ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΧΗΜΕΙΑΣ Τ.Ε.Ε. Β ΤΑΞΗΣ 1 ου ΚΥΚΛΟΥ

Transcript

1 Εργαστηριακό Κέντρο Φυσικών Επιστηµών Aγίων Αναργύρων Υπεύθυνος Εργαστηρίου : Χαρακόπουλος Καλλίνικος Επιµέλεια Παρουσίαση : Καραγιάννης Πέτρος ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΧΗΜΕΙΑΣ Τ.Ε.Ε. Β ΤΑΞΗΣ 1 ου ΚΥΚΛΟΥ 1. ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΤΙ ΡΑΣΗΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΤΗΝ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ Α. ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΤΩΝ ΑΝΤΙ ΡΩΝΤΩΝ H 2 SO 4 (aq) + 2 NaHCO 3 (aq) Na 2 SO 4 (aq) + CO 2 (g) + H 2 O κωνική φιάλη διήθησης των 250 ml ογκοµετρικοί κύλινδροι των 10 ml, 50 ml, 250 ml µεταλλικό στήριγµα λαβίδα στήριξης λεκάνη κυµάτων λάστιχο ζυγός χαρτί νερό διάλυµα H 2 SO 4 1Μ NaHCO 3 (s) Σε κωνική φιάλη διήθησης των 250 ml εισάγονται 10 ml διαλύµατος H 2 SO 4 1Μ και στο ακροφύσιο της τοποθετείται λάστιχο του οποίου το άκρο καταλήγει στο εσωτερικό ανεστραµµένου ογκοµετρικού κυλίνδρου των 100 ml, στερεωµένου σε µεταλλικό στήριγµα, συµπληρωµένου µε νερό και µε το στόµιο βυθισµένο λίγα cm σε νερό, στο εσωτερικό λεκάνης κυµάτων. Η αρχική στάθµη του νερού στο εσωτερικό του κυλίνδρου (εφόσον δεν είναι πλήρης) σηµειώνεται και στη συνέχεια ζυγίζεται 0,5 g NaHCO 3 σε χαρτί, προστίθεται άπαξ στην κωνική (µε προσοχή ώστε να µην µείνει ποσότητα στα τοιχώµατα), η φιάλη πωµατίζεται άµεσα και αρχίζει να µετράται ο χρόνος διάρκειας της αντίδρασης και ο όγκος του εκλυόµενου διοξειδίου του άνθρακα. Μετά το πέρας της αντίδρασης και αφού καταγραφεί ο χρόνος διάρκειας και ο όγκος CO 2 στο εσωτερικό του κυλίνδρου, το πείραµα επαναλαµβάνεται µε χρησιµοποίηση 50 ml διαλύµατος H 2 SO 4 0,2 Μ ( ισοµοριακή ποσότητα βάσει n=c V ) στα οποία προστίθεται επίσης 0,5 g NaHCO 3 κατά τα γνωστά. Συγκρίνοντας τους χρόνους αντίδρασης και τους όγκους CO 2 των δύο πειραµάτων, επαληθεύεται η αύξηση της ταχύτητας χηµικής αντίδρασης µε την αύξηση της συγκέντρωσης των αντιδρώντων, ενώ οι ποσότητες των προïόντων εξαρτώνται από τις ποσότητες των καταναλισκόµενων αντιδρώντων, βάσει της στοιχειοµετρίας της αντίδρασης. Β. ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Cu HNO 3 Cu(NO 3 ) NO H 2 O δύο ελάσµατα χαλκού ~ 0,2 g έκαστο ογκοµετρικοί κύλινδροι των 10 ml διάλ. HNO 3 1:2(ένα µέρος π.hno 3 αραιωµένο µε δύο µέρη νερό)

2 Σε δύο δοκιµαστικούς σωλήνες τοποθετούνται δύο προζυγισµένα ελάσµατα χαλκού ( ~ 0,2 g έκαστο) και προσθέτονται από ~ 5 ml διαλ. HNO 3. Στη συνέχεια το ένα διάλυµα αφήνεται σε θερµοκρασία περιβάλλοντος ενώ το άλλο θερµαίνεται σε υδατόλουτρο. Στο θερµό διάλυµα γρήγορα παρατηρείται χρωµατισµός, λόγω σχηµατισµού ιόντων Cu 2+ και έκλυση κιτρινωπού αερίου (ΝΟ 2 ). Η ίδια αντίδραση, µε πολύ αργότερο ρυθµό, πραγµατοποιείται και στο διάλυµα µε τη χαµηλότερη θερµοκρασία. Γ. ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΕΠΑΦΗΣ Fe (s) + CuSO 4 (aq) FeSO 4 (aq) + Cu (s) σιδερένιο καρφί σιδερένιο σύρµα (κουζίνας) διαλ. CuSO 4 0,1 M Σε δύο δοκιµαστικούς σωλήνες εισάγονται από ~ 10 ml διαλ. CuSO 4 0,1 M. Στο πρώτο διάλυµα προστίθεται προζυγισµένο σιδερένιο καρφί, ενώ στο δεύτερο προστίθεται σύρµα κουζίνας, ίδιας ή µικρότερης µάζας. Από την ταχύτητα αποχρωµατισµού του κάθε διαλύµατος, συµπεραίνεται η αύξηση της ταχύτητας της αντίδρασης µε την αύξηση της επιφάνειας επαφής των αντιδρώντων. 2. ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΚΑΙ Υ ΑΤΙΚΩΝ ΙΑΛΥΜΑΤΩΝ Απαιτούµενα όργανα υλικά µπαταρία καλώδια λαµπάκι ηλεκτρόδια γραφίτη και χαλκού διακόπτης ποτήρια ζέσεως των 50 ml, 100 ml ζάχαρη αλάτι ρινίσµατα σιδήρου οινόπνευµα γλυκερίνη διάλυµα HCI NaOH (S) Κατασκευάζεται αρχικά το απλό ηλεκτρικό κύκλωµα, το οποίο περιλαµβάνει πηγή, λαµπτήρα, καλώδια και ηλεκτρόδια γραφίτη και χαλκού, ενώ σε τρία ποτήρια ζέσεως των 50 ml τοποθετούνται ζάχαρη, αλάτι και ρινίσµατα σιδήρου αντίστοιχα. Στη συνέχεια τα ηλεκτρόδια του κυκλώµατος βυθίζονται διαδοχικά στο περιεχόµενο κάθε ποτηριού και µε το διακόπτη κλειστό παρατηρείται ο λαµπτήρας, ο οποίος εµφανίζει φωτοβολία µόνο στο σίδηρο (εφόσον τα ηλεκτρόδια βρίσκονται σε κοντινή απόσταση ), το µοναδικό αγώγιµο υλικό από τα παραπάνω, σε στερεή κατάσταση. Σε έξι νέα ποτήρια των 100 ml εισάγονται από ~ 50 ml απιονισµένο νερό. Στο ένα δοκιµάζεται η αγωγιµότητα του νερού και στη συνέχεια προσθέτονται στα ποτήρια ζάχαρη, οινόπνευµα, γλυκερίνη, υδροχλωρικό οξύ, στερεό καυστικό νάτριο και αλάτι αντίστοιχα. Μετά από ανάδευση και διάλυση των προστιθέµενων ουσιών, ελέγχεται η αγωγιµότητα των διαλυµάτων που προκύπτουν, µε διαδοχική βύθιση των ηλεκτροδίων στο περιεχόµενο κάθε ποτηριού ( µε το διακόπτη κλειστό και πλύση των ηλεκτροδίων πριν από κάθε επαναχρησιµοποίηση ). Από τη φωτοβολία του λαµπτήρα, οι διαλυµένες ουσίες κατατάσσονται σε ηλεκτρολύτες και µη ηλεκτρολύτες.

