По расчёту приготовили кислоту 0,100 моль/л, но этикетка не заменяет проверки. Как узнать действительную концентрацию, не сравнивая раствор с самим собой?
Учителю: подготовка и план на 45 минут
Бумага, калькулятор, карточки массы и объёмов. Предпосылки: n=m/M, c=n/V, коэффициенты уравнения, расход из бюретки. Используем только предоставленные протоколы; сухие вещества, кислота, нагревание и индикаторы не нужны. История подготовки стандарта описана как условие расчёта, не как инструкция детям. Не выпаривать и не сушить реактивы самостоятельно. Для работы без регистрации достаточно печатных листов.
| Минуты | Работа | Проверяемый продукт |
|---|---|---|
| 0–5 | Проблемная ситуация | Вопрос и проверяемое предположение |
| 5–14 | Понятия и разобранный пример | Пояснение величин и метода |
| 14–25 | Практика 1 | Расчёт, схема или протокол по данным |
| 25–33 | Практика 2 | Решение на новых условиях |
| 33–40 | Обсуждение | Аргумент, альтернатива и вывод |
| 40–45 | Индивидуальная проверка | Самостоятельный ответ и исправление |
Все тексты, рисунки и данные включены. Без регистрации: распечатайте ученическую часть PDF или используйте доску. Ответы открывайте после самостоятельной попытки. Минуты включают чтение, записи и переходы. В конце соберите индивидуальную работу. 0–1 балл: разобрать пример повторно; 2–3: уточнить пропущенное звено; 4: объяснить ограничение модели. Это обратная связь, не обязательная школьная отметка.
01. Проблемная ситуация
0–5 минут · Вопрос и проверяемое предположение
На этикетке стоит «HCl, расчётно 0,100 моль/л». Три титрования дали близкие расходы, но использовали один и тот же неизвестный раствор как «проверочный». За 2 минуты найдите круг в проверке, за 2 предложите независимую опору, за 1 объясните, почему повторы сами не задают концентрацию.
02. Объяснение и разобранный пример
5–14 минут · Понятия, расчёт и ограничения
Стандартный раствор имеет известную концентрацию с установленной точностью. Первичный стандарт — вещество подходящей чистоты, устойчивости и определённого состава, по массе которого можно задать количество. Вторичный стандартный раствор проверяют по первичному стандарту. Не любая соль из бытовой упаковки пригодна: влажность, примеси и состав создают ошибку.
В учебном протоколе использован подготовленный лабораторией безводный Na2CO3, M=106,0 г/моль. Реакция полного взаимодействия: Na2CO3+2HCl → 2NaCl+CO2+H2O. На 1 моль карбоната нужны 2 моль HCl. Здесь конец процедуры относится к полному расходованию карбоната; остановка на первой ступени дала бы другой результат. Саму процедуру выполняет не класс, мы анализируем данные.
Разбор: 0,5300 г доведены до 100,0 мл. n всего=0,5300/106,0=0,005000 моль, c=0,05000 моль/л. В порции 25,00 мл находится 0,001250 моль карбоната, для неё нужно 0,002500 моль HCl. При расходе 25,00 мл c кислоты=0,002500/0,02500=0,1000 моль/л. Объём всей колбы нельзя подставлять вместо порции.
03. Практика 1: данные и доказательство
14–25 минут · Первая серия
| Повтор | Начало HCl, мл | Конец HCl, мл |
|---|---|---|
| 1 | 0,30 | 25,20 |
| 2 | 1,00 | 26,10 |
| 3 | 0,20 | 25,20 |
Стандарт и порции — как в примере. За 3 минуты найдите расходы, за 3 средний расход и c HCl, за 3 сравните отдельные оценки c, за 2 сформулируйте результат без лишних знаков. Продукт — расходы, среднее, расчёт по коэффициенту 2. Критерии: независимая опора, различие колбы и порции, правильный стехиометрический множитель.
Разбор практики 1 и критерии
Расходы 24,90;25,10;25,00 мл; среднее 25,00 мл; итоговая c=0,1000 моль/л по среднему расходу. Отдельно: около 0,1004;0,0996;0,1000 моль/л. Среднее округлённых концентраций не требуется: одинаковые порции позволяют сначала усреднить расход. Разброс показывает повторяемость, но не заменяет проверки чистоты и посуды.
04. Практика 2: перенос на новые условия
25–33 минуты · Самостоятельный перенос
Новый стандарт: 0,4240 г безводного Na2CO3, M=106,0 г/моль, конечный объём 100,0 мл. Порция 20,00 мл потребовала 16,00 мл HCl до полного взаимодействия. На этикетке кислоты было 0,1020 моль/л. За 3 минуты найдите c стандарта и количество в порции, за 3 — c HCl, за 2 — относительное отклонение от этикетки. Это расчётная модель, не практическая работа с кислотой.
Ответ и объяснение практики 2
n всего=0,004000 моль, c стандарта=0,04000 моль/л. В порции 0,0008000 моль Na2CO3, HCl нужно 0,001600 моль. c(HCl)=0,001600/0,01600=0,1000 моль/л. Отклонение (0,1000−0,1020)/0,1020·100%≈−1,96%. Концентрация ниже этикетки, а не выше. Отрицательный знак относится к отклонению, не к самой концентрации.
05. Обсуждение: аргумент и альтернатива
33–40 минут · Аргумент и обоснованный вывод
Тезис: «Запишем больше десятичных знаков — раствор станет точнее». Альтернатива: точность зависит от массы, чистоты, объёмов и обнаружения конца. За 2 минуты найдите источник общей ошибки, за 3 оцените, что будет при влажном стандарте, за 2 сформулируйте, чем стандартизация полезнее красивой этикетки.
Опора для обсуждения
При принятой за чистый карбонат влажной навеске действительное количество Na2CO3 меньше расчётного. Если делить завышенное расчётное количество HCl на измеренный расход, оценка c окажется завышенной. Количество знаков не устраняет эту ошибку. Нужны пригодный стандарт и документированные условия, а не произвольная допись нулей.
06. Индивидуальная проверка
40–45 минут · Собственное решение
Подготовлено 0,2650 г Na2CO3 в 100,0 мл; M=106,0 г/моль. На порцию 20,00 мл затрачено 10,00 мл HCl до полного взаимодействия. Найдите количество карбоната в порции, необходимое количество HCl и c кислоты. Почему коэффициент 2 обязателен?
Ключ и критерии индивидуальной работы
В колбе 0,002500 моль; в порции 0,0005000 моль. HCl=0,001000 моль; c=0,1000 моль/л. Коэффициент 2 следует из сбалансированного уравнения: один карбонат принимает два протона до CO2 и воды. По 1 баллу за количество в порции, количество HCl, c, объяснение коэффициента.
07. Соответствие исходной программе
Пункт программы → действие ученика → проверяемый результат
| Пункт программы | Действие ученика | Проверяемый результат |
|---|---|---|
| Первичные и вторичные стандартные растворы | Выбирает независимую опору | Отличает приготовление от стандартизации |
| Стандартизация соляной кислоты по карбонату натрия | Обрабатывает готовый протокол | Учитывает порцию и отношение 1:2 |
Опора — раздел «Количественный химический анализ» опубликованной программы на 64 часа. Это самостоятельный урок на 45 минут. Подробный сценарий, распределение времени и учебные числовые серии — методическая разработка. Предоставленные данные не выдаются за опыт, проведённый авторами или этим классом.
Источники и права на изображения
- NPTEL, Experiments in Chemistry, лекция 38: стандартизация HCl карбонатом натрия
- OpenStax Chemistry 2e, 4.5: количественный анализ
Источники проверены 15.10.2026. Числовые наборы — учебные данные, не результаты проведённых авторами опытов. Схемы и графики подготовлены порталом «Школы России». Для микрофотографии отдельно указаны автор и лицензия. Ответы и примечания учителю в PDF выделены отдельно.