Aplikace matematických výpočtů v chemii

MASARYKOVA UNIVERZITA Pedagogická fakulta Katedra chemie

Aplikace matematických výpočtů v chemii Diplomová práce

Brno 2011

Vedoucí diplomové práce:

Vypracovala:

Mgr. Irena Plucková, Ph.D.

Bc. Miloslava Plachá

„Prohlašuji, ţe jsem závěrečnou diplomovou práci vypracovala samostatně, s vyuţitím pouze citovaných literárních pramenů, dalších informací a zdrojů v souladu s Disciplinárním řádem pro studenty Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity a se zákonem č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon), ve znění pozdějších předpisů.“ Souhlasím, aby práce byla uloţena na Masarykově univerzitě v Brně v knihovně Pedagogické fakulty a zpřístupněna ke studijním účelům.

V Brně dne 17. dubna 2011

……………………………………………

2

Děkuji vedoucímu své diplomové práce Mgr. Ireně Pluckové, Ph.D., za odborné vedení, ochotu a poskytování cenných informací. A dále chci poděkovat paní učitelce Mgr. Haně Robkové za umoţnění realizace výzkumu.

3

Obsah 1. Úvod............................................................................ Chyba! Záložka není definována. 2. Cíle práce .................................................................... Chyba! Záložka není definována. 3. Chemické výpočty ...................................................... Chyba! Záložka není definována. 3.1 Molární hmotnost .................................................. Chyba! Záložka není definována. 3.2 Látkové mnoţství .................................................. Chyba! Záložka není definována. 3.3 Látková koncentrace ............................................. Chyba! Záložka není definována. 3.4 Výpočty z chemických vzorců .............................. Chyba! Záložka není definována. 3.5 Výpočty z chemických rovnic .............................. Chyba! Záložka není definována. 4. Chemické pokusy ........................................................ Chyba! Záložka není definována. 5. Matematický aparát..................................................... Chyba! Záložka není definována. 5. 1 Rovnice ................................................................ Chyba! Záložka není definována. 5.2 Přímá a nepřímá úměrnost .................................... Chyba! Záložka není definována. 6. Orientační výzkum ......................................................................................................... 101 6.1 Návrh orientačního výzkumu................................................................................... 101 6.2 Průběh orientačního výzkumu ................................................................................. 102 6.3 Vyhodnocení orientačního výzkumu ....................................................................... 106 6.4 Shrnutí orientačního výzkumu ................................................................................. 117 7. Závěr ........................................................................... Chyba! Záložka není definována. Resumé............................................................................ Chyba! Záložka není definována. Summary ......................................................................... Chyba! Záložka není definována. Pouţitá literatura ............................................................. Chyba! Záložka není definována. Seznam příloh .................................................................................................................... 122 Přílohy ................................................................................................................................ 123 Příloha č. 1: Výsledky příkladů k procvičování ............................................................ 123 Příloha č. 2: Zadání písemné práce ................................................................................ 125 Příloha č. 3: Bodové hodnocení písemné práce ............................................................. 127 Příloha č. 4: Dotazník .................................................................................................... 128

4

1. Úvod V současné době patří chemie k nejméně oblíbeným předmětům vyučovaným na druhém stupni základní školy. Příčinou můţe být obtíţnost učiva tohoto předmětu. Za nejsloţitější učivo můţeme povaţovat chemické názvosloví a chemické výpočty. Pro ţáky je velmi obtíţné pochopit toto učivo, coţ je odrazuje od prohloubení znalostí jiných oblastí chemie. Pro většinu ţáků je také obtíţné propojit znalosti z různých předmětů a dát si všechny přijaté informace do souvislosti. Spousta ţáků sice ovládá matematické operace jako jsou rovnice a trojčlenka, ovšem jen v rámci předmětu matematika. Kdyţ tyto znalosti a dovednosti mají pouţít v jiných předmětech, například v chemii, nedokáţí je aplikovat. Proto patří chemické názvosloví a chemické výpočty k nejobtíţnějšímu učivu v chemii. Tato diplomová práce navazuje na diplomovou práci Mgr. Lenky Kozákové: Mezipředmětové vazby matematika – chemie. Aplikace matematiky v učivu chemie na základní škole, která zpracovala chemické názvosloví, vyčíslování chemických rovnic a hmotnostní zlomek. Moje diplomová práce obsahuje postupy řešení jednotlivých typů chemických výpočtů, mezi které patří molární hmotnost, látkové mnoţství, látková koncentrace, výpočty z chemického vzorce a výpočty z chemické rovnice. U kaţdého typu chemických výpočtů jsou uvedeny motivační příklady pro ţáky. Další kapitola je zaměřena na chemické pokusy, které jsou velmi motivujícím prvkem pro ţáky nejen na základní škole. Chemické pokusy v této diplomové práci jsou zaměřeny na aplikaci chemických výpočtů. Předposlední kapitola se věnuje matematice, tedy tomu, co by ţáci z tohoto předmětu měli znát, aby byli schopni vyřešit jednoduché chemické výpočty. Mezi učivo matematiky potřebné v předmětu chemie patří především rovnice a trojčlenka. V neposlední řadě obsahuje moje diplomová práce orientační výzkum, pomocí kterého jsem zjišťovala na Základní škole Dr. Joklíka v Kyjově, zda jsou úkoly uvedené v mé diplomové práci srozumitelné a alespoň trošku zajímavé. Dále výzkum srovnává dva učební materiály pouţité při výuce chemických výpočtů.

5

2. Cíle práce 1. Rešerše odborné literatury. 2. Vytvoření jasných a přehledných postupů chemických výpočtů zaměřených na molární

hmotnost,

látkové

mnoţství,

látkovou

koncentraci,

výpočty

z chemického vzorce a výpočty z chemické rovnice. 3. Vytvoření zajímavých a motivačních příkladů na procvičení chemických výpočtů. 4. Zpracování chemických pokusů s moţnou aplikací chemických výpočtových úloh. 5. Ověření správnosti a zajímavosti vytvořených příkladů. 6. Srovnání studijního materiálu uvedeného v diplomové práci s učebním textem učebnice Základy chemie 1 (P. Beneš, V. Pumpr, J. Banýr)

6

3. Chemické výpočty 3.1 Molární hmotnost Molární hmotnost M udává, jakou hmotnost má 1 mol látky. Vypočítáme ji ze vztahu:

M m n m – hmotnost látky n – látkové mnoţství látky Jednotkou molární hmotnosti je

g. mol

V matematicko-fyzikálních tabulkách nalezneme molární hmotnosti atomů jednotlivých prvků. Molární hmotnost sloučeniny určíme z jejího vzorce tak, ţe sečteme molární hmotnosti všech atomů jednotlivých prvků. [1] Vzorové příklady: Příklad 1: Vypočítejte molární hmotnost vody H2O.

Postup

Příklad

Zjištění počtu jednotlivých atomů ve slou- H: 2 čenině.

O: 1

g mol g M(O) = 16 mol M(H) = 1

Vyhledání molárních hmotností prvků obsaţených ve sloučenině.

M(H2O) = M(H) + 2 · M(O)

g + 16 g mol mol g M(H O) = 18 mol g. Molární hmotnost vody je 18 mol M(H2O) = 2 · 1

Výpočet molární hmotnosti sloučeniny.

2

Odpověď.

7

Příklad 2: Vypočítejte hmotnost 3 molů amoniaku NH3.

Postup

Příklad

M m n

Zápis obecného vzorce pro výpočet molární hmotnosti. Vyvození výpočtu hmotnosti z obecného

m=M·n

vzorce pro výpočet molární hmotnosti.

M(NH3) = M(N) + 3 · M(H)

g +3·1 g mol mol g M(NH ) = 17 mol M(NH3) = 14

Výpočet molární hmotnosti amoniaku NH3.

3

m=M.n m = 17

Dosazení do vzorce. Výpočet hmotnosti.

g · 3 mol mol

m = 51 g Odpověď.

Hmotnost 3 molů amoniaku NH3 je 51 g.

Příklad 3: Kolik molů odpovídá 160 g hydroxidu sodného NaOH?

Postup

Příklad

M m n

Zápis obecného vzorce pro výpočet molární hmotnosti. Vyvození výpočtu látkového mnoţství

m n M

z obecného vzorce pro výpočet molární hmotnosti.

M(NaOH) = M(Na) + M(O) + M(H)

g + 16 g + 1 g mol mol mol g M(NaOH) = 40 mol m n M

Výpočet molární hmotnosti hydroxidu sod- M(NaOH) = 23 ného NaOH.

Dosazení do vzorce. Výpočet látkového

n 160 40mol

mnoţství.

n = 4 mol

8

Hmotnosti 160 g hydroxidu sodného NaOH

Odpověď.

odpovídá látkové množství 4 mol.

Příklady k procvičování: 1. Vypočítej molární hmotnost: a) dusíku N2 b) kyslíku O2 c) peroxidu vodíku H2O2 d) kyseliny dusičné HNO3 2. Vypočti hmotnost 5 molů: a) vodíku H2 b) ozonu O3 c) vody H2O d) kyseliny uhličité H2CO3 3. Urči, kolika molům odpovídá 80 g hydroxidu sodného NaOH. 4. Oprav chyby v následujících výpočtech: a) M(KOH) = M(K) + M (O) + M(O) = 71

g mol

g mol g M(HCl) = M(H) + 2 · M(Cl) = 71 mol

b) M(CO2) = M(C) + M(O) = 28 c)

d) M(H2SO4) = M(H) + M(S) + M(O) = 49

g mol

5. V levém sloupci je seznam sloučenin, v pravém sloupci najdeš jejich molární hmotnosti. Kniţní šotek tyto molární hmotnosti zpřeházel, proto je tvým úkolem je přiřadit správně. NaOH HClO CO H2SO3

g mol g 28 mol g 53 mol g 40 mol 82

9

3.2 Látkové množství Množství látky při reakci můţeme vyjádřit např. hmotností (5 g) nebo objemem 3

(5 cm ). Veličina, která udává počet částic (např. atomů, molekul, iontů) v látce, se nazývá látkové množství (n). Jednotkou látkového množství je 1 mol (z latinského moles = hmota). Látkové mnoţství 1 mol obsahuje 6,023 . 1023 částic (tzv. Avogadrova konstanta). Látkové mnoţství vypočítáme ze vztahu

m. [1] n M

Vzorové příklady: Příklad 1: Vypočítejte látkové mnoţství hydroxidu sodného, který má hmotnost 120 g.

Postup Zápis obecné rovnice.

m n M

Příklad


g + mol g M(NaOH) = 40 mol

Výpočet molární hmotnosti hydroxidu sod- M(NaOH) = 23 ného NaOH.

16

g +1 g mol mol

n=? Význam symbolů obecné rovnice pro tento m = 0,25 mol příklad. M = 1 dm3

Dosazení hodnot do vzorce.

m n M g n 160 g 40mol n 3mol

Výsledek.

n = 3 mol

Odpověď.

Látkové množství 160 g hydroxidu sodného je 3 mol.

10

Příklad 2: Jakou hmotnost má 2 mol kyseliny sírové?

Postup Zápis obecné rovnice. Vyjádření neznámé z rovnice.

Příklad

m n M

m=n·M M(H2SO4) = 2 · M(H) + M(S) + 4 · M(O) M(H2SO4) = 2 · 1

Výpočet molární hmotnosti kyseliny sírové 4 · 16 H2SO4.

g mol

M(H2SO4) = 98

g + mol

32

g + mol

g mol

m=? Význam symbolů obecné rovnice pro tento n = 2 mol příklad. M = 98

g mol

m=n· M Dosazení hodnot do vzorce.

m = 2 mol · 98

g mol

m = 196 g Výsledek.

m = 196 g

Odpověď.

2 mol kyseliny sírové má hmotnost 196 g.

Příklad 3: Voda o hmotnosti 54 g má látkové mnoţství 3 mol. Z těchto údajů vypočtěte molární hmotnost vody.

Postup Zápis obecné rovnice. Vyjádření neznámé z rovnice.

m n M M m n

M=?

Význam symbolů obecné rovnice pro tento m = 54 g příklad. n = 3 mol

11

Příklad


M m n g M 354 mol

g mol g M= 18 mol M= 18

Výsledek. Odpověď.

Molární hmotnost vody je 18

g. mol

Příklady k procvičování: 1. Vypočítejte látkové mnoţství vody, které jste vypily ze sklenice o objemu 250 ml. Sklenice byla plná. 2. K obědu ve školní jídelně jste měli fazolovou polévku. Tu jste si osolili 5 g kuchyňské soli (NaCl). Jaké látkové mnoţství soli rozpuštěné v polévce jste snědli? 3. Maminka pekla před vánoci perníčky, do kterých přidala 3 g jedlé sody (NaHCO3). Vypočítejte, jaké látkové mnoţství jedlé sody obsahovalo těsto na perníčky. 4. Na čištění odpadu pouţil tatínek hydroxid sodný. Aby odpad dobře vyčistil, pouţil 240 g tohoto přípravku. Při čištění pouţil 6 molů hydroxidu sodného. Vypočítej molární hmotnost hydroxidu sodného (NaOH) a srovnej výsledek s molární hmotností této látky uvedenou v tabulkách. 5. K vyčištění odpadu lze poţít i Coca-colu, která obsahuje kyselinu trihydrogenfosforečnou. Ta má molární hmotnost 98

g . Při čištění odpadu v umyvadle v koupelně mol

pouţila maminka takové mnoţství limonády, které obsahovalo 3 mol kyseliny trihydrogenfosforečné. Kolik gramů této kyseliny stačilo na vyčištění odpadu v umyvadle?

3.3 Látková koncentrace Složení roztoků lze vyjádřit také pomocí veličiny látková koncentrace. Látková koncentrace (zkráceně koncentrace) vyjadřuje počet molů látky rozpuštěné v daném

12

objemu roztoku. Koncentrace (c) je podíl látkového mnoţství rozpuštěné látky n a objemu roztoku V: c=

n V

n – látkové mnoţství rozpuštěné látky V – objem roztoku Jednotkou látkové koncentrace je

mol dm3

Čím vyšší je koncentrace, tím větší látkové množství rozpuštěné látky roztok (při stejném objemu) obsahuje. [1] Vzorové příklady: Příklad 1: Vypočítejte koncentraci kyseliny sírové (H2SO4) ve 2 dm3 roztoku, který obsahuje 0,5 mol rozpuštěné kyseliny sírové.


c Vn

Příklad

c=? Význam symbolů obecné rovnice pro tento n = 0,5 mol příklad. V = 2 dm3



n c V mol c 02,5dm 3 mol c 0,25dm 3 mol c = 0,25 dm3 Koncentrace kyseliny mol. 0,25 dm3

sírové v roztoku je

Příklad 2: Vypočítejte látkové mnoţství hydroxidu sodného v 250 cm3 roztoku, který má koncentraci 4

mol. dm3 13

Postup

Příklad

Zápis obecné rovnice.

c Vn

Vyjádření neznámé z rovnice.

n=c.V n=?

mol dm

Význam symbolů obecné rovnice pro tento c=4 3 příklad. V = 250 cm3 = 0,25 dm3 n=c·V Dosazení hodnot do vzorce.

n=4

mol· 0,25 dm3 dm3

n = 1 mol Výsledek.

n = 1 mol Látkové množství v roztoku je 1 mol.

Odpověď.

hydroxidu

sodného

Příklad 3: 0,5 mol kyseliny sírové bylo rozpuštěno ve vodě a vznikl tak roztok, který má koncentraci 2

mol. Vypočtěte objem tohoto roztoku. dm3 Postup

Zápis obecné rovnice. Vyjádření neznámé z rovnice.

c Vn n V= c

Příklad

V=?

mol dm V nc mol V 0,5mol 2dm3 V 0,25dm3

Význam symbolů obecné rovnice pro tento c=2 3 příklad. n = 0,5 mol


Výsledek.

V = 0,25 dm3

Odpověď.

Objem roztoku kyseliny sírové je 0,25 dm3.

14

Příklad 4: Při přípravě fyziologického roztoku jsme pouţili 0,9 g chloridu sodného. Postupovali jsme tak, ţe jsme nejprve chlorid sodný (NaOH) rozpustili v malém mnoţství vody a po jeho rozpuštění jsme přelili tento roztok do odměrné baňky o objemu 100 ml a doplnili jsme jej vodou po rysku. Vypočtěte látkovou koncentraci fyziologického roztoku.

Postup Zápis obecné rovnice. Vyjádření neznámé z rovnic.

m c Vn n M m c= MV

Příklad

M(NaCl) = M(Na) + M(Cl) Výpočet molární hmotnosti.

g + mol g M(NaCl) = 59 mol M(NaCl) = 23

36

g mol

c=? V = 100 ml = 0,1 dm3 Význam symbolů obecné rovnice pro tento n = 0,5 mol příklad. M = 59


g mol c MmV 0,9g c g 0,1dm3 59mol

mol c 0,15dm 3 mol c = 0,15 dm3 Látková koncentrace fyziologického roztoku mol. je 0,15 dm3


Příklad 5: Roztok chloridu sodného NaCl o koncentraci 0,5

molmá objem 2 l. Vypočítej dm3

hmotnost chloridu sodného potřebného k přípravě tohoto roztoku.


m c Vn n M 15

Příklad

Vyjádření neznámé z rovnic.

m=c·V·M M(NaCl) = M(Na) + M(Cl)

Výpočet molární hmotnosti.

g + mol g M(NaCl) = 59 mol M(NaCl) = 23

36

g mol

m=? V = 2 l = 2 dm3

mol dm3 g M = 59 mol

Význam symbolů obecné rovnice pro tento c = 0,5 příklad.

m=c·V·M Dosazení hodnot do vzorce.

m = 0,5

mol· 2 dm3 · 59 g mol dm3

m = 59 g Výsledek.

m = 59 g

Odpověď.

Hmotnost chloridu sodného je 59 g.

Příklad 6: Máš k dispozici 20 g hydroxidu sodného NaOH, který pouţiješ k přípravě roztoku s molární koncentrací 2

Postup Zápis obecné rovnice. Vyjádření neznámé z rovnic.

mol. Jaký objem bude mít tento roztok hydroxidu sodného? dm3

m c Vn n M m V= cM

Příklad

M(NaOH) = M(Na) + M(O) + M(H) Výpočet molární hmotnosti.

g + mol g M(NaOH) = 40 mol M(NaOH) = 23

V=? m = 20 g

mol dm3 g M = 40 mol

Význam symbolů obecné rovnice pro tento c = 2 příklad.

16

16

g +1 g mol mol

m cM 20g V mol g 2dm3 40mol

V= Dosazení hodnot do vzorce.

V = 0,25 dm3 V = 0,25 dm3 Objem roztoku hydroxidu sodného bude 0,25 dm3.

