przegląd
w jaki sposób ocean może być zimniejszy niż 0 stopni C, czyli temperatura, w której woda zamarza? Jak się okazuje, stężenie cząstek (w tym przypadku jonów z soli) w wodzie oceanicznej obniża temperaturę, w której słona woda zamarznie. Uczniowie dowiedzą się, jak woda oceaniczna zamarza w niższej temperaturze niż słodkowodna, przeprowadzając eksperyment mający na celu określenie temperatury zamrażarki., Eksperyment ten może być przeprowadzany w klasie lub w domu przez uczniów z wyróżnieniem i chemii poziomu AP lub może być łatwo zmodyfikowany do wykorzystania w dowolnej klasie fizyki.
cele
uczniowie nauczą się:
- tworzenia roztworów słonej wody (NaCl) o różnych stężeniach, w tym jak obliczyć molalność roztworu.
- w celu określenia obniżenia temperatury zamarzania roztworów słonej wody.
- aby oszacować temperaturę zamrażarki poprzez obserwację zachowania różnych stężeń słonej wody.,
przygotowanie do lekcji
koncepcja obniżenia temperatury zamarzania słonej wody jest doskonałym zastosowaniem właściwości koligacyjnych i może być wykorzystana jako okazja do zapoznania uczniów z ekstremalnie zimnym środowiskiem wód Oceanu Arktycznego i Antarktycznego. Według NOAA woda Oceanu Arktycznego zamarza w temperaturze -1,9 ° C (http://oceanservice.noaa.gov/facts/oceanfreeze.html) z powodu rozpuszczonej w niej soli. Bardziej skoncentrowane słone zbiorniki wodne (takie jak wielkie Słone Jezioro w Utah) wymagałyby jeszcze zimniejszych temperatur, aby zamarznąć.,
Jeśli uczysz klasy zaawansowanej chemii, przed tym eksperymentem, koncepcje chemiczne tła (patrz załączony) powinny być objęte dla uczniów do wykonywania obliczeń w celu określenia obniżenia temperatury zamarzania roztworu słonej wody.
Jeśli uczysz na zajęciach z nauk ścisłych na wcześniejszym poziomie, zapoznaj się z tabelą temperatur zamarzania dla różnych roztworów słonej wody (patrz załączone informacje dotyczące chemii w tle), aby określić punkt zamarzania każdego z kolejno rozcieńczonych roztworów słonej wody uzyskanych w procedurze., Uczniowie mogą pominąć kroki proceduralne 7 & 8.
procedura
- za pomocą taśmy maskującej należy oznaczyć cztery kieliszki domowe „A”, „B”, „C” i „D”. Zachowaj to dla kroku 3.
- jedną łyżkę stołową (20 g) soli kuchennej rozpuścić dokładnie w ¼ szklanki (59 mL = 0,059 kg) wody z kranu w każdej szklance oznaczonej jako A, B, C i D. bardzo dobrze wymieszać.
- odstaw szklankę a na bok. Szklanka A zawiera teraz 20 g NaCl i 0,059 kg wody.
- rozcieńczyć roztwór w szkle B z dodatkowym 0,104 szklanki wody(1 łyżka stołowa i 2 łyżeczki). Dobrze wymieszaj., Szklanka B zawiera teraz 20 g NaCl i 0,084 kg wody.
- rozcieńczyć roztwór w szkle C dodatkowym 0,25 szklanki wody(1/4 szklanki). Dobrze wymieszaj. Szklanka C zawiera teraz 20 g NaCl i 0,118 kg wody.
- rozcieńczyć roztwór w szkle D dodatkową 0,75 szklanki wody(3/4 szklanki). Dobrze wymieszaj. Szklanka D zawiera teraz 20 g NaCl i 0,236 kg wody.,
- Oblicz molalność, m, każdego z roztworów słonej wody w szklankach A, B, C i D, używając wzoru: molalność, m = # moli NaCl/ # kg wody
- Oblicz obniżenie temperatury zamarzania roztworów słonej wody w szklankach A, B, C i D, używając wzoru: deltaT = – (KF) (m) (i) = (1.86)(m)(2). Jest to również punkt zamarzania roztworu słonej wody w stopniach C. Jeśli chcesz zobaczyć ten punkt zamarzania w °F, Przelicz za pomocą wzoru: °F = (1,8 stopnia C) + 32.,
- taśmą maskującą Oznacz pięć gniazd kostek tacy na kostki lodu (lub 5 małych kubków łazienkowych) w następujący sposób: „A”, „B”, „C”, „D” i „Control”.
- wlać równe ilości roztworów z każdej z oznaczonych szklanek do odpowiedniej szczeliny na kostki lodu (lub małej filiżanki). Nie wypełniaj tych powyżej 2/3 pełnego. Do gniazda” Control ” ice cube (lub małego kubka) dodaj wodę z kranu.
- umieść tacę na kostki lodu (lub małe kubki) w zamrażarce w miejscu, które można łatwo zaobserwować. Należy uważać, aby nie mieszać lub rozlać roztworów.,
- co 30 minut przez 3 godziny obserwować proces zamrażania. Użyj widelca (lub wykałaczki), aby określić stan każdego roztworu. Przepłukać widelec między testowaniem każdej próbki. Nie zanieczyszczaj roztworów krzyżowo widelcem. Rejestruj stan każdego roztworu w każdym czasie obserwacji.
rozszerzenie
uczniowie mogli zbadać temperaturę zamarzania ciał słonych w ich pobliżu lub jak niektóre zwierzęta i owady wykorzystują tę depresję punktu zamarzania, aby zapobiec zamarzaniu ich krwi w bardzo niskich temperaturach.,
ocena
nauczyciel może skorzystać z raportu studenta lab, aby ocenić zrozumienie uczniów.
jest to oryginalna lekcja Marka Paricio, mparicio cherrycreekschools.org ” jak zimna jest moja zamrażarka?”