Γενική Οδηγία Καθ όλη τη διάρκεια της πειραµατικής διαδικασίας να φοράτε τα προστατευτικά γυαλιά και τα γάντια µιας χρήσης.

Transcript

1 Τοπικός προκριµατικός ιαγωνισµός στη Χηµεία Σχολείο:. Ονοµατεπώνυµο µαθητών: Γενική Οδηγία Καθ όλη τη διάρκεια της πειραµατικής διαδικασίας να φοράτε τα προστατευτικά γυαλιά και τα γάντια µιας χρήσης. Εισαγωγή Όλα τα µέταλλα έχουν την τάση σε κατάλληλες συνθήκες να αποβάλλουν ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια και να µετατρέπονται έτσι σε κατιόντα. Η τάση αυτή διαφέρει για κάθε µέταλλο. Έτσι κατατάσσονται σε µια σειρά ηλεκτροχηµικής δραστικότητας: Κ Bα Να Cα Αl Pb H 2 Cu Au *η πιο πάνω σειρά είναι ενδεικτική και δεν περιέχει όλα τα µέταλλα Αυτή η σειρά είναι πολύ χρήσιµη για να µπορούµε να εκτιµήσουµε τη δραστικότητα των µετάλλων σε διάφορες χηµικές και ηλεκτροχηµικές αντιδράσεις, π.χ. σε µπαταρίες, συνθήκες διάβρωσης κ.α. Όσο πιο αριστερά στη σειρά βρίσκεται ένα µέταλλο Α τόσο πιο δραστικό χαρακτηρίζεται σε σχέση µε κάποιο άλλο Β. Αυτό σηµαίνει ότι σε ένα διάλυµα κατιόντων του Β, το µέταλλο Α ως δραστικότερο, µπορεί να αντικαταστήσει τα κατιόντα του Β (Β + ) µε τα δικά του κατιόντα (Α + ), σύµφωνα µε τη χηµική εξίσωση: Α + Β + Β + Α + Στη σειρά αυτή υπάρχει και το Η 2, παρόλο που δεν είναι µέταλλο. Αυτό, οµοίως, σηµαίνει ότι όλα τα µέταλλα που είναι δραστικότερα από αυτό µπορούν να αντικαταστήσουν τα κατιόντα του υδρογόνου σε ένα διάλυµα οξέος µε τα δικά τους κατιόντα. Θεωρήστε δεδοµένο για την περίπτωση ότι όσο πιο δραστικά είναι τα µέταλλα τόσο πιο γρήγορα πραγµατοποιείται η αντίδραση αντικατάστασης των κατιόντων υδρογόνου, δεδοµένου ότι όλοι οι υπόλοιποι παράγοντες που επιδρούν στην ταχύτητα διατηρούνται σταθεροί. Σκοπός Με βάση τα πιο πάνω θα πρέπει να κατατάξετε τα µέταλλα µαγνήσιο, χαλκό, ψευδάργυρο, σίδηρο και άργυρο σε σειρά δραστικότητας µεταξύ τους βασιζόµενοι στα πειραµατικά σας αποτελέσµατα και εκµεταλλευόµενοι τη δυναµική της οµάδας (αρµονική συνεργασία, καταµερισµός εργασίας) 7 εκεµβρίου

2 Πειραµατικό µέρος 1. Σχετική δραστικότητα των µετάλλων Fe, Mg και Zn Για την επίτευξη αυτού του στόχου θα µελετήσετε την αντίδραση αυτών των µετάλλων µε θειικό οξύ στην πιο κάτω πειραµατική διάταξη, την οποία θα χρειαστεί να «στήσετε», όπως στο πιο κάτω σχήµα. Η διάταξη αποτελείται από τα πιο κάτω µέρη: Γ Ε Β Α. οκιµαστικός σωλήνας που φέρει το µέταλλο Β. Ελαστικό πώµα µε προσαρτηµένο κεκαµένο γυάλινο σωλήνα και βελόνα σύριγγας Γ. Ανεστραµµένος ογκοµετρικός κύλινδρος µε νερό. Γυάλινη λεκάνη µε νερό Ε. Σύστηµα στήριξης. ίνονται ακόµη: Σύριγγα µε διαβαθµίσεις όγκου Τα µέταλλα ιάλυµα θειϊκού οξέος Ποτήρι ζέσεως Ελαστικό πώµα Ζυγός ακριβείας Μεταλλική σπάτουλα Ρυζόχαρτο Στήριγµα δοκιµαστικών σωλήνων µε 3 σωλήνες Α Ο στόχος είναι να µετράτε στον ογκοµετρικό κύλινδρο τον όγκο του παραγόµενου στο δοκιµαστικό σωλήνα αερίου, αφού θα το οδηγείτε εκεί µε τη βοήθεια του κεκαµένου σωλήνα, σε σχέση µε το χρόνο. Βοηθητικές οδηγίες Στο δοκιµαστικό σωλήνα Α θα εισάγετε κάθε φορά 0,g από το εκάστοτε µέταλλο µε τη βοήθεια του ρυζόχαρτου και του ζυγού. Στη σύριγγα θα εισάγετε κάθε φορά 3ml από το διάλυµα του θειϊκού οξέος. Για τον ανεστραµµένο κύλινδρο, γεµίστε τον κύλινδρο µε όσο νερό χρειάζεται και κλείστε τον µε το µικρό ελαστικό πώµα. Βυθίστε τον ανεστραµµένο στη λεκάνη και αφαιρέστε το πώµα όσο είναι βυθισµένος στο νερό. Στηρίξτε τον µε το βραχίονα. Προσέξτε (!) το πώµα Β να εφαρµόζει καλά στο δοκιµαστικό σωλήνα Α. Οι συνθήκες του κάθε πειράµατος να διατηρούνται όσο το δυνατό ίδιες. Να χρησιµοποιήσετε τα µέταλλα κατά τη σειρά: Zn, Fe και Mg και να καταγράψετε τις τιµές του όγκου για τα πρώτα 9-10min ανά 30s ή ανά 1min, όπως αποφασίσετε ανάλογα µε την περίπτωση. Για να καταγράψετε τις τιµές του διορθωµένου όγκου, να παρατηρήσετε επιπλέον τι γίνεται στη διάταξη κατά την εισαγωγή του διαλύµατος θειϊκού οξέος µε τη σύριγγα. 7 εκεµβρίου