Výsledek. Odpověď. Příklady k procvičování:

1. V nemocnici pacientům podávají umělou výţivu přímo do ţil. Jedná se o roztok glukózy (C6H12O6) ve vodě. Kolik gramů glukózy pouţijí sestry pro přípravu 500 ml jejího roztoku, kdyţ víte, ţe se jedná o roztok s koncentrací 0,260

mol. dm3

2. Vypočítejte látkovou koncentraci 500 ml vody, která má látkové mnoţství 2 mol. 3. Kyselina chlorovodíková má látkovou koncentraci 1,5

mola objem 150 ml. Její dm3

látkové mnoţství v tomto roztoku je:

mol dm3 mol 15 dm3 mol 6,6 dm3

a) 0,15 b) c)

4. Hydroxid draselný byl rozpuštěn ve vodě. Tento roztok má látkovou koncentraci 0,25

mol. Látkové mnoţství hydroxidu draselného v roztoku je 0,5 mol. Jaký je dm3

objem tohoto roztoku? 5. Doplňte volná políčka v tabulce: látková koncentrace látkové množství [mol]

mol [ 3] dm

objem [dm3]

1,5

2

2

0,5

17

0,5

0,25 0,5

0,5

3.4 Výpočty z chemických vzorců Často potřebujeme znát obsah některého prvku v jeho sloučenině, např. obsah kovu v jeho rudě. Z chemického vzorce je moţné na základě jednoduché trojčlenky zjistit hmotnost jednotlivých prvků ve sloučenině. Takových výpočtů se většinou vyuţívá v chemickém průmyslu. [1] Vzorové příklady: Příklad 1: Jakou hmotnost má olovo, které je obsaţeno v 1000 g jeho rudy galenitu PbS (sulfidu olovnatém)?

Postup

Příklad PbS:

Určení počtu jednotlivých prvků ve vzorci.

Pb: 1 S: 1 M(Pb) = 207

g mol

M(PbS) = M(Pb) + M(S) Výpočet potřebných molárních hmotností.

Vyvození prvního řádku trojčlenky.

g + 32 g mol mol g M(PbS) = 239 mol M(PbS) = 207

Z molárních hmotností vyplývá, že 239 g PbS obsahuje 207 g Pb. 239 g PbS……………………….207 g Pb 1000 g PbS ………………………..x g Pb

Sestavení trojčlenky a určení úměrnosti. Výpočet.

x 1000 207 239 207 x 1000 239 18

x = 113 g x = 113 g

Výsledek.

Olovo obsažené v 1000 g galenitu má Odpověď.

hmotnost 113 g.

Příklad 2: Vypočtěte, kolik procent zinku se nachází v jeho rudě sfaleritu ZnS (sulfidu zinečnatém)?

Postup

Příklad ZnS:

Určení počtu jednotlivých prvků ve vzorci.

Zn: 1 S: 1 M(Zn) = 65

g mol

M(ZnS) = M(Zn) + M(S)

g + 32 g mol mol g M(ZnS) = 97 mol

Výpočet potřebných molárních hmotností.

M(ZnS) = 65

Uvažujeme, že 100% je celková molární hmotnost ZnS a Zn je jeho procentuální část. 97 g ZnS……………………….100%


65 g Zn …………………………..x %

x 65 100 97 100 x 6597


x = 67% Výsledek.

x = 67%

Odpověď.

Sfalerit obsahuje 67 % zinku.

Příklad 3:Součástí uhlí je sulfid ţeleznatý (FeS2) – pyrit. 1 t uhlí obsahuje 3 % pyritu. Vypočtěte hmotnost síry obsaţené v 1 tuně uhlí.

19

Postup

Příklad 1 t uhlí …………………………….100% x t pyritu …………………………….3%

Sestavení trojčlenky pro výpočet hmotnosti pyritu (sulfidu ţeleznatého) FeS2 v 1 tuně uhlí. Výpočet.

x 1 x

3 100 31 100

x = 0,03 t = 30 kg FeS2: Určení počtu jednotlivých prvků ve vzorci.

Fe: 1 S: 2 M(S) = 32

g mol

M(FeS2) = M(Fe) + 2 · M(S) Výpočet potřebných molárních hmotností.

g + 2 · 32 g mol mol g M(FeS2) = 120 mol M(FeS2) = 56

Z molárních hmotností vyplývá, že 120 g Vyvození prvního řádku trojčlenky.

FeS2 obsahuje 2 · 32 g S. 120 g FeS2...……………2 · 32 = 64 g S 30 kg FeS2…………………………..x g S


x 30 64 120 · 64 x 30 120 x = 16 kg

Výsledek.

x = 16 kg

Odpověď.

V 1 tuně uhlí je součástí pyritu 16 kg síry.

Příklady k procvičování: 1. Vypočítejte procentuální obsah kyslíku a uhlíku v oxidu uhličitém CO2. 2. Kolik kilogramů ţeleza je obsaţeno v 1000 kg jeho rudy hematitu Fe2O3 (oxidu ţelezitém)?

20

3. Glukóza C6H12O6 je důleţitá pro funkci svalů. Vypočtěte, kolik procent kyslíku glukóza obsahuje. 4. Kolik gramů vody obsahuje 100 g pentahydrátu síranu měďnatého CuSO4 · 5H2O? 5. Vypočtěte, kolik gramů vodíku je obsaţeno v 15 g amoniaku NH3.

3.5 Výpočty z chemických rovnic Potřebujeme-li připravit určité množství látky (produktu), musíme z chemické rovnice vypočítat, jaké množství reaktantů (výchozích látek) budeme potřebovat. Můţeme také vypočítat, jaké množství produktů vznikne z určitého mnoţství reaktantů. Pouţitá chemická rovnice musí být doplněna o stechiometrické koeficienty, aby platil zákon zachování hmotnosti. [1] Při výpočtech z chemických rovnic můţeme pouţít trojčlenku (viz postup a) nebo poměr látkových množství (viz postup b). Vzorové příklady: Příklad 1: V laboratoři připravujeme vodík např. i reakcí kyseliny chlorovodíkové HCl se zinkem Zn. Vypočítej, kolik gramů vodíku připravíme při pouţití 100 g zinku. Reakce probíhá podle rovnice: 2HCl + Zn → ZnCl2 + H2

Postup a) V rovnici si barevně označíme látky, se kterými budeme počítat.

Příklad 2HCl + Zn → ZnCl2 + H2

Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koeficienty 1Zn → 1H2 látek, s nimiţ budeme počítat. M(Zn) = 65 Výpočet molárních hmotností označených látek.

g mol

M(H2) = 2 · M(H)

g mol g M(H2) = 2 mol M(H2) = 2 · 1

21


Z molárních hmotností a zjednodušené rovnice vyplývá, že z 65 g Zn připravíme 2 g H2. 65 g Zn…………………………….2 g H2 100 g Zn …………………………..x g H2


x 2 x

100 65 1002 65

x=3g Výsledek.

x=3g

Odpověď.

Ze 100 g zinku připravíme 3 g vodíku.

Postup b) V rovnici si barevně označíme látky, se kterými budeme počítat.

Příklad 2HCl + Zn → ZnCl2 + H2

Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koeficienty 1Zn → 1H2 látek, s nimiţ budeme počítat. Vyjádříme poměr látkových mnoţství látek, které jsme barevně označili. Zápis obecné rovnice pro výpočet látkového mnoţství.

Výpočet molárních hmotností označených

n(Zn) 1 → n(Zn) = n(H ) n(H2) 1 m n M g M(Zn) = 65 mol 2

M(H2) = 2 · M(H)

g mol g M(H2) = 2 mol

látek.

M(H2) = 2 · 1

Dosazení do obecné rovnice. Výpočet.

n(Zn) = n(H2)

22

m(Zn) m(H2) M(Zn) M(H2) ).M(H2) m(H2) m(Zn M(Zn) g 100g.2mol m(H2) g 65mol m(H2) = 3 g Výsledek.

m(H2) = 3 g

Odpověď.

Ze 100 g zinku připravíme 3 g vodíku.

Příklad 2: Alkalické kovy reagují s vodou za vzniku hydroxidů. Při této reakci se uvolňuje vodík. Vypočítej hmotnost vodíku, který vznikne při reakci 20 g draslíku s vodou. Reakce probíhá podle rovnice: 2K + 2H2O → 2 KOH + H2

Postup a) V rovnici si barevně označíme látky, se kterými budeme počítat.

Příklad 2K + 2H2O → 2 KOH + H2

Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koeficienty 2K → 1H2 látek, s nimiţ budeme počítat. M(K) = 39 Výpočet molárních hmotností označených látek.



g mol

M(H2) = 2 · M(H)

g mol g M(H2) = 2 mol M(H2) = 2 · 1

Z molárních hmotností a zjednodušené rovnice vyplývá, že z 2 · 39 g K připravíme 2 g H2. 2 · 39 g = 78 g K………………….2 g H2 20 g K... …………………………..x g H2

x 20 2 78 23

2 x 20 78 x = 0,5 g x =0,5 g

Výsledek.

Při reakci 20 g draslíku s vodou vznikne Odpověď.

0,5 g vodíku.

Postup b) V rovnici si barevně označíme látky, se kterými budeme počítat.

Příklad 2K + 2H2O → 2 KOH + H2

Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koeficienty 2K → 1H2 látek, s nimiţ budeme počítat. Vyjádříme poměr látkových mnoţství látek, které jsme barevně označili. Zápis obecné rovnice pro výpočet látkového mnoţství.

Výpočet molárních hmotností označených látek.

n(K) 2 → n(K) = 2 . n(H ) n(H2) 1 m n M g M(K) = 39 mol 2

M(H2) = 2 · M(H)

g mol g M(H2) = 2 mol M(H2) = 2 · 1

n(K) = 2 · n(H2)


m(K) 2 m(H2) M(K) M(H2) (H2) m(H2) m(2K)MM (K) g 20g 2mol m(H2) g 2 39mol m(H2) = 0,5 g

24

m(H2) = 0,5 g

Výsledek.

Při reakci 20 g draslíku s vodou vznikne Odpověď.

0,5 g vodíku.

Příklad 3: Při reakci sodíku s vodou vzniká hydroxid sodný NaOH a uvolňuje se vodík. Vypočítej hmotnost hydroxidu sodného, který vznikne reakcí 46 g sodíku s vodou. Reakce probíhá podle rovnice: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

Postup a) V rovnici si barevně označíme látky, se kterými budeme počítat. Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koeficienty látek, s nimiţ budeme počítat.

Příklad 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 2Na → 2NaOH 1Na → 1NaOH M(Na) = 23



g mol


g + 16 g + 1 g mol mol mol g M(NaOH) = 40 mol M(NaOH) = 23

Z molárních hmotností a zjednodušené rovnice vyplývá, že z 23 g Na připravíme 40 g NaOH . 23 g Na……..………………..40 g NaOH 46 g K... ………………………x g NaOH


x 46 40 23 x 462340 x = 80 g

Výsledek.

x =80 g Při reakci 46 g sodíku s vodou vznikne 80 g

Odpověď.

hydroxidu sodného.

25

Postup b) V rovnici si barevně označíme látky, se kterými budeme počítat. Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koeficienty látek, s nimiţ budeme počítat. Vyjádříme poměr látkových mnoţství látek, které jsme barevně označili. Zápis obecné rovnice pro výpočet látkového mnoţství.


Příklad 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 2Na → 2NaOH 1Na → 1NaOH

n(Na) 1 → n(Na) = n(NaOH) n(NaOH ) 1 m n M g M(Na) = 23 mol M(NaOH) = M(Na) + M(O) + M(H)

g + 16 g + 1 g mol mol mol g M(NaOH) = 40 mol M(NaOH) = 23

n(Na) = n(NaOH)


m(Na) m(NaOH ) M(Na) M(NaOH ) (NaOH ) m(NaOH ) m(Na)MM (Na)

g 46g 40mol m(NaOH ) g 23mol m(NaOH) = 80 g

Výsledek.

m(NaOH) = 80 g Při reakci 46 g sodíku s vodou vznikne 80 g

Odpověď.

hydroxidu sodného.

Příklad 4: Neutralizací hydroxidu sodného o koncentraci 0,5

molkyselinou chlorovodídm3

kovou vzniká chlorid sodný a voda. Vypočtěte objem hydroxidu sodného, kdyţ víte, ţe jste

26

pouţili 20 cm3 kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 1

mol. Reakce probíhá podle rovdm3

nice: NaOH + HCl → NaCl + H2O

Postup V rovnici si barevně označíme látky, se kterými budeme počítat.

Příklad NaOH + HCl → NaCl + H2O

Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koeficienty 1NaOH → 1HCl látek, s nimiţ budeme počítat. Vyjádříme poměr látkových mnoţství látek, které jsme barevně označili. Zápis obecné rovnice pro výpočet látkového mnoţství.

n(NaOH ) 1→ n(HCl ) 1

n(NaOH) = n(HCl)

n=c·V n(NaOH) = n(HCl) c(NaOH) · V(NaOH) = c(HCl) · V(HCl)

c(HCl ) V(HCl ) c(NaOH ) mol0,02dm3 1dm 3 V(NaOH) = mol 0,5dm 3 V(NaOH) =


V(NaOH) = 0,04 dm3 = 40 cm3 V(NaOH) = 40 cm3

Výsledek.

Při neutralizaci kyselinou chlorovodíkovou Odpověď.

použijeme 40 cm3 hydroxidu sodného.

Příklad 5: Při titraci 30 cm3 roztoku uhličitanu sodného Na2CO3 jste spotřebovali 20 cm3 kyseliny chlorovodíkové HCl, která měla koncentraci 0,5

mol. Vypočítejte látkovou kondm3

centraci roztoku uhličitanu sodného, kdyţ víte, ţe reakce probíhá podle rovnice: Na2CO3 + 2 HCl → 2NaCl + CO2 + H2O


Příklad Na2CO3 + 2 HCl → 2NaCl + CO2 + H2O

27

Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koeficienty 1Na2CO3 → 2 HCl látek, s nimiţ budeme počítat. Vyjádříme poměr látkových mnoţství látek, které jsme barevně označili. Zápis obecné rovnice pro výpočet látkového mnoţství.

n(Na2CO 3) 1 → n(HCl ) 2 2 · n(Na2CO3) = n(HCl) n=c·V 2 · n(Na2CO3) = n(HCl) 2 · c(Na2CO3) · V(Na2CO3) = c(HCl) · V(HCl)

c(HCl ) V(HCl ) 2 V(Na2CO 3) mol 0,02dm3 0,5dm 3 c(Na CO ) = 2 0,03dm3 mol c(Na CO ) = 0,17 dm3 mol c(Na CO ) = 0,17 dm3 c(Na2CO3) =


Výsledek.

2

3

2

3

2

3

Látková koncentrace uhličitanu vápenatého při neutralizaci kyselinou chlorovodíkovou

Odpověď.

je 0,17

mol. dm3

Příklad 6: Kolik cm3 kyseliny chlorovodíkové HCl o koncentraci 0,6

molje potřeba dm3

k přípravě 10 g chloridu sodného NaCl? Neutralizace probíhá podle rovnice: NaOH + HCl → NaCl + H2O

Postup V rovnici si barevně označíme látky, se kterými budeme počítat. Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koeficienty

Příklad NaOH + HCl → NaCl + H2O 1HCl → 1NaCl

28

látek, s nimiţ budeme počítat. Vyjádříme poměr látkových mnoţství látek, které jsme barevně označili. Zápis obecných rovnic pro výpočet látko-

n(HCl ) 1→ n(NaCl ) 1 n=c·V n=

vého mnoţství.

n(HCl) = n(NaCl)

m M

M(NaCl) = M(Na) + M(Cl)

g + 36 g mol mol g M(NaCl) = 59 mol

Výpočet molární hmotnosti látky, u níţ M(NaCl) = 23 známe nebo máme vypočítat hmotnost.

n(HCl) = n(NaCl)

m(NaCl ) M(NaCl ) m(NaCl ) V(HCl) = M(NaCl ) c(HCl ) 10g V(HCl) = g 6 mol 59mol dm3 c(HCl) · V(HCl) =


V(HCl) = 0,028 dm3 = 28 cm3 V(HCl) = 28 cm3

Výsledek.

K přípravě 10 g chloridu sodného potřeOdpověď.

bujeme 28 cm3 kyseliny chlorovodíkové.

Příklad 7: Při titraci uhličitanu sodného Na2CO3 kyselinou chlorovodíkovou HCl o koncentraci 0,4

molbyla její spotřeba 25 cm3. Kolik g uhličitanu sodného Na2CO3 jste dm3

pouţili? Reakce probíhá podle rovnice: Na2CO3 + 2 HCl → 2NaCl + CO2 + H2O


Příklad Na2CO3 + 2 HCl → 2NaCl + CO2 + H2O

Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koeficienty 1Na2CO3 → 2 HCl látek, s nimiţ budeme počítat.

29

Vyjádříme poměr látkových mnoţství látek, které jsme barevně označili. Zápis obecných rovnic pro výpočet látko-

n(Na2CO 3) 1 → n(HCl ) 2 2 · n(Na2CO3) = n(HCl) n=c·V n=

vého mnoţství.

m M

M(Na2CO3) = 2 · M(Na) + M(C) + 3 · M(O) Výpočet molární hmotnosti látky, u níţ známe nebo máme vypočítat hmotnost.

M(Na2CO3) = 2 · 23 + 3 · 16

g mol

M(Na2CO3) = 106

g + 12 g mol mol

g mol

2 · n(Na2CO3) = n(HCl) 2·

m(Na2CO 3) = c(HCl) · V(HCl) M(Na2CO 3)

m(Na2CO3) = Dosazení do obecné rovnice. Výpočet.

c(HCl ) V(HCl ) M(Na2CO 3) 2 m(Na2CO3) =

mol0,025 g 0,4dm dm3 106mol 3 2 m(Na2CO3) = 0,53 g m(Na2CO3) = 0,53 g

Výsledek.

K titraci jsme použili 0,53 g uhličitanu sodOdpověď.

ného.

Příklad 8: Vypočítejte molární hmotnost hydroxidu, kdyţ víte, ţe při neutralizaci s kyselinou dusičnou jste připravili roztok z 0,06 g tohoto hydroxidu a kyselina dusičná měla koncentraci 0,1

mola její spotřeba činila 15 cm3. Reakce probíhá podle rovnice: dm3

HNO3 + XOH → XNO3 + H2O 30

Postup

Příklad

V rovnici si barevně označíme látky, se

HNO3 + XOH → XNO3 + H2O

kterými budeme počítat. Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve kte-

ré zdůrazníme stechiometrické koeficienty 1HNO3 → 1XOH látek, s nimiţ budeme počítat.

n(HNO 3) 1 → n(HNO ) = n(XOHl) n(XOH ) 1

Vyjádříme poměr látkových mnoţství látek,

3

které jsme barevně označili.

n=c·V

Zápis obecných rovnic pro výpočet látko-

n=

vého mnoţství.

m M

n(HNO3) = n(XOHl)

m(XOH ) M(XOH ) m(XOH ) M(XOH) = c(HNO 3) V(HNO 3) 0,06g M(XOH) = mol0,015 0,1dm dm3 3 c(HNO3) · V(HNO3) =


g mol g M(XOH) = 40 mol M(XOH) = 40

Výsledek.

Molární hmotnost hydroxidu je 40

Odpověď.

g. mol

Příklady k procvičování: 1. Reakcí uhličitanu vápenatého CaCO3 s kyselinou dusičnou HNO3 vzniká dusičnan vápenatý Ca(NO3)2. Kolik gramů dusičnanu vápenatého připravíte, kdyţ pouţijete 200

g

uhličitanu

vápenatého?

