Katedra Chemii Ogólnej i Nieorganicznej PODSTAWY CHEMII CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA. (ćwiczenia laboratoryjne 30 godzin)

Transkrypt

1 Katedra Chemii Ogólnej i Nieorganicznej PODSTAWY CHEMII KIERUNEK: PRZYRODA CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA (ćwiczenia laboratoryjne 30 godzin) Zestaw doświadczeń chemicznych obejmuje 6 ćwiczeń laboratoryjnych z postaw chemii. W ramach tych ćwiczeń studenci będą mieli okazję samodzielnie wykonać kilkadziesiąt ciekawych doświadczeń opracowanych przez pracowników Katedry. Laboratorium obejmuje następujące ćwiczenia: 1. BiHP w laboratorium chemicznym. Wyposażenie laboratorium. 2. Podstawowe czynności laboratoryjne. Metody oczyszczania i rozdzielania substancji. 3. Roztwory właściwe i koloidalne. 4. Podstawowe typy związków nieorganicznych. 5. Szybkość reakcji chemicznych. Równowaga chemiczna. 6. Dysocjacja. ph roztworów. Reakcje jonów w roztworze wodnym. Ćwiczenia mają na celu wyrobienie umiejętności samodzielnego eksperymentowania i rozwiązywania problemów. Gdańsk 2009/10

2 PODSTAWY CHEMII 2 1. BiHP w laboratorium chemicznym Ćwiczenie 1 BiHP W LABORATORIUM CHEMICZNYM. WYPOSAŻENIE LABORATORIUM Regulamin pracowni chemicznej. Zasady pracy obowiązujące w laboratorium chemicznym. Dostęp do kart charakterystyki odczynników. Postępowanie z odpadami chemicznymi. 2. Wyposażenie laboratorium chemicznego Szkło laboratoryjne (w tym szkło miarowe), sprzęt ceramiczny i metalowy oraz stosowana aparatura. Podstawowe urządzenia znajdujące się w laboratorium (wyciąg laboratoryjny, pompka wodna, suszarka, wirówka, łaźnia wodna i inne). 3. Źródła ciepła stosowane w laboratorium chemicznym Budowa, zasada działania i zastosowanie palników gazowych oraz płaszczy grzejnych w laboratorium chemicznym. 4. Wagi i ważenie substancji chemicznych Wagi techniczne i analityczne. Odważanie substancji chemicznych. 5. Mycie szkła laboratoryjnego i jego suszenie Sposoby mycia szkła laboratoryjnego: - mycie mechaniczne (szczotki do mycia naczyń laboratoryjnych, tryskawki, pompki wodne), - mycie chemiczne (kwasy, ługi, rozpuszczalniki, detergenty). Suszenie szkła, w tym szkła miarowego. Pytania i zagadnienia 1. Wymienić i omówić źródła ciepła stosowane w laboratorium chemicznym. 2. Wymienić typy palników gazowych. 3. W jakich przypadkach nie można stosować palnika gazowego do ogrzewania? 4. W jakich naczyniach przeprowadza się ogrzewanie cieczy? 5. Dlaczego stosuje się kaolin podczas ogrzewania cieczy? 6. W jaki sposób zabezpiecza się ogrzewany roztwór przed utratą rozpuszczalnika? 7. Do czego służy łaźnia wodna i w jakich przypadkach z niej korzystamy? 8. Wymienić i omówić przeznaczenie naczyń miarowych.

3 PODSTAWY CHEMII 3 Ćwiczenie 2 PODSTAWOWE CZYNNOŚCI LABORATORYJNE. METODY OCZYSZCZANIA I ROZDZIELANIA SUBSTANCJI 1. Ogrzewanie i odparowywanie roztworów wodnych a) w probówce Do probówki wsypać niewielką ilość azotanu(v) miedzi(ii), dodać około 5 cm 3 wody destylowanej, probówkę zamknąć korkiem i wstrząsając rozpuścić jej zawartość. Następnie probówkę ująć w łapę i ogrzewać w nieświecącym płomieniu palnika poruszając łagodnie probówką ruchem wirowym. b) w zlewce szklanej Do zlewki szklanej z nasyconym roztworem KNO 3 wrzucić 1-2 kawałki kaolinu. Zlewkę umieścić na płytce metalowej na trójnogu i ogrzewać płomieniem palnika do momentu odparowania około połowy ilości wody. Zawartość zlewki pozostawić do ostudzenia. c) w parownicy porcelanowej Parownicę porcelanową umieścić na płytce do ogrzewania położonej na trójnogu nad palnikiem. Przy pomocy cylindra miarowego odmierzyć 20 cm 3 roztworu chlorku kobaltu(ii) i przelać do parownicy. Odparować do sucha na małym płomieniu palnika. 