3 3. ΑΝΤΙ ΡΑΣΕΙΣ ΑΛΚΟΟΛΩΝ - ΑΛ ΕΫ ΩΝ Α. ΟΞΕΙ ΩΣΗ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ 5 CH 3 CH 2 OH + 4 KMnO H 2 SO 4 5 CH 3 COOH + 4 MnSO K 2 SO H 2 O 3 CH 3 CH 2 OH + K 2 Cr 2 O H 2 SO 4 3 CH 3 CHO + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4 ) H 2 O CH 3 CH 2 OH + CuO CH 3 CHO + Cu + H 2 O ( Cu + ½ O 2 CuO ) αιθανόλη 95 0 ποτήρι ζέσεως των 250 ml διάλυµα KMnO 4 0,2 Μ διάλυµα K 2 Cr 2 O 7 0,5 Μ π. H 2 SO 4 κάψα πορσελάνης έλασµα χαλκού µεταλλική λαβίδα Σε δύο δοκιµαστικούς σωλήνες εισάγονται 2-3 ml διαλυµάτων KMnO 4 0,2 Μ και K 2 Cr 2 O 7 0,5 Μ αντίστοιχα και οξινίζονται µε προσθήκη σταγόνων π. H 2 SO 4. Σε κάθε δοκιµαστικό σωλήνα προσθέτονται 1-2 ml αιθανόλης 95 0 και στη συνέχεια θερµαίνονται σε υδατόλουτρο. Στον πρώτο σωλήνα παρατηρείται αποχρωµατισµός λόγω κατανάλωσης του υπερµαγγανικού καλίου ενώ στον δεύτερο µεταβολή του χρώµατος από πορτοκαλί σε πράσινο λόγω σχηµατισµού ιόντων Cr 3+. Σε κάψα πορσελάνης τοποθετούνται ~ 20 ml αιθανόλης 95 0 ενώ µε µεταλλική λαβίδα θερµαίνεται σε λύχνο έλασµα χαλκού. Μόλις µαυρίσει επιφανειακά, λόγω σχηµατισµού CuO, βυθίζεται στην αιθανόλη και ανασύρεται αφού αποκτήσει το αρχικό του χρώµα. Η παραπάνω διαδικασία επαναλαµβάνεται ορισµένες φορές και η σχηµατιζόµενη αιθανάλη µπορεί να ανιχνευτεί µέσω της οσµής της ( δεν συνίσταται, τοξική) ή µέσω οξείδωσης από ήπια οξειδωτικά µέσα. Β. ΟΞΕΙ ΩΣΗ ΑΙΘΑΝΑΛΗΣ CH 3 CHO + 2 AgNO 3 + 3NH 3 + H 2 O CH 3 COONH Ag + 2 NH 4 NO 3 CH 3 CHO + 2 CuSO NaOH CH 3 COONa + Cu 2 O + 2 Na 2 SO H 2 O ποτήρι ζέσεως των 250 ml διάλυµα αιθανάλης αντιδραστήριο Tollens αντιδραστήριο Fehling 2-3 ml του περιεχοµένου της κάψας από το προηγούµενο πείραµα τοποθετούνται σε δοκιµαστικό σωλήνα στον οποίο προσθέτονται 2 ml αντιδραστηρίου Tollens ( διάλυµα AgNO 3 0,1 Μ στο οποίο προστίθενται σταγόνες π. ΝΗ 3 έως επαναδιάλυσης του αρχικά σχηµατιζόµενου ιζήµατος ). Ο δοκιµαστικός σωλήνας θερµαίνεται σε υδατόλουτρο (µε το νερό σε θ.β.) και αφήνεται, οπότε στα τοιχώµατα επικάθεται µεταλλικός άργυρος σχηµατίζοντας χαρακτηριστικό κάτοπτρο. 2-3 ml του περιεχοµένου της κάψας, επίσης, τοποθετούνται σε άλλο δοκιµαστικό σωλήνα και προσθέτονται 2 ml αντιδραστηρίου Fehling ( σχηµατίζεται µε ανάµειξη ίσων όγκων πρότυπων διαλυµάτων Fehling A και Fehling B). Το µίγµα θερµαίνεται σε υδατόλουτρο και παρατηρείται αποχρωµατισµός και σχηµατισµός καστανέρυθρου ιζήµατος οξειδίου του µονοσθενούς χαλκού.

