Как сделать кристаллогидрат

Обновлено: 07.07.2024

• Без воды не может в зеленом листе
образовываться сахар, крахмал, жиры,
кислоты и другие вещества;
• Вода — вечный двигатель живой и
мертвой природы, служит наилучшим
растворителем, обладает наибольшей
теплоемкостью, регулирует температуру
климатических зон и определяет
климатические пояса;

Теория растворов
Физическая теория
Растворение – это
результат диффузии.
Растворы – это
однородные смеси. (ВантГофф, Аррениус, Растворы –
Оствальд)
Химическая теория
Растворение- это химическое
взаимодействие
растворенного вещества с
водой называемое
гидратацией. Растворы- это
химическое соединения
гидраты. (Менделеев,
Каблуков,
Кистяковский)

10. Признаки химического взаимодействия при растворении


Тепловые явления, так же, как в случае
химических реакций наблюдаются экзо- и
эндотермические эффекты.
Выделение тепла наблюдается в случае
растворения Н2SO4, NaOH, AgNO3, ZnSO4.
Поглощение тепла наблюдается в случае
растворения NН4NO3, NaNO3, KCl, K2SO4,
KNO2, NH4Cl.
Изменение цвета: CuSO4 – белого цвета, при
растворении в воде – голубого, продукт
взаимодействия сульфата меди с водой так
же синего цвета Cu2SO4·5H2O.

12. Факторы, влияющие на растворимость

16. Растворы

Насыщенные - такие растворы, в которых при
данной температуре вещество больше не
растворяется.
Ненасыщенные - такие растворы, в которых при
данной температуре находится меньше
растворенного вещества, чем в его насыщенном
растворе.
• Пересыщенные -такие растворы, в которых при
данной температуре находится в растворенном
состоянии больше вещества, чем в его
насыщенном растворе при тех же условиях.

Кристаллогидраты
Na2CO3·10H2O
CuSO4 ·5H2O
Кристаллизационная вода
(входит в состав молекул
кристаллогидратов)

21. Сульфат меди безводный CuSO4 и кристаллогидрат CuSO4·5H2O (медный купорос)

23. Карбонат натрия безводный Na2CO3 и кристаллогидрат Na2CO3·10Н2О (сода кальцинированная)

I. Задачи на определение формул.
1.(Районная олимпиада по химии-2007 год; 9 класс).
Установите формулу кристаллогидрата сульфата железа
(II), если известно, что эта соль содержит 45,32 % воды по
массе.
2.(Кузьменко Н.Е., Еремин В.В. 2500 задач по химии)
Выведите формулу кристаллогидрата сульфата натрия,
если известно, что массовая доля кристаллизационной
воды в нем равна 55,9%.
3.(Подготовительные курсы ЛХФИ -1981 год)
Найти формулу кристаллогидрата хлорида бария зная,
что 36,6 г соли при прокаливании теряют в массе 5,4 г.
4.(Подготовительные курсы ИГМА)
При прокаливании 2,42 г кристаллогидрата нитрата меди
(II) масса вещества уменьшилась на 1,62 г. Установите
формулу кристаллогидрата.

II. Задачи на растворы
1. Определите массовую долю сульфата железа (II) в
растворе, полученном при растворении 55,6 г семиводного
кристаллогидрата в 344,4 г воды.
2. Определите количество кристаллогидрата MgС12*6H2О,
которое нужно растворить в 159,4 г воды, чтобы получить
10%-ный раствор хлорида магния.
3. Определите количество воды, в котором надо растворить
27,8 г семиводного сульфата железа (II), чтобы получить
насыщенный при 50 °С раствор сульфата железа (II)
(растворимость соли при этой температуре 48,6 г в 100 г
воды).
4. Какую массу кристаллогидрата сульфата натрия можно
получить при выпаривании 400 мл 12%-ного раствора
плотностью 1,12 г/мл?

Вы хотите познавать химию и профессионально, и с удовольствием? Тогда вам сюда! Автор методики системно-аналитического изучения химии Богунова В.Г. раскрывает тайны решения задач, делится секретами мастерства при подготовке к ОГЭ, ЕГЭ, ДВИ, олимпиадам

Полный каталог статей - на авторском сайте в разделе "Статьи репетитора Богуновой В.Г."

Кристаллогидраты ассоциируются у меня с изумительно красивыми узорами, образованными разноцветными кристалликами льда. Зимой они украшают задачи по химии, как игрушки новогоднюю елку. Летом охлаждают жаркие баталии, разыгравшиеся на поле битвы алгоритмов.

Что же это за звери такие, кристаллогидраты? Как решать задачи, участниками которых они являются?

Опытному химику ничего объяснять не нужно, но ежегодно в наши ряды вливаются тысячи желторотиков, которые только начинают познавать секреты мастерства. Для них - моя статья.

Кристаллогидраты - вещества, содержащие в своем составе молекулы воды. Отсюда и название: "кристалл" (вещество) + "гидрат" (вода).

Кристаллизационная вода - вода, входящая в состав кристаллогидрата.

Систематическое название кристаллогидрата включает: компоненту воды (с указанием числа молекул) и компоненту соли . Многие кристаллогидраты имеют тривиальные названия (их желательно помнить)

Коммуникативный педагогический тренинг: способы взаимодействия с разными категориями учащихся

Сертификат и скидка на обучение каждому участнику

Афанасьева Мария

Выберите документ из архива для просмотра:

Выбранный для просмотра документ Исследовательская работа Кристаллогидраты.doc

Руководитель: Родько Елена Данииловна,

Основная часть. 4

1. Теоретическая часть. 4

1.1 Что такое кристаллогидраты. 4

1.2 История изучения кристаллогидратов. 4

1.3 Классификация кристаллогидратов. 4

1.4 Получение кристаллогидратов. 8

1.5 Применение кристаллогидратов. 9

2. Практическая часть. 10

Информационные источники. 15

В окружающем мире химия веществ удивительно разнообразна. Каждый класс соединений по-своему интересен и уникален. Красивые кристаллы и благородные газы, сильные окислители – кислоты и жизненно необходимая вода. Но есть определенная группа соединений, которые состоят из двух и более сложных веществ, одним из которых является вода, - кристаллогидраты. Хранилища метана в недрах вечной мерзлоты и мирового океана, нашатырный спирт в аптечке, алюмокалиевые квасцы, используемые в антиперспирантах, представляют собой кристаллогидраты. Представители этого класса прочно вошли в нашу жизнь. Однако в школьном курсе изучения химии этой теме уделяется крайне незначительное внимание.
Актуальность работы заключается в изучении широко применяемых в повседневной жизни кристаллогидратов.

Цель работы: изучение наиболее распространенных кристаллогидратов и процессов, в которых они участвуют.

Познакомиться с литературными фактами о кристаллогидратах.

Изучить применение кристаллогидратов в настоящее время.

Осуществить опыты с кристаллогидратами.

Теоретическая часть

Что такое кристаллогидраты?

Кристаллогидраты — кристаллы, содержащие молекулы воды и образующиеся, если в кристаллической решетке катионы образуют более прочную связь с молекулами воды, чем связь между катионами и анионами в кристалле безводного вещества. При низких температурах вода в кристаллогидратах может быть связана как с катионами, так и с анионами солей. Многие соли, а также кислоты и основания выпадают из водных растворов в виде кристаллогидратов.

История изучения кристаллогидратов

1828 г. Ф. Рюдбергер доказал существование гидратов спирта.

1865 г. Предположение о существовании в водных растворах гидратов высказано и обосновано Д. И. Менделеевым. Он изучал взаимодействие спирта с водой и сделал вывод об образовании определенных соединений. Он считал, что растворение — не только физический, но и химический процесс, что вещества, растворяющиеся в воде, образуют с ней соединения.

В 1889 г. систематическое изучение кристаллогидратов началось с классических работ Б. Розебома над кристаллогидратами хлорида кальция и хлорида железа ( III ).

Классификация кристаллогидратов

Классификацию кристаллогидратов можно вести по различным критериям:

1. По наличию связи структуры безводного вещества и кристаллогидрата

· фазы определенного состава - вид кристаллогидратов, у которых при удалении кристаллизационной воды происходит сжатие кристаллической решетки, поэтому структура безводного вещества и кристаллогидрата не связанны между собой. К данному классу относятся кристаллогидраты многоосновных кислот, оснований и клатратов.