2. Strącanie osadu siarczanu(vi) baru Odmierzyć cylindrem miarowym 20 cm 3 0,25 M roztworu BaCl 2 i przelać do zlewki pojemności 250 cm 3. Dodać około 100 cm 3 wody destylowanej i wlewać przy jednoczesnym mieszaniu bagietką 0,25 M roztwór kwasu siarkowego(vi), w takiej ilości, aby jego nadmiar w stosunku do BaCl 2 wynosił 10%. Zlewkę z wytrąconym osadem BaSO 4 podzielić na trzy części. 3. Oddzielanie osadu od roztworu a) dekantacja W pierwszej zlewce zdekantować ciecz znad osadu, zlewając możliwie najdokładniej roztwór znad osadu. b) sączenie sączek twardy i miękki Mieszaninę z drugiej zlewki przesączyć pod ciśnieniem atmosferycznym część przez sączek miękki, część przez sączek twardy. c) wirowanie Zawartość trzeciej zlewki rozlać do probówek wirówkowych, rozmieścić je równomiernie w wirówce w płaszczach zabezpieczających i odwirować. 4. Filtracja chemiczna Karbowany sączek umieścić w szklanym lejku i wsypać do niego trzy łyżeczki węgla aktywnego. Do około 50 cm 3 wody w zlewce dodać jedną kroplę atramentu (lub trzy kryształki manganianu(vii) potasu). Kolorowy roztwór przesączyć przez węgiel aktywny do zlewki umieszczonej na statywie. 5. Oczyszczanie jodu przez sublimację (POKAZ) Do suchej, czystej zlewki o pojemności 200 cm 3 wsypać ok. 1 g jodu zanieczyszczonego piaskiem. Zlewkę postawić na płytce metalowej umieszczonej na trójnogu. Okrągłodenną kolbę o pojemności 250 cm 3 napełnić zimną wodą, umocować ją w łapie statywu tak by była umieszczona na

4 PODSTAWY CHEMII 4 zlewce z jodem. Zlewkę z zanieczyszczonym jodem ogrzewać słabym płomieniem palnika. Obserwować uważnie zmiany stanów skupienia jodu. Zebrać ostrożnie oczyszczony jod z powierzchni kolby i przenieść do słoika. 6. Ekstrakcja a) w rozdzielaczu Do rozdzielacza o pojemności 50 cm 3 (lub 100 cm 3 ) wlać 10 cm 3 0,05 M wodnego roztworu jodu w jodku potasu i następnie dodać 10 cm 3 chloroformu. Zamknąć rozdzielacz korkiem szlifowym i wytrząsać zawartość przez około 2 minuty. W trakcie wytrząsania należy kilkakrotnie otwierać kran rozdzielacza w celu wyrównania ciśnienia. Rozdzielacz odstawić w celu wytworzenia dwóch niemieszających się warstw cieczy (rozwarstwienia). Do kolbki stożkowej wlać warstwę organiczną. Do warstwy wodnej w rozdzielaczu wlać świeżą porcję chloroformu, powtórzyć wytrząsanie i wlać warstwę chloroformową do drugiej kolbki. Porównać barwy roztworów wodnych po pierwszej i drugiej ekstrakcji. b) z wykorzystaniem aparatu Soxhleta (POKAZ) Próbkę do ługowania (liście drzew, tytoń) umieścić w gilzie i włożyć do komory ekstrakcyjnej aparatu Soxhleta. Do kolby wlać rozpuszczalnik organiczny wskazany przez prowadzącego zajęcia (np. alkohol etylowy, aceton lub inny). Kontynuować ekstrakcję tak długo, aż roztwór w komorze ekstrakcyjnej będzie bezbarwny. Ekstrakt (roztwór w kolbie) szczelnie zamknąć i opisać. 7. Destylacja (POKAZ) Zbudować zestaw do destylacji składający się z kolby okrągłodennej o pojemności cm 3, chłodnicy destylacyjnej z termometrem do 150 o C, odbieralnika i płaszcza elektrycznego. Do połowy objętości kolby wlać wodę morską lub kilkuprocentowy roztwór CuSO 4, wrzucić kilka kawałów kaolinu i ogrzewać. Przerwać ogrzewanie, zanim roztwór całkowicie odparuje. Po zakończeniu destylacji wykonać próbę na obecność jonów chlorkowych i siarczanowych lub tylko siarczanowych w wodzie przed i po destylacji. Do wykrywania jonów Cl 2 zastosować roztwór AgNO 3 a do SO 4 roztwór soli baru. Pytania i zagadnienia 1. Wymienić metody rozdzielania mieszanin. 2. Omówić metody oddzielania osadu od roztworu. 3. Wytłumaczyć, jakie różnice właściwości składników wykorzystuje się w poszczególnych metodach rozdzielania mieszanin. 4. Wyjaśnić znaczenie terminów: filtracja, przesącz, pozostałość, destylacja, destylat, pogon, odparowanie, krystalizacja, rozwarstwienie, ekstrakcja, dekantacja, sublimacja, adsorbent, adsorpcja. 5. Sposoby oczyszczania substancji chemicznych. 6. Kiedy przeprowadzamy sączenie pod zmniejszonym ciśnieniem? W jaki sposób wytwarzamy podciśnienie?