Reakce

probíhá

podle

rovnice:

CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O + CO2 2. Ţelezo se připravuje aluminotermicky reakcí oxidu ţelezitého Fe2O3 s hliníkem. Kolik g oxidu ţelezitého potřebujete na přípravu 60 g ţeleza? Reakce probíhá podle rovnice: Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe

31

3. Kolik cm3 pouţijete při neutralizaci kyseliny chlorovodíkové HCl s koncentrací

molna hydroxid sodný NaOH, který má objem 20 cm3 a koncentraci dm3 mol? Neutralizace probíhá podle rovnice NaOH + HCl → NaCl + H2O 0,2 dm3 0,5

4. Bromid stříbrný je látka důleţitá ve fotografickém průmyslu. Připravuje se reakcí dusičnanu stříbrného

a bromidu draselného. Kolik cm3 dusičnanu stříbrného

molmusíme pouţít, aby došlo k vysráţení s 20 cm3 roztoku brodm3 mol? Sráţecí reakce probíhá podle rovnice midu draselného o koncentraci 0,2 dm3 s koncentrací 0,1

AgNO3 + KBr → AgBr + KNO3. 5. Kolik gramů uhličitanu sodného Na2CO3 je třeba naváţit, aby spotřeba při titraci kyselinou chlorovodíkovou HCl o koncentraci 0,5

molbyla 20 cm3? Titrace prodm3

bíhá podle rovnice Na2CO3 + 2 HCl → 2NaCl + CO2 + H2O 6. Při neutralizaci hydroxidu draselného KOH 10 cm3 kyseliny sírové H2SO4 byla naváţka tohoto hydroxidu 5,6 g. Jakou koncentraci měla kyselina sírová? Neutralizace probíhá podle rovnice 2KOH + H2SO4 → K2SO4 + H2O

32

4. Chemické pokusy Jméno: KARTA PRO ŽÁKA

Stanovení obsahu krystalové vody v CuSO4 · 5H2O

Třída: Spolupracovník:

Úkol: Stanovte hmotnost krystalové vody v pentahydrátu síranu měďnatéhoCuSO4 · 5H2O výpočtem i prakticky.

Pomůcky a laboratorní sklo: porcelánový kelímek, trojnoţka, triangl, laboratorní kleště, exsikátor

Chemikálie: pentahydrát síranu měďnatého CuSO4 · 5H2O

Chemické rovnice: CuSO4 · 5H2O → CuSO4 + 5H2O

Výpočet: Vypočtěte hmotnost síranu měďnatého a hmotnost krystalové vody v 1,5 g pentahydrátu síranu měďnatého.

Vlastní pracovní postup: 1. Čistý porcelánový kelímek ţíháme minimálně 15 min na vzdušné lázni. Vzdušnou lázeň si sestavíme tak, ţe na trojnoţku postavíme triangl se zahnutými konci drátů, aby se dno kelímku nacházelo asi 2 cm nad trojnoţkou. 2. Po zahřátí kelímek necháme zchladnout ve volném prostoru. Teprve potom jej čistými kleštěmi přeneseme do exsikátoru. Po dalších 15 minutách kelímek zváţíme s přesností na 0,1 mg. Celý postup se zahříváním a chladnutím kelímku ještě jed-

33

nou opakujeme. Při druhém váţení nesmí být rozdíl v hmotnosti prvního a druhého váţení větší neţ 0,3 mg. 3. Mezitím si ve volném čase rozetřeme v suché třecí misce asi 3g CuSO4 . 5H2O. Do připraveného kelímku naváţíme s přesností na 0,1 mg tento rozetřený, krystalický síran měďnatý s přesností na 0,1 mg. Naváţku volíme podle velikosti kelímku. (cca 1,5 g) 4. Kelímek s naváţkou zahříváme, rovněţ na vzdušné lázni, tak dlouho, dokud modré zbarvení, nepřejde v bílou barvu bezvodého síranu měďnatého. Kelímek necháme zchladnout, zváţíme jej a z rozdílů hmotností vypočteme obsah krystalové vody v gramech. Po provedení pokusu kelímek vypláchneme destilovanou vodou. [2] 5. Zváţenou hmotnost srovnáme s hmotností vypočtenou.

Aparatura:

Obr. 1 Stanovení krystalové vody v CuSO4 · 5H2O [3]

Závěr: Po zahřátí pentahydrátu síranu měďnatého ve vzdušné lázni došlo k odpaření krystalové vody a vznikla tak bílá látka - ………………………… . Vypočítali jsme, ţe v 1,5 g pentahydrátu síranu měďnatého je obsaţeno 0,6 g krystalové vody. Při pokusu jsme zváţili …... vody. Důvody rozdílných výsledků mohou být tyto: ……………………………… ……………………………………………………………

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Proč se mění barva pentahydrátu síranu měďnatého při jeho zahřívání? 2. Jak se jmenuje bílá látka, která vznikla vyţíháním pentahydrátu síranu měďnatého? 3. Co je modrá skalice? 34

POKUS

Stanovení obsahu krysta-

METODIKA

Č. 1

lové vody v CuSO4 · 5H2O

PRO UČITELE

Princip pokusu a jeho zařazení do RVP: Kelímek s naváţkou krystalického síranu měďnatého CuSO4 · 5H2O zahříváme na vzdušné lázni tak dlouho, dokud modré zbarvení (způsobené koordinačním kationtem [Cu(H2O)4]2+), nepřejde v bílou barvu bezvodého síranu měďnatého. Kelímek necháme zchladnout, zváţíme jej a z rozdílů hmotností vypočteme obsah krystalové vody v gramech i procentech. [2] ANORGANICKÉ SLOUČENINY - soli kyslíkaté a nekyslíkaté – vlastnosti, pouţití vybraných solí, oxidační číslo, názvosloví

Pomůcky a laboratorní sklo: porcelánový kelímek, trojnoţka, triangl, laboratorní kleště, exsikátor

Chemikálie: pentahydrát síranu měďnatého CuSO4 · 5H2O

Bezpečnost práce: Pentahydrát síranu měďnatého -

zdraví škodlivý při poţití

-

způsobuje váţné podráţdění očí

-

dráţdí kůţi

První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody a mýdla. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Několik minut opatrně vyplachujte vodou. Vyjměte kontaktní čočky, jsou-li nasazeny a pokud je lze vyjmout snadno. Pokračujte ve vyplachování. Vyhledejte očního lékaře.

35

o PO POŢITÍ: Okamţitě nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). Konzultujte s lékařem. [4] Síran měďnatý -

toxický při poţití

-

dráţdí kůţi

-


První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. Vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Podejte postiţenému vodu (maximálně dvě sklenice). Okamţitě vyhledejte lékařskou pomoc. [4]

Chemické rovnice: CuSO4 · 5H2O → CuSO4 + 5H2O

Výpočet: Vypočtěte hmotnost síranu měďnatého a hmotnost krystalové vody v 1,5 g pentahydrátu síranu měďnatého.


Příklad CuSO4·. 5H2O → CuSO4 + 5H2O

Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koefi-

1CuSO4 · 5H2O → 1CuSO4

cienty látek, s nimiţ budeme počítat. M(CuSO4 · 5H2O) = M(Cu) + M(S) + 4 · M(O) +5 · [2 · M(H) + M(O)] Výpočet molárních hmotností označených látek.

g + 32 g mol mol g + 5 · [2 · 1 + 16] g + 4 · 16 mol mol M(CuSO4 · 5H2O) = 64

36

M(CuSO4 · 5H2O) = 250

g mol

M( CuSO4) = M(Cu) + M(S) + 4 · M(O) M(CuSO4) = 64 4 · 16

g mol

M(CuSO4) = 160


g + mol

32

g + mol

g mol

Z molárních hmotností a zjednodušené rovnice vyplývá, že z 250 g CuSO4 · 5H2O připravíme 160 g CuSO4. 250 g CuSO4 · 5H2O……160 g CuSO4 1,5 g CuSO4 · 5H2O ………..x g CuSO4


x 1,5 160 250 ·160 x 1,5250 x = 0,9 g x =0,9 g

Výsledek.

hmotnost krystalové vody: 1,5 g – 0,9 g = 0,6 g V 1,5 g pentahydrátu síranu měďnatého

Odpověď.

je obsaženo 0,9 g síranu měďnatého a 0,6 g krystalové vody.

Vlastní postup: 1. Čistý porcelánový kelímek ţíháme minimálně 15 min na vzdušné lázni. Vzdušnou lázeň si sestavíme tak, ţe na trojnoţku postavíme triangl se zahnutými konci drátů, aby se dno kelímku nacházelo asi 2 cm nad trojnoţkou. 2. Po zahřátí kelímek necháme zchladnout ve volném prostoru. Teprve potom jej čistými kleštěmi přeneseme do exsikátoru. Po dalších 15 minutách kelímek zváţíme s přesností na 0,1 mg. Celý postup se zahříváním a chladnutím kelímku ještě jednou opakujeme. Při druhém váţení nesmí být rozdíl v hmotnosti prvního a druhého váţení větší neţ 0,3 mg.

37

3. Mezitím si ve volném čase rozetřeme v suché třecí misce asi 3g CuSO4 . 5H2O. Do připraveného kelímku naváţíme tento rozetřený, krystalický síran měďnatý s přesností na 0,1 mg. Naváţku volíme podle velikosti kelímku. (cca 1,5 g) 4. Kelímek s naváţkou zahříváme, rovněţ na vzdušné lázni, tak dlouho, dokud modré zbarvení, nepřejde v bílou barvu bezvodého síranu měďnatého. Kelímek necháme zchladnout, zváţíme jej a z rozdílů hmotností vypočteme obsah krystalové vody v gramech. Po měření kelímek vypláchneme destilovanou vodou. [2] 5. Zváţenou hmotnost srovnáme s hmotností vypočtenou.

Aparatura:

Obr. 1 Stanovení krystalové vody v CuSO4 · 5H2O [3]

Závěr: Po zahřátí pentahydrátu síranu měďnatého ve vzdušné lázni došlo k odpaření krystalové vody a vznikla tak bílá látka – síran měďnatý. Vypočítali jsme, ţe v 1,5 g pentahydrátu síranu měďnatého je obsaţeno 0,6 g krystalové vody. Při pokusu jsme zváţili (vypočítané množství) g vody. Důvody rozdílných výsledků mohou být tyto: - nedošlo k odpaření veškeré krystalové vody - nepřesně jsme navážili pentahydrát síranu měďnatého

38

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Proč se mění barva pentahydrátu síranu měďnatého při jeho zahřívání? (odpařuje se krystalová voda a pentahydrát síranu měďnatého se mění na bezvodý síran měďnatý, který má bílou barvu) 2. Jak se jmenuje bílá látka, která vznikla vyţíháním pentahydrátu síranu měďnatého? (síran měďnatý) 3. Co je modrá skalice? (triviální název pentahydrátu síranu měďnatého)

Jméno: KARTA

Příprava nasyceného vod-

PRO ŽÁKA

ného roztoku kuchyňské


soli Úkol: 1. Vypočtěte hmotnostní zlomek nasyceného roztoku kuchyňské soli (chloridu sodného NaCl). 2. Připravte nasycený roztok kuchyňské soli (chloridu sodného NaCl).

Pomůcky a laboratorní sklo: kádinka, skleněná tyčinka, lţička, váţenka, odměrný válec

Chemikálie: chlorid sodný NaCl, voda H2O

Výpočet: Vypočtěte hmotnostní zlomek nasyceného roztoku chloridu sodného ve vodě. Nasycený roztok připravíte rozpuštěním 36 g chloridu sodného ve 100 cm3 vody.

39

Vlastní pracovní postup: 1. Navaţíme si 36 g chloridu sodného. 2. Pomocí odměrného válce si odměříme do kádinky 100 cm3 vody. 3. Ve vodě rozpustíme naváţené mnoţství chloridu sodného. 4. Vyzkoušíme, jestli by bylo moţné ve vodě rozpustit i další mnoţství chloridu sodného. 5. Vypočítáme hmotnostní zlomek připraveného nasyceného roztoku chloridu sodného ve vodě.

Závěr: Nasycený roztok chloridu sodného ve vodě připravíme rozpuštěním …… g chloridu sodného ve 100 cm3 vody. Takto připravený roztok má hmotnostní zlomek ….. .

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Co je to nasycený roztok? 2. Jak urychlíme rozpouštění látek v rozpouštědle? 3. Jak vypočítáme hmotnostní zlomek roztoků?

POKUS

Příprava nasyceného vod-

METODIKA

Č. 2

ného roztoku kuchyňské

PRO UČITELE

soli Princip pokusu a jeho zařazení do RVP: Nasycený roztok je takový roztok, ve kterém se při dané teplotě jiţ více rozpouštěné látky nerozpustí. Ve 100 g vody se rozpustí při teplotě 20 °C a tlaku 101 kPa 36 g chloridu sodného.[1] SMĚSI – směsi – nasycený roztok

40

Pomůcky a laboratorní sklo: kádinka, skleněná tyčinka, lţička, váţenka, odměrný válec

Chemikálie: chlorid sodný NaCl, voda H2O

Bezpečnost práce: Chlorid sodný -

tato látka není klasifikována jako nebezpečná podle legislativy Evropské unie

První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). V případě nevolnosti vyhledejte lékaře. [4]

Výpočet: Vypočtěte hmotnostní zlomek nasyceného roztoku chloridu sodného ve vodě. Nasycený roztok připravíte rozpuštěním 36 g chloridu sodného ve 100 cm3 vody.

(A) w(A) mm

m(NaCl ) m(H2O) m(NaCl ) 36g w(NaCl) = 100g 36g w(NaCl) =

w(NaCl) = 0,27 w(NaCl) = 27% Pozn.: Tento výpočet není v tabulce, protože tabulku pro tento typ výpočtů zpracovala Lenka Kozáková v diplomové práci.

41

Vlastní pracovní postup: 1. Navaţíme si 36 g chloridu sodného. 2. Pomocí odměrného válce si odměříme do kádinky 100 cm3 vody. 3. Ve vodě rozpustíme naváţené mnoţství chloridu sodného. 4. Vyzkoušíme, jestli by bylo moţné ve vodě rozpustit i další mnoţství chloridu sodného. 5. Vypočítáme hmotnostní zlomek připraveného nasyceného roztoku chloridu sodného ve vodě.

Závěr: Nasycený roztok chloridu sodného ve vodě připravíme rozpuštěním 36 g chloridu sodného ve 100 cm3 vody.Takto připravený roztok má hmotnostní zlomek 27%.

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Co je nasycený roztok? (takový roztok, ve kterém se při dané teplotě již více rozpouštěné látky nerozpustí) 2. Jak urychlíme rozpouštění látek v rozpouštědle? (například mícháním, zvýšením teploty) 3. Jak vypočítáme hmotnostní zlomek roztoků? (

(A)) w(A) mm

Jméno: KARTA

Stanovení molární hmot-

PRO ŽÁKA

nosti uhličitanu vápena-


tého CaCO3

42

Úkol: 1. Vypočtěte molární hmotnost uhličitanu vápenatého z hodnot uváděných v PSP. 2. Stanovte molární hmotnost uhličitanu vápenatého CaCO3.

Pomůcky a laboratorní sklo: kádinka 250 cm3, kádinka 50 cm3, odměrný válec, váhy, hodinové sklo, váţenka

Chemikálie: práškový CaCO3, 20% HCl

Chemické rovnice: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

Výpočet: Vypočtěte molární hmotnost uhličitanu vápenatého CaCO3.

Vlastní pracovní postup: 1.

Do čisté kádinky si naváţíme 0,5 g práškového uhličitanu vápenatého CaCO3. Zapíšeme si jeho hmotnost s přesností na desetiny gramu….m1.

2.

Kádinku zakryjeme hodinovým sklem, na které postavíme malou kádinku obsahující 10 cm3 kyseliny chlorovodíkové.

3.

Takto poskládanou soustavu zváţíme a zapíšeme si její hmotnost s přesností na desetiny gramu….m2.

4.

Celou soustavu ponecháme na vahách a váhy nevypínáme!

5.

Opatrně vezmeme kádinku s kyselinou chlorovodíkovou, sundáme hodinové sklo a kyselinu chlorovodíkovou pomalu nalijeme na uhličitan vápenatý.

6.

Vše vrátíme zpět na váhy, ale v opačném pořadí: kádinka od kyseliny chlorovodíkové, na ni postavíme hodinové sklo a na něj kádinku se směsí kyseliny chlorovodíkové a uhličitanu vápenatého.

43

7.

Po ukončení reakce zjistíme hmotnost celé soustavy ….m3.

8.

Ze zjištěných hodnot vypočítáme molární hmotnost uhličitanu vápenatého CaCO3.

Aparatura:

Výsledky: 1. Vyplňte tabulku: hmotnost

naměřená hmotnost

[g] m1 m2 m3 2. Z hmotností m2 a m3 vypočítejte hmotnost oxidu uhličitého….m4: m4 = m2 – m3 3. V rovnici vyznačte uhličitan vápenatý a oxid uhličitý – látky, se kterými budete počítat: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O 4. Sestavte trojčlenku pro výpočet molární hmotnosti uhličitanu vápenatého podle vzoru: M(CaCO3) ………………M(CO2) m1………………………...........m4 5. Vypočítejte molární hmotnost uhličitanu vápenatého M(CaCO3) z trojčlenky.

44

6. Vypočítejte molární hmotnost z hodnot uvedených v periodické soustavě prvků.

Závěr: Při reakci uhličitanu vápenatého s kyselinou chlorovodíkovou vzniká …………………, chlorid vápenatý a voda. Z hmotností uhličitanu vápenatého a oxidu uhličitého jsme vypočítali molární hmotnost uhličitanu vápenatého ……….. . Z hodnot v periodické soustavě prvků jsme spočítali molární hmotnost uhličitanu vápenatého ……….. . Tyto hodnoty se liší například z těchto důvodů: …………..…………………………………… ………………………………………………………………

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Kde najdeme molární hmotnost atomů jednotlivých prvků? 2. Jak zjistíme molární hmotnost sloučenin? 3. V jakých jednotkách je uváděna molární hmotnost?

POKUS Č. 3

Stanovení molární hmot-

METODIKA

nosti uhličitanu vápena-

PRO UČITELE

tého CaCO3

Princip pokusu a jeho zařazení do RVP: Při reakci uhličitanu vápenatého s kyselinou chlorovodíkovou vzniká chlorid vápenatý, voda a oxid uhličitý. Podle hmotnosti oxidu uhličitého, který se uvolní z reakční soustavy, můţeme vypočítat molární hmotnost uhličitanu vápenatého.

45

ANORGANICKÉ SLOUČENINY – soli kyslíkaté a nekyslíkaté – vlastnosti, pouţití vybraných solí, oxidační číslo, názvosloví

Pomůcky a laboratorní sklo: kádinka 250 cm3, kádinka 50 cm3, odměrný válec, váhy, hodinové sklo, váţenka

Chemikálie: práškový CaCO3, 20% HCl

Bezpečnost práce: Uhličitan vápenatý -


První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). V případě nevolnosti vyhledejte lékaře. [4] Kyselina chlorovodíková -

dráţdivost pro kůţi

-


-

můţe způsobit podráţdění dýchacích cest

První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. Vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). Konzultujte s lékařem. [4]

46

Chlorid vápenatý -


První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. Ihned vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). Konzultujte s lékařem. [4]

Chemické rovnice: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

Výpočet: Vypočtěte molární hmotnost uhličitanu vápenatého CaCO3.

Postup Zjištění počtu jednotlivých atomů ve sloučenině.

Příklad Ca: 1 C: 1 O: 3

g mol g M(C) = 12 mol g M(O) = 16 mol M(Ca) = 40

Vyhledání molárních hmotností prvků obsaţených ve sloučenině.

M(CaCO3) = M(Ca) + M(C) + 3 · M(O) M(CaCO3) = 40 Výpočet molární hmotnosti sloučeniny.