· неопределенного состава – вид кристаллогидратов, у которых процесс удаления воды может быть осуществлен без существенных изменений в кристалле. Это возможно при наличии в кристалле достаточного количества свободных промежутков, каналов (чтобы уместились молекулы воды). У веществ этого класса может происходить обратимая гидратация и дегидратация. Примерами таких веществ являются цеолиты.

2. По количеству молекул воды входящих в формульную единицу кристаллогидрата

· Существует кристаллогидраты, в которых на одну молекулу или частицу гидратированного вещества приходится 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12 молекул воды.

· Но наиболее распространенными являются кристаллогидраты с 1,2,4,6,8 молекулами воды.

· Для многих веществ известны кристаллогидраты различного состава.

- NaOH∙ nH 2 O где n=1,2,3,4,6,8.

3. По природе соединения участвующего в образовании кристаллогидратов

4. По агрегатному состоянию гидратообразователя при н.у.

Газ (предельные у/в, С1 2 , Н 2 S, Аг, Хе, SО 2 )

Жидкость (серная кислота, этиловый спирт)

5. Класс соединений

Основания (NaOH . H 2 O)

6. Температурная устойчивость

· Если кристаллизационная вода удерживается Ван-дер-Ваальсовыми силами, то такие вещества стабильны при температурах ниже нуля (клатраты)

· Если кристаллизационная вода удерживается в кристаллогидрате слабыми межмолекулярными связями, то она легко удаляется при нагревании:

· Если же в кристаллогидрате связи между молекулами воды и другими частицами близки к химическим, то такой кристаллогидрат или дегидратируется (теряет воду) при более высокой температуре, например:

С oSO 4 ·7H 2 O = CoSO 4 + 7H 2 O ( при 250 ° С );

или при нагревании разлагается с образованием других химических веществ, например:

7. По состоянию воды в гидратах

Псевдогидраты - это соединения, в которых часть молекул кристаллизационной воды образуют гидроксид ионы или ионы гидроксония (HClO 4 ·H 2 O = H 3 O·ClO 4 , Sr(BO 2 ) 2 ·4H 2 O = Sr[B(OH) 4 ] 2 ) Воду, входящую в состав псевдогидратов называют конституционной.

Внутрисферные кристаллогидраты – молекулы кристаллизационной воды удерживаются благодаря ковалентной связи с катионом [Al(H 2 O) 6 ]Cl 3 , [Mg(H 2 O) 6 ]Cl 2 .

Смешанные кристаллогидраты – кристаллизационная вода удерживается за счет образования водородных связей и донорно-акцепторного взаимодействия. К данной группе можно отнести купоросы (CuSO 4 ·5H 2 O или [Cu(H 2 O) 4 ]SO 4 ·H 2 O), пятая молекула воды связывается именно водородными связями.

Молекулы воды образуют цепи. В ряде случаев молекулы воды связывают два катиона Zn(OH)H 2 O и BaCl 2 ∙ H 2 O. Образуются бесконечные цепи.

Молекулы воды образует слои, объединяемые ионами соли (CaSO 4 ·2H 2 O). В соединении Mg 2 (OH) 2 (H 2 O) 3 CO 3 в каналах структуры.

Своеобразными упорядоченными твердыми растворами внедрения типа соль — лед являются некоторые кристаллогидраты с большим числом молекул воды, например Na 2 SO 4 ·10Н 2 О, Na 2 СO 3 ·10Н 2 О (тектогидраты). Они имеют структуру льда, которая стабилизируется за счет стягивающего действия электростатически взаимодействующих ионов противоположного знака. Вследствие этого температура плавления тектогидратов намного превышает температуру плавления льда.

Получение кристаллогидратов

Большинство веществ, находящихся в кристаллическом состоянии, растворяются в жидкости с поглощением теплоты. Однако при растворении в воде гидроксида натрия, карбоната калия, безводного сульфата меди и многих других веществ происходит заметное повышение температуры. Выделяется теплота также при растворении в воде некоторых жидкостей и всех газов.

Количество теплоты, поглощающейся (или выделяющейся) при растворении 1 моля вещества, называется теплотой растворения этого вещества.

Теплота растворения имеет отрицательное значение, если при растворении теплота поглощается, и положительно - при выделение теплоты. Например, теплота растворения нитрата аммония равна — 26,04кДж/моль, гидроксида калия +55.6кДж/моль.