5 PODSTAWY CHEMII 5 Ćwiczenie 3 ROZTWORY WŁAŚCIWE I KOLOIDALNE 1. Czynniki wpływające na przebieg procesu rozpuszczania Polarność rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej 1.1. Rozpuszczalność soli nieorganicznych Do jednej probówki wlać około 2 cm 3 wody destylowanej (demineralizowanej) a do drugiej taką samą objętość etanolu. Do każdej z nich wsypać po kilka kryształków soli kuchennej (chlorku sodu) i wymieszać zawartość. Porównać rozpuszczalność soli w obu rozpuszczalnikach Rozpuszczalność stałych substancji niepolarnych Do probówek wlać po około 2 cm 3 wody, etanolu, toluenu, chloroformu i 0,1 M wodnego roztworu jodku potasu,. Do każdego z rozpuszczalników oraz do roztworu KI wsypać po kilka kryształków jodu i wymieszać zawartość. Porównać rozpuszczalność jodu oraz barwy otrzymanych roztworów. Temperatura 1.3. Rozpuszczalność soli nieorganicznych w wodzie Do trzech probówek wlać po około 5 cm 3 wody i zmierzyć jej temperaturę. Następnie, mierząc temperaturę, do kolejnych probówek wsypać takie ilości azotanu(v) potasu, bezwodnego chlorku wapnia oraz chlorku sodu, aby otrzymać nasycone roztwory. Wymieszać dokładnie zawartość probówek umieszczonymi w nich termometrami i zmierzyć temperaturę otrzymanych roztworów. Określić efekty cieplne towarzyszące rozpuszczaniu poszczególnych soli w wodzie Rozpuszczalność gazów Do umieszczonego w kolbce stożkowej roztworu dwutlenku węgla w wodzie (np. wody gazowanej) dodać kilka kropli błękitu bromotymolowego (pojawi się żółte zabarwienie) i ogrzewać, obserwując zmiany zabarwienia roztworu. 2. Otrzymywanie roztworów koloidalnych 2.1. Piana jako układ koloidalny Rozetrzeć w moździerzu na drobny proszek 3,5 g siarczanu(vi) glinu z łyżką detergentu do prania. Otrzymany proszek przenieść do zlewki i rozpuść w około 30 cm 3 wody. W drugiej zlewce rozpuść 2,5 g wodorowęglanu sodu w 30 cm 3 wody. Następnie przelać zawartość pierwszej zlewki do zlewki z roztworem NaHCO 3 i szybko wymieszać Otrzymywanie koloidalnego roztworu jodku srebra Do probówki zawierającej około 3-5 cm 3 0,01 M roztworu jodku potasu dodawać powoli, obserwując barwę roztworu, taką samą ilość 0,01 M roztworu azotanu(v) srebra. Probówkę zamknąć korkiem i wymieszać jej zawartość. Powstaje zabarwiony na żółto hydrozol jodku srebra Otrzymywanie koloidalnego roztworu siarki Do probówki zawierającej 4 cm 3 1 M roztworu tiosiarczanu sodu dodać 2 cm 3 2 M roztworu kwasu siarkowego(vi) i podgrzać całość w zlewce z wrzącą wodą. Zwrócić uwagę na barwę otrzyma-

6 PODSTAWY CHEMII 6 nego roztworu i jego koagulację prowadzącą do żelu lub osadu siarki. 3. Rozkład koloidu a) Do 7% roztworu wodnego skrobi wprowadzać stopniowo 95% etanol i obserwować zachodzące zmiany. b) Do opalizującego zolu kazeiny w 0,1 M roztworze octanu sodu dodawać powoli 1 M roztworu kwasu octowego i obserwować zachodzące w roztworze zmiany. 4. Pierścienie Lieseganga Do zajmującego 2 / 3 objętości probówki roztworu żelatyny i chlorku kobaltu(ii) (1,5 g żelatyny i 2,5 g CoCl 2 ogrzewać w 50 cm 3 wody do rozpuszczenia żelatyny i pozostawić do oziębienia i utworzenia żelu w odpowiednim naczyniu) dodać 25% roztwór amoniaku, wypełniając probówkę niemal całkowicie. Obserwować tworzące się pierścienie (probówki przechować do następnych zajęć). Pytania i zagadnienia 1. Zdefiniować pojęcia: roztwór rzeczywisty, roztwór nasycony, roztwór przesycony, rozpuszczalność. 2. Zmiana, jakich parametrów prowadzi do przejścia od roztworu nienasyconego do nasyconego i odwrotnie? 3. Zdefiniować stężenia: molowe, molalne, normalne, procentowe, ppm, ppb, ułamek molowy. 4. Rodzaje oddziaływań międzycząsteczkowych. 5. Czynniki wpływające na rozpuszczalność gazów w cieczach. 6. Jak zmienia się rozpuszczalność gazów ze wzrostem temperatury? 7. Jak zależy rozpuszczalność ciał stałych od temperatury? 8. Który z gazów wodór, chlor, chlorowodór jest najlepiej rozpuszczalny w wodzie, a który najgorzej? Dlaczego? 9. Od czego zależy, czy rozpuszczanie ciał stałych w cieczach jest procesem egzo- czy endotermicznym? 10. Dlaczego rozpuszczalność związków jonowych zwiększa się wraz ze wzrostem względnej przenikalności elektrycznej rozpuszczalników? 11. Rozpuszczalność chlorku sodu w temperaturze 20 o C wynosi 36 g/100 g wody. Obliczyć stężenie procentowe i molalne roztworu. 12. Co to jest układ koloidalny? 13. Jak odróżnić roztwór koloidalny od właściwego? 14. Opisać budowę cząstki koloidu fazowego. 15. Porównać koloidy hydrofilowe i hydrofobowe. 16. Zdefiniować pojęcia: zol, żel, koagulacja, peptyzacja, wysolenie. 17. Co to jest skrobia i kazeina występowanie i budowa? 18. Co to jest punkt izoelektryczny? 19. Podać przykłady koloidów i emulsji występujących w przyrodzie.