4 4. ΑΝΤΙ ΡΑΣΕΙΣ ΚΑΡΒΟΞΥΛΙΚΩΝ ΟΞΕΩΝ Α. ΟΞΙΝΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ Ηλιανθίνη δοκιµαστικός σωλήνας ηλιανθίνη Σε δοκιµαστικό σωλήνα εισάγονται 2-3 ml νερού και προστίθεται σταγόνα ηλιανθίνης, οπότε το διάλυµα εµφανίζει κίτρινο χρώµα, λόγω της τιµής ph, η οποία καθορίζει τη θέση της χηµικής ισορροπίας στην αµφίδροµη αντίδραση πρωτονίωσης του ανιόντος της ηλιανθίνης. Στο σωλήνα προσθέτονται σταγόνες οξικού οξέος και το χρώµα του διαλύµατος µετατρέπεται σε κόκκινο, λόγω µετατόπισης της παραπάνω ισορροπίας σε τιµή ph < 3. Β. ΑΝΤΙ ΡΑΣΗ ΜΕ ΜΕΤΑΛΛΑ 2 CH 3 COOH + Zn (CH 3 COO) 2 Zn + H 2 2 CH 3 COOH + Pb (CH 3 COO) 2 Pb + H 2 (CH 3 COO) 2 Pb + 2 ΚΙ CH 3 COOK + PbΙ 2 τεµάχια Zn, Pb διάλυµα ΚΙ Σε δοκιµαστικό σωλήνα εισάγονται 2-3 ml οξικού οξέος και βυθίζεται σ αυτό τεµάχιο ψευδαργύρου. Παρατηρείται αφρισµός, λόγω έκλυσης αέριου υδρογόνου. Ο αφρισµός γίνεται εντονότερος αν στο δοκιµαστικό σωλήνα προστεθεί νερό, οπότε λόγω ιοντισµού του οξικού οξέος και σχηµατισµού οξωνίων αυξηθούν τα ευκίνητα πρωτόνια στο διάλυµα. Η παραπάνω αντίδραση µπορεί να πραγµατοποιηθεί και µε χρησιµοποίηση µολύβδου και ανίχνευση των σχηµατιζόµενων ιόντων Pb 2+ µε προσθήκη σταγόνων διαλύµατος ΚΙ και καταβύθιση χαρακτηριστικού κίτρινου ιζήµατος (PbΙ 2 ).

5 Γ. ΑΝΤΙ ΡΑΣΗ ΜΕ ΑΝΘΡΑΚΙΚΑ ΑΛΑΤΑ 2 CH 3 COOH + Na 2 CO 3 2 CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O δοκιµαστικός σωλήνας Na 2 CO 3 (s) Σε δοκιµαστικό σωλήνα εισάγονται 2-3 ml οξικού οξέος και προστίθεται ποσότητα ανθρακικού νατρίου. Παρατηρείται αφρισµός, λόγω έκλυσης αέριου διοξειδίου του άνθρακα.. ΕΣΤΕΡΟΠΟΙΗΣΗ ποτήρια ζέσεως των 100 ml, 250 ml ογκοµετρικοί κύλινδροι των 10 ml αιθανόλη 95 0 διαχωριστική χοάνη των 100 ml π. H 2 SO 4 µεταλλικό στήριγµα δακτύλιος ηλιανθίνη Na 2 CO 3 (s) γυάλινη ράβδος διάλυµα NaOH 30 0 / w 0 / v Σε ποτήρι ζέσεως των 100 ml εισάγονται 5 ml οξικού οξέος, 10 ml αιθανόλης 95 0 (περίσσεια) και 1 ml πυκνού θειικού οξέος (0,018 mol). Το µίγµα θερµαίνεται σε υδατόλουτρο και από τη χαρακτηριστική οσµή διαπιστώνεται ο σχηµατισµός του εστέρα. Μετά την πάροδο λίγων min το µίγµα αποµακρύνεται από το υδατόλουτρο και προσθέτονται σ αυτό 20 ml νερού και 40 ml διαλύµατος NaOH 1M (0,04 mol), οπότε παρατηρείται η δηµιουργία διπλοστοιβάδας, ενώ µε προσθήκη σταγόνων ηλιανθίνης η υδατική (κάτω) στοιβάδα αποκτά κόκκινο χρώµα, καθώς το δεν καταναλώθηκε πλήρως (αµφίδροµη αντίδραση). Στο ποτήρι προστίθεται ανθρακικό νάτριο και µετά από ανάδευση το µίγµα µεταφέρεται σε διαχωριστική χοάνη, όπου εκχειλίζεται η οργανική στοιβάδα και µετά από πλύσεις µε νερό παραλαµβάνεται ο οξικός αιθυλεστέρας. Ο οξικός αιθυλεστέρας που παραλήφθηκε από το παραπάνω πείραµα µεταφέρεται σε ποτήρι ζέσεως των 100 ml προσθέτονται 20 ml διαλύµατος NaOH 30 0 / w 0 / v και το µίγµα που προκύπτει θερµαίνεται σε υδατόλουτρο υπό ανάδευση. Μετά από λίγα min η χαρακτηριστική οσµή του εστέρα αρχίζει να υποχωρεί, λόγω αλκαλικής υδρόλυσης του (σαπωνοποίηση).