Электролитическая диссоциация

Acid-Base Solutions by PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, licensed under CC-BY-4.0 (https://phet.colorado.edu)

Название проекта: Электролитическая диссоциация

Эта виртуальная лаборатория предназначена для использования на уроках химии по следующим темам:

• 9 класс. Глава I. “Электролитическая диссоциация”

Цели:

• понимать ключевые различия между кислотными и щелочными растворами.
• изучить свойства сильных и слабых кислот и оснований.
• понимать взаимосвязь между pH, концентрацией и крепостью кислотно-щелочных растворов.

Практическая часть

Симуляция «Acid-base solutions» от PhET — это эффективный инструмент для изучения кислот и оснований.

Шаг 1. Запустите симуляцию. Для использования вам будут предоставлены два режима: “Intro” и “My solution”. Давайте протестируем первый режим.

Режим “Intro”

Здесь вы можете изучить свойства кислот и оснований, а также разницу между сильными и слабыми растворами.

Шаг 2.  На экране представлен стакан с раствором. Вы можете выбрать один из пяти растворов из списка для дальнейшего исследования.

Шаг 3. Начнем с изучения сильной кислоты. Взгляните на увеличенный под микроскопом раствор. Сравните это изображение со сбалансированным химическим уравнением снизу, чтобы определить изображенные частицы. Для лучшего восприятия их относительного количества, ионы окрашены в разные цвета.

Шаг 4. Теперь определите основные свойства кислот и оснований, используя инструменты симуляции. Давайте сначала взглянем на свойства сильного основания. рН раствора можно определить с помощью рН-метра или лакмусовой бумаги.

Шаг 5. Электропроводность раствора можно проверить с помощью измерительного прибора. Для этого опустите электроды в раствор. Количество света, излучаемого лампочкой, помогает качественно сравнить электропроводность раствора. Чем ярче светит лампочка, тем выше электропроводность раствора.

Шаг 6. Затем повторите то же самое с раствором слабого основания и водой. Сравните яркость свечения лампочки в каждом случае. Вы заметите, что лампочка ярче всего светится в растворе сильного основания, а в дистиллированной воде не светится вообще. Это подтверждает, что электропроводность сильного основания выше, чем у слабого основания, и  гораздо выше, чем у дистиллированной воды.

Шаг 7. Данный режим также поможет разобраться, почему кислоты и основания делятся на «сильные» и «слабые». Рассмотрим пример сильной кислоты. График демонстрирует соотношение недиссоциированной кислоты, сопряженного основания и ионов гидрония в растворе. Чем больше недиссоциированной кислоты, тем слабее она. Соответственно, чем больше ионов гидрония, тем сильнее кислота. 

Шаг 8. Изучите поведение слабой кислоты, обращая внимание на изменения равновесных концентраций недиссоциированной кислоты и ее сопряженного основания.

Шаг 9. Как только вы определите сильные и слабые кислоты, вы можете использовать моделирование для проверки и уточнения своих определений, сравнив сильные основания со слабыми.

Режим “My solution”

На этом режиме вы можете экспериментировать с созданием растворов кислот и оснований, чтобы понять разницу между их силой и концентрацией.

Шаг 10.  Этот экран выглядит точно так же, как и первый, и имеет все те же инструменты, но вот самая интересная часть: вы можете создавать свои собственные растворы! Это позволяет вам экспериментировать с различными начальными концентрациями и силой кислоты, чтобы увидеть, как они влияют на pH раствора.

Шаг 11.  Вы можете использовать экран, для проверки себя,  посчитав, сколько существует способов создания раствора с определенным pH. Например, вы можете попытаться создать раствор с pH показателем 3. Поместите pH-метр в раствор и выберите радиокнопку «Graph».

Шаг 12.   Один из способов создать раствор с pH 3 — установить переключатель Strength на «strong», а начальную концентрацию на 0,001 моль/л. Вы должны заметить, что кислота полностью диссоциирована, а концентрация ионов гидроксония составляет 0,001 моль/л.

Шаг 13.  Чтобы создать раствор слабой кислоты с pH 3,0, увеличьте начальную концентрацию до 1,0 моль/л и поменяйте переключатель Strength на «weak». Затем с помощью ползунка отрегулируйте рН до 3. Обратите внимание, что даже если кислота не полностью диссоциирует, концентрация ионов гидроксония снова составляет примерно 0,001 моль/л. Вы можете исследовать дополнительные способы создания растворов с pH 3, изменяя как начальную концентрацию раствора, так и силу кислоты.

Данное упражнение опровергает ошибочное мнение, что pH можно использовать для определения силы кислоты или основания. На самом деле, pH является индикатором концентрации ионов гидроксония в растворе.

Заключение

Данная симуляция создает для учеников виртуальную лабораторию, где они могут изучить основы химии кислот и оснований. Интерактивный подход позволяет ученикам: самостоятельно исследовать свойства сильных и слабых растворов, понять связь между pH и концентрацией ионов гидроксония и научиться различать концентрацию и силу раствора.

Словарь терминов

• solution — раствор
• pH — водородный показатель
• water — вода
• strong acid — сильная кислота
• weak acid — слабая кислота
• strong base — сильная щелочь
• weak base — слабая щелочь
• particles — частицы
• pH color key — цветовая шкала водородного показателя
• initial concentration — исходная концентрация
• mol/L — моль/литр
• strength — сила раствора
• weaker — уменьшение концентрации
• stronger — увеличение концентрации
• equilibrium concentration — равновесная концентрация