7 PODSTAWY CHEMII 7 Ćwiczenie 4 PODSTAWOWE TYPY ZWIĄZKÓW NIEORGANICZNYCH 1. Otrzymywanie i właściwości tlenków 1.1. Spalanie magnezu w powietrzu i identyfikacja produktu reakcji Kawałek wstążki magnezowej zapalić wprowadzając ją na chwilę do płomienia palnika. Palący się magnez natychmiast wprowadzić do zlewki lub cylindra. Do uzyskanego białego produktu dodać kilka cm 3 wody, wymieszać i sprawdzić odczyn roztworu dodając kilka kropli fenoloftaleiny Spalanie siarki w powietrzu i identyfikacja właściwości powstałego tlenku Niewielką ilość sproszkowanej siarki umieścić na łyżeczce do spalań, zapalić w płomieniu palnika i szybko wsunąć łyżeczkę do cylindra do zbierania gazów, przykrytego szkiełkiem zegarkowym. Ostrożnie powąchać powstający gaz, dodać do cylindra trochę wody i wytrząsnąć zawartość do rozpuszczenia się gazu. Następnie dodać kilka kropli oranżu metylowego lub błękitu bromotymolowego sprawdzając odczyn otrzymanego roztworu Otrzymywanie tlenku miedzi(ii) przez rozkład wodorotlenku Do kilku cm 3 2 M roztworu siarczanu(vi) miedzi(ii) dodawać 2 M roztworu NaOH do wytrącenia niebieskiego osadu wodorotlenku miedzi(ii). Następnie zawartość probówki ogrzać lekko w płomieniu palnika zwracając uwagę na zmianę barwy osadu Otrzymywanie tlenków przez rozkład soli Niewielką ilość stałego azotanu(v) ołowiu [Pb(NO 3 ) 2 ] wsypać do probówki i ogrzać w płomieniu palnika do rozkładu związku. Zwrócić uwagę na barwy powstających tlenków: NO 2 i PbO. Do probówki wsunąć lekko tlące się łuczywko w celu identyfikacji wydzielającego się również tlenu. 2. Kwasy. Niektóre metody otrzymywania 2.1. Reakcja tlenku kwasowego z wodą Do probówki zawierającej kilka cm 3 wody destylowanej wsypać szczyptę P 4 O 10 (ostrożnie reakcja silnie egzotermiczna). Wymieszać bagietką i po całkowitym rozpuszczeniu osadu rozlać roztwór do dwóch probówek. Do każdej z nich dodać po 2 krople następujących wskaźników: błękitu bromotymolowego i oranżu metylowego. Zanotować barwę roztworów Otrzymywanie kwasu z jego soli Do probówki wsypać niewielką ilość węglanu sodu i dodać do niej około 3 cm 3 2 M roztworu kwasu siarkowego(vi). Zwrócić uwagę na intensywność wydzielania się gazu w probówce. 3. Wodorotlenki. Wybrane metody otrzymywania 3.1. Reakcja metalu z wodą Do wysokiej zlewki o pojemności 200 cm 3 wlać około 50 cm 3 wody i wrzucić świeżo odkrojony, wielkości małego ziarna grochu, kawałek sodu. Za pomocą błękitu bromotymolowego i fenoloftaleiny sprawdzić odczyn roztworu.

