Übersicht
Wie kann der Ozean kälter als 0 Grad C sein, die Temperatur, bei der Wasser gefriert? Wie sich herausstellt, senkt die Konzentration der Partikel (in diesem Fall die Ionen aus dem Salz) im Meerwasser die Temperatur, bei der das Salzwasser gefriert. Die Schüler lernen, wie Meerwasser bei einer niedrigeren Temperatur als Süßwasser gefriert, indem sie ein Experiment durchführen, um die Temperatur eines Gefrierschranks zu bestimmen., Dieses Experiment kann im Klassenzimmer oder zu Hause von Schülern mit Auszeichnung und Chemie auf AP-Niveau durchgeführt werden oder kann leicht für jede physikalische Klasse modifiziert werden.
Ziele
Die Schüler lernen:
- Zur Herstellung von Salzwasserlösungen (NaCl) mit unterschiedlichen Konzentrationen, einschließlich der Berechnung der Molalität der Lösung.
- Zur Bestimmung der Gefrierpunktdepression der Salzwasserlösungen.
- Um die Temperatur eines Gefrierschranks zu schätzen, indem das Verhalten verschiedener Salzwasserkonzentrationen beobachtet wird.,
Unterrichtsvorbereitung
Das Konzept der Gefrierpunktdepression von Salzwasser ist eine perfekte Anwendung von kolligativen Eigenschaften und kann als Gelegenheit genutzt werden, die Schüler in die extrem kalte Umgebung der arktischen und antarktischen Ozeangewässer einzuführen. Laut NOAA gefriert das Wasser des arktischen Ozeans bei -1,9 Grad C (http://oceanservice.noaa.gov/facts/oceanfreeze.html) aufgrund des darin gelösten Salzes. Konzentriertere Salzwasserkörper (wie der Great Salt Lake in Utah) würden noch kältere Temperaturen erfordern, um einzufrieren.,
Wenn Sie vor diesem Experiment einen fortgeschrittenen Chemiekurs unterrichten, sollten die Hintergrundchemiekonzepte (siehe Anhang) abgedeckt werden, damit Ihre Schüler die Berechnungen zur Bestimmung der Gefrierpunktdepression der Salzwasserlösung durchführen können.
Wenn Sie eine frühere Stufe Wissenschaft Klasse unterrichten, beziehen sich auf die Gefriertemperaturen für die verschiedenen Salzwasserlösungen Diagramm (siehe beigefügte Hintergrundchemie Informationen), um den Gefrierpunkt jeder der nacheinander mehr verdünnten Salzwasserlösungen in dem Verfahren erhalten zu bestimmen., Ihre Schüler können Verfahrensschritte 7 & 8 überspringen.
Verfahren
- Mit Klebeband die vier Haushaltsgläser „A“, „B“, „C“ und „D“beschriften. Speichern Sie diese für Schritt 3.
- Lösen Sie einen Esslöffel (20 g) Speisesalz in genau ¼ Tasse (59 ml = 0,059 kg) Leitungswasser in jedem der Gläser mit den Bezeichnungen A, B, C und D. Sehr gut umrühren.
- Glas A beiseite stellen. Glas A enthält jetzt 20 g NaCl und 0.059 kg Wasser.
- Verdünnen Sie die Lösung in Glas B mit zusätzlichen 0,104 Tassen Wasser (1 Esslöffel und 2 Teelöffel). Gut umrühren., Glas B enthält nun 20 g NaCl und 0,084 kg Wasser.
- Verdünnen Sie die Lösung in Glas C mit weiteren 0,25 Tassen Wasser (1/4 Tasse). Gut umrühren. Glas C enthält jetzt 20 g NaCl und 0.118 kg Wasser.
- Verdünnen Sie die Lösung in Glas D mit weiteren 0,75 Tassen Wasser (3/4 Tasse). Gut umrühren. Glas D enthält jetzt 20 g NaCl und 0,236 kg Wasser.,
- Berechnen Sie die Molalität, m, jeder der Salzwasserlösungen in den Gläsern A, B, C und D mit der Formel: Molalität, m = # der Molen NaCl / # des Wassers
- Berechnen Sie den Gefrierpunkt Depression der Salzwasserlösungen in den Gläsern A, B, C und D mit der Formel: deltaT = – (Kf) (m) (i) = (1,86)(m)(2). Dies ist auch der Gefrierpunkt der Salzwasserlösung in Grad C. Wenn Sie diesen Gefrierpunkt in °F sehen möchten, konvertieren Sie ihn mit der Formel: °F = (1,8 Grad C) + 32.,
- Beschriften Sie mit Klebeband fünf der Würfelschlitze der Eiswürfelschale (oder der 5 kleinen Badezimmerbecher) wie folgt: „A“, „B“, „C“, „D“ und „Control“.
- Gießen Sie gleiche Mengen der Lösungen aus jedem der beschrifteten Gläser in den entsprechenden Eiswürfelschlitz (oder kleine Tasse). Füllen Sie diese nicht über 2/3 voll. In die „Control“ eiswürfel slot (oder kleine tasse), hinzufügen leitungswasser.
- Legen Sie die Eiswürfelschale (oder kleine Tassen) in den Gefrierschrank in einem Bereich, der leicht beobachtet werden kann. Achten Sie darauf, die Lösungen nicht zu mischen oder zu verschütten.,
- 3 Stunden lang alle 30 Minuten den Gefriervorgang beobachten. Verwenden Sie eine Gabel (oder einen Zahnstocher), um den Zustand jeder Lösung zu bestimmen. Spülen Sie die Gabel zwischen dem Testen jeder Probe. Verunreinigen Sie die Lösungen nicht mit der Gabel. Notieren Sie den Zustand jeder Lösung zu jeder Beobachtungszeit.
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Die Schüler konnten die Gefriertemperaturen von Salzwasserkörpern in ihrer Nähe erforschen oder wie einige Tiere und Insekten diese Gefrierpunktdepression nutzen, um zu verhindern, dass ihr Blut bei sehr kalten Temperaturen gefriert.,
Bewertung
Der Lehrer kann den Schülerlaborbericht verwenden, um das Verständnis der Schüler zu bewerten.
Credits
Dies ist eine originelle Lektion von Mark Paricio, mparicio cherrycreekschools.org, angepasst an sein ursprüngliches Take-Home-Experiment: „Wie kalt ist mein Gefrierschrank?“