3 Αποτελέσµατα - Επεξεργασία 1 ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Στον πιο κάτω πίνακα να καταγράψετε τα πειραµατικά σας δεδοµένα. Ένδειξη Ογκ. Κυλ. (ml) Zn Fe Mg Όγκος αερίου - διορθωµένος V δ (ml) Ένδειξη Όγκος αερίου - Χρόνος Ένδειξη Όγκος αερίου - Ογκ. Κυλ. διορθωµένος t (s) Ογκ. Κυλ. διορθωµένος (ml) V δ (ml) (ml) V δ (ml) Χρόνος t (s) Χρόνος t (s) Να κάνετε τώρα τις γραφικές παραστάσεις V δ = f(t) για τα τρία µέταλλα στο ίδιο σύστηµα αξόνων. 7 εκεµβρίου

4 Σύµφωνα µε τα αποτελέσµατά σας: 1. Ποιος είναι ο όγκος του αερίου που έχει παραχθεί για κάθε µέταλλο τη χρονική στιγµή t = 320s. Να το δείξετε και στη γραφική παράσταση. 2. Ο µέσος ρυθµός παραγωγής του αερίου (δηλ. το πόσο γρήγορα παράγεται το αέριο) µπορεί να µας δώσει τη µέση ταχύτητα U µ, της αντίδρασης. ηλ. U µ = V/ t. Να υπολογίσετε τη µέση ταχύτητα της αντίδρασης για τα τρία µέταλλα, στα 2 πρώτα λεπτά και να αποφανθείτε πιο είναι το δραστικότερο. 3. Να κατατάξετε τα µέταλλα σε σειρά δραστικότητας. H 2 Θεωρητικό µέρος 1. Να γράψετε τη χηµική εξίσωση που περιγράφει τη χηµική αντίδραση για ένα µέταλλο που επιθυµείτε µε το θειικό οξύ. Τα κατιόντα των µετάλλων έχουν φορτίο (αριθµό οξείδωσης) Σύµφωνα µε την πιο πάνω απάντησή σας να υπολογίσετε τα mol του παραγόµενου αερίου (σε Κ.Σ.) για όποιο µέταλλο από τα τρία επιθυµείτε έως τη χρονική στιγµή t = 320s, καθώς και τα αρχικά mol του µετάλλου αυτού. ίνεται ο γραµµοµοριακός όγκος σε Κ.Σ. V m = 22,4L/mol και οι σχετικές ατοµικές µάζες Α r Fe = 6, Α r Zn = 6, Α r Mg = 24 7 εκεµβρίου

5 2. Σχετική δραστικότητα των Η 2, Cu και αργύρου (Αg) ίνονται: Στήριγµα δοκιµαστικών σωλήνων µε σωλήνες Ποτήρι ζέσεως Σιφώνι 10 ml µε πουάρ Κοµµάτια και έλασµα χαλκού ιάλυµα νιτρικού αργύρου (ΑgNO 3 ) Σε έναν δοκιµαστικό σωλήνα να προσθέσετε χαλκό και θειικό οξύ και να το παρατηρήσετε. Να εισάγετε στο ποτήρι ζέσεως 1ml διαλύµατος νιτρικού αργύρου µε τη βοήθεια του σιφωνίου. Να βυθίσετε στο διάλυµα το έλασµα του χαλκού και να το παρατηρήσετε αρχικά, αλλά και µετά από 20 λεπτά πάλι Αποτελέσµατα - Επεξεργασία 2 ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1. Να καταγράψετε τις παρατηρήσεις σας για τα δύο παραπάνω πειράµατα. Θεωρητικό µέρος 1. Να γράψετε τη χηµική εξίσωση που περιγράφει όποια χηµική αντίδραση πραγµατοποιείται στα δύο παραπάνω πειράµατα. Ο χαλκός έχει φορτίο (αριθµό οξείδωσης) +2 και ο άργυρος +1. Συµπέρασµα Με βάση όλα τα πιο πάνω να κατατάξετε τώρα όλα τα µέταλλα στη σχετική σειρά δραστικότητας µεταξύ τους: H 2 Πανταζής Κωνσταντίνος Χηµικός 7 εκεµβρίου 2014

6 Κατανοµή Βαθµολογίας ΣΧΟΛΕΙΟ 1 η δραστηριότητα Στήσιµο διάταξης ζύγιση εκτέλεση Συλλογή δεδοµένων Γραφική παράσταση Ανάλυση εδοµένων Ερώτηση 1 Ερώτηση 2 Ερώτηση 3 Θεωρητικό µέρος 1 Θεωρητικό µέρος 2 2 η δραστηριότητα Μονάδες (100) Χρήση σιφώνι-πουάρ 7 Ερώτηση 1 10 Θεωρητικό µέρος 1 Τελικό συµπέρασµα 4 Ποιότητα οµάδας (Συνεργασία, καταµερισµός, διαδικασία λήψης αποφάσεων) 8 7 εκεµβρίου