8 PODSTAWY CHEMII Reakcja tlenku zasadowego z wodą Do probówki wsypać szczyptę tlenku baru lub tlenku wapnia, dodać kilka cm 3 wody i wymieszać. Wybranym wskaźnikiem sprawdzić odczyn roztworu Otrzymywanie wodorotlenków z soli W trzech probówkach przygotować po około 3 cm 3 roztworu soli: żelaza(iii), glinu i magnezu. Do każdej probówki dodawać kroplami 2 M roztworu NaOH do wytrącenia osadu. 4. Sole. Wybrane metody otrzymywania soli 4.1. Reakcja kwasu z zasadą Do około 2 cm 3 0,1 M roztworu wodorotlenku baru dodać kilka cm 3 2 M roztworu H 2 SO Reakcja metalu z kwasem Do dwóch probówek wsypać nieco sproszkowanej miedzi, a następnie dodać do pierwszej z nich 2 M roztworu HCl, do drugiej 2 M roztworu HNO 3. Zawartość probówek lekko ogrzać. Zwrócić uwagę na różnicę w zachowaniu się miedzi wobec obu kwasów Reakcja między dwiema solami a) Do probówki wlać około 2 cm 3 roztworu azotanu(v) srebra i potem dodać kilka kropli roztworu chlorku sodu. b) Do probówki zawierającej około 2 cm 3 roztworu Pb(NO 3 ) 2 dodać kilka kropli roztworu jodku potasu. c) Do probówki z około 2 cm 3 roztworu CuSO 4 dodać kilka kropli roztworu węglanu sodu Otrzymywanie wodorosoli Do probówki wlać około 2 cm 3 nasyconego roztworu wodorotlenku wapnia, wrzucić kilka kryształków suchego lodu (stały CO 2 ) lub wprowadzić gazowy CO 2 (z butli) do wytrącenia osadu. Do otrzymanego osadu dodać kolejną porcję CO 2 doprowadzając do rozpuszczenia osadu. Uzyskany roztwór ogrzać obserwując ponowne tworzenie się osadu. Pytania i zagadnienia 1. Opisać równaniami reakcji chemicznych wykonane doświadczenia podając jednocześnie barwę roztworów, otrzymanych osadów i inne zaobserwowane zjawiska. 2. Podać co najmniej po trzy przykłady tlenków o właściwościach: zasadowych, amfoterycznych i kwasowych. 3. Podzielić następujące tlenki według ich charakteru chemicznego podając odpowiednie reakcje chemiczne: N 2 O 5, Na 2 O, NO 2, MgO, Cr 2 O 3, SnO, CrO 3, CO, Mn 2 O Podać zapis reakcji spalania wapnia, fosforu i żelaza w tlenie. Czy każdy z otrzymanych tlenków reaguje z wodą? Podać równania reakcji i określić odczyn wodnych roztworów. 5. Podać równania reakcji chemicznych świadczące o tym, że NO 2 jest tlenkiem kwasowym, CaO tlenkiem zasadowym a Al 2 O 3 wykazuje właściwości amfoteryczne. 6. Zilustrować reakcjami metody otrzymywania kwasów oraz metody otrzymywania wodorotlenków. 7. W jaki sposób otrzymać kwas krzemowy z SiO 2? 8. Jakie czynniki wpływają na moc kwasów (przykłady)? 9. W podanych parach kwasów i zasad zaznaczyć, który(a) jest mocniejszy(a): HNO 2 - HNO 3,

9 PODSTAWY CHEMII 9 H 2 SO 4 - HNO 3, HCl - HBr, H 3 PO 4 - HNO 3, Fe(OH) 2 - Fe(OH) 3, NaOH - Mg(OH) 2, Ca(OH) 2 - Ba(OH) 2. Uzasadnić wybór. 10. Wymienić znane wodorotlenki o charakterze amfoterycznym. Dla jednego z nich podać reakcje potwierdzające te właściwości. 11. Podać po cztery metody otrzymywania następujących soli: CuSO 4, Zn(NO 3 ) 2, MgCl Wymienić trudno rozpuszczalne w wodzie: siarczany(vi), węglany i chlorki. 13. Podać po cztery sposoby równania reakcji chemicznych otrzymywania chlorków, azotanów(v) i siarczanów(vi) różnych pierwiastków. 14. Podać po dwa przykłady reakcji roztwarzania metali w kwasach nieutleniających i utleniających. 15. Podać (wraz z komentarzem) zapisy reakcji zachodzących podczas stopniowego wprowadzania CO 2 do roztworu Ca(OH) 2 na zimno i po ogrzaniu. 16. Napisać równania reakcji: Pb(NO 3 ) 2, Na[Cr(OH) 4 ], K 2 CrO 4 i Al(OH)SO 4 z wodnym roztworem kwasu siarkowego(vi). 17. Napisać równania reakcji: Al, ZnSO 4, NH 4 NO 3, NO 2 i NaH 2 PO 4 z wodnym roztworem wodorotlenku potasu (nadmiar!). 18. Ułożyć równania reakcji, za pomocą których można dokonać następujących przemian: Ca CaO Ca(OH) 2 CaCO 3 Ca(HCO 3 ) 2 CaCO Podać wzory i nazwy chemiczne następujących związków: sól kuchenna, soda oczyszczona, soda żrąca, sól gorzka, lapis, szkło wodne, saletra chilijska, salmiak, wapno palone, wapno gaszone, siny kamień, sól glauberska, potaż, gips, anhydryt.

