические вещества, например, йодид калия.
Чтобы добиться желаемого результата в промышленных масштабах, необходимо соблюдать определенные условия:
- температура;
- давление;
- влажность
Для домашнего эксперимента можно ограничиться только контролем влажности и температуры воздуха. Необходимо помнить о том, что медный купорос является химически активным соединением. Именно поэтому рекомендуется выбирать для ее растворения дистиллированную воду, в которой отсутствуют примеси иных неорганических солей.
Можно выращивать кристаллы не только из растворов, но и из расплавов. К примеру, подобный опыт можно провести с желтыми непрозрачными кристаллами серы, которые обладают формой ромба либо вытянутой призмы. Для домашних экспериментов это вещество лучше не выбирать, так как при испарении образуется сернистый газ, опасный для здоровья.
Учитывая, что в настоящее время в общеобразовательных программах по биологии, химии, физике является обязательным проектная и исследовательская деятельность, опыты, касающиеся выращивания различных кристаллов, представляют особый интерес не только для самих школьников, но и для их наставников. Выращенные кристаллы школьники могут продемонстрировать одноклассникам, оформив творческий проект по проведенным им домашним опытам.
Читайте также: