Кількісний склад розчинів. Поняття масової частки та молярної концентрації

Урок 22. Кількісний склад розчинів. Поняття масової частки та молярної концентрації

---

Мета уроку: Сформувати уявлення про кількісний склад розчинів, масову частку речовини та молярну концентрацію, навчити розпізнавати, формулювати та обґрунтовувати відповідні поняття; розвивати навички обчислення відповідних величин, сприяти розвитку критичного мислення через аналіз формул, обґрунтування вибору методів розв’язання задач та застосування отриманих знань для розв’язання задач практичного спрямування.

Очікувані результати для вчительства:

Очікувані результати для учнівства:

Ключові слова

• концентрація
• алгоритм
• формула
• маса
• масова частка
• молярна концентрація

План уроку

1. Мотивація
2. Теоретичний блок
3. Практичний блок
4. Попрактикуймо самостійно
5. Рефлексія

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 3 хв.

На початку уроку, важливо запитати, що учні вже знають з цієї теми для того, щоб нова інформація мала до чого приєднатися. Тому заохочуємо учнів говорити більше.

Усі ми маємо уявлення про концентрацію .  Кожен, хто готував розчинну каву чи фруктовий напій з порошку, знає, що достатня кількість порошку для напою дає ароматний, добре забарвлений  напій з неповторним смаком, тоді як занадто мала кількість призводить до розбавленого розчину, який важко відрізнити від води, занадто велика ж робить напій несмачним (неможливим до споживання, порошок перестає розчинятися). 

Опишіть для чого потрібне знання концентрації речовини в розчині. 

Відповідь:

Знання концентрації розчинених речовин важливе для контролю стехіометрії реагентів для реакцій, що відбуваються в розчині, має вирішальне значення для багатьох аспектів нашого життя, побут, кулінарія, фармацевтика, медицина, виявдення хімічних забруднень, тощо

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість 10-12 хв.

Якщо дозволяє час, можна також дати визначення та формулу для обчислень моляльної концентрації. 

Моляльна концентрація розчину (моляльність) показує, яка кількість розчиненої речовини припадає на 1 кг розчинника в даному розчині; розраховується як відношення кількості моль розчиненої речовини до маси розчинника.Розмірність – моль/кг.

Концентрація розчину – це кількість розчиненої речовини в заданій кількості розчину. Її можна виразити кількома способами: молярність; масова частка; моляльна концентрація; тисячні частини (ppt) – грами розчиненої речовини на кілограм розчину; мільйонні частини (ppm) – міліграми розчиненої речовини на кілограм розчину; мільярдні частини (ppb) – мікрограми розчиненої речовини на кілограм розчину. Концентрації розчинених речовин у водних розчинах виражаються в різних одиницях, наприклад, способи вираження концентрації: відсотки; частини на мільйон; частини на мільярд; молях на літр тощо. У медицині концентрацію розчину часто виражають у тисячних частинах (ppt), що позначається як пропорція. Наприклад, адреналін, доступний у розчині 1:1000, або один грам адреналіну на 1000 г розчину Одиниці ppb або ppm також використовуються для вираження дуже низьких концентрацій, таких як залишкові домішки в харчових продуктах або забруднювачі в екологічних дослідженнях. 

1. Масова частка – це маса розчиненої речовини в 100 г розчину (% або безрозмірна величина). Формула  для визначення масової частки розчиненої речовини в розчині: 

ω виражають у частках або  у%. 

Маса розчину дорівнює сумі мас розчиненої речовини і розчинника: mрозчину= mpечовини + mрозчинника  

 Обчислення масової частки розчиненої речовини при розбавленні розчину розчинником (якщо розчинник вода):

Обчислення масової частки розчиненої речовини в розчині, утвореному змішуванням двох розчинів: 

Молярна концентрація розчину (СМ) – це кількістю розчиненої речовини, яка міститься в одному літрі розчину. Розраховують як відношення кількості розчиненої речовини до об’єму розчину. Розмірність – моль/л:

Щоб приготувати розчин, спочатку додайте порцію розчинника в колбу. Потім відважте відповідну кількість розчиненої речовини та повільно додайте її до розчинника. Після того, як вона розчиниться в розчиннику, об’єм розчину можна довести до кінцевого об’єму розчину (риски). Кінцевий об’єм повинен включати як розчинену речовину, так і розчинник.

Джерело: https://ideogram.ai/g/29S0LVwqR7qOgjsWK6rGYw/3

Позначення молярної концентрації: 1 М – одномолярний розчин (СМ = 1 моль/л), 0,1 М (СМ = 0,1 моль/л), 0,01 М (СМ = 0,01 моль/л)

Як перейти з однієї концентрації до іншої: 

Обчислення молярної концентрації за масовою часткою:

Щоб обчислити молярну концентрацію треба перевести об’єм з «л» у «мл»:

Обчислення масової частки за відомою молярною концентрацією. 

Покликання на відеоджерела: 

• https://www.youtube.com/watch?v=hD06KNbcnFA

• https://www.youtube.com/watch?v=W-cEo3ox2oc

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість 5-7 хв.

1. Чому в кулінарії важливо точно дотримуватися пропорцій солі, цукру чи оцту в маринадах? 
2. У колодязній воді виявлено 0,005 моль/л нітрат –  йонів. Чи перевищено гранично допустиму концентрацію, якщо допустима  концентрація нітрат –  йонів у питній воді згідно з українськими стандартами становить 50 мг/л? 
3. Фармацевт готує фізіологічний розчин, що містить  0,9% NaCl. Яку масу NaCl  треба взяти, щоб приготувати 1 л розчину (густина 1г/мл)?

Відповідь:

1. Від концентрації речовин у розчині залежить смак, ефективність консервування (осмотичний тиск), та безпечність продукту. 
2. n(NO3^– ) = m(NO3^– ) /M(NO3^– ) = 0,05г/62г/моль = 0,0008 моль.
   • Отже концентрація нітрат – йонів перевищує допустиму концентрацію в 0,005/0,0008= 6,25 разів.
3. m(розчину) = 1000г
   • m(NaCl) = 1000г*0,9%/100% = 9 г

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 20 хв.

До кінця цього етапу учні повинні мати можливість поміркувати над тим, що вони вивчили, поставити запитання та отримати зворотний зв’язок щодо своєї роботи. Це важливо для закріплення знань та виявлення можливих прогалин у знаннях, які можна буде вирішити на наступних уроках. 

Виконувати завдання можна індивідуально або в парах. Вчитель фасилітує процес: коригує, відповідає на запитання, пояснює незрозуміле. Також можна виконувати індивідуально з перевіркою для всіх.

Оформлення розв`язків на розсуд вчителя.

1. Скільки цукру (г) та води  (мл) потрібно для виготовлення 300 г розчину з масовою часткою цукру 15%?
2. З розчину масою 400 г з масовою часткою солі  0,05 випарили 150 г води. Визначте масову частку солі в утвореному розчині. 
3. Змішали 250 г розчину з масовою часткою глюкози 0,05 та 200 г  розчину з масовою часткою глюкози 0,15. Обчисліть масову частку глюкози в отриманому розчині.
4. Яку масу NaOH потрібно взяти для приготування 500 мл розчину з концентрацією 0,5 моль/л? 
5. В 500 мл розчину калій гідроксиду міститься 2,8 г калій гідроксиду. Обчисліть масову частку калій гідроксиду та молярну концентрацію. Густину розчину прийняти за 1г/мл.
6. Пройди тест за покликанням (розв`яжи задачу, приготуй поетапно розчин відповідної концентрації).

https://teachchemistry.org/classroom-resources/preparing-solutions-simulation

Джерело: https://ideogram.ai/g/wqQMmh8RRrmj10NLdZAF7w/3

Відповідь:

1.  m(цукру) = m(розчину)* ω(цукру)/100% =300 г*15%/100% =45 г
   • m(H2O) = m(розчину) – m(цукру) = 300 г – 45 г = 255 г
   • V(H2O) = m(H2O)/ρ(H2O) = 255 г/1г/мл = 255 мл
2. m(солі) = m(розчину)* ω(солі) = 400 г)*0,05 = 20 г
   • При випаровуванні води змінюється маса розчину, маса розчиненої речовини залишається незмінною.
   • Використовуючи формулу (2) виведемо формулу для обчислення масової частки при випарювання води з розчину:
   • ω2 (солі) = m(солі)/(m(розчину) – m(Н2О)) =20 г/(400 г – 150 г) = 20 г/250 г =0,08
   • При додаванні води масова частка розчиненої речовини в розчині зменшується, при випарюванні – збільшується.
3. m1(глюкози) = m1(розчину)* ω1(глюкози) = 250 г*0,05 = 12,5 г
   • m2 (глюкози) = m2 (розчину)* ω2(глюкози) = 200 г*0,15 = 30 г
   • ω (глюкози) = (m1(глюкози) + m2 (глюкози))/ (m1(розчину) + m2 (розчину) ) =(12,5 г + 30 г) /(250 г + 200 г) = 42,5 г/450 г ≈ 0,09 
4. n(NaOH) = Cм*V = 0,5 моль/л*0,5л = 0,25 моль
   • m(NaOH) = n(NaOH)* M(NaOH) =0,25 моль*40г/моль = 10 г
5. ω (KOH) = m(KOH) /m(розчину) = 2,8 г/500 г =0,0056 або 0,56%
   • n(KOH) = m(KOH)/M(KOH) = 2,8 г/56г/моль = 0,05 моль
   • Cм = n(KOH)/V(розчину) =0,05 моль/0,5 л = 0,1 моль/л, 0,1М
6. Тест за покликанням має різні варіанти завдання. Можна виконувати одному або у парах, одне або кілька різних завдань. У разі неправильного розв`язку та відповіді дається правильна відповідь з поясненням, можна продовжувати або обновити та виконувати інший варіант завдання. 

Після виконання онлайн – експерименту (або замість нього) можна виконати експеримент з такими ж вихідними даними. Або ж експеримент з виготовлення 250 мл 0,1 М розчину NaCl, з відповідними обчисленнями.

n(NaCl) = Cм*V= 0,1моль/л*0,25л = 0,025 моль

m (NaCl) = n(NaCl)*M(NaCl) =  0,025 моль*58,5 г/моль ≈ 1,46 г

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 5 хв.

Метод «3–2–1»

• 3 що нового дізналася/ дізнався
• 2 формули, які запам’яталися
• 1 запитання, яке залишилось

---

Дружня порада для вчителя

Наведена симуляція дозволяє визначити молярну концентрацію за відомим числом моль розчинених речовин та об`ємом розчину.

Попрактикуй тему з симуляцією за наведеним покликанням:
https://phet.colorado.edu/sims/html/molarity/latest/molarity_all.html?locale=uk
 Проаналізуй чи може ця симуляція дати кількісні характеристики розчинів (без розв`язування задач).

Урок 22. Кількісний склад розчинів. Поняття масової частки та молярної концентрації

Робочий аркуш учнівства

---

Мета уроку: Сформувати уявлення про кількісний склад розчинів, масову частку речовини та молярну концентрацію, навчити розпізнавати, формулювати та обґрунтовувати відповідні поняття; розвивати навички обчислення відповідних величин, сприяти розвитку критичного мислення через аналіз формул, обґрунтування вибору методів розв’язання задач та застосування отриманих знань для розв’язання задач практичного спрямування.

Очікувані результати для учнівства:

Ключові слова

• концентрація
• алгоритм
• формула
• маса
• масова частка
• молярна концентрація

План уроку

1. Мотивація
2. Теоретичний блок
3. Практичний блок
4. Попрактикуймо самостійно
5. Рефлексія

---

Усі ми маємо уявлення про концентрацію .  Кожен, хто готував розчинну каву чи фруктовий напій з порошку, знає, що достатня кількість порошку для напою дає ароматний, добре забарвлений  напій з неповторним смаком, тоді як занадто мала кількість призводить до розбавленого розчину, який важко відрізнити від води, занадто велика ж робить напій несмачним (неможливим до споживання, порошок перестає розчинятися). 

Опишіть для чого потрібне знання концентрації речовини в розчині. 

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

Концентрація розчину – це кількість розчиненої речовини в заданій кількості розчину. Її можна виразити кількома способами: молярність; масова частка; моляльна концентрація; тисячні частини (ppt) – грами розчиненої речовини на кілограм розчину; мільйонні частини (ppm) – міліграми розчиненої речовини на кілограм розчину; мільярдні частини (ppb) – мікрограми розчиненої речовини на кілограм розчину. Концентрації розчинених речовин у водних розчинах виражаються в різних одиницях, наприклад, способи вираження концентрації: відсотки; частини на мільйон; частини на мільярд; молях на літр тощо. У медицині концентрацію розчину часто виражають у тисячних частинах (ppt), що позначається як пропорція. Наприклад, адреналін, доступний у розчині 1:1000, або один грам адреналіну на 1000 г розчину Одиниці ppb або ppm також використовуються для вираження дуже низьких концентрацій, таких як залишкові домішки в харчових продуктах або забруднювачі в екологічних дослідженнях. 

1. Масова частка – це маса розчиненої речовини в 100 г розчину (% або безрозмірна величина). Формула  для визначення масової частки розчиненої речовини в розчині: 

ω виражають у частках або  у%. 

Маса розчину дорівнює сумі мас розчиненої речовини і розчинника: mрозчину= mpечовини + mрозчинника  

 Обчислення масової частки розчиненої речовини при розбавленні розчину розчинником (якщо розчинник вода):

Обчислення масової частки розчиненої речовини в розчині, утвореному змішуванням двох розчинів: 

Молярна концентрація розчину (СМ) – це кількістю розчиненої речовини, яка міститься в одному літрі розчину. Розраховують як відношення кількості розчиненої речовини до об’єму розчину. Розмірність – моль/л:

Щоб приготувати розчин, спочатку додайте порцію розчинника в колбу. Потім відважте відповідну кількість розчиненої речовини та повільно додайте її до розчинника. Після того, як вона розчиниться в розчиннику, об’єм розчину можна довести до кінцевого об’єму розчину (риски). Кінцевий об’єм повинен включати як розчинену речовину, так і розчинник.

Джерело: https://ideogram.ai/g/29S0LVwqR7qOgjsWK6rGYw/3

Позначення молярної концентрації: 1 М – одномолярний розчин (СМ = 1 моль/л), 0,1 М (СМ = 0,1 моль/л), 0,01 М (СМ = 0,01 моль/л)

Як перейти з однієї концентрації до іншої: 

Обчислення молярної концентрації за масовою часткою:

Щоб обчислити молярну концентрацію треба перевести об’єм з «л» у «мл»:

Обчислення масової частки за відомою молярною концентрацією. 

Покликання на відеоджерела: 

• https://www.youtube.com/watch?v=hD06KNbcnFA

• https://www.youtube.com/watch?v=W-cEo3ox2oc

---

1. Чому в кулінарії важливо точно дотримуватися пропорцій солі, цукру чи оцту в маринадах? 
2. У колодязній воді виявлено 0,005 моль/л нітрат –  йонів. Чи перевищено гранично допустиму концентрацію, якщо допустима  концентрація нітрат –  йонів у питній воді згідно з українськими стандартами становить 50 мг/л? 
3. Фармацевт готує фізіологічний розчин, що містить  0,9% NaCl. Яку масу NaCl  треба взяти, щоб приготувати 1 л розчину (густина 1г/мл)?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

1. Скільки цукру (г) та води  (мл) потрібно для виготовлення 300 г розчину з масовою часткою цукру 15%?
2. З розчину масою 400 г з масовою часткою солі  0,05 випарили 150 г води. Визначте масову частку солі в утвореному розчині. 
3. Змішали 250 г розчину з масовою часткою глюкози 0,05 та 200 г  розчину з масовою часткою глюкози 0,15. Обчисліть масову частку глюкози в отриманому розчині.
4. Яку масу NaOH потрібно взяти для приготування 500 мл розчину з концентрацією 0,5 моль/л? 
5. В 500 мл розчину калій гідроксиду міститься 2,8 г калій гідроксиду. Обчисліть масову частку калій гідроксиду та молярну концентрацію. Густину розчину прийняти за 1г/мл.
6. Пройди тест за покликанням (розв`яжи задачу, приготуй поетапно розчин відповідної концентрації).

https://teachchemistry.org/classroom-resources/preparing-solutions-simulation

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Джерело: https://ideogram.ai/g/wqQMmh8RRrmj10NLdZAF7w/3

---

Метод «3–2–1»

• 3 що нового дізналася/ дізнався
• 2 формули, які запам’яталися
• 1 запитання, яке залишилось

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

Попрактикуй тему з симуляцією за наведеним покликанням:
https://phet.colorado.edu/sims/html/molarity/latest/molarity_all.html?locale=uk
 Проаналізуй чи може ця симуляція дати кількісні характеристики розчинів (без розв`язування задач).