10 PODSTAWY CHEMII 10 Ćwiczenie 5 SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA 1. Zależność szybkości reakcji od stężenia substancji reagujących (badanie kinetyki reakcji Landolta) Do zlewki o pojemności 50 cm 3 wlać roztwory: jodanu(v) potasu, kwasu siarkowego(vi) i skrobi w ilościach podanych w poniższej tabeli. Cylindrem miarowym odmierzyć 5 cm 3 siarczanu(iv) sodu, wlać do mieszaniny w zlewce, szybko wymieszać i jednocześnie włączyć stoper w celu i odmierzenia czasu do momentu pojawienia się granatowego zabarwienia. Czynności wykonać dla dwóch podanych w tabeli zestawów roztworów zawierających różne stężenia KIO 3. Zawartość zlewki 0,01 M Lp. 0,02 M KIO 3 woda 0,5 M H 2 SO 4 skrobia Na 2 SO cm 3 30 cm 3 1 cm 3 0,5 cm 3 5 cm cm 3 20 cm 3 1 cm 3 0,5 cm 3 5 cm 3 c KIO 3 [mol/dm 3 ] Czas [s] 2. Wpływ temperatury na szybkość reakcji chemicznych a) Do probówki wlać 5 cm 3 5 M roztworu NH 4 Cl, a do drugiej taką samą ilość świeżo przygotowanego 5 M roztworu NaNO 2. Następnie zmieszać zawartość obu probówek, zamknąć probówkę korkiem i lekko wstrząsnąć jej zawartość. Otworzyć probówkę obserwując powolne wydzielanie się pęcherzyków gazu. b) Powtórzyć to samo doświadczenie zlewając do małej zlewki takie same objętości substratów ogrzane uprzednio w osobnych probówkach do temperatury o C. Zaobserwować zmianę w intensywności wydzielania gazowego produktu reakcji, wywołaną podwyższeniem temperatury. 3. Wpływ katalizatora na szybkość reakcji chemicznych a) Do pięciu probówek nalać po około 5 cm 3 15% roztworu nadtlenku wodoru. Następnie do pierwszej probówki wrzucić mały kawałek surowej wątróbki, do drugiej kawałek ziemniaka, do trzeciej kawałek selera, do czwartej kawałek ugotowanej wątróbki a piątą probówkę pozostawić jako porównawczą. Sprawdzić żarzącym się łuczywkiem intensywność wydzielania się gazu w każdej probówce. Na zakończenie doświadczenia do piątej probówki, zawierającej tylko H 2 O 2, można dodać szczyptę braunsztynu (MnO 2 ) i porównać intensywność rozkładu nadtlenku wodoru pod wpływem katalizatora nieorganicznego. b) Do małej zlewki (25 cm 3 ) odmierzyć 2-3 cm 3 2 M roztworu KI. Następnie do wysokiego cylindra o pojemności 250 cm 3 wlać cm 3 perhydrolu (30% H 2 O 2 ), dodać kilka kropli wskaźnika o intensywnej barwie (np. błękitu bromotymolowego, czerwieni metylenowej lub innego) oraz 2-3 cm 3 dowolnego detergentu. Po wymieszaniu roztworu wstawić cylinder do zlewu lub umieścić go w szerokiej kuwecie i bardzo szybko wlać odmierzoną wcześniej ilość KI. 4. Równowaga między jonami chromianowymi i dichromianowymi Do probówki wlać około 3 cm 3 0,5 M roztworu K 2 CrO 4 i dodać kilka kropli 2 M roztworu H 2 SO 4 do zmiany barwy z żółtej na pomarańczową. W drugiej probówce przeprowadzić reakcję odwrotną, tzn. do roztworu K 2 Cr 2 O 7 o stężeniu 0, 5 M dodać 2 M roztworu NaOH do zmiany barwy. 5. Wpływ wydzielania się produktów trudno rozpuszczalnych, łatwo rozpuszczalnych i słabo zdysocjowanych na równowagę reakcji chemicznych

11 PODSTAWY CHEMII 11 a) powstaje produkt trudno rozpuszczalny Do dwóch probówek wlać po około 5 cm 3 0,1 M roztworu NaCl. Następnie do pierwszej z nich dodać około 3 cm 3 0,1 M roztworu KNO 3, a do drugiej 0,1 M roztworu AgNO 3. b) powstaje produkt łatwo lotny Do około 5 cm 3 1 M NaHCO 3 dodać około 2 cm 3 1 M HCl. c) powstaje produkt słabo zdysocjowany Przygotować w probówce kilka cm 3 stężonego roztworu octanu sodu. Do tego roztworu dodać około 5 cm 3 2 M roztworu kwasu siarkowego(vi). Ostrożnie powąchać zawartość probówki. 6. Reakcja oscylacyjna Briggsa-Rauschera (POKAZ) Przygotować następujące roztwory: a) w 25 cm 3 wody rozpuścić 0,4 g kwasu malonowego i 0,25 g MnSO 4 5H 2 O b) w 25 cm 3 wody rozpuścić 1,1 g KIO 3 i dodać 2 krople H 2 SO 4(stęż.) c) do 10 cm 3 30% H 2 O 2 dodać 15 cm 3 0,05 % roztworu skrobi W krystalizatorze zmieszać po 10 cm 3 wszystkich roztworów. Po 1-minutowym okresie wstępnym rozpoczyna się reakcja, której przebieg charakteryzują oscylacje zabarwienia roztworu: żółty bezbarwny niebieski. Pytania i zagadnienia 1. Zdefiniować szybkość reakcji chemicznej. Od czego zależy jej wartość? 2. Co to jest stała szybkości reakcji i od czego zależy jej wartość? 3. Zdefiniować rzędowość i cząsteczkowość reakcji. Czy zawsze są one sobie równe? 4. Nadtlenek wodoru w wodnym roztworze ulega rozkładowi z wydzieleniem tlenu. Określić, czy szybkość tej reakcji wzrośnie, czy zmaleje, jeżeli: a) ogrzeje się roztwór, b) do roztworu doda się MnO 2, który jest katalizatorem reakcji rozkładu H 2 O Na czym polega rola katalizatora w reakcjach chemicznych? 6. Jak, zgodnie z regułą van t Hoffa, zmieni się szybkość reakcji po podwyższeniu temp. o 20 o C? 7. Co to jest stała równowagi chemicznej i od czego zależy jej wartość? 8. Jakie reakcje można uważać za praktycznie nieodwracalne? Podać przykłady takich reakcji. 9. W jakich warunkach zmiana ciśnienia wpływa na układ znajdujący się w równowadze? 10. Sformułować zasadę Le Chataliera-Brauna i na jej podstawie wyjaśnić, w jakim kierunku przesunie się równowaga reakcji: N H 2 2 NH 3 a) po zwiększeniu ciśnienia wywieranego na reagujący układ, b) po zwiększeniu objętości naczynia, c) po wprowadzeniu katalizatora (Fe z dodatkiem Al). 11. Określić, jak wpłynie na położenie równowagi poniższej reakcji: CO 2 (g) + H 2 CO (g) + H 2 O (g) a) dodanie H 2 do mieszaniny reakcyjnej, b) dodanie CO do mieszaniny reakcyjnej, c) usunięcie części CO 2 z mieszaniny reakcyjnej, d) usunięcie części H 2 O z mieszaniny reakcyjnej. 12. Określić, w której reakcji zwiększenie ciśnienia mieszaniny reakcyjnej spowoduje zwiększenie wydajności reakcji: a) synteza chlorowodoru, b) synteza amoniaku.

12 PODSTAWY CHEMII 12 Ćwiczenie 6 DYSOCJACJA. ph ROZTWORÓW. REAKCJE JONÓW W ROZTWORZE WODNYM 1. Przewodnictwo elektryczne - kryterium podziału substancji na elektrolity i nieelektrolity Zbadać konduktometrycznie przewodnictwo następujących substancji: 95% etanolu (C 2 H 5 OH), wodnego roztworu sacharozy (C 12 H 22 O 11 ), 0,1 M CH 3 COOH, 0,1 M NaCl, 0,1 M NH 3 (aq), 0,1 M HCl i 0,1 M NaOH, W tym celu zanurzyć do cieczy sondę konduktometryczną, skalibrować przyrząd i zanotować wartość przewodnictwa. Następnie zbadać przewodnictwo wody wodociągowej i wody destylowanej. UWAGA! Przed wykonaniem pomiaru każdorazowo przemyć i osuszyć sondę! 2. Zależność stopnia dysocjacji elektrolitu od jego stężenia Do krystalizatora lub zlewki (100 cm 3 ) odmierzyć cylindrem 20 cm 3 lodowatego kwasu octowego. Naczynie z kwasem postawić na płycie mieszadła elektromagnetycznego, zanurzyć w nim elektrody węglowe, włączyć w obwód prądu i sprawdzić intensywność światła żarówki. Następnie do kwasu dodać 10 cm 3 wody destylowanej, zawartość naczynia dokładnie wymieszać mieszadłem magnetycznym i ponownie sprawdzić intensywność światła żarówki. W analogiczny sposób, dodając kolejne 20 cm 3 wody, wykonać jeszcze jeden pomiar. 3. Naturalne wskaźniki - wywar z liści czerwonej kapusty Do każdej z sześciu probówek z roztworami 0,1 M HCl; 0,1 M CH 3 COOH; 0,1 M NaCl; H 2 O (destylowana); 0,1 M NH 3 (aq) ; 0,1 M NaOH dodać po 1-2 cm 3 świeżo przygotowanego wywaru z liści czerwonej kapusty. Porównać zmiany zabarwienia w poszczególnych probówkach. 4. Sprawdzanie odczynu wybranych roztworów wskaźnikami kwasowo-zasadowymi Do pięciu ponumerowanych probówek dodać kolejno po 1 cm 3 następujących roztworów: 0,1 M HCl; 0,1 M NH 4 Cl, 0,1 M NaCl; 0,1 M Na 2 CO 3 i 0,1 M NaOH. Do każdej z nich dodać po 2 krople roztworu błękitu bromotymolowego. To samo doświadczenie wykonać używając jako wskaźników oranżu metylowego i fenoloftaleiny. Zapisać zabarwienie roztworów. 5. Oznaczanie wartości ph roztworów z zastosowaniem pehametru a) Przy użyciu pehametru zmierzyć ph następujących roztworów: 1) 0,1 M roztworu kwasu solnego, 2) 0,1 M roztworu kwasu octowego, 3) 0,1 M roztworu amoniaku, 4) 0,1 M roztworu wodorotlenku sodu. Orientacyjną wartość ph określić papierkiem uniwersalnym. Następnie zmierzyć ph za pomocą pehametru wyposażonego w elektrodę kombinowaną. Uzyskane wyniki, łącznie z wartościami wynikającymi z obliczeń zestawić w tabeli: Lp. Odczynnik 1. 0,1 M HCl 2. 0,1 M NaOH 3. 0,1 M CH 3 COOH 4. 0,1 M NH 3 ph określone papierkiem uniwersalnym ph zmierzone pehametrem ph obliczone

13 PODSTAWY CHEMII 13 b) Zmierzyć pehametrem ph kilku produktów żywnościowych i chemii gospodarczej. Do zlewki o pojemności 100 cm 3 wlać do połowy jej wysokości kilka wybranych, aktualnie dostępnych w laboratorium, produktów (napój Coca Cola, ocet spożywczy, sok jabłkowy, piwo, woda gazowana, roztwór środka czyszczącego, roztwór proszku do prania) i pehametrem zmierzyć ich wartość ph. 6. Reakcje hydratowanych kationów z wodą (hydroliza kationowa) Przygotować po około 2 cm 3 wodnych roztworów azotanów(v) glinu(iii) i magnezu. Określić odczyn otrzymanych roztworów papierkiem wskaźnikowym. 7. Reakcje anionów z wodą (hydroliza anionowa) Przygotować po około 2 cm 3 wodnych roztworów: węglanu sodu, ortofosforanu(v) sodu i siarczanu(iv) sodu. Do otrzymanych roztworów dodać po kilka kropli błękitu bromotymolowego. 8. Protoliza węglanu i wodorowęglanu sodu Do trzech probówek wlać po kilka cm 3 0,1 M roztworu węglanu sodu. Za pomocą wskaźników, żółcieni alizarynowej i błękitu Nilu określić przybliżoną wartość ph tego roztworu. To samo doświadczenie powtórzyć z 0,1 M roztworem NaHCO 3. Pytania i zagadnienia 1. Pojęcie kwasu i zasady wg teorii Broensted a. 2. Jakie są doświadczalne dowody występowania jonów w roztworach? 3. Czynniki wpływające na stopień dysocjacji elektrolitu. 4. Wyjaśnić zmianę przewodnictwa kwasu octowego w miarę dodawania do niego wody. 5. Do dwóch probówek, zawierających roztwór kwasu octowego dodano: do pierwszej wody, do drugiej roztworu HCl. Jak wpłynie to na stopień i stałą dysocjacji kwasu octowego? 6. Wyprowadzić zależność pomiędzy stopniem dysocjacji, stałą dysocjacji i stężeniem elektrolitu. 7. Kryterium podziału elektrolitów na mocne i słabe. 8. W wodnym roztworze kwasu HA stężenie jonów H 3 O + wynosi 0,3 M, zaś stężenie cząsteczek niezdysocjowanych kwasu wynosi 1,7 M. Obliczyć stopień i stałą dysocjacji kwasu. 9. Obliczyć stężenie jonów wodorotlenowych w 0,01 M roztworze słabej zasady, której stała dysocjacji wynosi K b = 1, Obliczyć stężenie jonów H 3 O + w 0,01 M roztworze kwasu solnego i w 0,05 M roztworze kwasu octowego (K a = 1, ). 11. Czym należy tłumaczyć duże przewodnictwo roztworów wodnych HCl i NaOH? 12. Wymienić najczęściej stosowane wskaźniki ph. Podać mechanizm ich działania. 13. Co to są wskaźniki ph? Co rozumie się pod pojęciem zakresu zmiany barwy wskaźnika? 14. Co to jest iloczyn jonowy wody i ph roztworu? 15. Obliczyć stężenie jonów wodorowych w roztworze dla którego: a) ph = 3,92, b) poh = 5, Ustalić jakie zabarwienie występuje w roztworze a) kwasu, b) zasady po dodaniu wskaźnika typu HInd, którego dysocjacja związana jest z następującymi barwami: (barwa żółta) HInd = H + + Ind (barwa niebieska). 17. Hydroliza jako reakcja protolityczna anionowej zasady lub kationowego kwasu z wodą. 18. Napisać równania reakcji protolitycznych przebiegających w wykonanych ćwiczeniach. 19. Który z dwóch roztworów o jednakowym stężeniu wykazuje wyższą wartość ph: a) Na 2 CO 3 czy NaHCO 3 b) CH 3 COONa czy KCN c) Fe(NO 3 ) 2 czy Fe(NO 3 ) 3? Odpowiedź uzasadnić.