3 · 16

g mol

M(CaCO3) = 100

47

g + mol

g mol

12

g + mol

Molární hmotnost uhličitanu vápenatého Odpověď.

je 100

g. mol

Vlastní pracovní postup: 1. Do čisté kádinky si naváţíme 0,5 g práškového uhličitanu vápenatého CaCO3. Zapíšeme si jeho hmotnost s přesností na desetiny gramu….m1. 2. Kádinku zakryjeme hodinovým sklem, na které postavíme malou kádinku obsahující 10 cm3 kyseliny chlorovodíkové. 3. Takto poskládanou soustavu zváţíme a zapíšeme si její hmotnost s přesností na desetiny gramu….m2. 4. Celou soustavu ponecháme na vahách a váhy nevypínáme! 5. Opatrně vezmeme kádinku s kyselinou chlorovodíkovou, sundáme hodinové sklo a kyselinu chlorovodíkovou pomalu nalijeme na uhličitan vápenatý. 6. Vše vrátíme zpět na váhy, ale v opačném pořadí: kádinka od kyseliny chlorovodíkové, na ni postavíme hodinové sklo a na něj kádinku se směsí kyseliny chlorovodíkové a uhličitanu vápenatého. 7. Po ukončení reakce zjistíme hmotnost celé soustavy ….m3. 8. Ze zjištěných hodnot vypočítáme molární hmotnost uhličitanu vápenatého CaCO3.

Aparatura:

48

Výsledky: 1. Vyplňte tabulku: hmotnost

naměřená hmotnost [g]

m1 m2 m3

2. Z hmotností m2 a m3 vypočítejte hmotnost oxidu uhličitého….m4: m4 = m2 – m3 3. V rovnici vyznačte uhličitan vápenatý a oxid uhličitý – látky, se kterými budete počítat: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O 4. Sestavte trojčlenku pro výpočet molární hmotnosti uhličitanu vápenatého podle vzoru: M(CaCO3) ……………..M(CO2) m1……………………….........m4 5. Vypočítejte molární hmotnost uhličitanu vápenatého M(CaCO3) z trojčlenky. 6. Vypočítejte molární hmotnost z hodnot uvedených v periodické soustavě prvků.

Závěr: Při reakci uhličitanu vápenatého s kyselinou chlorovodíkovou vzniká oxid uhličitý, chlorid vápenatý a voda. Z hmotností uhličitanu vápenatého a oxidu uhličitého jsme vypočítali molární hmotnost uhličitanu vápenatého (vypočítaná molární hmotnost)

g. mol

Z hodnot v periodické soustavě prvků jsme spočítali molární hmotnost uhličitanu vápenatého 100

g . Tyto hodnoty se liší například z těchto důvodů: mol

-

špatně jsme si napsali navážku uhličitanu vápenatého

-

nepřesně jsme zvážili oxid uhličitý

49

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Kde najdeme molární hmotnost atomů jednotlivých prvků? (například v periodické soustavě prvků) 2. Jak zjistíme molární hmotnost sloučenin? (sečteme molární hmotnosti atomů jednotlivých prvků obsažených ve sloučenině) 3. V jakých jednotkách uvádíme molární hmotnost? (

g ) mol

Jméno: KARTA

Příprava sulfidu zinečna-

PRO ŽÁKA

tého


Úkol: 1. Vypočtěte hmotnost sulfidu zinečnatého, který vznikne reakcí 2 g síry se zinkem. 2. Připravte sulfid zinečnatý ZnS.

Pomůcky a laboratorní sklo: trojnoţka, kahan, kovová miska, kleště

Chemikálie: prášková síra, práškový zinek

Chemické rovnice: Zn + S → ZnS

Výpočet: Vypočtěte hmotnost sulfidu zinečnatého ZnS, který vznikne reakcí 2 g síry se zinkem.

50

Vlastní pracovní postup: 1. Naváţíme si přesně 2 g práškové síry a 4 g práškového zinku. 2. Zinek a síru smícháme a zahříváme v kovové misce na trojnoţce aţ do změny barvy. 3. Po vychladnutí misky zvaţte připravený sulfid zinečnatý.

Aparatura:

Železnámiska Trojnožka Plynovýkahan

Závěr: Sulfid zinečnatý můţeme připravit rekcí ………. a zinku v poměru ………. . Vypočítali jsme, ţe ze 2 g síry vznikne 6,1 g sulfidu zinečnatého. Při reakci 2 g síry a 4 g zinku jsme připravili … g sulfidu zinečnatého. Teoretický a praktický výtěţek reakce se můţe lišit z těchto důvodů: ……………………………………………………………………… ………………………………………………..

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Co jsou sulfidy? 2. Jaké oxidační číslo má síra v sulfidech? 3. Sulfid zinečnatý se v přírodě vyskytuje jako nerost. Jak se tento nerost nazývá?

51

POKUS

Příprava sulfidu zinečna-

METODIKA PRO

Č. 4

tého

UČITELE

Princip pokusu a jeho zařazení do RVP: Sulfid zinečnatý připravíme v laboratoři smícháním práškového zinku a práškové síry v poměru 2:1 a následným zahříváním této směsi. Reakce je příkladem slučování chemických látek, kdy z jednodušších látek vznikají látky sloţitější. ANORGANICKÉ SLOUČENINY – soli kyslíkaté a nekyslíkaté – vlastnosti, pouţití vybraných solí, oxidační číslo, názvosloví

Pomůcky a laboratorní sklo: trojnoţka, kahan, kovová miska, kleště

Chemikálie: prášková síra, práškový zinek

Bezpečnost práce: Síra -

dráţdí kůţi

První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody, víčka přitom drţte široce rozevřená. V případě nutnosti vyhledejte lékaře. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). V případě nevolnosti vyhledejte lékaře.[4] Zinek -

nebezpečný pro ţivotní prostředí

52

První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). Konzultujte s lékařem.[4]

Sulfid zinečnatý -

nejedná se o nebezpečnou látku

První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte vodou. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. o PO POŢITÍ: Postiţený musí vypít velké mnoţství vody. Vyvolejte zvracení. V případě jakýchkoliv komplikací se spojte s lékařem. [4]

Chemické rovnice: Zn + S → ZnS

Výpočet: Vypočtěte hmotnost sulfidu zinečnatého ZnS, který vznikne reakcí 2 g síry se zinkem.


Příklad Zn + S → ZnS

Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koe-

S → ZnS

ficienty látek, s nimiţ budeme počítat. Výpočet molárních hmotností označených látek.

M(S) = 32

g mol

M(ZnS) = M(Zn) + M(S)

53

g + 32 g mol mol g M(ZnS) = 97 mol M(ZnS) =65


Z molárních hmotností a zjednodušené rovnice vyplývá, že z 32 g S připravíme 97 g ZnS. 32 g S……..……………………..97 g ZnS 2 g S...……………………………..x g ZnS


x 2 97 32 97 x 232 x = 6,1 g

Výsledek.

x =6,1 g Při reakci 2 g síry se zinkem vznikne 6,1 g

Odpověď.

sulfidu zinečnatého ZnS.

Vlastní pracovní postup: 1. Naváţíme si přesně 2 g práškové síry a 4 g práškového zinku. 2. Zinek a síru smícháme a zahříváme v kovové misce na trojnoţce aţ do změny barvy. 3. Po vychladnutí misky zvaţte připravený sulfid zinečnatý.

Aparatura:

Železnámiska Trojnožka Plynovýkahan

54

Závěr: Sulfid zinečnatý můţeme připravit rekcí síry a zinku v poměru 1:2 . Vypočítali jsme, ţe ze 2 g síry vznikne 6,1 g sulfidu zinečnatého. Při reakci 2 g síry a 4 g zinku jsme připravili (zvážené množství) g sulfidu zinečnatého. Teoretický a praktický výtěţek reakce se můţe lišit z těchto důvodů: -

nepřesně jsme navážili síru nebo železo

-

špatně jsme zvážili sulfid železnatý

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Co jsou sulfidy? (dvouprvkové sloučeniny síry a kovového prvku) 2. Jaké oxidační číslo má síra v sulfidech? (-II) 3. Sulfid zinečnatý se v přírodě vyskytuje jako nerost. Jak se tento nerost nazývá? (sfalerit)

Jméno: KARTA PRO ŽÁKA

Reakce jedlé sody NaHCO3 s octem


Úkol: 1. Vypočtěte hmotnost oxidu uhličitého, který se uvolní při reakci 5 g jedlé sody NaHCO3 s octem (8% roztok kyseliny octové CH3COOH). 2. Proveďte reakci 5 g jedlé sody s octem a zvaţte vznikající oxid uhličitý.

Pomůcky a laboratorní sklo: plastová láhev s uzávěrem (250 cm3), lţička, zkumavka, váhy, odměrný válec

Chemikálie: hydrogenuhličitan sodný NaHCO3, 8% roztok kyseliny octové (ocet)

Chemické rovnice: NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2O + CO2

55

Výpočet: Vypočtěte hmotnost oxidu uhličitého, který se uvolní při reakci 5 g jedlé sody NaHCO3 s octem (8% roztok kyseliny octové CH3COOH).

Vlastní pracovní postup: 1. Naváţíme si přesně 5 g jedlé sody. 2. Naváţené mnoţství nasypeme do plastové láhve. 3. Odměrným válcem odměříme 10 cm3 octa a toto mnoţství přelijeme do zkumavky. 4. Zkumavku opatrně vloţíme do plastové láhve tak, aby nedošlo ke smíchání octa a jedlé sody. Láhev zašroubujeme. 5. Plastovou láhev poloţíme na váhy a zjistíme její hmotnost na desetiny gramu….. m1. 6. Nahneme plastovou láhev tak, aby se obsah zkumavky vylil na jedlou sodu. 7. Otevřeme plastovou láhev a poloţíme ji na váhy i s uzávěrem. 8. Počkáme, aţ se váha ustálí a zjistíme hmotnost plastové láhve po reakci……m2. 9. Vypočítáme hmotnost uvolněného oxidu uhličitého…m3: m3 = m1 – m2.

Aparatura:

Plastováláhev

Zkumavkasoctem

Hydrogenuhličitanvápenatý

56

Závěr: Při reakci hydrogenuhličitanu sodného s kyselinou octovou se uvolňuje z reakční soustavy ……………… . Z 5 g jedlé sody vzniká teoreticky… g oxidu uhličitého. Prakticky vzniklo … g tohoto oxidu. Teoretický a praktický výtěţek reakce se můţe lišit z těchto důvodů: …………………….……………………………………………………..

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Jak se nazývá 8% roztok kyseliny octové? 2. Který plyn má větší hustotu: vzduch nebo oxid uhličitý? 3. Od které kyseliny je odvozena sůl hydrogenuhličitan sodný?

METODIKA PRO POKUS

Reakce jedlé sody NaHCO3

Č. 5

s octem

UČITELE

Princip pokusu a jeho zařazení do RVP: Při reakci hydrogenuhličitanu sodného (jedlé sody) s octem (8% roztokem kyseliny octové) vzniká octan sodný a kyselina uhličitá. Kyselina uhličitá je nestálá kyselina, která se rozkládá na vodu a oxid uhličitý. Ten můţeme pozorovat při reakci jako šumění a unikající bublinky plynu. Z hmotnosti naváţené jedlé sody dokáţeme vypočítat hmotnost uvolněného oxidu uhličitého a následně ji můţeme srovnat s hmotností oxidu uhličitého, který nám vznikl při reakci. ANORGANICKÉ SLOUČENINY – soli kyslíkaté a nekyslíkaté – vlastnosti, pouţití vybraných solí, oxidační číslo, názvosloví ORGANICKÉ SLOUČENINY – deriváty uhlovodíků - příklady v praxi významných alkoholů a karboxylových kyselin

Pomůcky a laboratorní sklo: plastová láhev s uzávěrem (250 cm3), lţička, zkumavka, váhy, odměrný válec

57

Chemikálie: hydrogenuhličitan sodný NaHCO3, 8% roztok kyseliny octové (ocet)

Bezpečnost práce: Hydrogenuhličitan sodný -


První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). V případě nevolnosti vyhledejte lékaře. [4] Kyselina octová -

způsobuje poleptání

První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. Vyhledejte lékařskou pomoc. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. Vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). Nevyvolávejte zvracení. Neprovádějte neutralizaci. Vyhledejte lékařskou pomoc. [4] Octan sodný -

nejedná se o nebezpečnou látku

První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice).

58

V případě nevolnosti vyhledejte lékaře. [4]

Chemické rovnice: NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2O + CO2

Výpočet: Vypočtěte hmotnost oxidu uhličitého, který se uvolní při reakci 5 g jedlé sody NaHCO3 s octem (8% roztok kyseliny octové CH3COOH).

Postup

Příklad

V rovnici si barevně označíme látky, se NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + kterými budeme počítat.

H2O + CO2

Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koe- NaHCO3 → CO2 ficienty látek, s nimiţ budeme počítat. M(NaHCO3) = M(Na) + M(H) + M(C) + 3 · M(O)

g +1 g + mol mol g + 3 · 16 g 12 mol mol g M(NaHCO3) = 84 mol M(NaHCO3) = 23


M(CO2) = M(C) +2 · M(O)

g + 2 · 16 g mol mol g M(CO2) = 44 mol M(CO2) =12



Z molárních hmotností a zjednodušené rovnice vyplývá, že z 84 g NaHCO3 vznikne 44 g CO2. 84 g NaHCO3.…………………..44 g CO2 5 g NaHCO3……………………….x g CO2

x 5 44 84 59

44 x 584 x = 2,6 g x =2,6 g

Výsledek.

Při reakci 5 g jedlé sody s octem se uvolní Odpověď.

2,6 g oxidu uhličitého..

Vlastní pracovní postup: 1. Naváţíme si přesně 5 g jedlé sody. 2. Naváţené mnoţství nasypeme do platové láhve. 3. Odměrným válcem odměříme 10 cm3 octa a toto mnoţství přelijeme do zkumavky. 4. Zkumavku opatrně vloţíme do plastové láhve tak, aby nedošlo ke smíchání octa a jedlé sody. Láhev zašroubujeme. 5. Plastovou láhev poloţíme na váhy a změříme její hmotnost na desetiny gramu….. m1. 6. Nahneme plastovou láhev tak, aby se obsah zkumavky vylil na jedlou sodu. 7. Otevřeme plastovou láhev a poloţíme ji na váhy i s uzávěrem. 8. Počkáme, aţ se váha ustálí a zjistíme hmotnost plastové láhve po reakci……m2. 9. Vypočítáme hmotnost uvolněného oxidu uhličitého…m3: m3 = m1 – m2.

Aparatura:

Plastováláhev

Zkumavkasoctem

Hydrogenuhličitanvápenatý

60

Závěr: Při reakci hydrogenuhličitanu sodného s kyselinou octovou se uvolňuje z reakční soustavy oxid uhličitý. Z 5 g jedlé sody vzniká teoreticky 2,6 g oxidu uhličitého. Prakticky vzniklo (vypočítané množství) g tohoto oxidu. Teoretický a praktický výtěţek reakce se můţe lišit z těchto důvodů: -

nepřesně jsme navážili jedlou sodu

-

špatně jsme zvážili oxid uhličitý

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Jak se nazývá 8% roztok kyseliny octové? (ocet) 2. Který plyn má větší hustotu: vzduch nebo oxid uhličitý? (oxid uhličitý) 3. Od které kyseliny je odvozena sůl hydrogenuhličitan sodný? (od kyseliny uhličité)

Příprava chloridu draselného neutralizací vodných Jméno: KARTA PRO ŽÁKA

roztoků hydroxidu draselného kyselinou chlorovo-


díkovou Pozn.: Pokus je určen pro žáky na ZŠ

Úkol: 1. Vypočtěte hmotnost chloridu draselného, který připravíte neutralizací hydroxidu draselného kyselinou chlorovodíkovou o koncentrací 1

mol. dm3

2. Připravte chlorid draselný reakcí hydroxidu sodného a kyseliny chlorovodíkové.

Pomůcky a laboratorní sklo: byreta, titrační baňka, nálevka, kádinka, stojan, svorky

61

Chemikálie: kyselina chlorovodíková HCl o koncentrací 1 s koncentrací 1

mol, fenolftalein dm3

mol, dm3

hydroxid sodný NaOH

Chemické rovnice:

KOH + HCl → KCl + H2O

Výpočet: Vypočtěte hmotnost chloridu draselného, který připravíte neutralizací hydroxidu draselného kyselinou chlorovodíkovou s koncentrací 1

mol. Objem kyseliny chlorovodíkové dm3

je ten, který jste poţili k neutralizaci.

Vlastní pracovní postup: 1. Do stojanu připevníme byretu tak, aby se pod ni pohodlně vešla titrační baňka. 2. Do titrační baňky nalijeme 20 cm3 hydroxidu draselného. 3. K hydroxidu draselnému přikápneme 3 kapky fenolftaleinu. 4. Do byrety opatrně nalijeme 15 cm3 kyseliny chlorovodíkové. 5. Z byrety do titrační baňky s hydroxidem draselným přidáváme po kapkách kyselinu chlorovodíkovou. 6. Jemným krouţivým pohybem rozmícháváme přikapanou kyselinu chlorovodíkovou v titrační baňce. 7. Kyselinu chlorovodíkovou přidáváme do úplného odbarvení roztoku v titrační baňce. 8. Odměříme přesné mnoţství přidané kyseliny chlorovodíkové. 9. Zapíšeme si objem kyseliny chlorovodíkové … V(HCl) 10. Zváţíme čistou, suchou odpařovací misku. 11. Do misky přelijeme připravený roztok chloridu sodného z titrační baňky. 12. Odpařovací misku s roztokem chloridu draselného zahříváme na trojnoţce kahanem, dokud se částečně neodpaří voda. 13. Roztok chloridu draselného necháme volně krystalizovat. 14. Vyloučené krystaly zváţíme a jejich hmotnost srovnáme s vypočítanou hmotností.

62

Aparatura: 0

Stojan

1 0 2 0 3 0 4 0 5 0

Byreta

Titrační baňka

Závěr: Neutralizací hydroxidu draselného kyselinou chlorovodíkovou jsme připravili roztok chloridu draselného, ze kterého jsme krystalizací získali čistý chlorid sodný. Při spotřebě …. cm3 kyseliny chlorovodíkové jsme měli připravit …. g chloridu draselného. Praktický výtěţek pokusu byl …. g. Důvody pro odlišné hmotnosti vypočítaného a připraveného mnoţství chloridu sodného mohou být tyto: ……………………………. …….……………………………………………………………………………

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Co je neutralizace? 2. Co je krystalizace? 3. Kde se dá vyuţít chlorid draselný?

63

Příprava chloridu draselného neutralizací vodných POKUS

roztoků hydroxidu drasel-

METODIKA PRO

Č. 6

ného kyselinou chlorovodí-

UČITELE

kovou Pozn.: Pokus je určen pro žáky na ZŠ

Princip pokusu a jeho zařazení do RVP: Neutralizace je reakce kyseliny s hydroxidem, při které vzniká sůl a voda. Reakcí kyseliny chlorovodíkové a hydroxidu draselného vzniká chlorid draselný a voda. Chlorid draselný získáme z roztoku krystalizací. ANORGANICKÉ SLOUČENINY - soli kyslíkaté a nekyslíkaté – vlastnosti, pouţití vybraných solí, oxidační číslo, názvosloví

Pomůcky a laboratorní sklo: byreta, titrační baňka, nálevka, kádinka, stojan, svorky

Chemikálie: kyselina chlorovodíková HCl o koncentrací 1 s koncentrací 1

mol, fenolftalein dm3

mol, hydroxid sodný NaOH dm3

Bezpečnost práce: Hydroxid draselný -

způsobuje těţké poleptání

První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. Vyhledejte lékaře. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Postříkejte polyethylenglykolem 400. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv.

64

o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Po dobu nejméně 10 minut vyplachujte široce otevřené oči velkým mnoţstvím vody. Okamţitě vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít velké mnoţství vody (i několik litrů). Nevyvolávejte zvracení. Neprovádějte neutralizaci. Ihned vyhledejte lékařskou pomoc. [4] Kyselina chlorovodíková -


-


-


První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. Vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). Konzultujte s lékařem. [4] Chlorid draselný -


První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). V případě nevolnosti vyhledejte lékaře. [4]

Chemické rovnice: KOH + HCl → KCl + H2O

65

Výpočet: Vypočtěte hmotnost chloridu draselného, který připravíte neutralizací hydroxidu drasel-

mol. Objem kyseliny chlorovodíkové dm3

ného kyselinou chlorovodíkovou s koncentrací 1 je ten, který jste poţili k neutralizaci.


Příklad KOH + HCl → KCl + H2O

Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koefici- 1HCl → 1KCl enty látek, s nimiţ budeme počítat. Vyjádříme poměr látkových mnoţství látek, které jsme barevně označili.

n(HCl ) 1→ n(KCl ) 1

n(HCl) = n(KCl)

M(KCl) = M(K) + M(Cl)

g + 36 g mol mol g M(KCl) = 75 mol

Výpočet molárních hmotností potřebných M(KCl) = 39 látek.

Zápis obecných rovnic pro výpočet látko- n = c · V vého mnoţství.

n=

m M

n(HCl) = n(KCl) c(HCl) · V(HCl) = Dosazení do obecné rovnice. Výpočet.

m(KCl ) M(KCl )

m(KCl) = c(HCl) · V(HCl) · M(KCl) m(KCl) = 1

mol· V(HCl) · 75 g mol dm3

m(KCl) = Výsledek.

m(KCl) = Neutralizací hydroxidu draselného kyselinou chlorovodíkovou o koncentraci

Odpověď.

1

molpřipravíme … g chloridu draseldm3

ného.

66

Vlastní pracovní postup: 1. Do stojanu připevníme byretu tak, aby se pod ni pohodlně vešla titrační baňka. 2. Do titrační baňky nalijeme 20 cm3 hydroxidu draselného. 3. K hydroxidu draselnému přikápneme 3 kapky fenolftaleinu. 4. Do byrety opatrně nalijeme 15 cm3 kyseliny chlorovodíkové. 5. Z byrety do titrační baňky s hydroxidem draselným přidáváme po kapkách kyselinu chlorovodíkovou. 6. Jemným krouţivým pohybem rozmícháváme přikapanou kyselinu chlorovodíkovou v titrační baňce. 7. Kyselinu chlorovodíkovou přidáváme do úplného odbarvení roztoku v titrační baňce. 8. Odměříme přesné mnoţství přidané kyseliny chlorovodíkové. 9. Zapíšeme si objem kyseliny chlorovodíkové … V(HCl) 10. Zváţíme čistou, suchou odpařovací misku. 11. Do misky přelijeme připravený roztok chloridu sodného z titrační baňky. 12. Odpařovací misku s roztokem chloridu draselného zahříváme na trojnoţce kahanem, dokud se částečně neodpaří voda. 13. Roztok chloridu draselného necháme volně krystalizovat. 14. Vyloučené krystaly zváţíme a jejich hmotnost srovnáme s vypočítanou hmotností.

67

Aparatura: 0

Stojan

1 0 2 0 3 0 4 0 5 0

Byreta

Titrační baňka

Závěr: Neutralizací hydroxidu draselného kyselinou chlorovodíkovou jsme připravili roztok chloridu draselného, ze kterého jsme krystalizací získali čistý chlorid draselný. Při spotřebě (množství spotřebované při titraci) cm3 kyseliny chlorovodíkové jsme měli připravit (vypočítané množství KCl) g chloridu draselného. Praktický výtěţek pokusu byl (zvážené množství KCl) g. Důvody pro odlišné hmotnosti vypočítaného a připraveného mnoţství chloridu draselného mohou být tyto: -

vážili jsme nepřesně

-

vykrystalizovaný chlorid draselný nebyl čistý

68

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Co je neutralizace? (reakce kyseliny a zásady, při které vzniká sůl a voda) 2. Co je krystalizace? (metoda oddělování rozpuštěných složek stejnorodé směsi, při které dochází k vyloučení pevné složky v podobě krystalů; je to metoda čištění pevných látek) [1] 3. Kde se dá vyuţít chlorid draselný? (např. jako hnojivo))

Jméno: KARTA

Příprava vodíku reakcí

PRO ŽÁKA

zinku s kyselinou chlorovodíkovou


Úkol: 1. Vypočtěte hmotnost vodíku, který vznikl reakcí 2 g zinku Zn s kyselinou chlorovodíkovou HCl. 2. Připravte vodík reakcí zinku s kyselinou chlorovodíkovou a zjistěte jeho objem. Z naměřených hodnot vypočítejte hmotnost připraveného vodíku.

Pomůcky a laboratorní sklo: baňka s bočním vývodem, dělicí nálevka, stojan, drţáky, hadičky, skleněná trubička, skleněná vana, odměrný válec 150 cm3, zátky

Chemikálie: granulovaný zinek Zn, 10% kyselina chlorovodíková HCl

Chemické rovnice: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Výpočet: Vypočtěte hmotnost vodíku, který vznikl reakcí 2 g zinku Zn s kyselinou chlorovodíkovou HCl.

69

Vlastní pracovní postup: 1. Sestavíme aparaturu podle obrázku. 2. Naváţíme přesně 2 g zinku. 3. Zinek vloţíme do frakční baňky. 4. Do uzavřené dělicí nálevky nalijeme 20 cm3 kyseliny chlorovodíkové. 5. Odměrný válec naplníme vodou a postavíme ho dnem vzhůru do skleněné vany s vodou. 6. Hadičku vedoucí z baňky vsuneme do ústí válce. 7. Z dělicí nálevky necháme pomalu odkapávat kyselinu chlorovodíkovou na zinek. 8. Pozorujeme, jak vznikající vodík vytlačuje vodu z odměrného válce. 9. Z odměrného válce odečteme objem vzniklého vodíku a tuto hodnotu si zapíšeme. 10. Vypočítáme hmotnost vzniklého vodíku.

Aparatura:

Dělicí nálevka

Odměrnýválec

Baňkasbočním vývodem

Skleněnávana Obr. 2: Příprava vodíku [5]

Výsledky: Změřený objem vodíku: V(H2) = …… cm3 Hustota vodíku: ρ(H2) = 0,0826

kg = 0,0000826 g m3 cm3

Hmotnost vodíku: m(H2) = ρ(H2) · V(H2)

70

Dosazení: m(H2) = 0,0000826

g · změřený objem vodíku cm3

Výsledek:

Závěr: Vodík jsme připravili reakcí zinku s …………… ………………. Vypočítali jsme, ţe reakcí 2 g zinku s kyselinou chlorovodíkovou mělo vzniknout …… g vodíku. My jsme změřili objem vznikajícího vodíku: ……. cm3. Ze zadané hustoty vodíku a změřeného objem jsme vypočítali hmotnost připraveného vodíku: ... g. Důvody pro odlišné hmotnosti vypočítaného a připraveného mnoţství vodíku mohou být tyto:

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Můţete vodík připravit i jinak neţ reakcí zinku s kyselinou chlorovodíkovou? 2. Ve které skupině se vodík nachází v PSP? 3. Jak se vodík vyrábí průmyslově?

POKUS

Příprava vodíku reakcí

METODIKA PRO

Č. 7

zinku s kyselinou chloro-

UČITELE

vodíkovou Princip pokusu a jeho zařazení do RVP: Při reakci neušlechtilých kovů s kyselinou vzniká vodík. Při reakci kyseliny chlorovodíkové se zinkem najímáme vodík do odměrného válce naplněného vodou postaveného dnem vzhůru ve skleněné vaně s vodou. Odměříme objem vodíku, který vznikne při reakci a ze známé hustoty vodíku vypočítáme jeho hmotnost. ČÁSTICOVÉ SLOŢENÍ LÁTEK A CHEMICKÉ PRVKY – prvky – názvy, značky, vlastnosti a pouţití vybraných prvků, skupiny a periody v periodické soustavě chemických prvků; protonové číslo

71

Pomůcky a laboratorní sklo: frakční baňka, dělicí nálevka, stojan, drţáky, hadičky, skleněná trubička, skleněná vana, odměrný válec 150 cm3, zátky

Chemikálie: granulovaný zinek Zn, 10% kyselina chlorovodíková HCl

Bezpečnost práce: Zinek -


První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). Konzultujte s lékařem. [4] Kyselina chlorovodíková -


-


-


První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. Vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). Konzultujte s lékařem. [4]

72

Chlorid zinečnatý -


-

způsobuje těţké poleptání kůţe a poškození očí

-


První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. Vyhledejte lékařskou pomoc. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Postříkejte polyethylenglykolem 400. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. Ihned přivolejte lékaře. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. Ihned vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). Nevyvolávejte zvracení. Neprovádějte neutralizaci. Ihned přivolejte lékaře. [4]

Chemické rovnice: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Výpočet: Vypočtěte hmotnost vodíku, který vznikl reakcí 2 g zinku Zn s kyselinou chlorovodíkovou HCl.


Příklad Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koefi-

1Zn → 1H2

cienty látek, s nimiţ budeme počítat. Vyjádříme poměr látkových mnoţství látek, které jsme barevně označili.


n(Zn) 1 → n(Znl) = n(H ) n(H2) 1 g M(Zn) = 65 mol 2

M(H2) = 2 · M(H) M(H2) = 2 · 1

73

g mol

M(H2) = 2 Zápis obecné rovnice pro výpočet látkového mnoţství.

n=

g mol

m M

n(Zn) = n(H2)

m(Zn) m(H2) M(Zn) M(H2) m(Zn) M(H2) m(H ) = M(Zn) g 2g 2mol m(H ) = g 65mol 2


2

m(H2) = 0,06 g Výsledek.

m(H2) = 0,06 g Reakcí 2 g zinku s kyselinou chlorovodí-

Odpověď.

kovou připravíme 0,06 g vodíku.

Vlastní pracovní postup: 1. Sestavíme aparaturu podle obrázku. 2. Naváţíme přesně 2 g zinku. 3. Zinek vloţíme do frakční baňky. 4. Do uzavřené dělicí nálevky nalijeme 20 cm3 kyseliny chlorovodíkové. 5. Odměrný válec naplníme vodou a postavíme ho dnem vzhůru do skleněné vany s vodou. 6. Hadičku vedoucí z baňky vsuneme do ústí válce. 7. Z dělicí nálevky necháme pomalu odkapávat kyselinu chlorovodíkovou na zinek. 8. Pozorujeme, jak vznikající vodík vytlačuje vodu z odměrného válce. 9. Z odměrného válce odečteme objem vzniklého vodíku a tuto hodnotu si zapíšeme. 10. Vypočítáme hmotnost vzniklého vodíku.

74

Aparatura:

Dělicí nálevka

Odměrnýválec

Baňkasbočním vývodem

Skleněnávana Obr. 2: Příprava vodíku [5]

Výsledky: Změřený objem vodíku: V(H2) = …… cm3 Hustota vodíku: ρ(H2) = 0,0826

kg = 0,0000826 g m3 cm3

Hmotnost vodíku: m(H2) = ρ(H2) · V(H2) Dosazení: m(H2) = 0,0000826

g · změřený objem vodíku cm3

Výsledek:

Závěr: Vodík jsme připravili reakcí zinku s kyselinou chlorovodíkovou. Vypočítali jsme, ţe reakcí 2 g zinku s kyselinou chlorovodíkovou mělo vzniknout 0,06 g vodíku. My jsme změřili objem vznikajícího vodíku: změřený objem vodíku cm3. Ze zadané hustoty vodíku a změřeného objem jsme vypočítali hmotnost připraveného vodíku: vypočítaná hmotnost vodíku g. Důvody pro odlišné hmotnosti vypočítaného a připraveného mnoţství vodíku mohou být tyto: -

nepřesně jsme navážili zinek

-

v odměrném válci nebyl jenom vodík, ale z aparatury unikal i vzduch

75

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Můţete vodík připravit i jinak neţ reakcí zinku s kyselinou chlorovodíkovou? (ano, např. reakcí jiného neušlechtilého kovu s kyselinou) 2. Ve které skupině se v PSP nachází vodík? (v 1. skupině) 3. Jak se vodík vyrábí průmyslově? (ze zemního plynu, elektrolýzou vody)

Jméno: KARTA

Stanovení hmotnostního zlom-

PRO ŽÁKA

ku oxidu uhličitého CO2 v minerální vodě


Úkol: 1. Stanovte hmotnostní zlomek oxidu uhličitého CO2 v minerální vodě.

Pomůcky a laboratorní sklo: frakční baňka, odměrný válec, stojan, kahan váhy, skleněné trubičky, skleněná vana

Chemikálie: minerální voda (500 cm3), nasycený roztok chloridu sodného NaCl

Vlastní pracovní postup: 1. Zváţíme láhev s minerální vodou…m1. 2. Z láhve odlijeme přibliţně 250 cm3 minerálky do frakční baňky. 3. Zjistíme hmotnost láhve se zbytkem minerálky…m2. 4. K bočnímu vývodu frakční baňky připojíme trubičku ohnutou k jímání plynů nad kapalinou. 5. Baňku upevníme na stojan, uzavřeme zátkou a opatrně zahříváme k varu. 6. Unikající oxid uhličitý jímáme do odměrného válce nad nasyceným roztokem chloridu sodného. 7. Jakmile do odměrného válce nevniká jiţ ţádný oxid uhličitý, přestaneme frakční

76

baňku s minerálkou zahřívat a odečteme objem

oxidu uhličitého ve vál-

ci….V(CO2). 8. Vypočítáme hmotnost minerálky…m3. 9. Vypočítáme hmotnostní zlomek oxidu uhličitého v minerální vodě. [6]

Aparatura:

Stojan Odměrnýválec naplněnývodou

Hadička

Baňka sbočnímvývodem Minerální voda Kahan

Skleněnávanasvodou

Výsledky: hmotnost minerálky: m3 = m1 – m2 m3 = n(CO2) =

n(CO2) =

V(CO 2) Vm V(CO 2) 3 dm 22,4mol

n(CO2) = m(CO2) = M(CO2) · n(CO2) m(CO2) = 44

g · n(CO ) mol 2

m(CO2) = w(CO2) =

m(CO 2) m3 77

w(CO2) = w(CO2) = % Hmotnostní zlomek oxidu uhličitého CO2 ve zkoumané minerální vodě je …..

Závěr: Zjišťovali jsme hmotnostní zlomek oxidu uhličitého v minerální vodě. Z naměřeného objemu oxidu uhličitého jsme vypočítali jeho hmotnost ….. g. Poté jseme vypočítali hmotnostní zlomek oxidu uhličitého v minerální vodě….. .

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Který plyn má větší hustotu: vzduch nebo oxid uhličitý? 2. Jak vypočítáme hmotnostní zlomek? 3. V jakých jednotkách je uváděn hmotnostní zlomek?

POKUS

Stanovení hmotnostního

METODIKA

Č. 8

zlomku oxidu uhličitého

PRO UČITELE

CO2 v minerální vodě Princip pokusu a jeho zařazení do RVP: Při zahřívání minerální vody se uvolňuje oxid uhličitý, který je v ní rozpuštěný. Podle objemu uvolněného oxidu uhličitého můţeme vypočítat jeho hmotnostní zlomek ve zkoumané minerální vodě. SMĚSI – směsi – hmotnostní zlomek a koncentrace roztoku

Pomůcky a laboratorní sklo: frakční baňka, odměrný válec, stojan, kahan váhy, skleněné trubičky, skleněná vana

78

Chemikálie: minerální voda (500 cm3), nasycený roztok chloridu sodného NaCl

Vlastní pracovní postup: 1. Zváţíme láhev s minerální vodou…m1. 2. Z láhve odlijeme přibliţně 250 cm3 minerálky do frakční baňky. 3. Zjistíme hmotnost láhve se zbytkem minerálky…m2. 4. K bočnímu vývodu frakční baňky připojíme trubičku ohnutou k jímání plynů nad kapalinou. 5. Baňku upevníme na stojan, uzavřeme zátkou a opatrně zahříváme k varu. 6. Unikající oxid uhličitý jímáme do odměrného válce nad nasyceným roztokem chloridu sodného. 7. Jakmile do odměrného válce nevniká jiţ ţádný oxid uhličitý, přestaneme frakční baňku s minerálkou zahřívat a odečteme objem

oxidu uhličitého ve vál-

ci….V(CO2). 8. Vypočítáme hmotnost minerálky…m3. 9. Vypočítáme hmotnostní zlomek oxidu uhličitého v minerální vodě. [6]

Aparatura:

Stojan Odměrnýválec naplněnývodou

Hadička

Baňka sbočnímvývodem Minerální voda Kahan

Skleněnávanasvodou

Výsledky: hmotnost minerálky: m3 = m1 – m2 m3 =

79

n(CO2) =

n(CO2) =

V(CO 2) Vm V(CO 2) 3 22,4dm mol

n(CO2) = m(CO2) = M(CO2) · n(CO2) m(CO2) = 44

g · n(CO2) mol

m(CO2) = w(CO2) =

m(CO 2) m3

w(CO2) = w(CO2) = % Hmotnostní zlomek oxidu uhličitého CO2 ve zkoumané minerální vodě je vypočítaný hmotnostní zlomek.

Závěr: Zjišťovali jsme hmotnostní zlomek oxidu uhličitého v minerální vodě. Z naměřeného objemu oxidu uhličitého jsme vypočítali jeho hmotnost vypočítaná hmotnost g. Poté jsme vypočítali hmotnostní zlomek oxidu uhličitého v minerální vodě vypočítaný hmotnostní zlomek .

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Který plyn má větší hustotu: vzduch nebo oxid uhličitý? (oxid uhličitý) 2. Jak vypočítáme hmotnostní zlomek? (

(A)) w(A) mm

3. V jakých jednotkách je uváděn hmotnostní zlomek? (je to bezrozměrná veličina)

80

Jméno: KARTA

Příprava oxidu měďnatého

PRO ŽÁKA

z pentahydrátu síranu


měďnatého Úkol:

1. Vypočtěte hmotnost oxidu měďnatého CuO, který připravíte z 5 g pentahydrátu síranu měďnatého CuSO4 · 5H2O. 2. Připravte oxid měďnatý CuO z 5 g

pentahydrátu síranu měďnatého Cu-

SO4 · 5H2O a srovnejte výtěţek z vypočítanou hmotností.

Pomůcky a laboratorní sklo: kádinka 250 cm3, skelněná tyčinka, hodinové sklo, váhy, váţenka, chemická lţička, odměrný válec 100 cm3, kahan, trojnoţka, síťka s keramickou vloţkou

Chemikálie: 10% hydroxid sodný KOH, penathydrát síranu měďnatého CuSO4 · 5H2O

Chemické rovnice: CuSO4 · 5H2O + KOH → K2SO4 + Cu(OH)2 Cu(OH)2 → CuO + H2O

Výpočet: Vypočtěte hmotnost oxidu měďnatého CuO, který připravíte z 5 g pentahydrátu síranu měďnatého CuSO4 · 5H2O.