Процесс растворения сопровождается значительным возрастанием энтропии системы, в результате равномерного распределения частиц одного вещества в другом резко увеличивается число микросостояний системы. Поэтому несмотря на эндотермический растворения большинства кристаллов, изменение энергии Гиббса системы при растворении отрицательное процесс протекает самопроизвольно.

При растворение кристаллов происходит их разрушение, что требуют затраты энергии. Поэтому растворение должно было бы сопровождается поглощением теплоты. Если же наблюдается обратный эффект, то это показывает, что одновременно с растворением происходит какое-то взаимодействие между растворителем и растворенным веществом, при котором выделяется в виде теплоты больше энергии, чем ее расходуется на разрушение кристаллической решетки.

Применение кристаллогидратов

Кристаллогидраты имеют широкое применение в народном хозяйстве. Медный купорос применяют как протраву при крашении тканей для консервирования древесины, протравли вания семян. В медицине разбавленный раствор медного купороса применяют как антисептическое и вяжущее средство, малые дозы медного купоро са назначают иногда при анемии для усиления кроветворения.

Алюмокалиевые квасцы обладают противовоспалительным дезинфицирующим и обволакивающим свойствами. Имеют широкое применение в медицине. Также используется такое свойство алюмокалиевых квасцов как их губительное воздействие на болезнетворные бактерии, а также способность оказывать подсушивающий и вяжущий эффект. Так, минеральный порошок, который можно купить в любой аптеке, поможет в случае наружного кровотечения.

Практическая часть.

Записи симпатическими или, как их еще называют, невидимыми чернила изначально невидимы невооруженным взглядом. Чтобы сделать их видимыми нужно приложить к невидимым чернилам определенное воздействие. Например, нагревание.

Оборудование и реактивы: электрическая плитка, фарфоровые чашки, шпатель, вода, C o SO 4 * 7H 2 O, NiSO 4 * 7H 2 O.

Насыпала C o SO 4 * 7H 2 O и NiSO 4 * 7H 2 O в фарфоровые чашки (см. приложения фото 1)

Подогрела на электрической плитке

Наблюдала изменение цвета в связи с распадом кристаллогидратов (см. приложения фото 2) :

Для обратимости данной реакции добавила воды, увидела насыщение до первоначального цвета, что свидетельствует о восстановлении структуры кристаллогидрата.

Вывод: при изменении температуры кристаллогидрат способен разрушаться, отщепляя молекулы воды.

Цель: Изучить химические свойства кристаллогидратов широко используемые в медицине

Оборудование и реактивы: тарелка, вода (t 20С), гипсовый бинт CaSO 4 * 0,5H 2 O, маркер

Отрезала пласт гипсового бинта

Погрузила в воду на 2-3 сек (см. приложения фото 3)

Вынула, наблюдая изменения в пластичности бинта

Намотала эластичный гипсовый бинт на маркер и поставила сушиться, наблюдала застывание, связанное с испарением воды, и переход в твердое состоянием. (см. приложения фото 5)

(с течением времени)

Вывод: Взаимопревращение двух разных кристаллогидратов сульфата кальция обеспечивает наложение гипсовой повязки, а затем ее застывание и жесткое фиксирование на объекте.

Вам требуется приготовить 200 г 10% раствора нитрата магния ( Mg(NO 3 ) 2 ). Вычислите для разных случаев (а)-д)), необходимые для приготовления раствора:
а) массу безводного Mg(NO 3 ) 2 и массу воды;

б) массу 12,5 % раствора Mg(NO 3 ) 2 и массу воды;

в) массу гексагидрата нитрата магния Mg(NO 3 ) 2 * 6H 2 O и массу воды;

г) массу 12,5 % раствора Mg(NO 3 ) 2 и массу 2,5% раствора Mg(NO 3 ) 2 ;

д) массу гексагидрата нитрата магния Mg(NO 3 ) 2 * 6H 2 O и массу 2,5% раствора Mg(NO 3 ) 2.

Задача 1. Необходимо приготовить 200г 20% раствора K 3 PO 4 .

Найдем массу вещества K 3 PO 4 : m(K 3 PO 4 )=40г.

