2 ος Εργαστηριακός Διαγωνισμός των Γυμνασίων ΕΚΦΕ Ν.Ιωνίας στις Φυσικές Επιστήμες Σχολείο: Γυμνάσιο Ονοματεπώνυμα: 1 2 3 1
3 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ Πείραμα 1 ο : Α. Θεωρητικό μέρος Το κιτρικό οξύ είναι ένα ασθενές οξύ με μοριακό τύπο C 6 H 8 O 7. Tο συναντάμε συχνά στο φυτικό βασίλειο, κυρίως στα λεμόνια και τα άλλα εσπεριδοειδή, αλλά και σε άλλα φρούτα όπως το ακτινίδιο, οι φράουλες και ο ανανάς. Είναι ένα φυσικό συντηρητικό και χρησιμοποιείται τόσο ως βελτιωτικό αρώματος και γεύσης (προσδίδει όξινη και ελαφρώς στυφή γεύση) σε τροφές και ποτά όσο και ως συντηρητικό. CH 2 COOH C COOH OH CH 2 COOH Β. Πειραματικό μέρος Έχετε στη διάθεση σας τον παρακάτω εξοπλισμό και υλικά: Ζυγός. Καθαρό κιτρικό οξύ. Κουταλάκι. Ποτήρι ζέσεως 100 ml. Γυάλινο χωνί. Ογκομετρική φιάλη των 100 ml. Υδροβολέα με απιονισμένο νερό. Σας ζητείται: α) Να παρασκευάσετε 100 ml διαλύματος κιτρικού οξέος 2,5 % w/v. β) Να περιγράψετε τη διαδικασία που ακολουθήσατε................. 2
Πείραμα 2 ο : Πειραματικό μέρος: α) Nα συμπληρώσετε τις προβλέψεις σας για το ph των διαλυμάτων του πίνακα 1 και να χαρακτηρίσετε το ph αυτό ως όξινο βασικό ή ουδέτερο. Πίνακας 1 Διάλυμα Πρόβλεψη ph Κιτρικού οξέος C 6 H 8 O 7 Υδροξειδίου του NaOH Ανθρακικού Na 2 CO 3 αμμωνίου NH 4 Cl NaCl Οξικού οξέος CΗ 3 CΟΟΗ Χαρακτηρισμός ph β) Έχετε στη διάθεση σας τον παρακάτω εξοπλισμό και υλικά: Πεχαμετρικό χαρτί Διάλυμα κιτρικού οξέος (C 6 H 8 O 7 ) 2,5 % w/v (αυτό που παρασκευάσατε) Διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) 0,4 % w/v Διάλυμα ανθρακικού νατρίου (Na 2 CO 3 ) 2 % w/v Διάλυμα χλωριούχου αμμωνίου (NΗ 4 Cl) 2 % w/v Διάλυμα χλωριούχου νατρίου (NaCl) 2 % w/v Διάλυμα οξικού οξέος (CΗ 3 CΟΟΗ) 0,12 % w/v Nα μετρήσετε το ph των διαλυμάτων αυτών με πεχαμετρικό χαρτί και να συμπληρώσετε τον πίνακα 2. Πίνακας 2 Διάλυμα Μέτρηση ph Κιτρικού οξέος C 6 H 8 O 7 Υδροξειδίου του NaOH Ανθρακικού Na 2 CO 3 αμμωνίου NH 4 Cl NaCl Οξικού οξέος CΗ 3 CΟΟΗ Χαρακτηρισμός ph Ερώτηση 1 η. Η μέτρηση του ph επιβεβαίωσε τις αρχικές σας προβλέψεις; Αν όχι εξηγήστε που νομίζεται ότι οφείλεται το λάθος σας..... Ερώτηση 2 η. Μπορεί ένα άλας να εμφανίζει όξινο ή βασικό χαρακτήρα; Ερώτηση 3 η. Τοποθετήστε όλα τα διαλύματα των οποίων προσδιορίσατε το ph παρακάτω κλίμακα ph. στην Ερώτηση 4 η. Ποια από τις παραπάνω ουσίες είναι η περισσότερο όξινη και ποια η περισσότερο βασική; 3
Πείραμα 3 ο : Α. Θεωρητικό μέρος Εξουδετέρωση Όταν προσθέσουμε σε ένα διάλυμα οξέος ένα διάλυμα βάσης, για παράδειγμα, όταν σε διάλυμα οξικού οξέος (CH 3 COOH) προσθέσουμε διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (NaOH), διακρίνουμε τρεις εκδοχές. CH 3 COOH (aq) + NaOH (aq) CH 3 COONa (aq) + H 2 O (l) α) Να περισσέψει οξύ, οπότε το διάλυμα θα παραμείνει όξινο. β) Να περισσέψει βάση, οπότε το διάλυμα θα γίνει βασικό. γ) Να μην περισσέψει ούτε οξύ ούτε βάση, οπότε μιλάμε για πλήρη εξουδετέρωση. Στην περίπτωση της πλήρους εξουδετέρωσης το ph του διαλύματος καθορίζεται από το αλάτι που σχηματίσθηκε. Αν μιλάμε για την πλήρη εξουδετέρωση διαλύματος οξικού οξέος CH 3 COOH με διάλυμα NaOH, το pη καθορίζεται από το παραγόμενο οξικό νάτριο CH 3 COONa. Το αλάτι αυτό είναι ένα ελαφρώς βασικό και το διάλυμα έχει ph περίπου 9. Δείκτες ph Είναι ουσίες των οποίων το χρώμα αλλάζει ανάλογα με το ph του διαλύματος στο οποίο προστίθενται (απαιτούνται μόνο 2 3 σταγόνες δείκτη). Χρησιμοποιούμε τους δείκτες για να προσδιορίσουμε οπτικά το ph ενός διαλύματος. Μια συνήθης εφαρμογή των δεικτών είναι για να προσδιορίσουμε πότε φτάνουμε σε πλήρη εξουδετέρωση. Αυτό γίνεται ως εξής: Επιλέγουμε έναν δείκτη που να αλλάζει χρώμα ακριβώς στο ph της πλήρους εξουδετέρωση του οξέος από τη βάση. Ρίχνουμε 2 3 σταγόνες δείκτη στο διάλυμα π.χ. οξέος. Προσθέτουμε σταγόνα σταγόνα και αναδεύοντας, το διάλυμα της βάσης στο διάλυμα του οξέος. Με την προσθήκη εκείνης της σταγόνας που ο δείκτης αλλάζει χρώμα καταλαβαίνουμε ότι φτάσαμε στην πλήρη εξουδετέρωση και καταγράφουμε τον όγκο του διαλύματος βάσης (τις σταγόνες 1 ) που απαιτήθηκε. Η φαινολοφθαλεϊνη είναι ένας δείκτης ο οποίος αλλάζει χρώμα σε ph περίπου 9, άρα είναι κατάλληλος για τον προσδιορισμό της πλήρους εξουδετέρωσης του οξικού οξέος CH 3 COOH με υδροξείδιο του νατρίου. Πριν την πλήρη εξουδετέρωση του οξικού οξέος το διάλυμα με την φαινολοφθαλεΐνη είναι άχρωμο. Στο σημείο της πλήρους εξουδετέρωσης το διάλυμα με την φαινολοφθαλεΐνη αποκτά ροζ/μοβ χρώμα( φούξια). Μετά το σημείο της εξουδετέρωσης όση βάση και να προσθέσουμε το διάλυμα διατηρεί το ροζ/μοβ χρώμα. Β. Πειραματικό μέρος Έχετε στη διάθεση σας τον παρακάτω εξοπλισμό και αντιδραστήρια: Στατώ με δοκιμαστικούς σωλήνες Ογκομετρικό κύλινδρο 10 ml Διάλυμα οξικού οξέος (CH 3 COOHl) 0,12 % w/v Διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) 0,4 % w/v Διάλυμα του δείκτη φαινολοφθαλεΐνη Σταγονόμετρο 1 20 σταγόνες αραιού υδατικού διαλύματος έχουν, κατά προσέγγιση, όγκο 1 ml. 4
α) Να εξουδετερώσετε πλήρως 5 ml από το διάλυμα του οξικού οξέος 0,12 % w/v με το διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου 0,4 % w/v. Οδηγίες: 1. Με τη βοήθεια του ογκομετρικού κυλίνδρου παίρνουμε 5 ml από το διάλυμα οξικού οξέος (CΗ 3 COOH) 0,12 % w/v και το ρίχνουμε σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα. 2. Προσθέτουμε 2 σταγόνες δείκτη φαινολοφθαλεΐνης. 3. Γεμίζουμε το σταγονόμετρο με διάλ.υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) 0,4 % w/v. 4. Βάζουμε το σταγονόμετρο πάνω από το δοκιμαστικό σωλήνα και προσθέτουμε σταγόνα σταγόνα το διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) αναδεύοντας συνεχώς και μετρώντας τις σταγόνες που ρίχνουμε μέχρι το σημείο που με μία σταγόνα αλλάζει το χρώμα του διαλύματος. β) Να κάνετε την εξουδετέρωση δύο φορές φορά και να αναφέρετε τον αριθμό των σταγόνων 2 του διαλ. υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) που απαιτήθηκαν για την πλήρη εξουδετέρωση των 5 ml διαλύματος οξικού οξέος 0,12 %. Ερώτηση 5 η : Ποια ιόντα δίνουν τις όξινες ιδιότητες σε ένα διάλυμα και ποια τις βασικές; Να γράψετε τη γενική μορφή της χημικής εξίσωσης της εξουδετέρωσης. Ερώτηση 6 η : Το δηλητήριο που έχουν οι σφήκες είναι βασικό. Αν τσιμπίσει έναν φίλο σας μία σφήκα ποια από τα παρακάτω υγρά θα επιλέγατε να βάλετε στο σημείο του τσιμήματος προκειμένου να ελαφρύνετε τα ενοχλητικά συμπτώματα; α) Xυμό από λεμόνι, β) διάλυμα Να 2 CO 3, γ) Ξύδι, δ) στικ αμμωνίας, ε) ζαχαρόνερο, Να εξηγήσετε την επιλογή ή τις επιλογές σας. 2 20 σταγόνες αραιού υδατικού διαλύματος έχουν, κατά προσέγγιση, όγκο 1 ml. 5
ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ 1α. Περιγραφή διαδικασίας παρασκευή διαλύματος κιτρικού οξέος 15 μονάδες 1β. Τρόπος εργασίας (αποτίμηση του επιτηρητή) 10 μονάδες 2α. Πρόβλεψη ph διαλυμάτων και χαρακτηρισμός 5 μονάδες 2β. Μέτρηση ph διαλυμάτων 10 μονάδες 2γ. Τρόπος εργασίας (αποτίμηση του επιτηρητή) 10 μονάδες 2δ. Ερωτήσεις (3+2+3+2) 10 μονάδες 3α. Σωστός υπολογισμός αριθμού σταγόνων 15 μονάδες 3β. Τρόπος εργασίας (αποτίμηση του επιτηρητή) 15 μονάδες 3γ. Ερωτήσεις (5+5) 10 μονάδες 6