Chemijos eksperimentai

Transcript

1 Chemijos eksperimentai

2 TURINYS ĮŽANGA... 3 I. CHEMINĖ KATALIZĖ: H 2 O 2 SKAIDYMAS KATALIZATORIUMI NAUDOJANT MNO II. CHEMINĖ PUSIAUSVYRA: PUSIAUSVYROS KONSTANTOS K NUSTATYMAS... 8 III. DEGIMO ŠILUMA IV. EGZOTERMINĖS REAKCIJOS NAOH TIRPIMAS VANDENYJE V. ENDOTERMINĖ REAKCIJA AMONIO NITRATO TIRPIMAS VANDENYJE VI. ENDOTERMINĖS REAKCIJOS KRISTALINIO BARIO HIDROKSIDO IR AMONIO IZOTIOCIANATO REAKCIJA VII. ENDOTERMINĖ REAKCIJA CITRINOS RŪGŠTIES TIRPALO IR GERIAMOSIOS SODOS REAKCIJA 28 VIII. ENERGIJOS KIEKIS MAISTO PRODUKTUOSE IX. HESO DĖSNIS: REAKCIJŲ ŠILUMOS SUMINIS EFEKTAS X. IDEALIŲJŲ DUJŲ DĖSNIS XI. KURO ENERGIJA XII. LAMBERTO BERO DĖSNIS XIII. OKSIDACIJOS IR REDUKCIJOS REAKCIJA: VARIO CHLORIDO IR ALIUMINIO REAKCIJA XIV. ORO TEMPERATŪROS SVYRAVIMŲ POVEIKIS ORO SLĖGIUI DUJŲ DĖSNIS XV. ORO TŪRIO SVYRAVIMŲ POVEIKIS ORO SLĖGIUI BOILIO DĖSNIS XVI. SŪRAUS VANDENS ELEKTRINIS LAIDUMAS XVII. TITRAVIMAS: NAOH IR HCL REAKCIJA XVIII. UŽŠALIMO TEMPERATŪRA XIX. VANDENS UŽŠALDYMAS IR LEDO TIRPINIMAS XX. ŽVAKĖS LIEPSNOS TYRIMAS XXI. REAKCIJOS GREIČIO PRIKLAUSOMYBĖ NUO TEMPERATŪROS. VAN'T HOFO TAISYKLĖ

3 ĮŽANGA Mieli mokytojai, Siūlome Jums Fourier Systems kompanijos parengtus ir į lietuvių kalbą išverstus chemijos tiriamųjų darbų aprašus. Tikimės palengvinti darbą mokytojams, kurie savo mokyklose turi ir naudoja Nova5000 laboratorijas. Tiriamieji darbai neadaptuoti pagal Bendrąsias chemijos programas, aprašuose pateikiamos tik įžvalgos, kaip sėkmingai ugdyti mokinių pasiekimus, ir rekomendacijos. Kai kuriuos tiriamuosius darbus galės atlikti visi klasės mokiniai, kiti skirti darbo pamokose diferencijavimui ir individualizavimui tinka ypač gabiems mokiniams (pvz.: Heso dėsnis, Lamberto-Bero dėsnis ir pan.), o dar kitus galima išbandyti neformaliojo ugdymo veiklose. Tikimės, kad kūrybingi mokytojai kartu su savo mokiniais prisitaikys darbų aprašus savo mokykloms: nebijos vienų medžiagų pakeisti kitomis, jei nurodytų apraše neturi, vienus prietaisus kitais (pvz., jei neturi magnetinės maišyklės, sugalvos, kaip pamaišyti tirpalą, ir pan.), jei manys, kad tikslinga naudoti kitų koncentracijų tirpalus, perskaičiuos ir pasiruoš naujus tirpalus ir t. t. Kviečiame išbandyti pateiktus tiriamuosius darbus. Būsime dėkingi už jūsų pastabas ir pasiūlymus. Gal jau turite savo sukurtų tiriamųjų darbų Nova5000 laboratorijoms? Kviečiame pasidalyti gerąja patirtimi su kitais Lietuvos mokytojais. Aušra Gutauskaitė Ugdymo plėtotės centro Ugdymo turinio skyriaus Gamtos, tiksliųjų mokslų ir technologijų poskyrio metodininkė El. paštas: ausra.gutauskaite@upc.smm.lt 3

4 I. CHEMINĖ KATALIZĖ: H 2 O 2 SKAIDYMAS KATALIZATORIUMI NAUDOJANT MnO 2 1 paveikslas Bendrosios programos: Vidurinis ugdymas. Bendrasis ir išplėstinis kursas. 12 klasė. 4. Cheminių reakcijų greitis ir cheminė pusiausvyra Nuostata Domėtis technologinėmis problemomis. Esminis gebėjimas Apibūdinti cheminių reakcijų greitį ir katalizatorių svarbą. Gebėjimai 4.1. Paaiškinti reakcijos greičio sąvoką. Žinios ir supratimas Paaiškinti reakcijos greičio sąvoką. Pateikti lėtų ir greitų cheminių reakcijų pavyzdžių Apibūdinti katalizatorių <...> veikimą, <...>. Įvadas: Katalizės metu yra keičiamas reakcijos greitis naudojant medžiagas katalizatorius. Katalizatorius dalyvauja reakcijoje, sudaro tarpinius junginius su reagentais, bet po reakcijos lieka chemiškai nepakitęs. Katalizatorius dalyvauja viename reakcijos etape ir regeneruojamos kitame. Katalizatoriai greitina arba lėtina chemines reakcijas. Greitinantys reakcijas katalizatoriai vadinami teigiamaisiais, o lėtinantys neigiamaisiais arba inhibitoriais. Grynas H 2 O 2 yra patvarus. Jei naudosime tokius katalizatorius kaip MnO 2, platiną arba Fe +2 jonus, jis suskils į vandenį ir molekulinį deguonį. MnO 2(k) 2H 2 O 2(aq) 2H 2 O (s) + O 2(d) 4

5 Šiame eksperimente naudodami slėgio jutiklį stebėsite reakcijos metu išsiskyrusio deguonies kiekį. Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; dvi 10 ml stiklinės kolbos; du guminiai kamščiai, po vieną kiekvienai kolbai; du ml plastmasiniai švirkštai; trys 20 dydžio švirkšto adatos; keturi trumpi lateksiniai vamzdeliai; 3% H 2 O 2 tirpalas; kristalinis MnO 2 ; du slėgio jutikliai ( mbar); du trieigiai vožtuvai. Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite slėgio jutiklį prie 1 (I/O-1) ir 2 (I/O-2) NOVA5000 įvadų. 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 ir 2 paveiksluose. Švirkšto adata pradurkite kamštį taip, kad adatos galiukas matytųsi kamščio apačioje (žr. 2 paveikslą). Kamščio viršuje esančią adatos dalį sujunkite su trieigiu vožtuvu labai trumpu lateksiniu vamzdeliu, bet jo ilgio turi pakakti adatos ir vožtuvo sujungimui. Slėgio jutiklį sujunkite su trieigiu vožtuvu kitu trumpu lateksiniu vamzdeliu. Pasukite vožtuvą kol jis bus atidarytas vertikaliai. Šioje padėtyje oras galės patekti pro vožtuvą. Norėdami uždaryti vožtuvą, pasukite jį horizontaliai. Į vieną kamštį įsmeikite papildomą adatą. Vėliau prie šios adatos prijungsite švirkštą su 3% H 2 O 2 tirpalu. 4. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: slėgis ( mbar); 2 įvadas: slėgis ( mbar). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 500 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Pažymėkite kolbas 1 ir 2. 2 paveikslas 5

6 2. Pritraukite į švirkštą 2 ml 3% H 2 O 2 tirpalo. 3. Į 1 kolbą įpilkite 8 ml vandens ir 2 ml 3% H 2 O 2 tirpalo. 4. Į 2 kolbą įpilkite 8 ml vandens ir įberkite keletą MnO 2 kristalų. Tirpalą lengvai pamaišykite. 5. Užkimškite butelius kamščiais. 6. Prijunkite prie 2 butelio atsarginės adatos švirkštą su H 2 O 2 tirpalu. 7. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 8. Stebėkite slėgio duomenis monitoriuje. 9. Atsukite abiejų butelių vožtuvus, kol bus pasiektas atmosferos slėgis (0 lygis yra atmosferos slėgis, apie 1000 mbar). 10. Sušvirkškite H 2 O 2 tirpalą į 2 kolbą ir nedelsdami užsukite abu vožtuvus. 11. Stebėkite slėgio pokyčius monitoriuje. 12. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis. 13. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje. Duomenų analizė: Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį slėgio pokyčiams abejose kolbose stebėti. Koks buvo pradinis slėgis? Koks galutinis slėgis? Koks yra slėgių skirtumas? Žymeklis: galima naudoti du žymeklius grafike vienu metu. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite pirmąjį žymeklį grafiko įrankių juostoje. Pele galima nutempti žymeklį ant kito taško, ant grafiko arba ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward ar Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba paspauskite antrąjį žymeklį. Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių. Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti antrąjį žymeklį spauskite pirmąjį žymeklį spauskite., o norėdami panaikinti 1. Apskaičiuokite H 2 O 2 skilimo reakcijos greitį. Sudarykite įvairius grafikus: atimkite grafikus, sudarytus kontrolinėje sistemoje, iš sudarytų eksperimentinėje sistemoje: a. paspauskite Functions pagrindinėje įrankių juostoje; b. išplėskite Functions meniu ir pažymėkite Subtract; c. G1 meniu pažymėkite Pressure I/O-1. G2 pažymėkite Pressure I/O-2; d. Name teksto lauke 6

7 parašykite pavadinimą (pvz., Skirtumas); e. paspauskite OK. 2. Taikykite Linear fit įvairiems grafikams: a. naudokite žymeklį norimam intervalui pažymėti; b. paspauskite Linear fit pagrindinėje įrankių juostoje (pritaikymo galimybes rasite informacinėje juostoje grafiko lange); c. linijos nuolydis rodo reakcijos greičio kitimą. Šio eksperimento galimo grafiko pavyzdys vaizduojamas 3 paveiksle. Klausimai: 1. Koks slėgis buvo pasiektas skylant H 2 O 2? 2. Palyginkite slėgio pokyčius abiejuose buteliuose. Ar pastebėjote slėgio pokyčius 1 butelyje? Ar pastebėjote slėgio pokyčius 2 butelyje? Paaiškinkite skirtumus. 3. Kuris butelis gali būti naudojamas kaip kontrolinis? Paaiškinkite. 4. Kam reikalinga kontrolinė sistema eksperimente? 5. Koks MnO 2 poveikis eksperimento eigai? 6. Kaip keistųsi reakcijos greitis, jei naudotume įvairius MnO 2 kiekius? 7. Kokia būtų temperatūros įtaka H 2 O 2 skilimo reakcijos greičiui? Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Įdėkite įvairius MnO 2 kiekius į reakcijos mišinį ir stebėkite reakciją kiekvienu atveju. 2. Apskaičiuokite reakcijos greitį kiekvienu atveju. 3. Palyginkite įvairių katalizatorių HBr, HI, Fe +2 jonų įtaką reakcijos greičiui. 4. Pakeiskite naudojamo H 2 O 2 koncentraciją. Palyginkite koncentracijos ir katalizatorių įtaką reakcijos greičiui. 5. Stebėkite temperatūros pokyčius reakcijos metu. Nustatykite H 2 O 2 skilimo reakcijos temperatūros efektą. Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems,