Vlastní pracovní postup: 1. Naváţíme přesně 5 g pentahydrátu síranu měďnatého a rozpustíme jej v kádince ve 100 cm3 vody. 2. Odměříme si 21 cm3 hydroxidu draselného. 3. Za neustálého míchání skelněnou tyčinkou přidáváme k roztoku v kádince odměřené mnoţství hydroxidu draselného. 4. Kádinku se směsí zakryjeme hodinovým sklem, postavíme ji na síťku na trojnoţ-

81

ce a zahříváme ji, neţ se vytvoří sraţenina. 5. Sraţeninu v kádince necháme usadit a 2x ji promyjeme 150 cm3 destilované vody. 6. Sraţeninu oddělíme od roztoku filtrací. 7. Vzniklý produkt vysušíme a zváţíme. 8. Hmotnost produktu srovnáme s vypočítanou hmotností. [6]

Aparatura:

Hodinovésklo Kádinkasesměsí CuSO4 aKOH

Trojnožka Plynovýkahan

82

Skleněnátyčinka Kádinka Filtrační nálevka sfiltračnímpapírem Filtrační kruh

Stojan

Kádinkasfiltrátem Závěr: Reakcí pentahydrátu síranu měďnatého s hydroxidem draselným vzniká síran draselný a …………………. Hydroxid měďnatý se zahříváním rozkládá na …………….. a vodu. Vypočítali jsme, ţe z 5 g pentahydrátu síranu měďnatého by mělo vzniknout ….. g oxidu měďnatého. My jsem připravili … g oxidu měďnatého. Důvody odlišných hmotností mohou být tyto ………….…...…………………………………………………………….

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Jaký je triviální název pro pentahydrát síranu měďnatého? 2. Jakou barvu má pentahydrát síranu měďnatého? 3. Jakou barvu má oxid měďnatý?

POKUS

Příprava oxidu měďnatého

METODIKA PRO

Č. 9


UČITELE

měďnatého

83

Princip pokusu a jeho zařazení do RVP: Příprava oxidu měďnatého probíhá ve dvou fázích. Nejprve reakcí roztoku síranu měďnatého s hydroxidem draselným vzniká sraţenina síranu draselného. V druhé fázi se hydroxid měďnatý zahříváním rozkládá za vzniku pevného oxidu měďnatého a vody. ANORGANICKÉ SLOUČENINY - soli kyslíkaté a nekyslíkaté – vlastnosti, pouţití vybraných solí, oxidační číslo, názvosloví

Pomůcky a laboratorní sklo: kádinka 250 cm3, skelněná tyčinka, hodinové sklo, váhy, váţenka, chemická lţička, odměrný válec 100 cm3, kahan, trojnoţka, síťka s keramickou vloţkou

Chemikálie: 10% hydroxid sodný KOH, penathydrát síranu měďnatého CuSO4 · 5H2O



-


-

dráţdí kůţi

První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody a mýdla. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Několik minut opatrně vyplachujte vodou. Vyjměte kontaktní čočky, jsou-li nasazeny a pokud je lze vyjmout snadno. Pokračujte ve vyplachování. Vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Okamţitě nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). Konzultujte s lékařem. [4] Hydroxid draselný -

způsobuje těţké poleptání

První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. Vyhledejte lékaře.

84

o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Postříkejte polyethylenglykolem 400. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Po dobu nejméně 10 minut vyplachujte široce otevřené oči velkým mnoţstvím vody. Okamţitě vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít velké mnoţství vody (i několik litrů). Nevyvolávejte zvracení. Neprovádějte neutralizaci. Ihned vyhledejte lékařskou pomoc. [4] Síran draselný -


První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch.. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (nejvýše dvě sklenice). V případě nevolnosti vyhledejte lékařskou pomoc. [4] Hydroxid vápenatý -

dráţdí kůţi

-

způsobuje váţné poškození očí

-


První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch.. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. Ihned vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (nejvýše dvě sklenice). Konzultujte s lékařem. [4] Oxid měďnatý -


85

První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch.. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (nejvýše dvě sklenice). Konzultujte s lékařem. [4]

Chemické rovnice: CuSO4 · 5H2O + KOH → K2SO4 + Cu(OH)2 Cu(OH)2 → CuO + H2O

Výpočet: Vypočtěte hmotnost oxidu měďnatého CuO, který připravíte z 5 g pentahydrátu síranu měďnatého CuSO4 · 5H2O.

Postup

Příklad

V rovnicích si barevně označíme látky, CuSO4 · 5H2O + KOH → K2SO4 + Cu(OH)2 se kterými budeme počítat.

Cu(OH)2 → CuO + H2O

Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koe- 1 CuSO4 · 5H2O → 1 CuO ficienty látek, s nimiţ budeme počítat. Vyjádříme poměr látkových mnoţství látek, které jsme barevně označili.

n(CuSO 4 5H2O) 1 → n(CuO ) 1 n(CuSO4 · 5H2O) = n(CuO) M(CuSO4 · 5H2O) = M(Cu) + M(S) + 4 · M(O) + 5 · [2 · M(H) + M(O)]

g + 32 g + mol mol g + 5 · [2 · 1 g + 16 g ] 4 · 16 mol mol mol g M(CuSO4 · 5H2O) = 250 mol M(CuSO4 · 5H2O) = 64


M(CuO) = M(Cu) + M(O)

86

g + 16 g mol mol g M(CuO) = 80 mol m n= M M(CuO) = 64

Zápis obecné rovnice pro výpočet látkového mnoţství.

n(CuSO4 · 5H2O) = n(CuO)


m(CuSO ) 4 5H2O) m(CuO M(CuSO ) 4 5H2O) M(CuO m(CuSO ) 4 5H2O) M(CuO m(CuO) = M(CuSO 4 5H2O) g 5g 80mol m(CuO) = g 250mol m(CuO) = 1,6 g

Výsledek.

m(CuO) = 1,6 g Z 5 g pentahydrátu síranu měďnatého mů-

Odpověď.

žeme připravit 1,6 g oxidu měďnatého.

Vlastní pracovní postup: 1. Naváţíme přesně 5 g pentahydrátu síranu měďnatého a rozpustíme jej v kádince ve 100 cm3 vody. 2. Odměříme si 21 cm3 hydroxidu draselného. 3. Za neustálého míchání skelněnou tyčinkou přidáváme k roztoku v kádince odměřené mnoţství hydroxidu draselného. 4. Kádinku se směsí zakryjeme hodinovým sklem, postavíme ji na síťku na trojnoţce a zahříváme ji, neţ se vytvoří sraţenina. 5. Sraţeninu v kádince necháme usadit a 2x ji promyjeme 150 cm3 destilované vody. 6. Sraţeninu oddělíme od roztoku filtrací. 7. Vzniklý produkt vysušíme a zváţíme. 8. Hmotnost produktu srovnáme s vypočítanou hmotností. [6]

87

Aparatura:

Hodinovésklo Kádinkasesměsí CuSO4 aKOH

Trojnožka Plynovýkahan

Skleněnátyčinka Stojan

Kádinka Filtrační nálevka sfiltračnímpapírem Filtrační kruh Kádinkasfiltrátem

Závěr: Reakcí pentahydrátu síranu měďnatého s hydroxidem draselným vzniká síran draselný a hydroxid měďnatý. Hydroxid měďnatý se zahříváním rozkládá na oxid měďnatý a vodu. Vypočítali jsme, ţe z 5 g pentahydrátu síranu měďnatého by mělo vzniknout 1,6 g oxidu měďnatého. My jsem připravili připravené množství g oxidu měďnatého. Důvody odlišných hmotností mohou být tyto: -

špatně jsme navážili pentahydrát síranu měďnatého

-

pracovali jsme nepřesně

88

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Jaký je triviální název pro pentahydrát síranu měďnatého? (modrá skalice) 2. Jakou barvu má pentahydrát síranu měďnatého? (modrou) 3. Jakou barvu má oxid měďnatý? (černou)

Jméno: KARTA

Příprava mědi

PRO ŽÁKA

z pentahydrátu síranu měďnatého


Úkol: 1. Vypočtěte hmotnost mědi, kterou připravíte z 5 g pentahydrátu síranu měďnatého. 2. Připravte měď z pentahydrátu síranu měďnatého a srovnejte výtěţek reakce z vypočítanou hodnotou.

Pomůcky a laboratorní sklo: kádinka 250 cm3, kádinka 150 cm3, skelněná tyčinka, váhy, váţenka, chemická lţička, odměrný válec 50 cm3, filtrační nálevka, filtrační papír

Chemikálie: penathydrát síranu měďnatého CuSO4 · 5H2O, 10% kyselina chlorovodíková HCl, práškový zinek Zn

Chemické rovnice: CuSO4 · 5H2O + Zn → Cu + ZnSO4 + 5H2O

Výpočet: Vypočtěte hmotnost mědi, kterou připravíte z 5 g pentahydrátu síranu měďnatého CuSO4 · 5H2O reakcí se zinkem.

89

Vlastní pracovní postup: 1. Naváţíme přesně 5 g pentahydrátu síranu měďnatého a toto mnoţství rozpustíme ve 45 cm3 vody. 2. Do takto připraveného roztoku odváţíme přesně 1,3 g práškového zinku. 3. Zinek v kádince s roztokem síranu měďnatého důkladně promícháme skleněnou tyčinkou. 4. Odměříme 10 cm3 kyseliny chlorovodíkové a opatrně ji nalijeme do kádinky. 5. Jakmile se přestane vyvíjet vodík (neuvidíme bublinky unikajícího plynu), přefiltrujeme vzniklou směs. 6. Měď, která se zachytila na filtračním papíru, zváţíme a hmotnost srovnáme s vypočítanou hodnotou.

Aparatura:

KádinkasCuSO4 Zinek Skleněnátyčinka Stojan


90

Závěr: Reakcí pentahydrátu síranu měďnatého se zinkem jsme připravili …….. a síran zinečnatý. Po přidání kyseliny chlorovodíkové k reakční směsi, se v kádince vyvíjel ……….. . Výpočtem jsme zjistili, ţe z 5 g pentahydrátu síranu měďnatého připravíme … g mědi. Pokusem jsme připravili … g mědi. Hmotnosti se liší z těchto důvodů:………………… ………………………………………………………………………..

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Jakou barvu má měď? 2. Doplň produkty reakce: Zn + 2HCl → ………………….. 3.

Jak se změnila barva roztoku síranu měďnatého po reakci?

POKUS

Příprava mědi

METODIKA

Č. 10


PRO UČITELE

měďnatého Princip pokusu a jeho zařazení do RVP: Měď připravíme reakcí roztoku síranu měďnatého se zinkem. Nezreagovaný zinek odstraníme přidáním kyseliny chlorovodíkové do reakční soustavy. Jakmile se přestane vyvíjet vodík, můţeme směs přefiltrovat a tak získáme vzniklou měď. ANORGANICKÉ SLOUČENINY - soli kyslíkaté a nekyslíkaté – vlastnosti, pouţití vybraných solí, oxidační číslo, názvosloví

Pomůcky a laboratorní sklo: kádinka 250 cm3, kádinka 150 cm3, skelněná tyčinka, váhy, váţenka, chemická lţička, odměrný válec 50 cm3, filtrační nálevka, filtrační papír

Chemikálie: penathydrát síranu měďnatého CuSO4 · 5H2O, 10% kyselina chlorovodíková HCl, práškový zinek Zn

91



-


-

dráţdí kůţi

První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody a mýdla. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Několik minut opatrně vyplachujte vodou. Vyjměte kontaktní čočky, jsou-li nasazeny a pokud je lze vyjmout snadno. Pokračujte ve vyplachování. Vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Okamţitě nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). Konzultujte s lékařem. [4] Zinek -


První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). Konzultujte s lékařem. [4] Kyselina chlorovodíková -


-


-


První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv.

92

o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. Vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). Konzultujte s lékařem. [4] Měď -

hořlavá látka

První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. Vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít vodu (maximálně dvě sklenice). V případě nevolnosti vyhledejte lékaře. [4] Síran zinečnatý -


První pomoc: o PO NADÝCHÁNÍ: Přejděte na čerstvý vzduch. o PŘI KONTAKTU S POKOŢKOU: Opláchněte velkým mnoţstvím vody. Okamţitě svlékněte kontaminovaný oděv. o PŘI ZASAŢENÍ OČÍ: Vypláchněte velkým mnoţstvím vody. Vyhledejte očního lékaře. o PO POŢITÍ: Nechejte postiţeného vypít velké mnoţství vody. Vyhledejte lékařskou pomoc. [4]

Chemické rovnice: CuSO4 · 5H2O + Zn → Cu + ZnSO4 + 5H2O

Výpočet: Vypočtěte hmotnost mědi, kterou připravíte z 5 g pentahydrátu síranu měďnatého CuSO4 · 5H2O reakcí se zinkem.

93

Postup

Příklad

V rovnicích si barevně označíme látky, CuSO4 · 5H2O + Zn → Cu + ZnSO4 + se kterými budeme počítat.

5H2O

Zapíšeme si zjednodušenou rovnici, ve které zdůrazníme stechiometrické koe-

1 CuSO4 · 5H2O → 1 Cu

ficienty látek, s nimiţ budeme počítat. Vyjádříme poměr látkových mnoţství látek, které jsme barevně označili.

n(CuSO 4 5H2O) 1 → n(Cu) 1 n(CuSO4 · 5H2O) = n(Cu) M(CuSO4 · 5H2O) = M(Cu) + M(S) + 4 · M(O) + 5 · [2 · M(H) + M(O)]

g + 32 g + mol mol g + 5 · [2 · 1 g + 16 g ] 4 · 16 mol mol mol g M(CuSO4 · 5H2O) = 250 mol g M(Cu) = 64 mol m n= M M(CuSO4 · 5H2O) = 64


Zápis obecné rovnice pro výpočet látkového mnoţství.

n(CuSO4 · 5H2O) = n(Cu)


m(CuSO ) 4 5H2O) m(Cu M(CuSO ) 4 5H2O) M(Cu m(CuSO ) 4 5H2O) M(Cu m(Cu) = M(CuSO 4 5H2O) g 5g 64mol m(Cu) = g 250mol m(Cu) = 1,3 g

Výsledek.

m(Cu) = 1,3 g Z 5 g pentahydrátu síranu měďnatého mů-

Odpověď.

žeme připravit 1,3 g mědi.

94

Vlastní pracovní postup: 1. Naváţíme přesně 5 g pentahydrátu síranu měďnatého a toto mnoţství rozpustíme ve 45 cm3 vody. 2. Do takto připraveného roztoku odváţíme přesně 1,3 g práškového zinku. 3. Zinek v kádince s roztokem síranu měďnatého důkladně promícháme skleněnou tyčinkou. 4. Odměříme 10 cm3 kyseliny chlorovodíkové a opatrně ji nalijeme do kádinky. 5. Jakmile se přestane vyvíjet vodík (neuvidíme bublinky unikajícího plynu), přefiltrujeme vzniklou směs. 6. Měď, která se zachytila na filtračním papíru, zváţíme a hmotnost srovnáme s vypočítanou hodnotou.

Aparatura:

KádinkasCuSO4 Zinek Skleněnátyčinka Stojan


95

Závěr: Reakcí pentahydrátu síranu měďnatého se zinkem jsme připravili měď a síran zinečnatý. Po přidání kyseliny chlorovodíkové k reakční směsi, se v kádince vyvíjel vodík . Výpočtem jsme zjistili, ţe z 5 g pentahydrátu síranu měďnatého připravíme 1,3 g mědi. Pokusem jsme připravili připravené množsví g mědi. Hmotnosti se liší z těchto důvodů: -

nepřesně jsme navážili pentahydrát síranu měďnatého nebo zinek

-

pracovali jsme nepřesně

Otázky a odpovědi k pokusu: 1. Jakou barvu má měď? (červenohnědou) 2. Doplň produkty reakce: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 3.

Jak se změnila barva roztoku po reakci? (roztok byl původně modrý a pak se změnil na bezbarvý)

96

5. Matematický aparát V kapitole jsou uvedeny matematické výpočty, které jsou potřebné pro zvládnutí náleţitých chemických výpočtů.

5. 1 Rovnice Rovnice je rovnost dvou výrazů, ve které musí být alespoň jedna neznámá (proměnná). Řešit rovnici znamená hledat všechna taková čísla, pro která se výraz na levé straně rovnice rovná výrazu na pravé straně. Taková čísla se nazývají kořeny rovnice. V rovnici x + 1 = 6 je x neznámá, 5 je kořen rovnice. Kořeny rovnice hledáme tak, ţe upravujeme levou i pravou stranu rovnice a snaţíme se „osamostatnit“ neznámou. Provádíme ovšem jen takové úpravy, aby upravená rovnice měla přesně stejné kořeny jako rovnice původní. O takových úpravách rovnice říkáme, ţe jsou ekvivalentní. [7] Rovnici můţeme upravovat tak, ţe ke kaţdé straně přičteme stejné číslo: k rovnici x – 14 = 37 můţeme přičíst 14 a dostaneme: x – 14 + 14 = 37 + 14 x = 51

Zkouška: 51 – 14 = 37

Od obou stran rovnice můţeme stejné číslo i odečíst. Například v rovnici z + 45 = 68 můţeme od obou stran rovnice odečíst číslo 45. z + 45 – 45 = 68 – 45 z = 23 Číslo 23 je kořenem zadané rovnice => L = P Například číslo 22 ale není kořen této rovnice. Dosadíme-li, dostaneme 22 + 45 = 68, takţe L≠P Stručně můţeme naznačené úpravy zapisovat takto: z + 45 = 68 / - 45 Vyjadřujeme, že odečítáme číslo 45 od obou stran rovnice. Za lomítkem naznačujeme i další úpravy. Můţeme například přičíst k oběma stranám rovnice výraz x. Kořeny rovnice se nezmění, kdyţ k oběma stranám přičteme stejný výraz nebo od obou stran odečteme stejný výraz. A také můţeme vzájemně zaměnit strany rovnice: 445 – x = 168 / + x přičtení výrazu 445 – x + x = 168 + x

97

445 = 168 + x 445 – 168 = 168 – 168 + x 227 = x

/ záměna stran rovnice

x = 227 Součástí řešení rovnice musí být vždy zkouška správnosti! [7] Rovnice můţeme upravovat i jinak neţ přičítáním a odčítáním čísel nebo výrazů: o Obě strany rovnice můţeme vynásobit stejným číslem různým od nuly. o Obě strany rovnice můţeme vydělit stejným číslem různým od nuly. o Kdyţ převádíme na druhou stranu rovnice číslo různé od nuly, kterým jsme násobili, musíme jím na druhé straně vydělit. Číslo, kterým dělíme, převedeme na druhou stranu tak, ţe jím druhou stranu vynásobíme. [7] Následující úpravy rovnic nemění jejich kořeny, to znamená ţe jsou ekvivalentní: přičtení (odečtení) stejného čísla k oběma stranám rovnice přičtení (odečtení) stejného mnohočlenu k oběma stranám rovnice vynásobení (vydělení) obou stran rovnice stejným číslem různým od nuly vzájemná záměna levé a pravé strany Rovnice, které lze ekvivalentními úpravami převést na tvar ax = b, kde a, b jsou nějaká čísla, a ≠ 0 a x je neznámá, se nazývají lineární. [7]

Přehled ekvivalentních úprav rovnic: Přičtení stejného

Odečtení stejného

čísla

čísla

x–3=2

/ +3

x -3 + 3 = 2 + 3 x=5

Násobení stejným

Dělení stejným

číslem různým od

číslem různým od

nuly

nuly

x=3 2

x + 6 = 8 / -6

/ ·2

x·2=3·2 2

x+6–6=8-6 x=2

x=6

2x = 6

2x : 2 = 6: 2 x=3

5.2 Přímá a nepřímá úměrnost Přímá úměrnost Přímá úměrnost je taková závislost proměnné y na proměnné x, pro kterou platí:

98

/ :2

kolikrát se zvětší hodnota x, tolikrát se zvětší hodnota y kolikrát se zmenší hodnota x, tolikrát se zmenší hodnota y hodnoty y a x se mění ve stejném poměru říkáme, ţe proměnná y je přímo úměrná proměnné x [8] [7]

3x se zvětší 2x se zvětší

x

1

2

3

y

4

8

12

2x se zvětší 3x se zvětší

Nepřímá úměrnost Nepřímá úměrnost je taková závislost proměnné y na proměnné x, pro kterou platí: kolikrát se zvětší hodnota x, tolikrát se zmenší hodnota y kolikrát se zmenší hodnota x, tolikrát se zvětší hodnota y hodnoty y a x se mění v převrácených poměrech říkáme, ţe proměnná y je nepřímo úměrná proměnné x [8] [7]

2x se zvětší

x

1

2

y

6

3

2x se zmenší 99

Trojčlenka Trojčlenka je postup řešení úlohy, který vede: k sestavení dvou poměrů s jedním neznámým členem k výpočtu neznámého členu Tři členy v poměrech jsou známé, jeden člen je neznámý. [8] [7] Hodnoty známých členů a členu neznámého se zapisují podle šipek do poměru. Do schématu vyznačíme šipkami úměrnost: a) přímá úměrnost → souhlasně orientované šipky 5 ţvýkaček. ............................ 10 Kč 10 ţvýkaček. .......................... x Kč b) nepřímá úměrnost → nesouhlasně orientované šipky 3 dělníci.................................. 6 dní 6 dělníků. ............................... x dní

100

6. Orientační výzkum 6.1 Návrh orientačního výzkumu Cíle výzkumu: 1. Porovnání učebního materiálu vytvořeného v této diplomové práci s učebním textem obsaţeným v učebnici Základy chemie 1 (P. Beneš, V. Pumpr, J. Banýr) [9] 2. Ověření schopnosti ţáků zvládnout jednoduché chemické výpočty. 3. Ověření správnosti zadaných příkladů vytvořených pro diplomovou práci. 4. Zjištění obtíţnosti a zajímavosti jednotlivých příkladů. Zkoumaná jednotka: třídy 8.A a 8.B (ZŠ a MŠ Dr. Joklíka, Kyjov) Časová dotace: 7 vyučovacích hodin Realizace výzkumu: 1. vyučovací hodina: teorie a procvičení výpočtů molární hmotnosti o třída 8.A – podle materiálu z diplomové práce (viz teorie Molární hmotnost) o třída 8.B – podle učebnice Základy chemie 1 [9] 2. vyučovací hodina: teorie a procvičení výpočtů látkové mnoţství o třída 8.A – podle materiálu z diplomové práce (viz teorie Látkové mnoţství) o třída 8.B – podle učebnice Základy chemie 1 [9] 3. vyučovací hodina: teorie a procvičení výpočtů látková koncentrace o třída 8.A – podle materiálu z diplomové práce (viz teorie Látková koncentrace) o třída 8.B – podle učebnice Základy chemie 1 [9] 4. vyučovací hodina: teorie a procvičení výpočtů z chemického vzorce o třída 8.A – podle materiálu z diplomové práce (viz teorie Výpočty z chemického vzorce) o třída 8.B – podle učebnice Základy chemie 1 [9] 5. vyučovací hodina: teorie a procvičení výpočtů z chemické rovnice o třída 8.A – podle materiálu z diplomové práce (viz teorie Výpočty z chemické rovnice) o třída 8.B – podle učebnice Základy chemie 1 [9] 6. vyučovací hodina: písemná práce (zadání viz Příloha č.2) 7. vyučovací hodina: předání opravené a vyhodnocené písemné práce ţákům (bodové hodnocení viz Příloha č.3), vyplnění dotazníku (viz Příloha č.4)

101

6.2 Průběh orientačního výzkumu Výzkum byl proveden na ZŠ a MŠ Dr. Joklíka v Kyjově v průběhu měsíců ledna a února 2011 ve třídách 8.A a 8.B. Chemii na této škole vyučuje Ing. Hana Robková. Průběh vyučovacích hodin: 8.A – vyučovaná podle učebního textu diplomové práce 1. vyučovací hodina 8:00 – příchod do třídy, seznámení se s ţáky 8:05 – rozdání učebního textu (molární hmotnost) 8:07 – probrání teorie k výpočtu molární hmotnosti 8:25 – procvičení výpočtů 8:43 – zadání domácího úkolu 8:45 – odchod ze třídy 2. vyučovací hodina 10:00 – příchod do třídy, pozdravení se s ţáky 10:02 – kontrola domácího úkolu 10:10 – rozdání učebního textu (látkové mnoţství) 10:12 – probrání teorie k výpočtu látkového mnoţství 10:25 – procvičení výpočtů 10:43 – zadání domácího úkolu 10:45 – odchod ze třídy 3. vyučovací hodina 8:00 – příchod do třídy, pozdravení se s ţáky 8:02 – kontrola domácího úkolu 8:10 – rozdání učebního textu (látková koncentrace) 8:12 – probrání teorie k výpočtu látkové koncentrace 8:25 – procvičení výpočtů 8:43 – zadání domácího úkolu 102

8:45 – odchod ze třídy 4. vyučovací hodina 10:00 – příchod do třídy, pozdravení se s ţáky 10:02 – kontrola domácího úkolu 10:10 – rozdání učebního textu (výpočty z chemického vzorce) 10:12 – probrání teorie k výpočtu z chemického vzorce 10:25 – procvičení výpočtů 10:43 – zadání domácího úkolu 10:45 – odchod ze třídy 5. vyučovací hodina 8:00 – příchod do třídy, pozdravení se s ţáky 8:02 – rozdání učebního textu (výpočty z chemické rovnice) 8:10 – probrání teorie k výpočtu z chemické rovnice 8:12 – procvičení výpočtů 8:43 – zadání domácího úkolu, oznámení o písemce v následující hodině chemie 8:45 – odchod ze třídy 6. vyučovací hodina 10:00 – příchod do třídy, pozdravení se s ţáky 10:02 – kontrola domácího úkolu, zodpovězení dotazů 10:15 – rozdání písemné práce 10:43 – odevzdání písemné práce 10:45 – odchod ze třídy 7. vyučovací hodina 8:00 – příchod do třídy, pozdravení se s ţáky 8:02 – rozdání opravených písemných prací a dotazníků 8:05 – vyplnění dotazníků

103

8:15 – odevzdání dotazníků 8:17 – poděkování, rozloučení se s ţáky 8:20 – ţáci pokračují v hodině s paní učitelkou

8.B – vyučovaná podle učebnice Základy chemie 1 1. vyučovací hodina 8:00 – příchod do třídy, seznámení se s ţáky 8:05 – nalistování učebního textu (str. 73) v učebnici Základy chemie 1 (molární hmotnost) 8:07 – probrání teorie k výpočtu molární hmotnosti podle učebnice 8:25 – procvičení výpočtů 8:43 – zadání domácího úkolu 8:45 – odchod ze třídy 2. vyučovací hodina 10:00 – příchod do třídy, pozdravení se s ţáky 10:02 – kontrola domácího úkolu 10:10 – nalistování učebního textu (str. 72 – 73) v učebnici Základy chemie 1 (látkové mnoţství) 10:12 – probrání teorie k výpočtu látkového mnoţství 10:25 – procvičení výpočtů 10:43 – zadání domácího úkolu 10:45 – odchod ze třídy 3. vyučovací hodina 8:00 – příchod do třídy, pozdravení se s ţáky 8:02 – kontrola domácího úkolu 8:10 – nalistování učebního textu (str. 72) v učebnici Základy chemie 1 (látková koncentrace) 8:12 – probrání teorie k výpočtu látkové koncentrace 104

8:25 – procvičení výpočtů 8:43 – zadání domácího úkolu 8:45 – odchod ze třídy 4. vyučovací hodina 10:00 – příchod do třídy, pozdravení se s ţáky 10:02 – kontrola domácího úkolu 10:10 – nalistování učebního textu (str. 79) v učebnici Základy chemie 1 (výpočty z chemického vzorce) 10:12 – probrání teorie k výpočtu z chemického vzorce 10:25 – procvičení výpočtů 10:43 – zadání domácího úkolu 10:45 – odchod ze třídy 5. vyučovací hodina 8:00 – příchod do třídy, pozdravení se s ţáky 8:02 – nalistování učebního textu (str. 79 – 80) v učebnici Základy chemie 1 (výpočty z chemické rovnice) 8:10 – probrání teorie k výpočtu z chemické rovnice 8:12 – procvičení výpočtů 8:43 – zadání domácího úkolu, oznámení o písemce v následující hodině chemie 8:45 – odchod ze třídy 6. vyučovací hodina 10:00 – příchod do třídy, pozdravení se s ţáky 10:02 – kontrola domácího úkolu, zodpovězení dotazů 10:15 – rozdání písemné práce 10:43 – odevzdání písemné práce 10:45 – odchod ze třídy 7. vyučovací hodina 105

8:00 – příchod do třídy, pozdravení se s ţáky 8:02 – rozdání opravených písemných prací a dotazníků 8:05 – vyplnění dotazníků 8:15 – odevzdání dotazníků 8:17 – poděkování, rozloučení se s ţáky 8:20 – ţáci pokračují v hodině s paní učitelkou

6.3 Vyhodnocení orientačního výzkumu Písemnou práci vypracovalo celkem 38 ţáků (20 ţáků z 8.A a 18 ţáků z 8.B). Dotazník následně vyplnil stejný počet ţáků. Otázka č. 1: Zakroužkuj variantu tvého testu: Varianta písemné práce 25

21

Počet žáků

20

17

15 Řada1 10 5 0 A

B Varianta písem né práce

Protoţe někteří ţáci seděli vedle sebe, byly jim rozdány dvě varianty písemné práce, aby od sebe nemohli opisovat a výsledky byly objektivní. Několik ţáků sedělo v lavici samo, proto je počet ţáků, kteří měli variantu A písemné práce, odlišný od počtu ţáků, kteří měli variantu B písemné práce.

106

Otázka č. 2: Jakou známku jsi dostal(a)? Vyhodnocení písemné práce 12 10

Počet žáků

10 8 6 6

Řada1

5 4

4

Řada2

4

3 2

2

2

1

1

0 1

2

3

4

5

Znám ka

Výsledky písemné práce nejsou moc příznivé, průměrná známka byla trojka. Z grafu můţeme vyčíst, ţe třída 8. A dopadla lépe neţ třída 8. B. Důvodem ovšem můţe být nepřítomnost ţáků, kteří by podle dosavadních studijních výsledků mohli písemnou práci napsat lépe neţ dobře. Známky z písemné práce v kaţdé třídě ovšem odpovídají průměrným dosahovaným výsledkům během školního roku, kdy jen málo ţáků má z chemie hodnocení výborně nebo chvalitebně. Nejvíce ţáků má hodnocení dobře. Menší mnoţství ţáků je hodnoceno dostatečně popř. nedostatečně. Otázka č. 3: Napiš číslo příkladu, který byl pro tebe: a) nejlehčí

Počet žáků

Nejlehčí úkol 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

18 18

Řada1 Řada2 2 0 1

0 2

0

0

3

0 4

Číslo příkladu

107

0

0 5

b) nejtěžší Nejtěžší úkol 14

12

Počet žáků

12 10

8

7

8

8 Řada1 Řada2

6 4 2

0

0

0

0

2

1

0 1

2

3

4

5

Číslo příkladu

V případě nejjednoduššího příkladu se ţáci shodli téměř všichni, kdyţ napsali do odpovědi úkol číslo 1. Tento úkol byl zaměřen na výpočet molární hmotnosti. Jen dvěma testovaným připadal nejlehčí třetí úkol, který zaměřen na výpočet látkové koncentrace. U nejobtíţnějšího úkolu uţ ţáci váhali mezi příklady na výpočet z chemického vzorce nebo z chemické rovnice, jen velmi málo ţáků označilo za nejtěţší úkol na výpočet látkové koncentrace. Při opravování písemné práce bylo zřejmé, ţe první úkol zvládli skoro všichni ţáci, naopak poslední dva úkoly vyřešil jen málokdo. Otázka č. 4: Napiš číslo příkladu, jehož zadání bylo pro tebe: a) nejzábavnější Nejzábavnější úkol 14

13 11

Počet žáků

12 10 8

Řada1

6

6

Řada2

4

4

2

1

2

0

0

1

0

0 1

2

3

4

Číslo příkladu

108

5

b) nejnudnější

Počet žáků

Nejnudnější úkol 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

9 7

7

5

Řada1 3

3

Řada2

3

1 0

0

1

2

3

4

5

Číslo příkladu

Při posuzování zábavnosti jednotlivých příkladů se ţáci shodovali. Pokud šlo o rozhodování o nejzábavnějším úkolu, tím si ţáci zvolili příklad označený číslem jedna zaměřený na výpočet molární hmotnosti. Několika ţákům připadl nejzábavnější úkol číslo dva, který se soustředí na výpočet látkového mnoţství. Našli se i ţáci, pro které byly zábavné i ostatní úkoly, ale jednalo se spíše o výjimky. Při rozmýšlení o nejnudnějším úkolu a označení jednoho z nabízených se ţáci ve svých názorech dost odlišují. Nejvíce ţákům připadl nejméně zábavný poslední či předposlední úkol. Mnozí ţáci ovšem označili i jiné příklady. Je tedy zřejmé, ţe většinu ţáků baví tytéţ příklady. Příklady, u kterých se nudí, jsou různé. Otázka č. 5: Který(é) úkol(y) jsi nevyřešil(a)? Nevyřešené příklady 16

14 14

15

14

14

Počet žáků

12

10

10

8

Řada1

7

8

Řada2

6 4

10

4

3

2 0 1

2

3

4

Číslo příkladu

109

5

Jen málokterý ţák vyřešil všechny úkoly, proto je tento graf více zaplněný. Nejméně ţáků vyřešilo poslední dva úkoly, současně je ţáci označili za nejobtíţnější. Někteří ţáci nevyřešili ani první úkol, který se jim zdál nejlehčí. Ovšem neznamená to, ţe by nevyřešili vůbec nic, pokusili se vypočítat alespoň molární hmotnosti některých sloučenin z prvního úkolu. Při opravování písemné práce jsem zjistila, ţe několik ţáků si správně napsalo vzorec, který vedl k vyřešení příkladu, ale uţ nebyli schopni do tohoto vzorce správně dosadit. Proto jsem ţákům přičítala body i za správně napsaný vzorec. Z toho důvodu je počet nevyřešených příkladů tak vysoký i kdyţ známky z písemné práce jsou relativně dobré. Otázka č. 6: Bylo pro tebe zadání některého úkolu nesrozumitelné? Jestli ano, napiš číslo tohoto příkladu. U této otázky ţádný z ţáků volné pole k odpovědi nevyplnil. Všichni tedy zadání příkladů rozuměli. Pouze při psaní písemné práce jeden ţák přihlásil, ţe nerozumí příkladu číslo tři ve variantě B. Šlo ale jen o nedorozumění, ţák si nepozorně přečetl zadání. Otázka č. 7: Baví tě chemie? Zájem o chemii 16

14

14

Počet žáků

12 9

10

9 Řada1

8

6

Řada2

6 4 2 0 1 Ano

2 Ne Typ odpovědi

Odpověď na tuto otázku závisí na paní učitelce, která ţáky chemii učí, a taky na postoji jednotlivých ţáků ke škole a k učení. Protoţe více odpovědí bylo kladných, je zřejmé, ţe paní učitelka probudila u ţáků zájem o chemii.

110

Otázka č. 8: Baví tě matematika? Zájem o matematiku 12

11 10

10

Počet žáků

10 8

7 Řada1

6

Řada2

4 2 0 1 Ano

2 Ne Typ odpovědi

Ve srovnání se zájmem o chemii je u ţáků zájem o matematiku menší. Objevilo se více záporných odpovědí. Je překvapivé, ţe ţáky více zajímá chemie neţ matematika. Oba předměty patří k méně oblíbeným na základní škole. Ovšem zájem ţáků o tyto předměty se odvíjí od přístupu učitelů jednotlivých předmětů. Otázka č. 9: Učili jste se v matematice počítání s trojčlenkou? V odpovědi na tuto otázku se ţáci stoprocentně shodli. Všichni si byli jisti, ţe se počítat trojčlenkou učili. Většinou se ţáci naučí počítat procenta pomocí trojčlenky, coţ je učivo sedmého ročníku. Proto všichni shodně odpovídali, ţe toto učivo jiţ probírali. Otázka č. 10: Dokážeš řešit příklady v matematice trojčlenkou? Schopnost řešit příklady v matematice trojčlenkou 14

12

11

Počet žáků

12 10

9

8

6

6 4 2 0 1 Ano

2 Ne Typ odpovědi

111

Řada1 Řada2

Ţáci se sice s trojčlenkou v matematice setkali jiţ v sedmém ročníku, ovšem asi jen málo přes polovinu z nich dokáţe řešit příklady pomocí trojčlenky. Uvedená skutečnost je tedy odpovědí na to, proč tolik ţáků nebylo schopno vyřešit příklady z písemné práce, které se musí řešit pomocí trojčlenky. V případě, ţe ţáci měli na výběr, tedy řešit příklad pomocí vzorce nebo trojčlenky, vybírali si většinou vzorec. Otázka č. 11: Učili jste se v matematice počítání pomocí rovnic? V odpovědi na tuto otázku se ţáci taky shodovali. Je to logické, neboť rovnice se řadí v matematice k učivu osmého ročníku a po informování od ţáků, kdy mi sdělili, ţe zrovna rovnice krátce před začátkem mého výzkumu probírali, nemohli ani odpovědět jinak. Otázka č. 12: Dokážeš řešit v matematice rovnice? Schopnost řešit příklady v matematice rovnicí 16

15

14

14

Počet žáků

12 10

Řada1

8

6

Řada2

6 3

4 2 0 1 Ano

Ne2 Typ odpovědi

Více ţáků dokáţe řešit v matematice rovnice neţ trojčlenku. Výsledek můţe záleţet na tom, ţe ţáci jiţ zapomněli učivo související s výpočty trojčlenkou.

112

Otázka č. 13: Pochopil(a) jsi chemické výpočty? a) molární hmotnost Pochopení teorie k výpočtům molární hmotnosti 18

17

16

14

Počet žáků

14 12 10

Řada1

8

Řada2

6

4

3

4 2 0 1 Ano

Ne2 Typ odpovědi

b) látkové množství Pochopení teorie k výpočtům látkového množství 16

14

14

12

Počet žáků

12 10

Řada1

8

6

6

6 4 2 0

Ne2

1 Ano Typ odpovědi

113

Řada2

c) látková koncentrace Pochopení teorie k výpočtům látkové koncentrace 16

15

14

Počet žáků

12 9

10

9 Řada1

8

Řada2

5

6 4 2 0 1 Ano

2 Ne Typ odpovědi

d) výpočty z chemického vzorce Pochopení teorie k výpočtům z chemického vzorce 16

14

14

Počet žáků

12

10

10

8

Řada1

8

Řada2

6

4

4 2 0 1 Ano

2 Ne Typ odpovědi

114

e) výpočty z chemické rovnice Pochopení teorie k výpočtům z chemické rovnice 14

12

Počet žáků

12

10

10

8

8

8

Řada1

6

Řada2

4 2 0 1 Ano

2 Ne Typ odpovědi

Nejvíce ţáků pochopilo teorii k výpočtům molární hmotnosti. Se zvyšováním obtíţnosti chemických výpočtů se sniţoval počet ţáků, kteří jsou schopni tyto příklady vypočítat. Proto nejméně ţáků chápe postup při výpočtech z chemické rovnice. Návod, jak vyřešit příklad na výpočet z chemické rovnice, obsahuje několik kroků a ţákům dělá problémy si je všechny zapamatovat tak, jak následují po sobě. Proto se výpočty z chemické rovnice řadí mezi nejobtíţnější chemické výpočty. Otázka č. 14: Který typ chemických výpočtu byl pro tebe: a) nejtěžší Nejtežší typ chemických výpočtů 13

14 11

Počet žáků

12 10 8

8.A

6 3

4 2

0

8.B

4 2

0

2

2

1

0 molární hmotnost

látkové množství

látková koncentrace

výpočet z chemického vzorce

Typ chem ických výpočtů

115

výpočet z chemické rovnice

b) nejlehčí

Počet žáků

Nejlehčí typ chemických výpočtů 16 14 12 10 8 6 4 2 0

14

14

8.A 8.B

5 3 1 molární hmotnost

látkové množství

1

látková koncentrace

0

0

0

výpočet z chemického vzorce

0

výpočet z chemické rovnice

Typ chem ických výpočtů

Pro ţáky je jednoznačně nejobtíţnější výpočet z chemické rovnice. Všeobecně se jedná o nejnáročnější typ chemických výpočtů a ţákům řešení tohoto typu příkladů dělá největší problémy. Jen málokterý ţák dokáţe správně pochopit a poté vyřešit příklad, který je zaměřen na výpočet z chemické rovnice. Naopak většina ţáků je schopna vypočítat molární hmotnosti základních látek, o kterých se učí na základní škole. Ti, kteří se za nejjednodušší typ chemických výpočtů vybrali látkové mnoţství, pravděpodobně rádi počítají příklady, například ve fyzice, pomocí vzorce, a proto je pro ně lehčí zapamatovat si příslušný vzorec a jednoduše do něj dosadit. Otázka č. 15: Výpočty z chemických rovnic můžeš řešit pomocí trojčlenky nebo pomocí vzorce. Kterým způsobem řešíš tento typ příkladů ty? Výběr mezi trojčlenkou a vzorcem při řešení příkladů v chemii 13

14

12

Počet žáků

12 10 8

7

8.A

6

8.B

6 4 2 0 trojčlenka

vzorec Typ řešení

116

Ve zkoumaných třídách si při řešení výpočtů z chemických rovnic více ţáků vybírá vzorec neţ trojčlenku. Po konzultaci s paní učitelkou chemie je to díky tomu, ţe více ţáků je schopno zapamatovat si vzorec neţ logicky sestavit trojčlenku. Pro ţáky je výhodné, ţe si mohou zvolit mezi dvěma způsoby řešení, ale přesto je pro ně velmi těţké dojít ke správnému výsledku.

6.4 Shrnutí orientačního výzkumu Tento výzkum slouţil hlavně k potřebám psaní diplomové práce. Nelze z něj tedy vyloţit obecný závěr k chemickým výpočtům pro všechny ţáky na všech základních školách. Zkoumaný vzorek by musel být mnohem větší. Cíle uvedené v úvodu výzkumu ale byly splněny. Prvním cílem bylo srovnat dva učební materiály, z nichţ kaţdý byl vyučován v jiné třídě. Prvním učebním materiálem byl text diplomové práce (viz kapitola chemické výpočty) a druhým byl zvolena učebnice Základy chemie 1 (P. Beneš, V. Pumpr, J. Banýr). Tato učebnice byla vybrána z toho důvodu, ţe se podle ní učí ţáci na základní škole, kde byl výzkum prováděn. Základním nedostatkem učebnice je, ţe v ní není obsaţen návod na výpočet z chemického vzorce. Proto se ţáci museli zaměřit pouze na vysvětlení od paní učitelky a nemohli se sami učit z učebnice. Podle jednoho ze základních principů RVP, který říká, ţe se ţáci mají učit od jednoduššího ke sloţitějšímu, by se mělo postupovat také hlavně při chemických výpočtech. V učebnici Základy chemie 1 ovšem autoři nejprve uvádí vzorec pro výpočet látkové koncentrace, následuje vzorec pro výpočet molární hmotnosti a za ním teprve vzorec pro látkové mnoţství. Ovšem podle výzkumu z této diplomové práce je pro ţáky nejjednodušší právě výpočet molární hmotnosti. Proto by se ţáci měli naučit nejdříve ty nejlehčí chemické výpočty a po nich mohou následovat ty sloţitější. Je tedy zřejmé, ţe ţákům lépe vyhovoval učební text diplomové práce neţ text v jejich učebnici. Druhým cílem bylo stanoveno zjištění, zda jsou ţáci schopni zvládnout jednoduché chemické výpočty. Odpověď můţe být kladná i záporná. Někteří ţáci dokáţí řešit příklady v chemii, alespoň některé, ovšem jsou i ţáci, kteří neumí tyto příklady vypočítat. Obecně je učivo týkající se chemických výpočtů velmi obtíţné a také se neustále diskutuje nad tím, jestli toto učivo zařadit na základní školy či ne. 117

Podle výsledků písemné práce a vyhodnocení dotazníku jsou pro ţáky zvládnutelné výpočty týkající se molární hmotnosti, látkového mnoţství a látkové koncentrace. Naopak výpočty z chemického vzorce a z chemické rovnice jsou pro ně natolik obtíţné, ţe je vyřeší jen málo ţáků. Většina sice umí v matematice pouţívat rovnice, ale v chemii tuto dovednost nedokáţí aplikovat. Spousta z nich si napíše potřebný vzorec, ale nedokáţí do něj správně dosadit. Dalším cílem bylo zjistit, zda jsou příklady uvedené v diplomové práci srozumitelné. To bylo zjišťování jednak během psaní písemné práce a také pomocí dotazníku, konkrétně otázky číslo 6. Kdyţ ţáci psali písemnou práci, byli upozorněni na to, ţe kdyby nerozuměli zadání některého příkladu, mají se přihlásit a bude jim poskytnuta případná rada. Mohlo se stát, ţe ţáci se ostýchali, ale to by se poté objevilo právě při vyplňování dotazníku, které bylo anonymní. Ţádný ţák neoznačil příklad, jehoţ zadání mu byl nesrozumitelné. Poslední cíl výzkumu, kdy se ověřovala zajímavost a náročnost jednotlivých příkladů, byl také splněn. Ţáci označili u otázky číslo 3a, ve které psali číslo nejzábavnějšího příkladu, téměř všechny příklady. Sice některé příklady byly zábavné jen pro jednoho a dva ţáky, ale nenašel se příklad, který by se nelíbil nikomu. Při posuzování obtíţnosti jednotlivých příkladů došlo i na konzultaci s paní učitelkou chemie, která usoudila, ţe by ţáci měli být schopni příklady z písemné práce vypočítat. Ale vzhledem k obtíţnosti učiva pro ţáky na základní škole tomu tak nebylo.

118

7. Závěr Diplomová práce obsahuje přehledné a jasné postupy chemických výpočtů zaměřených na molární hmotnost, látkové mnoţství, látkovou koncentraci, výpočtů z chemického vzorce a z chemické rovnice. Tyto postupy byly vyzkoušeny v rámci mého výzkumu na Základní škole Dr. Joklíka. Dále zahrnuje deset pokusů, které mohou ţáci provádět ve spojení s vysvětlováním teorie k chemickým výpočtům. Kapitola Chemické výpočty zahrnuje postupy základních chemických výpočtů, které se vyučují v předmětu chemie na druhém stupni základních škol. Postupy výpočtů jsou uvedeny v tabulkách, kde se v levém sloupci nachází postup a v pravém příklad. U kaţdého typu chemického výpočtu jsou vţdy vysvětleny všechny moţné způsoby řešení. Za vysvětlenou teorií jsou připojeny příklady k procvičování. Chemické pokusy jsou sestaveny tak, aby si ţáci mohli některé příklady, které počítají při hodinách chemie, vyzkoušet i prakticky. Pokud si například vypočítají teoretický výtěţek reakce a pak si tuto reakci provedou a zváţí si, jaké mnoţství látky připravili, mohlo by je to motivovat při výuce. Kapitola Chemické pokusy je zpracována ve formě karty pro ţáka a metodiky pro učitele. Při řešení příkladů v chemii musí ţáci zvládnout některé matematické operace, které jsou také uvedeny v této diplomové práci. Patří mezi ně především rovnice a trojčlenka. Tento matematický aparát by měli ţáci zvládnout ještě před tím, neţ začnou v chemii probírat chemické výpočty. Pro některé je ale těţké aplikovat tyto znalosti a dovednosti i v jiných předmětech, neţ v tom, ve kterém dané učivo probírají. Jedním z cílů vymezených v úvodu mé diplomové práce bylo ověření správnosti a zajímavosti mnou vytvořených příkladů. Ten jsem verifikovala na Základní škole Dr. Joklíka v Kyjově. Poté, co ţáci vyplnili dotazník, jsem shrnula výsledky mé práce v kapitole Orientační výzkum. Pro ţáky na základní škole je učivo týkající se chemických výpočtů velmi obtíţné, proto bylo mojí snahou podat přesné a jasné postupy při jejich řešení. Také jsem se snaţila vymyslet motivující příklady, které by ţáky vedly k jejich řešení. Proto jsem také přiřadila chemické pokusy, v nichţ si ţáci teoretické znalosti a dovednosti mohou ověřit prakticky. Diplomová práce můţe poslouţit jak ţákům tak i učitelům na základní škole v předmětu chemie. Ţáci mohou materiál vyuţít při samostudiu a učitelé jako podklad při vysvětlování teorie k chemickým výpočtům.

119

Resumé Diplomová práce se zabývá motivací ţáků při chemických výpočtech. Obsahuje tedy jasné a přehledné postupy řešení chemických výpočtů se zaměřením na molární hmotnost, látkové mnoţství, látkovou koncentraci, výpočty z chemického vzorce a z chemické rovnice. Ty jsou doplněny o klasické i zajímavé příklady. Nedílnou část tvoří chemické pokusy, které vyuţívají při svých postupech právě chemické výpočty.

Summary Master thesis deals with motivation of pupils throughout calculation in chemistry. Master thesis contains bright and well-aranged consecutions of solution calculation in chemistry intented on molar mass calculation of the formula, amount of substance, molar concentration and calculation of the equation. These are completed by classical and interesting examples. Chemical experiment, which makes the best of calculation in chemistry, is integral part of the master thesis. Klíčová slova: chemické výpočty, molární hmotnost, výpočty ze vzorce, výpočet z rovnice, látkové mnoţství, molární koncentrace Keywords: calculation in chemistry, molar mass calculation of the formula, calculation of the equation, amount of substance, molar concentration

120

Použitá literatura [1] MACH, Josef ; PLUCKOVÁ, Irena; ŠIBOR, Jiří. Chemie : úvod do obecné a anorganické chemie. Brno : NOVÁ ŠKOLA, 2010. 110 s. [2] Stanovení krystalové vody v CuSO4 · 5H2O [online]. 2007 – 2008 [cit. 2011-03-27]. Dostupný

z WWW:

skalice.html>. [3] Stanovení krystalové vody v CuSO4 · 5H2O [online]. 2007 – 2008 [cit. 2011-03-27]. Dostupný z WWW: [4]

Bezpečnostní

listy

[online].

2011

[cit.

2011-04-2].

Dostupný

z WWW:

[5]

Vodík

[online].

2011

[cit

2011-04-03].

Dostupný

z WWW:

[6] Mgr. Irena Plucková, Ph.D: soukromé sdělení [7] BINTEROVÁ, Helena; FUCHS, Eduard; TLUSTÝ, Pavel . Matematika 8 Aritmetika učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia. Plzeň : Fraus, 2009. 127 s. [8] ODVÁRKO, Oldřich; KADLEČEK, Jiří. Matematika [2] pro 7. ročník základní školy. Praha 1 : Prometheus, 1999. 84 s. [9] BENEŠ, Pavel; PUMPR, Václav; BANÝR, Jiří. Základy chemie 1 . Praha : FORTUNA, 1999. 143 s. [10] JANČÁŘOVÁ, Irena; JANČÁŘ, Luděk. Základní chemické výpočty. Brno : Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2005. 116 s.

121

Seznam příloh Příloha č. 1: Výsledky příkladů k procvičování Příloha č. 2: Zadání písemné práce Příloha č. 3: Bodové hodnocení písemné práce Příloha č. 4: Dotazník

122

Přílohy Příloha č. 1: Výsledky příkladů k procvičování Molární hmotnost 1. a) 28

g , b) 32 g , c) 34 g , d) 63 g mol mol mol mol

2. a) 10 g, b) 240 g, c) 90 g, d) 310 g 3. 2 mol 4. a) M(KOH) = M(K) + M(O) + M(H) = 56

g mol g c) M(HCl) = M(H) + M(Cl) = 37 mol

g mol

b) M(CO2) = M(C) + 2 · M(O) = 44

d) M(H2SO4) = 2 · M(H) + M(S) + 4 · M(O) = 98 5. NaOH – 40

g , HClO – 53 g , CO – 28 g , H2SO3 – 82 g mol mol mol mol

Látkové mnoţství 1. 13,9 mol 2. 0,09 mol 3. 0,04 mol 4. 40

g mol

5. 294 g Látková koncentrace 1. 23,4 g 2. 20 mol 3. 4

g mol

mol dm3

4. a) 5. 2 dm3 6. 0,25 mol; 0,75

mol; 4 mol; 2 dm3 dm3 dm3 123

Výpočty z chemického vzorce 1. C: 27,3%; O: 72,7% 2. 700 kg 3. 53,3% 4. 36 g 5. 2,64 g Výpočty z chemické rovnice 1. 328 g 2. 85,7 g 3. 8 cm3 4. 40 cm3 5. 0,55 g 6. 5

mol dm3

124

Příloha č. 2: Zadání písemné práce A Jméno:

Třída:

1. V levém sloupci je seznam sloučenin, v pravém sloupci najdeš jejich molární hmotnosti. Kniţní šotek tyto molární hmotnosti zpřeházel, proto je tvým úkolem je přiřadit správně. NaOH HClO CO NaCl H2SO3

g mol g 59 mol g 28 mol g 52 mol g 40 mol 82

2. K obědu ve školní jídelně jste měli fazolovou polévku. Tu jste si osolili 5 g kuchyňské soli (NaCl). Jaké látkové mnoţství soli rozpuštěné v polévce jste snědli? 3. Vypočítejte koncentraci kyseliny sírové (H2SO4) ve 2 dm3 roztoku, který obsahuje 0,5 mol rozpuštěné kyseliny sírové. 4. Kolik kilogramů ţeleza je obsaţeno v 1000 kg jeho rudy hematitu Fe2O3 (oxidu ţelezitém)? 5. Alkalické kovy reagují s vodou za vzniku hydroxidů. Při této reakci se uvolňuje vodík. Vypočítej hmotnost vodíku, který vznikne při reakci 20 g draslíku s vodou. Reakce probíhá podle rovnice: 2K + 2H2O → 2 KOH + H2

B Jméno:

Třída:

1. V levém sloupci je seznam sloučenin, v pravém sloupci najdeš jejich molární hmotnosti. Kniţní šotek tyto molární hmotnosti zpřeházel, proto je tvým úkolem je přiřadit správně.

125

g mol g 74 mol g 44 mol g 63 mol g 56 mol

KOH

62

CO2 H2CO3 KCl HNO3

2. Maminka pekla před vánoci perníčky, do kterých přidala 3 g jedlé sody (NaHCO3). Vypočítejte, jaké látkové mnoţství jedlé sody obsahovalo těsto na perníčky. 3. Vypočítejte látkové mnoţství hydroxidu sodného v 250 cm3 roztoku, který má koncentraci 4

mol. dm3

4. Jakou hmotnost má olovo, které je obsaţeno v 1000 g jeho rudy galenitu PbS (sulfidu olovnatém)? 5. V laboratoři můţete připravit vodík reakcí kyseliny chlorovodíkové HCl se zinkem Zn. Vypočítejte, kolik gramů vodíku připravíme při pouţití 100 g zinku. Reakce probíhá podle rovnice: 2HCl + Zn → ZnCl2 + H2

126

Příloha č. 3: Bodové hodnocení písemné práce Test A, B – bodové hodnocení: Číslo příkladu

Maximální počet bodů

1

5

2

3

3

3

4

3

5

4

Maximální počet bodů: 18 Hodnocení: Rozmezí bodů

Známka

18 – 16

1

15 – 12

2

11 – 8

3

7–4

4

3-0

5

127

Příloha č. 4: Dotazník Dotazník Milí ţáci, prosím, o vyplnění následujícího dotazníku, který se týká písemného testu, který jste psali minulou hodinu. Dotazník obsahuje dva typy otázek: a) uzavřené – na ně budete odpovídat zakrouţkováním jedné z nabízených moţností b) otevřené – na tyto odpovíte stručně na vynechané místo pod otázkou 1. Zakrouţkuj variantu tvého testu: A

B

2. Jakou známku jsi dostal(a)?

3. Napiš číslo příkladu, který byl pro tebe: a) nejlehčí: …………. b) nejtěţší: ………….. 4. Napiš číslo příkladu, jehoţ zadání bylo pro tebe: a) nejzábavnější: ………….. b) nejnudnější: ……………. 5. Který(é) úkol(y) jsi nevyřešil(a)? ……………………………….. 6. Bylo pro tebe zadání některého úkolu nesrozumitelné? Jestli ano, napiš číslo tohoto příkladu. …………………………………………………………………………………………… … 7. Baví tě chemie? ANO

NE

8. Baví tě matematika? ANO

NE

128

9. Učili jste se v matematice počítání s trojčlenkou? ANO

NE

10. Dokáţeš řešit příklady v matematice trojčlenkou? ANO

NE

11. Učili jste se v matematice počítání pomocí rovnic? ANO

NE

12. Dokáţeš řešit v matematice rovnice? ANO

NE

13. Pochopil(a) jsi chemické výpočty: a) molární hmotnost ANO

NE

b) látkové mnoţství ANO

NE

c) látková koncentrace ANO

NE

d) výpočty z chemického vzorce ANO

NE

e) výpočty z chemické rovnice ANO

NE

14. Který typ chemických výpočtů byl pro tebe: a) nejtěţší: b) nejlehčí: 15. Výpočty z chemických rovnic můţeš řešit pomocí trojčlenky, nebo pomocí vzorce. Kterým způsobem řešíš tento typ příkladů ty? …………………………………………………………………………………………. 129

Aplikace matematických výpočtů v chemii

Recommend Documents