Рассчитаем количество вещества. n(K 3 PO 4 )=0,1887 моль

Количество вещества соли совпадает с количеством вещества кристаллогидрата, следовательно, n(K 3 PO 4 * 7H 2 O)=n(K3PO4)=0,1887 моль

Теперь можно рассчитать, какое количество кристаллогидрата необходимо для получения 200 г 20% раствора K 3 PO 4 . m(K 3 PO 4 * 7H 2 O)= 0, 1887моль* 338г/моль= 63,7806 г

Теперь мы сможем рассчитать, какое количество воды(H 2 O) необходимо для получения 200 г 20% раствора K 3 PO 4 . m(H 2 O)=200-63,7806=136,2194 г

Цель: Получение чистого органического вещества без примеси воды.

Оборудование и реактивы: цилиндр, плоскодонная колба, прибор для осушения осадка (круглодонная колба, вакуумный насос, фильтр тонкой очистки), штатив, толуол(C 6 H 5 -CH 3 ), сульфат натрия (Na 2 SO 4 ), вода (H 2 O).

Налила толуол в плоскодонную колбу и прилила воды (см. приложения фото 6)

После добавила сульфат натрия, который втянул в себя всю воду (см. приложения фото 7)

Собрала установку для осушения осадка и подключила вакуум (см. приложения фото 8)

Содержимое колбы аккуратно переложила на фильтр (см. приложения фото 9)

Наблюдала за процессом фильтрования, по окончании которого в круглодонной колбе находилось чистое органическое вещество, а на фильтре – кристаллогидрат (см. приложения фото 10)

Вывод: Изучила способ отчистки органических соединений от воды с образованием кристаллогидратов.


Цель. Познакомить учащихся со строением кристаллогидратов, с каталитическими свойствами воды, отметить их практическое значение.

Форма занятия. Рассказ, индивидуальная, групповая работа, демонстрационный эксперимент, домашний эксперимент.

Оборудование и реактивы. Пробирки, спиртовка; образцы кристаллогидратов (сульфата меди(II), алюмокалиевых квасцов, хлорида кобальта(II)), порошки алюминия, магния, цинка, кристаллический йод.

План занятия

  • Кристаллогидраты.
  • Вода – катализатор.
  • Химический эксперимент и анализ его результатов.

Кристаллогидраты

Учитель. Многие вещества выделяются из водных растворов в виде кристаллов, содержащих так называемую кристаллизационную воду, причем на каждую формульную единицу растворенного вещества приходится определенное число молекул воды. Предположение о существовании водных гидратов высказал Д.И.Менделеев в 1887 г. в разработанной им гидратной (химической) теории растворов.

Гидраты – это, как правило, нестойкие соединения, во многих случаях разлагающиеся уже при выпаривании растворов. Однако некоторые из них настолько прочны, что при выделении растворенного вещества из раствора вода входит в состав кристаллов (схема 1).


Что представляет собой и как образуется кристаллическое вещество синего цвета?

При растворении в воде сульфата меди(II) происходит его диссоциация на ионы. Образующиеся ионы взаимодействуют с молекулами воды. При выпаривании раствора образуется кристаллогидрат сульфата меди(II) – СuSO4•5Н2О (схема 2).


После объяснения теоретического материала учителем его ассистент – ученик у демонстрационного стола подтверждает сказанное несложным экспериментом по растворению безводного сульфата меди(II) и выпариванием раствора. Прокаленный сульфат меди(II) лаборанту следует заранее приготовить и поместить в герметичную склянку.

Очень эффектно выглядят кристаллы медного купороса, выращенные на шелковой нитке. К ней привязывается маленький кристаллик – затравка, далее нить помещается на 2–3 недели в пересыщенный раствор медного купороса. Если взять шерстяную нитку, то появится целое ожерелье кристаллов, но их форма будет далека от идеальной, т.к. каждый волосок нити послужит центром кристаллизации.

Опыт по выращиванию кристаллов медного купороса и алюмокалиевых квасцов поручается школьникам за две недели до занятия. Они оформляют коллекцию полученных кристаллов и демонстрируют ее в классе.

Учитель. Эти красивые вещества, в кристаллы которых входят молекулы воды, называются кристаллогидратами, а содержащаяся в них вода – кристаллизационной. Она может испаряться при нагревании или при длительном солнечном освещении. По этой причине выращенные кристаллогидраты следует покрыть бесцветным лаком, например маникюрным или мебельным. Хороший эффект достигается при распылении лака для волос из баллончика.