8 II. CHEMINĖ PUSIAUSVYRA: PUSIAUSVYROS KONSTANTOS K NUSTATYMAS 1 paveikslas Bendrosios programos: Vidurinis ugdymas. Išplėstinis kursas. 12 klasė. 4. Cheminių reakcijų greitis ir cheminė pusiausvyra Nuostata Domėtis technologinėmis problemomis ir jų sprendimo galimybėmis. Esminis gebėjimas Apibūdinti <...> pusiausvirosios būsenos susidarymą. Gebėjimai 4.2. Apibūdinti cheminių reakcijų grįžtamumą ir cheminę pusiausvyrą Spręsti uždavinius taikant pusiausvyros konstantą. Žinios ir supratimas Paaiškinti grįžtamosios cheminės reakcijos sąvoką ir pateikti pavyzdžių Paaiškinti tiesioginės ir atvirkštinės reakcijos greičio kitimą vykstant reakcijai Apibūdinti cheminę pusiausvyrą kaip dinaminę būseną, kuriai nusistovėjus tiesioginė ir atvirkštinė reakcijos vyksta vienodu greičiu Užrašyti pusiausvyros konstantos formulę duotajai homogeninei reakcijai ir paaiškinti, ką rodo pusiausvyros konstantos skaitinė vertė Apskaičiuoti medžiagos pusiausvirąją arba pradinę koncentraciją, kai žinomos ir pradinės, ir pusiausvirosios dalies medžiagų koncentracijos. Įvadas: Dažniausiai suprantama, kad cheminė reakcija yra įvykusi, kai pradinės medžiagos sureaguoja ir virsta reakcijos produktais. Tačiau yra daugybė reakcijų, kurių rezultatas yra pradinių 8

9 medžiagų ir reakcijos produktų mišinys. Tokios reakcijos pavyzdys yra geležies (III) jonų (Fe 3+ ) ir tiocianato jonų (SCN - ) reakcija, kurios metu susidaro geležies (III) tiocianatas (FeSCN 2+ ): Fe 3+ (aq) + SCN - (aq) FeSCN 2+ (aq) K = [FeSCN 2+ ] p / [Fe 3+ ] p [SCN - ] p Kaip matome formulėje K yra reakcijos produktų koncentracijos ir reaguojančių medžiagų koncentracijos santykis. Kuo didesnė K reikšmė, tuo daugiau reakcijos produktų susidaro. Jei K reikšmė yra lygi 1, tai reakcijos produktų ir reaguojančių medžiagų yra vienodai. Norėdami nustatyti K, pirmiausia turite nustatyti visų reakcijos komponentų koncentracijas. Kadangi FeSCN 2+ absorbuoja mėlyną šviesą (ir dėl to tirpalą nudažo raudonai), naudokite mėlyną filtrą kolorimetro jutiklyje ir nustatykite FeSCN 2+ koncentraciją keturiuose mėginiuose lygindami su standartiniu žinomos koncentracijos FeSCN 2+ tirpalu. Fe 3+ koncentracija jos standartiniame tirpale turi būti 100 kartų didesnė nei tiriamajame tirpale. Dėl labai didelės Fe 3+ jonų koncentracijos ir mažos KSCN koncentracijos pusiausvyra pasislinks į dešinę, tai yra visi pradiniame tirpale esantys SCN - jonai virs FeSCN 2+ jonais. Pagal Lamberto-Bero dėsnį absorbcija tiesiogiai proporcinga procese dalyvaujančių medžiagų koncentracijai. Pagal nustatytą koncentraciją suskaičiuosite kitų komponentų koncentracijas (žr. Duomenų analizę). Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; kolorimetro jutiklis; plastmasinės kiuvetės; mėgintuvėliai; termometras; svarstyklės; 0,002M KSCN; 0,002M Fe(NO 3 ) 3 tirpalas, paruoštas su 1M HNO 3 tirpalu; 0,2M Fe(NO 3 ) 3 tirpalas, paruoštas su1m HNO 3 tirpalu (standartinis tirpalas); pipetės; stiklinės lazdelės; ml stiklinės. Dėmesio: Fe(NO 3 ) 3 tirpalas yra ruošiamas naudojant 1M HNO 3. Būkite atsargūs. Prietaisų jungimo tvarka: 1. Paruoškite keturis mėgintuvėlius, į kuriuos tilptų ne mažiau kaip 10 ml tirpalo. Sužymėkite juos nuo 1 iki Įpilkite apie 30 ml 0,002M Fe(NO 3 ) 3 tirpalo į 100 ml stiklinę ir perpilkite po 5 ml šio tirpalo į kiekvieną pažymėtą mėgintuvėlį. 3. Įpilkite 25 ml 0,002M KSCN tirpalo į kitą 100 ml stiklinę ir perpilkite į pažymėtus mėgintuvėlius atitinkamai 2, 3, 4 ir 5 ml tirpalo. 4. Atskieskite kiekvieną tirpalą vandeniu (žr. lentelę). Išmaišykite tirpalus stiklinėmis lazdelėmis. Jei naudojate vieną lazdelę, kiekvieną kartą maišydami kitą tirpalą ją nuplaukite ir nusausinkite. Mėgintuvėlio numeris 0,002M Fe(NO 3 ) 3 (ml) 0,002M KSCN (ml) H 2 O (ml)

10 5. Įjunkite multilaboratoriją. 6. Prijunkite kolorimetro jutiklį prie 1 NOVA5000 įvado (I/O-1) (1 paveikslas). 7. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau. 8. Pamatuokite ir užrašykite kiekvieno paruošto tirpalo temperatūrą. Taip nustatysite K priklausomybę nuo temperatūros. 9. Paruoškite standartinį FeSCN 2+ tirpalą įpildami 9 ml 0,2M Fe(NO 3 ) 3 tirpalo į penktą mėgintuvėlį ir pažymėdami jį 5 numeriu. Į tą patį mėgintuvėlį įpilkite 1 ml 0,002M KSCN tirpalo ir išmaišykite. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: kolorimetras. Dažnis: rankinis. Matavimai: 10 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Įdėkite mėlyną filtrą į kolorimetrą. 2. Nustatykite kolorimetrą (žiūrėkite kolorimetro jutiklio lange). 3. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje duomenų registravimui. 4. Matuokite mėginius ir pasižymėkite taškus. Duomenis užrašykite ranka. Paspauskite Run kiekvieną kartą, kai norėsite užrašyti duomenis. Nepamirškite, kad matuojate pralaidumą (%T). 5. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje. 6. Išsaugokite duomenis paspausdami Save viršutinėje įrankių juostoje. 7. Apskaičiuokite absorbciją kaip aprašyta bandyme Lamberto-Bero dėsnis. Duomenų analizė: 1. Paruoškite lentelę surašyti visų keturių eksperimentų duomenis. 2. Suskaičiuokite pradines Fe +3 ir SCN - koncentracijas, naudodamiesi sudėtimi ir vandens kiekiu. Antrajam žingsniui naudokite Equipment Setup Procedure kiekvienm 1 4 eksperimente naudotam komponentui. Nepamirškite, kad jūs turite žinoti pradinę koncentraciją, apskaičiuotą naudojant formulę: [Fe 3+ ] pradinė = (V Fe(NO3)3 / V bendras ) 0,002M [Fe 3+ ] pradinė yra bendra visiems bandiniams, nes jūs įpylėte tą patį kiekį 0,002M Fe(NO 3 ) 3 tirpalo. [SCN - ] pradinė = (V KSCN / V bendras ) 0,002M 3. Apskaičiuokite [FeSCN 2+ ] p, naudodamiesi formule 10

11 ([FeSCN 2+ ] st yra 0,002M): [FeSCN 2+ ] p = (A p / A st ) [FeSCN 2+ ] st, kur A absorbcija, p pusiausvyrinė, st standartinė. 4. Apskaičiuokite pusiausvyrines Fe 3+ ir SCN - koncentracijas ([Fe 3+ ] p ir [SCN - ] p ). [Fe 3+ ] p = [Fe 3+ ] pradinė - [FeSCN 2+ ] p [SCN - ] p = [SCN - ] pradinė - [FeSCN 2+ ] p 5. Apskaičiuokite K, naudodami formulę: K c = [FeSCN 2+ ] p / [Fe 3+ ] p [SCN - ] p 6. Apskaičiuokite K vidutinę reikšmę. Ar ji yra pastovus dydis? Grafiko (adsorbcija/mėgintuvėlis) pavyzdys 2 paveiksle. Klausimai: 1. Ką parodo K? 2. Kaip keisis K reikšmė, jei į tiriamuosius tirpalus papildomai įdėtume vieno iš jonų (Fe 3+ ar SCN - ) tirpalo? 3. Kodėl Fe(NO 3 ) 3 tirpalą ruošėte 1M HNO 3 tirpale, o ne vandenyje? 4. Šiame eksperimente jums yra duota standartinio tirpalo [FeSCN 2+ ] koncentracija. Jūs taip pat turite suskaičiuoti ją pagal išmatuotą standartinio tirpalo (5 mėgintuvėlis) absorbciją. Kokios papildomos informacijos jums reikia, norint ją apskaičiuoti? Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems,

12 III. DEGIMO ŠILUMA 1 paveikslas Bendrosios programos: Vidurinis ugdymas. Bendrasis ir išplėstinis 1 kursas. 12 klasė. 3. Cheminės reakcijos ir energija Nuostata Suvokti cheminių reakcijų energetinę svarbą <...> Esminis gebėjimas Klasifikuoti ir apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą, *skaičiuoti pagal pateiktas termochemines reakcijos lygtis. Gebėjimai 3.1. Apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą. *Spręsti uždavinius, remiantis termocheminėmis lygtimis. Žinios ir supratimas Paaiškinti, kad medžiagoms reaguojant gali išsiskirti arba būti sunaudojama šiluma. * Paaiškinti, ką rodo termocheminė lygtis, ir pritaikyti ją išsiskyrusios arba sunaudotos šilumos kiekiui apskaičiuoti ir medžiagos kiekiui apskaičiuoti, jei žinomas šilumos kiekis Pateikti endoterminių ir egzoterminių procesų ir jų taikymo pavyzdžių (degimo reakcija, šaldomieji mišiniai ir kt.). Įvadas: Šiame eksperimente naudosime Heso dėsnį: reakcijos šiluma priklauso tik nuo reaguojančių medžiagų ir reakcijos produktų rūšies, būsenos, bet nepriklauso nuo reakcijos produktų susidarymo būdo. Pagal šį dėsnį galima apskaičiuoti šiluminius efektus tų reakcijų, kurias sunku 1 *nuo žvaigždutės tik išplėstiniu kursu besimokantiems mokiniams. 12

13 atlikti praktiškai, kurios nevyksta iki galo arba kai nėra jas apibūdinančių eksperimentinių duomenų. Heso dėsnis leidžia nagrinėjant reakcijų šiluminius efektus nagrinėti reakcijas kaip algebrines lygtis. Tarkime, kad cheminę reakciją išskaidėme į kelias reakcijas. Tarpinių reakcijų šiluminių efektų suma bus lygi suminės reakcijos šiluminiam efektui. Tyrinėsime magnio juostelės degimo reakcijos šilumą: Mg (k) + O 2(d) MgO (k) Šią lygtį gausime iš lygčių (2 lygtis + 3 lygtis 1 lygtis): 1. MgO (k) + 2HCl (aq) MgCl 2(aq) + H 2 O (s) 2. Mg (k) + 2HCl (aq) MgCl 2(aq) + H 2(d) 3. H 2(d) + O 2(d) H 2 O (s) Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; temperatūros jutiklis ( nuo 25 C iki 110 C ); 250 ml stiklinė; polistireno stiklinė (kavos puodelis); Mg (k) 0,5 g magnio juostelė; 1 g MgO; 500 ml 1M HCl; apsauginiai akiniai. Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000 įvado. 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle. 4. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra ( nuo 25 C iki 110 C ). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 500 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Užsidėkite apsauginius akinius. 2. Pagaminkite polistireno dangtelį polistireno stiklinei. Dangtelis turi būti plokščias, lygus ir didesnis už stiklinės perimetrą. Dangtelyje išgręžkite skylę temperatūros jutikliui. 3. Į polistireno stiklinę įpilkite 100 ml 1M HCl. 4. Padėkite stiklinę ant magnetinės maišyklės. 5. Uždenkite dangteliu, bet palikite plyšelį MgO įberti. 6. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. Palaukite, kol jutiklio parodymai nusistovės. I Reakcija 7. Pradėkite maišyti HCl stiklinėje. Įberkite 1 g MgO ir nedelsdami uždenkite stiklinę. 8. Stebėkite temperatūros pokyčius, registruojamus monitoriuje, kol jie nustos keistis. 13

14 9. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis. 10. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje. II Reakcija 11. Pakartokite reakciją (7 10 anksčiau aprašyti eksperimento žingsniai) vietoj magnio oksido miltelių naudodami 0,5 g magnio juostelę. Duomenų analizė: 1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį kiekvienos reakcijos temperatūros pokyčiams Δt stebėti. Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite pirmąjį žymeklį grafiko įrankių juostoje. Pele galima nutempti žymeklį ant kito taško, ant grafiko arba ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward ar Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba paspauskite antrąjį žymeklį. Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių. Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti antrąjį žymeklį, spauskite, o norėdami panaikinti pirmąjį žymeklį, spauskite 2. Apskaičiuokite kiekvienos reakcijos šilumą Q (c = 4,18 J/g C) Q = c m Δt, kur m = 100 g HCl tirpalo. 3. Paverskite džaulius į kj galutiniame atsakyme. 4. Apskaičiuokite ΔH (ΔH = Q ). 5. Apskaičiuokite sunaudotų MgO ir Mg kiekius moliais. 6. Apskaičiuokite MgO ir Mg ΔH / mol. Galimas šio eksperimento grafikas 2 paveiksle. Klausimai: 1. Apskaičiuokite Mg ΔH/mol reakcijoje: Mg (k) + O 2(d) MgO (k) (reakcijos H 2(d) + O 2(d) H 2 O (s) ΔH = 285,8 kj) 2. Apskaičiuokite 1 klausime gauto dydžio procentinę paklaidą. Tinkamas atsakymas turėtų būti 602 kj. Kiti eksperimentų pasiūlymai: Nustatykite šilumą reakcijos, kurios galutinis rezultatas 14

15 CuSO 4(k) + 5H 2 O CuSO 4 5H 2 O Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems,

16 IV. EGZOTERMINĖS REAKCIJOS NaOH TIRPIMAS VANDENYJE 1 paveikslas Bendrosios programos: 1. Pagrindinis ugdymas. 8 klasė. Mokinių pasiekimai Nuostatos Gebėjimai Žinios ir supratimas Suvokti žmogaus 6.2. Grupuoti veiklos ir chemines reakcijas pagal gamtoje vykstančių energijos procesų pokyčius tarpusavio ryšius reakcijų metu. 6. Medžiagų kitimai 2. Vidurinis ugdymas. Bendrasis ir išplėstinis 2 kursai. 12 klasė. Ugdymo gairės Pateikiant Nagrinėdami chemines reakcijas pavyzdžių, savais žodžiais (atlikdami praktinius darbus, apibūdinti egzotermines taikydami modeliavimo būdus, ir endotermines reakcijas mokomąsias kompiuterių programas ir pateikti jų pritaikymo ar kitas pasirinktas priemones), pavyzdžių. mokiniai aiškinasi endoterminių ir egzoterminių reakcijų skirtumus (sugeriama ar išskiriama šiluma). 3. Cheminės reakcijos ir energija Nuostata Suvokti cheminių reakcijų energetinę svarbą <...>. Esminis gebėjimas Klasifikuoti ir apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą. Gebėjimai Žinios ir supratimas 3.1. Apibūdinti chemines Paaiškinti, kad medžiagoms reaguojant gali išsiskirti arba 2 Nuo * tik išplėstiniu kursu besimokantiems mokiniams. 16

17 reakcijas pagal šiluminį efektą. būti sunaudojama šiluma. * Paaiškinti, kad medžiagoms reaguojant energija nei sukuriama, nei sunaikinama Pateikti endoterminių ir egzoterminių procesų ir jų taikymo pavyzdžių (pavyzdžiui, degimo reakcija, šaldomieji mišiniai). Įvadas: Beveik visų cheminių reakcijų metu išsiskiria arba sunaudojama šiluma. Reakcijos yra skirstomos į egzotermines ir endotermines. Egzoterminės reakcijos yra tokios, kurių metu šiluma išskiriama. Taip būna kai reagentų vidinės ir kinetinės energijos suma yra didesnė už produktų vidinę energiją, todėl gaunamas energijos perteklius. Vykstant egzoterminei reakcijai indas sušils. Vėliau šiluma pateks į aplinką ir reakcijos mišinys vės kol nusistovės temperatūros pusiausvyra. Kalorimetras tai prietaisas, naudojamas reakcijų metu išsiskyrusios arba sunaudotos šilumos kiekiui matuoti. Reakcijos šilumą galima apskaičiuoti naudojant formulę: Q = c Δt, kur Q išskirtos arba sunaudotos šilumos kiekis, c savitoji šiluma, Δt temperatūros pokytis. Šiame eksperimente stebėsite temperatūros pokyčius, kurie vyksta tirpinant natrio hidroksidą vandenyje. Polistireno stiklinė bus kalorimetru. Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; ph elektrodas; temperatūros jutiklis (nuo 25 C iki 110 C); polistireno stiklinė ( kavos puodelis); 10 g NaOH; magnetinė maišyklė. Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite ph elektrodą prie 1 NOVA5000 įvado (I/O-1). 3. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 2 NOVA5000 įvado (I/O-2). 4. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle. 5. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: ph; 2 įvadas: temperatūra (nuo 25 C iki 110 C). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 5000 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Pagaminkite polistireno dangtelį polistireno stiklinei. Dangtelis turi būti plokščias, lygus ir didesnis už stiklinės perimetrą. Dangtelyje išgręžkite dvi skyles: vieną ph elektrodui, kitą temperatūros jutikliui. 2. Į stiklinę įpilkite 100 ml vandentiekio vandens. 3. Pastatykite stiklinę ant magnetinės maišyklės. 17

18 4. Uždenkite dangtelį, bet palikite siaurą plyšelį NaOH įberti. 5. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 6. Palaukite, kol jutiklių duomenys nusistovės. 7. Pradėkite maišyti vandenį stiklinėje. 8. Įberkite 2 g kristalinio NaOH į stiklinę ir nedelsdami uždenkite stiklinę kiek galima sandariau. 9. Stebėkite ph ir temperatūros pokyčius monitoriuje, kol jie nustos kisti. 10. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis. 11. Pakartokite tirpinimo reakciją skaidrioje stiklinėje (ši eksperimento dalis gali vykti iš karto, naudojant du ph elektrodus ir du temperatūros jutiklius). 12. Į stiklinę įpilkite 100 ml vandens ir įdėkite ph elektrodą ir temperatūros jutiklį. 13. Pradėkite maišyti vandenį stiklinėje. 14. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 15. Įberkite 2 g kristalinio NaOH į stiklinę. 16. Stebėkite NaOH tirpimą vandenyje, kol jis visiškai ištirps. 17. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis. 18. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje. Duomenų analizė: 1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį ph pokyčiams tirpimo procese parodyti. Koks buvo pradinis tirpalo ph? Koks ph reakcijos pabaigoje? Koks ph skirtumas? Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite pirmąjį žymeklį grafiko įrankių juostoje. Pele galima nutempti žymeklį ant kito taško, ant grafiko arba ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba paspauskite antrąjį žymeklį. Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių. Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti antrąjį žymeklį spauskite, o norėdami panaikinti pirmąjį žymeklį spauskite. ar 18

19 2. Naudodami grafiko žymeklį nustatykite: a. laiką, reikalingą galutinei ph reikšmei pasiekti; b. temperatūros pokytį proceso metu ir laiką, reikalingą galutinei temperatūrai pasiekti; c. laiko, reikalingo NaOH ištirpimui vandenyje, intervalą. 3. Apskaičiuokite reakcijos šilumą Q = c Δt, kur c savitoji šiluma, Δt temperatūros pokytis. Pastaba: vandens savitoji šiluma 25 C yra 4,18 J/g C. Galimas šio eksperimento grafikas vaizduojamas 2 paveiksle. Klausimai: 1. Ar pastebėjote greitą ph pokytį? Palyginkite laiko trukmę, reikalingą ph pokyčiui, su laiko trukme, reikalinga temperatūros pokyčiui. 2. Paaiškinkite, kodėl skiriasi laikas, reikalingas ph ir temperatūros pokyčiams? 3. Ar NaOH tirpimas vandenyje yra egzoterminis procesas? Ar tai energinga reakcija? Savo išvadas pagrįskite atlikto eksperimento rezultatais. 4. Numatykite, kokie bus rezultatai, jei naudosime įvairius NaOH kiekius. Kaip keisis ph? Kaip keisis temperatūra? Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Ištirpinkite įvairius NaOH kiekius vandenyje. Stebėkite ph ir temperatūros pokyčius kiekvienu atveju. Apskaičiuokite reakcijos metu išsiskyrusią šilumą kiekvienu atveju. 2. Ištirkite vandens kiekio ir (ar) aplinkos temperatūros įtaką NaOH tirpimui. 3. Ištirkite vandens ph įtaką NaOH tirpimui. Stebėkite reakcijos metu išsiskyrusią šilumą buferiniuose tirpaluose. Ištirpinkite vandenyje KOH ar NH 4 OH ir gautus rezultatus palyginkite su ankstesnio eksperimento rezultatais. 4. Atlikite papildomas egzotermines reakcijas. Ištirpinkite CuSO 4 vandenyje. Tirpstant vario sulfatui, vandenyje susidaro mėlyni hidratuoti vario jonai. Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems,

20 V. ENDOTERMINĖ REAKCIJA AMONIO NITRATO TIRPIMAS VANDENYJE Bendrosios programos: 1. Pagrindinis ugdymas. 8 klasė. Mokinių pasiekimai 1 paveikslas Nuostatos Gebėjimai Žinios ir supratimas Suvokti žmogaus 6.2. Grupuoti veiklos ir chemines reakcijas pagal gamtoje vykstančių energijos procesų pokyčius tarpusavio ryšius reakcijų metu. 6. Medžiagų kitimai 2. Vidurinis ugdymas. Bendrasis ir išplėstinis 3 kursai. 12 klasė. Ugdymo gairės Pateikiant Nagrinėdami chemines reakcijas pavyzdžių, savais žodžiais (atlikdami praktinius darbus, apibūdinti egzotermines taikydami modeliavimo būdus, ir endotermines reakcijas mokomąsias kompiuterių programas ir pateikti jų pritaikymo ar kitas pasirinktas priemones), pavyzdžių. mokiniai aiškinasi endoterminių ir egzoterminių reakcijų skirtumus (sugeriama ar išskiriama šiluma). 3. Cheminės reakcijos ir energija Nuostata Suvokti cheminių reakcijų energetinę svarbą <...>. Esminis gebėjimas Klasifikuoti ir apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą. 3 Nuo * tik išplėstiniu kursu besimokantiems mokiniams. 20

21 Gebėjimai 3.1. Apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą. Žinios ir supratimas Paaiškinti, kad medžiagoms reaguojant gali išsiskirti arba būti sunaudojama šiluma. * Paaiškinti, kad medžiagoms reaguojant energija nei sukuriama, nei sunaikinama Pateikti endoterminių ir egzoterminių procesų ir jų taikymo pavyzdžių (pavyzdžiui, degimo reakcija, šaldomieji mišiniai). Įvadas: Cheminė reakcija, kuriai vykstant sugeriama energija, vadinama endotermine. Taip būna kai reagentų vidinės ir kinetinės energijos suma yra mažesnė už produktų vidinę energiją, taigi gaunamas energijos trūkumas. Indas, kuriame vyksta cheminė reakcija, atšąla. Vėliau aplinkos oras indą sušildo ir nusistovi pusiausvyra. Šio eksperimento metu stebėsite temperatūros pokyčius amonio nitratui tirpstant vandenyje. Reakcijos šilumą galima apskaičiuoti naudojant formulę: Q = c Δt, kur Q išskirtos arba sunaudotos šilumos kiekis, c savitoji šiluma, Δt temperatūros pokytis. Šiame eksperimente stebėkite temperatūros pokyčius, kurie vyksta tirpinant natrio hidroksidą vandenyje. Polistireno stiklinė bus kalorimetru. Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; temperatūros jutiklis (nuo 25 C iki 110 C); 5 g NH 4 NO 3 ; polistireno stiklinė ( kavos puodelis); magnetinė maišyklė. Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 NOVA5000 įvado (I/O-1). 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle. 4. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo 25 C iki 110 C). Dažnis: Kas 1 sekundė. Matavimai: 500 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Pagaminkite polistireno dangtelį polistireno stiklinei. Dangtelis turi būti plokščias, lygus ir didesnis už stiklinės perimetrą. Dangtelyje išgręžkite skylę temperatūros jutikliui. 2. Į stiklinę įpilkite 50 ml vandentiekio vandens. 3. Pastatykite stiklinę ant magnetinės maišyklės. 4. Uždenkite dangtelį, bet palikite siaurą plyšelį NH 4 NO 3 įberti. 5. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 6. Palaukite, kol sensorių duomenys nusistovės. 21

22 7. Pradėkite maišyti vandenį stiklinėje. 8. Įberkite 5 g kristalinio NH 4 NO 3 į stiklinę ir nedelsiant uždenkite stiklinę kiek galima sandariau. 9. Stebėkite temperatūros pokyčius monitoriuje, kol jie nustos kisti. 10. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis. 11. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje. Duomenų analizė: 1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį temperatūros pokyčiams tirpimo procese ir laikui, reikalingam galutinei temperatūrai pasiekti, stebėti. Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite pirmąjį žymeklį grafiko įrankių juostoje. Galima nutempti žymeklį pele ant kito taško, ant grafiko arba ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward ar Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba paspauskite antrąjį žymeklį. Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių. Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti antrąjį žymeklį spauskite, o norėdami panaikinti pirmąjį žymeklį spauskite. 2. Apskaičiuokite reakcijos šilumą. Pastaba: vandens savitoji šiluma 25 C yra 4,18 J/g C. Šio eksperimento grafiko pavyzdys 2 paveiksle. Klausimai: 1. Kokio tipo yra amonio nitrato tirpimo vandenyje reakcija? Savo išvadas pagrįskite eksperimento rezultatais. 2. Bandykite numatyti eksperimento, jei tirpinsite įvairius NH 4 NO 3 kiekius vandenyje, rezultatus. Kokie bus temperatūros pokyčiai? 3. Kaip keisis rezultatai, jei vandenį, kuriame tirpinsite NH 4 NO 3, šildysite? Kaip keisis rezultatai, jei vandenį, kuriame tirpinsite NH 4 NO 3, šaldysite? Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Ištirpinkite įvairius NH 4 NO 3 kiekius vandenyje. Stebėkite temperatūros pokyčius kiekvienu atveju. Apskaičiuokite reakcijos metu išsiskyrusią šilumą kiekvienu atveju. 2. Ištirkite vandens kiekio ir (ar) aplinkos temperatūros įtaką NH 4 NO 3 tirpimui. 22

23 Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems,

24 VI. ENDOTERMINĖS REAKCIJOS KRISTALINIO BARIO HIDROKSIDO IR AMONIO IZOTIOCIANATO REAKCIJA 1 paveikslas Bendrosios programos: 1. Pagrindinis ugdymas. 8 klasė. Mokinių pasiekimai Nuostatos Gebėjimai Žinios ir supratimas Suvokti žmogaus 6.2. Grupuoti veiklos ir chemines reakcijas pagal gamtoje vykstančių energijos procesų pokyčius tarpusavio ryšius reakcijų metu. 6. Medžiagų kitimai 2. Vidurinis ugdymas. Bendrasis ir išplėstinis 4 kursai. 12 klasė. Ugdymo gairės Pateikiant Nagrinėdami chemines reakcijas pavyzdžių, savais žodžiais (atlikdami praktinius darbus, apibūdinti egzotermines taikydami modeliavimo būdus, ir endotermines reakcijas mokomąsias kompiuterių programas ir pateikti jų pritaikymo ar kitas pasirinktas priemones), pavyzdžių. mokiniai aiškinasi endoterminių ir egzoterminių reakcijų skirtumus (sugeriama ar išskiriama šiluma). 3. Cheminės reakcijos ir energija Nuostata Suvokti cheminių reakcijų energetinę svarbą <...>. Esminis gebėjimas 4 Nuo * tik išplėstiniu kursu besimokantiems mokiniams. 24

25 Klasifikuoti ir apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą. Gebėjimai 3.1. Apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą. Žinios ir supratimas Paaiškinti, kad medžiagoms reaguojant gali išsiskirti arba būti sunaudojama šiluma. * Paaiškinti, kad medžiagoms reaguojant energija nei sukuriama, nei sunaikinama Pateikti endoterminių ir egzoterminių procesų ir jų taikymo pavyzdžių (pavyzdžiui, degimo reakcija, šaldomieji mišiniai). Įvadas: Cheminė reakcija, kuriai vykstant sugeriama energija, vadinama endotermine. Taip būna kai reagentų vidinės ir kinetinės energijos suma yra mažesnė už produktų vidinę energiją, taigi gaunamas energijos trūkumas. Indas, kuriame vyksta cheminė reakcija, atšąla. Jei indą, kuris yra labai šaltas, padėsime ant drėgnos lentelės, jis prišals. Sumaišius dvi kristalines medžiagas Ba(OH) 2 8H 2 O ir NH 4 SCN inde vyksta reakcija: Ba(OH) 2 8H 2 O + 2NH 4 SCN Ba(SCN) 2 + 2NH H 2 O Reakcijos metu susidariusį dujinį amoniaką NH 3 lengvai galima nustatyti pagal kvapą. Šio eksperimento metu stebėsite temperatūros pokytį, gautą sumaišius kristalinį bario hidroksidą ir amonio izotiocianatą, ir bandysite prišaldyti indą prie lentelės. Reakcijos šilumą apskaičiuosite naudodami formulę: Q = c Δt, kur Q išskirtos arba sunaudotos šilumos kiekis, c savitoji šiluma, Δt temperatūros pokytis. Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; temperatūros jutiklis (nuo 25 C iki 110 C); 2 g Ba(OH) 2 8H 2 O; 4 g NH 4 SCN; medinė arba plastmasinė lentelė (5 cm x 5 cm); 10 ml stiklinė kolba; 10 cm stiklinė lazdelė. Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 NOVA5000 įvado (I/O-1). 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle. 4. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo -25 C iki 110 C). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 200 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Pilkite po truputį vandens ant lentelės, kol ji bus padengta plonu vandens sluoksniu. 25

26 2. Pasverkite 2 g Ba(OH) 2 8H 2 O 10 ml stiklinėje kolboje. 3. Įdėkite temperatūros jutiklį į bario hidroksido kristalus kolboje. 4. Pasverkite 4 g amonio izotiocianto. 5. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 6. Palaukite, kol temperatūros jutiklio duomenys nusistovės. 7. Įberkite pasvertą NH 4 SCN ant kolboje esančio Ba(OH) 2 8H 2 O. 8. Padėkite kolbą ant šlapios lentelės taip, kaip parodyta piešinyje. 9. Medžiagas sumaišykite stikline lazdele. 10. Stebėkite temperatūros pokyčius monitoriuje, kol jie nustos kisti. 11. Kai temperatūra nusistovės, paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis. 12. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje. 13. Pamėginkite nuimti kolbą nuo lentelės. Duomenų analizė: 1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį temperatūros pokyčiams tirpimo procese ir laikui, reikalingam galutinei temperatūrai pasiekti, stebėti. Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite pirmąjį žymeklį grafiko įrankių juostoje. Galima nutempti žymeklį pele ant kito taško, ant grafiko arba ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward ar Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba paspauskite antrąjį žymeklį. Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių. Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti antrąjį žymeklį spauskite, o norėdami panaikinti pirmąjį žymeklį spauskite. 2. Apskaičiuokite reakcijos šilumą. Pastaba: vandens savitoji šiluma 25 C yra 4,18 J/g C. 3. Apibendrinkite pokyčius eksperimentuojant su drėgna lentele. Šio eksperimento grafiko pavyzdys 2 paveiksle. Klausimai: 1. Kokius temperatūros pokyčius kolboje pastebėjote? Paaiškinkite rezultatus. 2. Kokio tipo reakcija vyko stiklinėje? 3. Paaiškinkite eksperimento su lentele rezultatus. 26

27 Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Pakeiskite santykinius Ba(OH) 2 8H 2 O ir NH 4 SCN kiekius ir stebėkite temperatūros pokyčius kiekvienu atveju. 2. Atlikite kitą endoterminę reakciją: ištirpinkite 25 g KNO 3 50 ml vandens. 3. Stebėkite išsiskyrusio amoniako kiekį, naudodami slėgio jutiklį. Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems,

28 VII. ENDOTERMINĖ REAKCIJA CITRINOS RŪGŠTIES TIRPALO IR GERIAMOSIOS SODOS REAKCIJA 1 paveikslas Bendrosios programos: 1. Pagrindinis ugdymas. 8 klasė. Mokinių pasiekimai Nuostatos Gebėjimai Žinios ir supratimas Suvokti žmogaus 6.2. Grupuoti veiklos ir chemines reakcijas pagal gamtoje vykstančių energijos procesų pokyčius tarpusavio ryšius reakcijų metu. 6. Medžiagų kitimai 2. Vidurinis ugdymas. Bendrasis ir išplėstinis 5 kursai. 12 klasė. Ugdymo gairės Pateikiant Nagrinėdami chemines reakcijas pavyzdžių, savais žodžiais (atlikdami praktinius darbus, apibūdinti egzotermines taikydami modeliavimo būdus, ir endotermines reakcijas mokomąsias kompiuterių programas ir pateikti jų pritaikymo ar kitas pasirinktas priemones), pavyzdžių. mokiniai aiškinasi endoterminių ir egzoterminių reakcijų skirtumus (sugeriama ar išskiriama šiluma). 3. Cheminės reakcijos ir energija Nuostata Suvokti cheminių reakcijų energetinę svarbą <...>. Esminis gebėjimas 5 Nuo * tik išplėstiniu kursu besimokantiems mokiniams. 28

29 Klasifikuoti ir apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą. Gebėjimai 3.1. Apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą. Žinios ir supratimas Paaiškinti, kad medžiagoms reaguojant gali išsiskirti arba būti sunaudojama šiluma. * Paaiškinti, kad medžiagoms reaguojant energija nei sukuriama, nei sunaikinama Pateikti endoterminių ir egzoterminių procesų ir jų taikymo pavyzdžių (pavyzdžiui, degimo reakcija, šaldomieji mišiniai). Įvadas: Cheminė reakcija, kuriai vykstant sugeriama energija, vadinama endotermine. Taip būna kai reagentų vidinės ir kinetinės energijos suma yra mažesnė už produktų vidinę energiją, taigi gaunamas energijos trūkumas. Indas, kuriame vyksta cheminė reakcija, atšąla. Vėliau aplinkos oras indą sušildo ir nusistovi pusiausvyra. Šiame eksperimente stebėkite temperatūros pokyčius reakcijoje tarp citrinos rūgšties tirpalo ir geriamosios sodos. H 3 C 6 H 5 O 7(aq) + 3NaHCO 3(k) Na 3 C 6 H 5 O 7(aq) + 3CO 2(d) + 3H 2 O (s) Reakcijos šilumą galima apskaičiuoti naudojant formulę: Q = c Δt, kur Q išskirtos arba sunaudotos šilumos kiekis, c savitoji šiluma, Δt temperatūros pokytis. Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; apsauginiai akiniai; temperatūros jutiklis (nuo 25 C iki 110 C); 25 ml citrinos rūgšties H 3 C 6 H 5 O 7 tirpalo; 15 g geriamosios sodos NaHCO 3 ; polistireno stiklinė ( kavos puodelis); magnetinė maišyklė. Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 NOVA5000 įvado (I/O-1). 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle. 4. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo 25 C iki 110 C). Dažnis: Kas 1 sekundė. Matavimai: 500 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Užsidėkite apsauginius akinius. 2. Pagaminkite polistireno dangtelį polistireno stiklinei. Dangtelis turi būti plokščias, lygus ir didesnis už stiklinės perimetrą. Dangtelyje išgręžkite skylę temperatūros jutikliui. 29

30 3. Į stiklinę įpilkite 25 ml citrinos rūgšties tirpalo. 4. Pastatykite stiklinę ant magnetinės maišyklės. 5. Uždenkite dangtelį, bet palikite siaurą plyšelį geriamajai sodai NaHCO 3 įberti. 6. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. Palaukite, kol jutiklių duomenys nusistovės. 7. Pradėkite maišyti tirpalą stiklinėje. 8. Po 20 s įberkite geriamąją sodą NaHCO 3 į stiklinę ir nedelsdami uždenkite stiklinę kiek galima sandariau. 9. Stebėkite temperatūros pokyčius monitoriuje, kol jie nustos kisti. 10. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis. 11. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje. Duomenų analizė: 1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį temperatūros pokyčiams reakcijos metu ir laikui, reikalingam galutinei temperatūrai pasiekti, stebėti. Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite pirmąjį žymeklį grafiko įrankių juostoje. Galima nutempti žymeklį pele ant kito taško, ant grafiko arba ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba paspauskite antrąjį žymeklį. Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių. Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti antrąjį žymeklį spauskite, o norėdami panaikinti pirmąjį žymeklį spauskite. 2. Apskaičiuokite reakcijos šilumą. Šio eksperimento grafiko pavyzdys 2 paveiksle. ar Klausimai: 1. Kokio tipo yra citrinos rūgšties ir geriamosios sodos reakcija? Savo išvadas pagrįskite eksperimento rezultatais. 2. Bandykite numatyti eksperimento, jei reakcijoje sąveikaus įvairūs citrinos rūgšties ir geriamosios sodos kiekiai, rezultatus. Kokie bus temperatūros pokyčiai? 30

31 Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Pakeiskite santykinius citrinos rūgšties ir geriamosios sodos kiekius. Stebėkite temperatūros pokyčius kiekvienu atveju. Apskaičiuokite reakcijos šilumą kiekvienu atveju. 2. Stebėkite išsiskyrusio CO 2 kiekį reakcijos metu, naudodami CO 2 jutiklį. Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems,

32 VIII. ENERGIJOS KIEKIS MAISTO PRODUKTUOSE 1 paveikslas Bendrosios programos: Pagrindinis ugdymas. 10 klasė. Mokinių pasiekimai Nuostatos Gebėjimai Žinios ir supratimas Taikyti įgytas žinias ir gebėjimus, pasirenkant įvairias medžiagas, taupiai jas naudoti, užtikrinant saugią ir švarią aplinką kitiems. Vidurinis ugdymas. 11 klasė. 7. Svarbiausių medžiagų pažinimas ir naudojimas 7.3. < > Apibūdinti svarbiausių organinių junginių pritaikymą ir reikšmę. < > Savais žodžiais apibūdinti pagrindinių maisto medžiagų angliavandenių, riebalų ir baltymų reikšmę organizmams, pateikti įvairių maisto priedų pavyzdžių. 8. Gyvybės chemija Ugdymo gairės Atlikdami bandymus, ieškodami informacijos įvairiuose šaltiniuose mokiniai aiškinasi įvairių cheminių medžiagų savybes, naudojimą. Nuostata Atsakingai elgtis su gyvąja ir negyvąja gamta, saugoti ją ir racionaliai naudoti jos išteklius. Esminis gebėjimas Paaiškinti biologiškai svarbių organinių medžiagų sandarą ir savybes. Gebėjimai Žinios ir supratimas 8.1. Paaiškinti riebalų sandarą ir biologinę svarbą Paaiškinti riebalų energetinę reikšmę organizmui. 32

33 8.2. Paaiškinti aminų ir aminorūgščių, baltymų sandarą ir savybes Paaiškinti angliavandenių gliukozės, fruktozės, sacharozės, krakmolo ir celiuliozės susidarymą ir biologinę reikšmę Apibūdinti baltymų hidrolizę ir apykaitą organizme Apibūdinti krakmolo hidrolizės reakciją ir jos reikšmę organizmui. Įvadas: Maisto medžiagos su maistu gaunamos natūralios ir sintetinės cheminės medžiagos, aprūpinančios organizmo ląsteles energija. Jos taip pat yra ir žaliava gyvybiniams organizmo procesams bei audiniams augti, atsistatyti ir veikti. Organizmas maistą paverčia energijos atsarga, kuria galima bet kada pasinaudoti. Pagrindiniai energijos šaltiniai angliavandeniai ir riebalai, todėl bet kokios maisto rūšies energetinė vertė priklauso nuo šių dviejų maistingųjų medžiagų. Žmogaus veiklai reikalinga energija, kuri gaunama deginant maistą. Šio eksperimento metu nustatysite energiją, išskiriamą deginant tris maisto produktus (kukurūzų spragėsius, zefyrus ir žemės riešutus). Išsiskyrusi šiluma žinant vandens kiekį gali būti apskaičiuojama pagal formulę Q = c ΔT, kur c vandens savitoji šiluma, ΔT vandens temperatūros pokytis, Q sunaudotos/išskirtos šilumos kiekis. Jūs nustatysite energijos kiekį pagal išsiskyrusios šilumos kiekį, gaunamą degant maistui, kai E maisto = Q/m maisto, kur E maisto energija, esanti maiste, m maisto sudeginto maisto masė. Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; temperatūros jutiklis (nuo 25 C iki 110 C); stovas su žiedu; dangtelis arba maža metalinė skardinė ( 50 ml) maistui; ml skardinė vandeniui; trijų rūšių maisto produktai; svarstyklės; dvi maišymo lazdelės; magnetinė maišyklė; cilindras; šaltas vanduo; degtukai. Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 NOVA5000 įvado (I/O-1). 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 piešinyje. 4. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo 25 C iki 110 C). Dažnis: 33

34 kas 1 sekundė. Matavimai: 200 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Pasverkite tuščius maisto ir vandens indus. 2. Pasverkite vieną maisto produktą, kurį naudosite eksperimento metu. 3. Į stiklinę įpilkite 50 ml vandens ir pasverkite. 4. Įdėkite maistą į skardinę. Nepamirškite, kad maistas bus deginamas, ir tai bus paprasčiau padaryti maistą susmulkinus (ypač riešutus). 5. Padėkite skardinę su maistu po skardine su vandeniu. 6. Įdėkite temperatūros jutiklį į vandenį. Jis neturi liestis prie skardinės krašto. 7. Pradėkite maišyti vandenį. 8. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje duomenų registravimui. 9. Palaukite apie 1 minutę, kol uždegsite maistą degtuku. 10. Baikite maišyti vandenį, kai temperatūra nustos kilti. 11. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje. 12. Išsaugokite duomenis paspausdami Save viršutinėje įrankių juostoje. 13. Pakartokite 1 12 žingsnius kitiems dviem maisto produktams. Galimi grafikų pavyzdžiai 2, 3 ir 4 paveiksluose. Duomenų analizė: 1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį vandens temperatūros pokyčiams (ΔT) kiekvieno maisto produkto degimo metu nustatyti. Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite pirmąjį žymeklį grafiko įrankių juostoje. Galima nutempti žymeklį pele ant kito taško, ant grafiko arba ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward ar Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba paspauskite antrąjį žymeklį. Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių. 34

35 Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti antrąjį žymeklį spauskite, o norėdami panaikinti pirmąjį žymeklį spauskite. 2. Apskaičiuokite vandens absorbuotą šilumą (Q) pagal pirmąją formulę. 3. Nustatykite likusio maisto produkto masę ir apskaičiuokite skirtumą, kuris ir bus sudeginto maisto masė m maisto. Pastaba: vandens savitoji šiluma 25 C yra 4,18 J/g C. Klausimai: 1. Kuris maisto produktas degdamas išskyrė daugiausiai energijos (kj/g)? 2. Maisto energija dažniausiai matuojama kalorijomis (4,18 kj). Kiek kalorijų turi 50 g žemės riešutų? 3. Žemės riešutai turi daugiausia riebalų. Zefyrai ir kukurūzų spragėsiai turi daugiau angliavandenių. Kokias išvadas galite padaryti, remdamiesi eksperimento rezultatais, apie riebalų ir angliavandenių energijos kiekius? Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems,

36 IX. HESO DĖSNIS: REAKCIJŲ ŠILUMOS SUMINIS EFEKTAS 1 paveikslas Bendrosios programos: 1. Vidurinis ugdymas. Išplėstinis kursas. 3. Cheminės reakcijos ir energija Nuostata Suvokti cheminių reakcijų energetinę svarbą <...>. Esminis gebėjimas Klasifikuoti ir apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą, skaičiuoti pagal pateiktas termochemines reakcijos lygtis. Gebėjimai 3.1. Apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą. Spręsti uždavinius, remiantis termocheminėmis lygtimis. Žinios ir supratimas Paaiškinti, kad reakcijos šiluminis efektas priklauso nuo cheminiams ryšiams nutrūkstant sunaudojamos ir cheminiams ryšiams susidarant išsiskiriančios energijos skirtumo Paaiškinti, kad medžiagoms reaguojant energija nei sukuriama, nei sunaikinama Paaiškinti, ką rodo termocheminė lygtis, ir pritaikyti ją išsiskyrusios arba sunaudotos šilumos kiekiui apskaičiuoti <...> Įvadas: Heso dėsnis: reakcijos šiluma priklauso tik nuo reaguojančių medžiagų ir reakcijos produktų rūšies, būsenos, bet nepriklauso nuo reakcijos produktų susidarymo būdo. Kelių nuosekliai vykstančių cheminių reakcijų suminis energetinis efektas lygus bet kurių kitų reakcijų suminiam 36

37 energetiniam efektui, jei pradinės medžiagos ir galutiniai produktai vienodi. Energetinis efektas nepriklauso nuo to, kokiu būdu procesas vyksta, jis priklauso tik nuo pradinės ir galinės sistemos būsenos. Tarkime, kad cheminę reakciją išskaidėme į kelias reakcijas. Tarpinių reakcijų šiluminių efektų suma lygi suminės reakcijos šiluminiam efektui. Šiame eksperimente vyks šios reakcijos: 1. Kietas natrio hidroksidas bus tirpinamas vandenyje ir skils į jonus: NaOH (k) Na + (aq) + OH - (aq) 2. Kietas natrio hidroksidas reaguos su vandeniniu druskos rūgšties tirpalu, sudarydamas vandenį ir vandeninį natrio chloridą: NaOH (k) + H + (aq) + Cl - (aq) H 2 O (s) + Na + (aq) + Cl - (aq) 3. Vandeniniai natrio hidroksido ir druskos rūgšties tirpalai jungsis sudarydami vandenį ir vandeninį natrio chlorido tirpalą: Na + (aq) + OH - (aq) + H + (aq) + Cl - (aq) H 2 O (s) + Na + (aq) + Cl - (aq) Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; temperatūros jutiklis (nuo 25 C iki 110 C); 250 ml stiklinė; polistireno stiklinė (kavos puodelis); magnetinė maišyklė; 50 ml 1M NaOH; 50 ml 1M HCl; 100 ml 0,5M HCl; 100 ml vandens; 4 g kieto NaOH; apsauginiai akiniai. Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000 įvado. 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle. 4. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip parašyta toliau. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo 25 C iki 110 C) Dažnis: Kas 1 sekundė Matavimai: 500 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Užsidėkite apsauginius akinius. 2. Pagaminkite polistireno dangtelį polistireno stiklinei. Dangtelis turi būti plokščias, lygus ir didesnis už stiklinės perimetrą. Dangtelyje išgręžkite skylę temperatūros jutikliui. 3. Į polistireno stiklinę įpilkite 100 ml vandentiekio vandens. 4. Padėkite stiklinę ant magnetinės maišyklės. 5. Uždenkite dangteliu, bet palikite plyšelį NaOH įberti. 37

38 6. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 7. Palaukite, kol jutiklio parodymai nusistovės. 8. Pradėkite maišyti vandenį stiklinėje. 1 Reakcija 9. Įberkite 2 g kristalinio NaOH ir nedelsdami uždenkite stiklinę. 10. Stebėkite temperatūros pokyčius, registruojamus monitoriuje, kol jie nustos keistis. 11. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis. 12. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje. 2 Reakcija 13. Pakartokite tirpinimo reakciją (3 12 anksčiau aprašyti eksperimento žingsniai) vietoj vandens naudodami 100 ml 0,5M HCl tirpalą. Įspėjimas: HCl ir NaOH (k) naudokite ypatingai atsargiai. 3 Reakcija 14. Pakartokite eksperimento 3 12 žingsnius pradžioje įpildami 50 ml 1M HCl, o 9 žingsnyje vietoj kristalinio NaOH įpilkite 50 ml 1M NaOH tirpalo. Duomenų analizė: 1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį kiekvienos reakcijos temperatūros pokyčiams Δt stebėti. Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite pirmąjį žymeklį grafiko įrankių juostoje. Galima nutempti žymeklį pele ant kito taško, ant grafiko arba ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward ar Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba paspauskite antrąjį žymeklį. Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių. Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti antrąjį žymeklį spauskite pirmąjį žymeklį spauskite. 2. Nustatykite 100 ml tirpalo masę kiekvienoje reakcijoje (manykime, kad kiekvieno tirpalo tankis yra 1 g/ml). 3. Apskaičiuokite kiekvienos reakcijos šilumą Q (c = 4,18 J/g C) Q = c m Δt 4. Apskaičiuokite ΔH (ΔH = Q ). 5. Apskaičiuokite kiekvienoje reakcijoje sunaudoto NaOH kiekį moliais. 6. Nustatykite NaOH ΔH / mol kiekvienoje reakcijoje., o norėdami panaikinti 38

39 7. Apskaičiuokite 1 ir 3 reakcijos šilumą (ΔH/mol ). Šio eksperimento grafiko pavyzdys yra 2 paveiksle. Klausimai: 1. Ar pagal eksperimento duomenis visos reakcijos šiluma yra lygi atskirų reakcijų šilumos sumai? 2. Apskaičiuokite eksperimento procentinę paklaidą. Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Tirpinkite skirtingus NaOH kiekius. Stebėkite temperatūros pokyčius. 2. Stebėkite ph pokyčius kiekvienoje reakcijoje. 3. Ištirpinkite vandenyje CuSO 4 ir CuSO 4 5H 2 O ir apskaičiuokite reakcijos šilumos suminį efektą lygčiai: CuSO 4(k) + 5H 2 O CuSO 4 5H 2 O Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems,

40 X. IDEALIŲJŲ DUJŲ DĖSNIS 1 paveikslas Bendrosios programos: 1. Vidurinis ugdymas. Išplėstinis kursas. Šį eksperimentą galima atlikti nagrinėjant medžiagų agregatines būsenas. Eksperimentą gali atlikti mokiniai besidomintys chemija arba gabūs chemijai neformaliojo ugdymo veiklose. Įvadas: Idealiosios dujos tai dujos, kurių molekulės mažos, palyginus su atstumais tarp jų, ir kurios tarpusavyje nesąveikauja. Dėl to uždaroje sistemoje jų koncentracija yra maža. Kiekybinės dviejų tos pačios masės dujų parametrų priklausomybės, kai trečias išlieka pastovus, vadinamos dujų dėsniais: Boilio ir Marioto dėsnis: kai temperatūra pastovi, dujų tūris yra atvirkščiai proporcingas dujų slėgiui; Gei-Liusako dėsnis: pakėlus temperatūrą 1 C, dujų tūris padidėja 1/273 dalimi to tūrio, kurį dujos užėmė, kai temperatūra 0 C. Šis panašumas galioja nedidelėms dujų koncentracijoms uždaroje sistemoje. Dujų tūris priklauso nuo slėgio ir temperatūros, todėl palyginti to paties kiekio įvairių dujų tūrį galima tada, kai vienoda jų temperatūra ir slėgis. Dujų dėsnius apibendrina Mendelejevo ir Klapeirono dėsnis, kurį galima užrašyti lygtimi: p V = n R T, kur p slėgis (T pastovi), T temperatūra (p pastovus), V tūris, n dujų molių skaičius, R universalioji dujų konstanta (SI sistemoje R = 8,314 J/mol K). Šio eksperimento metu tyrinėkite ryšį tarp hermetiškai uždaryto kolboje oro slėgio ir tūrio. Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; 40

41 5 ml stiklinė kolba; guminis kamštis; 20 ml švirkštas; dvi 20 dydžio švirkšto adatos; trumpas lateksinis vamzdelis; ilgas lateksinis vamzdelis; trieigis vožtuvas; slėgio jutiklis (0 700 kpa). Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite slėgio jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000 įvado. 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle. Švirkštas sujungtas su kolba per vožtuvą, o slėgio jutiklis sujungtas tiesiai su kolba. 4. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: slėgis (0 700 kpa). Dažnis: Rankinis. Matavimai: 20 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Kolbą sandariai užkimškite guminiu kamščiu, į jį kiaurai įsmeikite dvi adatas, sujungtas su švirkštu ir su slėgio jutikliu. 2. Pasukite vožtuvą taip, kad sistema būtų uždara. 3. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 4. Patraukite švirkšto stūmoklį apie 2 ml. Įveskite duomenis ranka. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje kiekvieną kartą, kai norėsite įrašyti duomenis. 5. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis. 6. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje. Duomenų analizė: Eksperimento grafike (2 paveikslas) matome slėgio ir užrašytų duomenų santykį. 1. Kad matytumėte santykį tarp slėgio ir tūrio, turite suvesti slėgio duomenis. Įrašykite juos į stulpelį: a. paspauskite Table view pagrindinėje lentelės įrankių juostoje; b. paspauskite Tools meniu juostoje, tada paspauskite Add Manual 41

42 column; c. parašykite Tūris Column title teksto lauke. Tada parašykite ml Column unit teksto lauke ir paspauskite OK; d. multilaboratorija atidarys naują stulpelį lentelės lange. Surašykite tūrio duomenis pažymėdami langelį: e. paspauskite Graph view, kad grįžtumėte į grafiko peržiūrą. 2. Kadangi tūris atvirkščiai proporcingas slėgiui, tai grafikas turi būti linijinė kreivė. Įrašykite 1/tūrio duomenis: a. paspauskite Analysis Wizard pagrindinėje įrankių juostoje; b. pažymėkite Reciprocal Functions išplėstiniame meniu; c. pažymėkite Edited data Volume G1 išplėstiniame meniu; d. parašykite 1/tūrio Name teksto lauke; e. paspauskite OK. 3. Nubraižykite slėgio priklausomybės nuo 1/tūrio grafiką: a. paspauskite Format graph grafiko apatinėje įrankių juostoje; b. pažymėkite 1/Volume X ašies išplėstiniame meniu ir paspauskite OK; c. panaikinkite slėgio duomenis pažymėdami juos duomenų žemėlapyje ir paspausdami Hide. Grafiko pavyzdys 3 paveiksle. 4. Naudokite grafikui linijinį įrankį: a. paspauskite Linear fit pagrindinėje įrankių juostoje. Reikiama lygtis yra informacinėje juostoje grafiko lango apačioje; b. linijos pasvirimas yra molių skaičiaus, temperatūros ir dujų konstantos produktas. Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems,

43 XI. KURO ENERGIJA Bendrosios programos: Pagrindinis ugdymas. 10 klasė Mokinių pasiekimai 1 paveikslas Nuostatos Gebėjimai Žinios ir supratimas Taikyti įgytas žinias ir gebėjimus, pasirenkant įvairias medžiagas, taupiai jas naudoti, užtikrinant saugią ir švarią aplinką kitiems. 7. Svarbiausių medžiagų pažinimas ir naudojimas 7.3. < > Apibūdinti svarbiausių organinių junginių pritaikymą ir reikšmę. < > Ugdymo gairės < >, užrašyti Atlikdami bandymus, ieškodami angliavandenilių informacijos įvairiuose šaltiniuose degimo reakcijas. mokiniai aiškinasi įvairių cheminių Pateikti medžiagų savybes, naudojimą. svarbiausių naftos Nagrinėdami vieną ardu konkrečios produktų naudojimo junginių klasės medžiagų pavyzdžius, pavyzdžių, nurodyti, kad jų savybes aptaria kaip tipines tos nafta yra įvairių junginių klasės savybes, susieja jas angliavandenilių su tos klasės medžiagų sandaros šaltinis. ypatumais < > Vidurinis ugdymas. Bendrasis ir išplėstinis kursai. 11 klasė. 7. Organinių junginių sandara, savybės ir taikymas Nuostata Suvokti organinių junginių įvairovę siejant su anglies atomo galimybe sudaryti junginio grandines ir ciklus. Esminis gebėjimas Klasifikuoti organinius junginius pagal funkcines grupes ir apibūdinti su funkcinėmis grupėmis 43

44 susijusias medžiagų savybes. Gebėjimai 7.2. Apibūdinti svarbiausių angliavandenilių savybes ir naudojimą. Bendrasis ir išplėstinis kursai. 12 klasė 3. Cheminės reakcijos ir energija Žinios ir supratimas Paaiškinti metano, eteno, etino fizikines ir chemines savybes, nurodyti gavimo būdus ir naudojimo galimybes. Nuostata Suvokti cheminių reakcijų energetinę svarbą, būtinybę racionaliai naudoti energetinius išteklius ir pavojus, susijusius su aplinkos tarša. Esminis gebėjimas Klasifikuoti ir apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą. Gebėjimai 3.1. Apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą. Žinios ir supratimas Paaiškinti iškastinio kuro svarbą šiuolaikinei energetikai. Apibūdinti degimo produktų įtaką aplinkai ir nurodyti pagrindinius alternatyviuosius energijos šaltinius. Įvadas: Kuras medžiaga, naudojama šildymui ar kūrenimui arba įvairiems varikliams. Iškastinis kuras tai kuras, iškasamas iš žemės gelmių. Jis yra susidaręs per milijonus metų iš augalų ir gyvūnų liekanų, pavyzdžiui, akmens anglys, nafta, dujos. Šio eksperimento metu apskaičiuosite ir palyginsite dviejų kuro rūšių: parafino ir metanolio degimo šilumą. Parafinas yra alkanų grupės angliavandenilis, atrastas Karlo Reichenbacho. Tai bekvapė ir beskonė medžiaga, susidedanti daugiausia iš sočiųjų angliavandenilių. Parafinas būna kietasis (baltas, pačiupinėjus riebus, standus, lydosi C temperatūroje) arba skystasis (vazelino aliejaus parafinas bespalvė, klampi masė). Parafinas naudojamas žvakėms gaminti, grindų vaškui ir maisto pramonėje. Kiti svarbūs alkanų grupės nariai, naudojami kaip kuras, yra gazolinas ir dyzelinas. Metanolis ir etanolis naudojami kaip gazolino priedai arba gazolino pakaitai. Metanolis dar žinomas kaip metilo alkoholis ar medžio spiritas, yra junginys, kurio formulė yra CH 3 OH. Tai paprasčiausias alkoholis, bespalvis, degus, nuodingas (nuo mažos dozės galima apakti), neribotai tirpstantis vandenyje, savito kvapo skysti. Jis naudojamas kaip antifrizas, tirpiklis ar degalai. Šio eksperimento metu palyginsite parafino ir metanolio išskiriamą energiją matuojant jų degimo šilumą. Norėdami nustatyti degimo šilumą, apskaičiuosite kiek energijos buvo sunaudota sušildyti žinomą kiekį vandens, deginant parafiną ir metanolį, pagal šią formulę: Q = c m ΔT, kur Q šiluma, m vandens masė, ΔT vandens temperatūros pokytis. Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; temperatūros jutiklis (nuo 25 C iki 110 C); stovas su žiedu; 250 ml stiklinė ar skardinė; svarstyklės; cilindras; šaltas vanduo; lazdelė pamaišyti; žvakė; 44

45 metanolio degiklis (pvz., spiritinė lemputė); degtukai. Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 NOVA5000 įvado (I/O-1). 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 piešinyje. 4. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo 25 C iki 110 C). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 200 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Pasverkite tuščią vandens indą. 2. Įpilkite 100 ml šalto vandens ir pasverkite. 3. Prieš pradėdami eksperimentą pasverkite žvakę. 4. Pastatykite stiklinę su vandeniu ant stovo žiedo. 5. Įdėkite temperatūros jutiklį į vandenį taip, kad jis nesiliestų su indu. 6. Pradėkite maišyti vandenį. 7. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje duomenų registravimui. 8. Palaukite apie 30 s prieš uždegant žvakę. 9. Nustokite maišyti, kol vanduo šyla. 10. Užgesinkite liepsną, kai vandens temperatūra pasieks 40 C. 11. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje, kai temperatūra nustos kilti. 12. Išsaugokite duomenis paspausdami Save viršutinėje įrankių juostoje. 13. Pasverkite žvakę po eksperimento (surinkite visus parafino likučius). 14. Pakartokite visus eksperimento žingsnius naudodami kitą kurą. 15. Pakeiskite žvakę metanolio degikliu ir pakartokite eksperimentą su 200 ml vandens. 16. Nepamirškite pasverti tuščios spiritinės lemputės ir jau pripiltos metanolio. 17. Uždenkite dagtį ir palikite atšalti iki kambario temperatūros. 18. Pasverkite spiritinę lemputę su likusiu metanoliu. Duomenų analizė: Eksperimento grafikų pavyzdžiai 2 paveiksle. 45

46 1. Nustatykite sušildyto vandens masę. 2. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį vandens temperatūros pokyčiams (ΔT) nustatyti. Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite pirmąjį žymeklį grafiko įrankių juostoje. Pele galima nutempti žymeklį ant kito taško, ant grafiko arba ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward ar Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba paspauskite antrąjį žymeklį. Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių. Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti antrąjį žymeklį spauskite, o norėdami panaikinti pirmąjį žymeklį spauskite. 3. Apskaičiuokite vandens absorbuotą šilumą pagal duotą formulę. 4. Apskaičiuokite sudegusio parafino ir metanolio masę. 5. Apskaičiuokite abiejų eksperimentų % naudingumo koeficientą. Padalinkite gautas eksperimento reikšmes (kj/g) iš žinynuose esančių reikšmių ir padauginkite iš 100. Reikšmės: parafino 41,5 kj/g, metanolio 30,0 kj/g. Klausimai: 1. Kurio kuro 1 g degdamas išskyrė daugiau energijos? Paaiškink skirtumą (pagalba: metanolio molekulė CH 3 OH yra deguoninė, o parafino C 25 H 52 savo sudėtyje deguonies neturi). 2. Kokie būtų pranašumai, jei naudotume etanolį? 3. Padiskutuokite apie šilumos praradimo faktoriaus eksperimento metu įtaką naudingumo koeficientui. Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems,

47 XII. LAMBERTO BERO DĖSNIS 1 paveikslas Bendrosios programos: Vidurinis ugdymas. Išplėstinis kursas. 12 klasė 9. Šiuolaikiniai tyrimo metodai Nuostata Kūrybingai ir saugiai tyrinėti gamtos reiškinius. Esminis gebėjimas Apibūdinti chemijoje taikomus tyrimo metodus. Gebėjimai 9.1. Taikyti įgytas žinias apie medžiagos koncentraciją tirpale, siejant su koncentracijos reiškimo būdais. Žinios ir supratimas Paaiškinti, kaip tirpalo spalvos intensyvumas susijęs su medžiagos koncentracija ir tirpalo sluoksnio storiu. Įvadas: Lamberto-Bero dėsnis: tirpalo optinis tankis tiesiogiai proporcingas šviesą absorbuojančios medžiagos koncentracijai tirpale. Šviesos kiekis, prasiskverbiantis per tirpalą, yra žinomas kaip transmisija, išreiškiama kaip santykis tarp praėjusios per tiriamąją medžiagą spinduliuotės stiprio I t ir sklindančios per tiriamąją medžiagą spinduliuotės stiprio I 0. kur T transmisija, I t per tiriamąją medžiagą praėjusios spinduliuotės stipris, I 0 sklindančios per tiriamąją medžiagą spinduliuotės stipris. Priklausomybė tarp transmisijos ir absorbcijos yra vadinama optiniu tankiu ir išreiškiama lygtimi: 47

48 A = - logt kur A absorbcija, T transmisija, kurios skaitinė reikšmė yra nuo 0 iki 1 ). Medžiagos (tirpalo) optinis tankis tiesiogiai proporcingas absorbuojančiųjų dalelių kiekiui ir absorbuojančiojo sluoksnio storiui. A = ε c d, kur c tiriamos medžiagos koncentracija tirpale, d tiriamos medžiagos sluoksnio storis, ε koeficientas, priklausantis nuo bangos ilgio ir būdingas absorbuojančiai medžiagai. Lamberto-Bero dėsnis galioja tik praskiestiems tirpalams. Šiame eksperimente stebėsite CuSO 4 tirpalo absorbciją, keičiantis koncentracijai, siekiant nustatyti koeficientą, naudojant tam tikro ilgio bangą. Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; 4 CuSO 4 5H 2 O tirpalo mėginiai, kurių koncentracijos nuo 0,006 iki 0,05 mol/l; kolorimetro jutiklis. Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite kolorimetro jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000 įvado (1 paveikslas). 3. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: kolorimetras. Dažnis: rankinis. Matavimai: 10 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Įdėkite raudonos spalvos filtrą į kolorimetrą. 2. Nustatykite kolorimetrą ( žiūrėkite į kolorimetro jutiklio langą). 3. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, norėdami pradėti registruoti duomenis. 4. Matuokite duomenis, esant skirtingoms koncentracijoms. Duomenis rašykite ranka. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje kiekvieną kartą, kai tik norite įrašyti duomenis. 5. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite įrašyti duomenis. 6. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje. Eksperimento grafiko pavyzdys yra 2 paveiksle. 48

49 Duomenų analizė: 1. Nepamirškite perduoti duomenis ir juos konvertuoti į absorbciją: a. naudokite pirmąjį žymeklį grafikui pažymėti; b. paspauskite Functions pagrindinėje įrankių juostoje ir tada paspauskite Functions stulelį; c. Functions išplėstiniame meniu pažymėkite Log10; d. A teksto lauke įrašykite: 1, B teksto lauke: 0,01; e. Name teksto lauke parašykite pavadinimą (pvz., Absorbcija); f. paspauskite OK. 2. Suveskite CuSO 4 koncentracijos duomenis rankiniu būdu į stulpelį: a. paspauskite Table view pagrindinėje lentelės įrankių juostoje; b. paspauskite Tools meniu juostoje; c. paspauskite Add Manual Column; d. Column title teksto lauke užrašykite pavadinimą ( pvz., Koncentracija); e. Unit teksto lauke užrašykite vienetus ( pvz., mol/l ); f. paspauskite OK; g. lentelėje paspauskite naujo stulpelio pirmąjį langelį ir įrašykite pirmojo bandinio koncentraciją. Analogiškai įrašykite kitų bandinių koncentracijas. 3. Nubraižykite absorbcijos priklausomybės nuo koncentracijos grafiką (pavyzdys 3 paveiksle): a. paslėpkite šio eksperimento duomenis (transmisija/bandiniai) spaudžiant eksperimento duomenų žemėlapyje ir Hide; b. paspauskite Format graph apatinėje įrankių juostoje; c. pažymėkite Concentration X ašyje išplėstiniame meniu ir paspauskite OK. 4. Naudokite linijinį įrankį CuSO 4 koeficientui nustatyti: a. paspauskite Linear fit pagrindinėje įrankių juostoje. Lygtis bus rodoma informacinėje juostoje grafiko lango apačioje; b. dalinkite nuolydį pagal storį, kad nustatytumėte praėjusios per CuSO 4 tirpalą spinduliuotės išnykimo koeficientą. Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems,

50 XIII. OKSIDACIJOS IR REDUKCIJOS REAKCIJA: VARIO CHLORIDO IR ALIUMINIO REAKCIJA Bendrosios programos: Pagrindinis ugdymas klasė. Mokinių pasiekimai 1 paveikslas Nuostatos Gebėjimai Žinios ir supratimas Suvokti žmogaus veiklos ir gamtos tarpusavio priklausomybę Aiškinti oksidacijos ir redukcijos procesus, remiantis cheminio elemento atomo sandara. 6. Medžiagų kitimai Užrašyti medžiagas sudarančių cheminių elementų oksidacijos laipsnius Paaiškinti medžiagų oksidacijos ir redukcijos procesus kaip medžiagų atomų elektronų atidavimą ar prisijungimą. Ugdymo gairės Nagrinėdami degimo, metalo (pvz., geležies) rūdijimo, kvėpavimo procesus, mokiniai aiškinasi oksidacijos ir redukcijos procesus, mokosi užrašyti nesudėtingas oksidacijos-redukcijos reakcijų lygtis. Siedami turimas chemijos ir kitų mokslų žinias mokiniai ieško bendrų dėsningumų tarp degimo, kvėpavimo, fotosintezės, rūdijimo ir pan. procesų. Vidurinis ugdymas. Bendrasis ir išplėstinis kursas. 12 klasė 6. Oksidacijos-redukcijos reakcijos ir jų taikymas Nuostata Suvokti cheminių reakcijų ir elektros srovės tarpusavio ryšį. 50

51 Esminis gebėjimas Paaiškinti oksidacijos-redukcijos procesus ir nurodyti jų taikymo praktikoje galimybes. Gebėjimai 6.1. Nagrinėti oksidacijosredukcijos procesus. Žinios ir supratimas Apskaičiuoti elemento oksidacijos laipsnį junginyje Nurodyti oksidatorių ir reduktorių pateiktoje oksidacijosredukcijos reakcijos lygtyje Išlyginti oksidacijos-redukcijos lygtį elektronų balanso būdu Paaiškinti metalų išstūmimo iš vandeninių tirpalų kitais metalais reakcijas, remiantis metalų aktyvumo eile. Įvadas: Oksidacijos ir redukcijos reakcijų metu vyksta elektronų perdavimas tarp dviejų cheminių medžiagų. Medžiaga, kuri prisijungia elektronus, yra oksidatorius, o medžiaga, kuri atiduoda elektronus, yra reduktorius. Oksidatorius reakcijos metu redukuojasi, reduktorius oksiduojasi. Šio eksperimento metu stebėsime temperatūros pokytį vykstant oksidacijos-redukcijos reakcijai: 3Cu 2+ (aq) + 6Cl - (aq) + 2Al 0 (k) 3Cu 0 (k) + 2 Al 3+ (aq) + 6Cl - (aq) Aliuminis Al buvo oksiduotas iki Al 3+, o Cu 2+ buvo redukuotas į Cu. Reakcijos šilumą galima apskaičiuoti naudojant formulę Q = c Δt, kur Q išskirtos arba sunaudotos šilumos kiekis, c savitoji šiluma, Δt temperatūros pokytis. Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; temperatūros jutiklis (nuo 25 C iki 110 C); polistireno stiklinė (skaidri); 5 g CuCl 2 ; magnetinė maišyklė; aliuminio granulės ar folija; apsauginiai akiniai. Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 NOVA5000 įvado (I/O-1). 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle. 4. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo 25 C iki 110 C). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 200 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Užsidėkite apsauginius akinius. 51

52 2. Pagaminkite polistireno dangtelį polistireno stiklinei. Dangtelis turi būti plokščias, lygus ir didesnis už stiklinės perimetrą (žiūrėkite 1 piešinį). Dangtelyje išgręžkite skylę temperatūros jutikliui. 3. Į plastikinę stiklinę įpilkite 50 ml vandentiekio vandens. 4. Pastatykite stiklinę ant magnetinės maišyklės. 5. Uždenkite dangteliu, bet palikite plyšelį, kad galėtumėte įberti CuCl Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje duomenų registravimui. Palaukite, kol jutiklių rodmenys nusistovės. 7. Pradėkite maišykle maišyti vandenį stiklinėje. 8. Įberkite į stiklinę 5 g kristalinio CuCl 2 ir nedelsdami uždenkite dangteliu. 9. Į stiklinę įdėkite aliuminio popierėlį. 10. Stebėkite temperatūros pokyčius, registruojamus monitoriuje, kol temperatūra nustos kisti. 11. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje. 12. Išsaugokite duomenis paspausdami Save viršutinėje įrankių juostoje. Duomenų analizė: 1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį pokyčiams proceso metu ir laikui, reikalingam pasiekti galutinę temperatūrą, nustatyti. Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite pirmąjį žymeklį grafiko įrankių juostoje. Galima nutempti žymeklį pele ant kito taško, ant grafiko arba ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba paspauskite antrąjį žymeklį. Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių. Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti antrąjį žymeklį spauskite, o norėdami panaikinti pirmąjį žymeklį spauskite. 2. Apskaičiuokite reakcijos šilumą. Pastaba: vandens specifinė šiluminė talpa 25 C yra 4,18 J/g C. Šio eksperimento grafiko pavyzdys yra 2 paveiksle. Klausimai: 1. Kaip pasikeitė aliuminio granulių arba folijos spalva? ar Backward 52

53 2. Parašykite įvykusios cheminės reakcijos lygtį ir oksidacijos-redukcijos reakcijos lygtį. Kuris atomas buvo oksiduotas, o kuris redukuotas? Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Įmeskite į vario chlorido tirpalą gabalėlį geležies. Parašykite įvykusios reakcijos lygtį ir oksidacijos-redukcijos reakcijos lygtį. 2. Įmeskite gabalėlį cinko į atskiestą druskos rūgštį. Skirsis vandenilio dujos. Parašykite įvykusios reakcijos lygtį ir oksidacijos-redukcijos reakcijos lygtį. Kuris atomas buvo oksiduotas, o kuris redukuotas? Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems,

54 XIV. ORO TEMPERATŪROS SVYRAVIMŲ POVEIKIS ORO SLĖGIUI DUJŲ DĖSNIS 1 paveikslas Bendrosios programos: Vidurinis ugdymas. Išplėstinis kursas. Šį eksperimentą galima atlikti nagrinėjant medžiagų agregatines būsenas. Eksperimentą gali atlikti mokiniai, besidomintys chemija arba gabūs chemijai, neformaliojo ugdymo veiklose. Įvadas: Gei-Lusako dėsnis: tam tikros masės dujų tūrio ir temperatūros santykis yra pastovus, kai slėgis nekinta V T arba = konstanta Šarlio Gei-Lusako dėsnį sujungus su Boilio dėsniu, gaunama viena formuluotė bendrasis dujų dėsnis. Šiuo dėsniu teigiama, kad tam tikro dujų kiekio užimamas tūris yra proporcingas temperatūros ir slėgio santykiui, kai: = konstanta Šio eksperimento metu tyrinėsime slėgio ir temperatūros santykį, sandariame inde šildant pastovaus oro tūrį. Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; 50 ml stiklinė kolba; guminis kamštis; dvi 20 dydžio švirkšto adatos; trys trumpi lateksiniai vamzdeliai; 54

55 trieigis vožtuvas; temperatūros jutiklis (nuo 25 C iki 110 C); slėgio jutiklis ( mbar); stovas; magnetinė maišyklė. Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite slėgio jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000 įvado. 3. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 2 (I/O-2) NOVA5000 įvado. 4. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 ir 2 paveiksluose. Švirkšto adata reikia pradurti kamštį taip, kad adatos galiukas matytųsi kamščio apačioje (žr. 2 paveikslą). Kamščio viršuje esančią adatos dalį sujungiame su trijų pusių vožtuvu labai trumpu lateksiniu vamzdeliu. Slėgio jutiklis sujungimas su vožtuvu kitu trumpu lateksiniu vamzdeliu. Pasukite vožtuvą, kol jis bus atidarytas horizontaliai. Šioje vožtuvo padėtyje oras galės iš kolbos patekti pro vožtuvą į aplinką. Norėdami uždaryti vožtuvą, pasukite jį vertikaliai. Šioje vožtuvo padėtyje oras iš kolbos pateks į slėgio jutiklį. 5. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: slėgis ( mbar); 2 įvadas: temperatūra (nuo 25 C iki 110 C). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 500 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Sujunkite prietaisus kaip pavaizduota 1 paveiksle. 2. Išgręžkite skylę kamštyje temperatūros jutikliui. Galima padaryti siaurą plyšelį kamščio šone. 3. Į stiklinę kolbą įpilkite vandens. Palikite šiek tiek oro, kad vanduo nepatektų į adatą. 4. Įkiškite temperatūros jutiklį į skylę arba į plyšį kamštyje. 5. Užkimškite kolbą kamščiu ir pradėkite maišyti vandenį. 6. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 7. Stebėkite slėgio pokyčius, registruojamus monitoriuje. Pasukite vožtuvą, jei reikia, kad prieš pradedant eksperimentą kolboje būtų palaikomas atmosferos slėgis. Vėliau pasukite vožtuvą į pradinę padėtį. 8. Pradėkite šildyti kolbą. Pasukite magnetinės maišyklės šildymo mygtuką į vidurinę padėtį. Stebėkite slėgio pokyčius apie 5 minutes. 9. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis. 55

56 10. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje. Duomenų analizė: 1. Palyginkite slėgio pokyčius su temperatūros pokyčiais. Ar matote panašumų? Šio eksperimento grafiko pavyzdys yra 3 paveiksle. 2. Nustatykite koreliaciją tarp temperatūros ir slėgio pokyčių, naudodami slėgio ir temperatūros grafikus: a. paspauskite Format graph grafiko įrankių juostoje. b. pažymėkite Temperature I/O-1 X ašyje ir tada paspauskite OK. Slėgio ir temperatūros palyginimo grafiko pavyzdys (4 paveikslas). Klausimai: 1. Temperatūros ir slėgio pokyčiai vaizduojami nelinijine kreive. Paaiškinkite, kodėl. 2. Kokia būtų kreivės forma, jei kolbą būtumėte šildę vonelėje? 3. Kaip kito slėgis eksperimento metu kylant temperatūrai, pradėjus šildyti kolbą. Atsakydami naudokite slėgio ir temperatūros palyginimo grafiką, kurį nubraižėte. 4. Kaip būtų keitęsis slėgis, jei kolbą būtumėte šaldę? 5. Tarkime, kad vandens tūris kolboje yra mažesnis. Koks būtų kolbos šildymo poveikis slėgiui lyginant su ankstesnio eksperimento rezultatais? Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Šildykite kolbą ilgiau. Tada baikite šildyti. Kai temperatūra taps pastovi, pradėkite šaldyti. Stebėkite slėgio pokyčius kolboje. 2. Atlikite eksperimentą su skirtingais vandens tūriais kolboje. Palyginkite šildymo ir šaldymo įtaką slėgiui kiekvienu atveju. Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems,

57 XV. ORO TŪRIO SVYRAVIMŲ POVEIKIS ORO SLĖGIUI BOILIO DĖSNIS 1 paveikslas Bendrosios programos: Vidurinis ugdymas. Išplėstinis kursas. Šį eksperimentą galima atlikti nagrinėjant medžiagų agregatines būsenas. Eksperimentą gali atlikti mokiniai, besidomintys chemija arba gabūs chemijai, neformaliojo ugdymo veiklose. Įvadas: Medžiagos gali būti keturių agregatinių būsenų: dujos (garai), skysčiai, kietosios medžiagos ir plazma. Dujų tūris sutampa su indo tūriu ir labai priklauso nuo temperatūros ir slėgio. Dujos skiriasi nuo skysčių ir kietų medžiagų tuo, kad jas galima suspausti, ir tada jos užims žymiai mažesnį tūrį. Pagal Boilio dėsnį dujų tūris tam tikroje temperatūroje yra atvirkščiai proporcingas slėgiui P arba PV = konstanta Šio eksperimento metu tyrinėsite priklausomybę tarp slėgio ir tūrio matuodami oro tūrio pokyčius nuo slėgio sandarioje kolboje, esant pastoviai temperatūrai. Prietaisai ir medžiagos: Nova5000; 50 ml stiklinė kolba; guminis kamštis; 50 ml plastmasinis švirkštas; dvi 20 dydžio švirkšto adatos; trys trumpi lateksiniai vamzdeliai; trieigis vožtuvas; slėgio jutiklis ( mbar). 57

58 Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite slėgio jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000 įvado. 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle. Dvi švirkšto adatas įsmeikite į kamštį taip, kad adatų galiukai matytųsi kamščio apačioje (žr. 2 paveikslą). Prie vienos viršutinėje kamščio pusėje esančios adatos prijungiame trijų pusių vožtuvą labai trumpu lateksiniu vamzdeliu. 50 ml švirkštą prijungiame lateksiniu vamzdeliu prie vožtuvo. Slėgio jutiklis sujungimas su kita adata trumpu lateksiniu vamzdeliu. Pasukite vožtuvą, kol jis bus atidarytas vertikaliai. Šioje vožtuvo padėtyje oras galės iš kolbos patekti pro vožtuvą į aplinką. Norėdami uždaryti vožtuvą, pasukite jį horizontaliai. Šioje vožtuvo padėtyje oras iš kolbos pateks į švirkštą. 4. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau. Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: slėgis ( mbar). Dažnis: rankinis. Matavimai: 20 matavimų. Eksperimento eiga: 1. Į stiklinę kolbą įpilkite vandens. Palikite šiek tiek oro, kad vanduo nepatektų į adatą. 2. Kolbą užkimškite kamščiu. Įsitikinkite, kad užkimšote sandariai ir į kolbą nepatenka oras iš aplinkos. 3. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 4. Stebėkite slėgio lygį kolboje. Įrašykite duomenis ranka. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje kiekvieną kartą, kai norite įrašyti duomenis. 5. Atsukite vožtuvą, kol kolboje nusistovės atmosferos slėgis (apie 1000 mbar). Užsukite vožtuvą ir leiskite orui iš kolbos patekti į švirkštą. 6. Paspauskite švirkštą, kad oro tūris jame sumažėtų 5 ml. Pamatuokite naują slėgio lygį, pasikeitus oro tūriui sistemoje (švirkšte esantis oras prisidėjo prie oro tūrio kolboje). 7. Pakartokite tai mažiausiai devynis kartus, paspausdami švirkštą po 5 ml kiekvieną kartą. 8. Stebėkite slėgio pokyčius. 9. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis. 10. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje. Duomenų analizė: 1. Įterpkite tūrio stulpelį: 58

59 a. paspauskite Table view pagrindinėje įrankių juostoje tam, kad nubraižytumėte lentelę. b. paspauskite Tools meniu juostoje, tada paspauskite Add Manual column. c. Surinkite: Tūris Column title teksto lauke, ml Column unit teksto lauke ir paspauskite OK. d. Multilaboratorija atvers naują stulpelį lentelės lange. Įterpkite eksperimento duomenis taip, kaip parodyta lentelėje: e. paspauskite Graph view ir grįškite į grafiko langą. 2. Teoriškai žinome, kad tūris atvirkščiai proporcingas slėgiui. Įsitikinimui nubraižykite slėgio priklausomybės nuo tūrio grafiką: a. paspauskite Format graph grafiko įrankių juostoje; b. pažymėkite Volume X ašyje ir tada paspauskite OK; c. panaikinkite slėgio duomenis pažymėdami juos duomenų žemėlapyje ir paspausdami Hide. 3. Kadangi tūrio didėjimas yra atvirkščiai proporcingas slėgiui, tai grafikas slėgio priklausomybė nuo 1/tūrio turi būti linijinė kreivė. Naudokite atvirkštinę funkciją tūrio duomenims: a. paspauskite Analysis Wizard pagrindinėje įrankių juostoje; b. pažymėkite Reciprocal išplėstiniame Functions meniu; c. pažymėkite Edited data Volume išplėstiniame G1 meniu; d. užrašykite 1/tūrio Name teksto lauke; e. paspauskite OK. 4. Nubrėžkite slėgio priklausomybės nuo 1/tūrio grafiką: a. paspauskite Pressure duomenis duomenų žemėlapyje ir tada paspauskite Show apatinėje įrankių juostoje; b. paspauskite Format graph grafiko (apatinėje) įrankių juostoje; c. pažymėkite 1/Volume X ašies išplėstiniame meniu ir paspauskite OK; d. panaikinkite slėgio duomenis pažymėdami juos duomenų žemėlapyje ir paspausdami Hide. 59