Состав кристаллогидратов принято изображать формулами, показывающими, какое количество кристаллизационной воды содержит кристаллогидрат на одну формульную единицу соли. Например:

СuSO4 • 5Н2О – медный купорос;

FeSO4 • 7H2O – железный купорос;

Na2SO4 • 10H2O – глауберова соль (мирабилит);

Na2CO3 • 10H2O – кристаллическая сода;

MgSO4 • 7H2O – горькая (английская) соль.

Прочность связи между веществом и кристаллизационной водой в кристаллогидратах различна. Так, прозрачные кристаллы соды (Na2CO3 • 10H2O) легко выветриваются, теряя кристаллизационную воду при обычной температуре. Они становятся тусклыми и постепенно рассыпаются в порошок. Для обезвоживания других кристаллогидратов требуется довольно сильное нагревание.

Ученикам несложно подсчитать, сколько денег будет затрачено на покупку воды, которая входит в состав одной упаковки кристаллической соды. (Массовая доля воды в кристаллической соде более 60 %.)

Некоторые прокаленные соли, присоединяя воду, изменяют цвет, а при выпаривании избытка воды образуют окрашенные кристаллогидраты. Такие соли используются в химии как своеобразные индикаторы на присутствие паров воды в газовых смесях, например в воздухе.

Внесите в сухую термостойкую пробирку на кончике лопаточки кристаллогидрат хлорида кобальта(II), закрепите ее в лапке штатива и нагревайте в пламени спиртовки, наблюдая за изменением цвета кристаллов. Затем охладите пробирку – оставьте ее в открытом виде на столе, через некоторое время цвет кристаллов станет прежним.

Ученики записывают в тетради соответствующие уравнения реакций, учитывая, что конечный продукт является тетрагидратом.


Вода – катализатор

Учитель. В настоящее время накоплено очень много экспериментальных фактов, доказывающих, что вода достаточно активно влияет на физические свойства многих веществ. Выступая в роли катализатора, она увеличивает скорость ряда химических реакций. Природные химические превращения, как правило, осуществляются в присутствии некоторого количества воды, которая есть в атмосфере.

Исследования показали, что даже тщательно высушенные вещества содержат ничтожно малое количество влаги, которое может существенно отразиться на их свойствах. Получение абсолютно сухих веществ является непростой задачей. Специальными опытами было установлено, что после высушивания брома в течение 9 лет температура его кипения оказалась на 59 °С выше той, которая указана в справочниках, а температура кипения ртути, высушенной в тех же условиях, повысилась почти на 100 °С. Установлено также, что после длительного высушивания реагентов: гремучий газ не взрывается при высокой температуре, оксид углерода(II) не горит в кислороде, безводная серная кислота не взаимодействует со щелочными металлами, а последние, в свою очередь, не реагируют с хлором.

В хорошо высушенном кислороде натрий и калий не горят, а уголь, сера и фосфор начинают воспламеняться при более высокой температуре по сравнению с их горением в неосушенном воздухе. Данные факты указывают на то, что влага, содержащаяся в воздухе, играет роль катализатора.

Смешать 0,2 г алюминиевой пудры с 2 г йода, измельченного в ступке до порошкообразного состояния. На дно стеклянной банки емкостью 0,5 л высыпается смесь в виде небольшой горки, в ее вершине нужно сделать углубление, используя обычную пробирку. Банку следует закрыть полиэтиленовой крышкой с отверстием, в которое вставляется пипетка с водой.

Для проведения опыта выдавите несколько капель воды из пипетки и наблюдайте энергичную реакцию йода с алюминием. Поскольку она идет с выделением тепла, часть йода в виде красивых красно-фиолетовых паров испаряется, что хорошо видно на фоне белого экрана.

П р и м е ч а н и е. Вместо алюминия можно использовать порошок магния (0,3 г магния и 2,5 г йода) или цинка (0,6 г цинковой пыли и 2,5 г йода). Следует также учесть, что если порошковый алюминий и цинк хранились достаточно долго, на их крупинках образовалась гидроксидная пленка и опыт может не получиться. В этом случае рекомендуется заново растереть данные порошки в ступке.

Читайте также: