ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ Εργαστηριακή άσκηση 1 Β΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ Ποτήρια από αφρώδες πλαστικό (φελιζόλ) Καπάκια ποτηριών Θερμόμετρο (προτιμότερο με υποδιαιρέσεις ανά 0,1οC ή 0,2οC) 2 Ογκομετρικοί κύλινδροι 50 ή 100mL 4g NaOH, ύαλοι ωρολογίου, κουταλάκια Διαλύματα NaOH 1M, HCl 1M Ζυγός Απιονισμένο νερό

ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ - ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ 1ο Πείραμα: Διάλυση ουσίας NaOH(s)NaOH(aq) + Q1cal, ΔΗ1=-Q1cal 2ο Πείραμα: αντίδραση εξουδετέρωσης NaOH(aq) +HCl(αq) NaCl(aq)+ H2O(l) + Q2cal, ΔΗ2=-Q2cal 3ο Πείραμα: Διάλυση ουσίας και αντίδραση εξουδετέρωσης NaOH(s) +HCl(αq)  NaCl(aq)+ H2O(l) + Q3cal, ΔΗ3=-Q3cal  Επαλήθευση του νόμου του Hess ΔΗ3=ΔΗ1+ΔΗ2

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΟΥ Τοποθετούμε δύο ποτήρια το ένα μέσα στο άλλο. Έχουμε ένα τρίτο ποτήρι, το οποίο κόβουμε 3-4cm από το χείλος. Κολλάμε με θερμοκόλλα ένα κομμάτι φελιζόλ στο κομμένο ποτήρι και κάνουμε μια τρύπα για το θερμόμετρο. Αυτό θα μας χρησιμεύσει σαν καπάκι. Το θερμόμετρο θα μας χρησιμεύσει και σαν ράβδος ανάδευσης για ν’ αποφύγουμε επιπλέον απώλειες ενέργειας.

1η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ Βάζουμε στο θερμιδόμετρο 100mL απιονισμένο νερό και μετράμε τη θερμοκρασία του θ1 Ζυγίζουμε 2g NaOH (0,05mol) και τα τοποθετούμε στο θερμιδόμετρο. Αναδεύουμε ήπια και μετράμε τη μέγιστη θερμοκρασία θ2 Υπολογίζουμε τη ΔΤ, τη θερμότητα που αντιστοιχεί στη διάλυση 0,05mol NaOH,q1, τη θερμότητα της αντίδρασης Q1 και τη ΔΗ1

1η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ q = m c ΔΤ, Q = q/n m: Σε καλή προσέγγιση είναι η μάζα του νερού. Για μεγαλύτερη ακρίβεια προσθέτουμε τη μάζα του NaOH c: Λόγω της μεγάλης θερμοχωρητικότητας του νερού, σε αραιά υδατικά διαλύματα, σαν τιμή του c, λαμβάνουμε την τιμή της ειδικής θερμοχωρητικότητας του νερού, δηλαδή c=1cal/g·grad ΔΤ = Δθ

2η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ Βάζουμε στο θερμιδόμετρο 50mL διαλύματος HCl 1M (0,05 mol) και μετράμε τη θερμοκρασία του θα Μετράμε 50mL διαλύματος NaOH 1Μ (0,05mol) και μετράμε τη θερμοκρασία του θβ, στον ογκομετρικό κύλινδρο, πριν τα ρίξουμε στο θερμιδόμετρο Ως θ1 παίρνουμε το μέσο όρο των θα και θβ Ρίχνουμε το διάλυμα του NaOH στο θερμιδόμετρο, αναδεύουμε και μετράμε τη μέγιστη θερμοκρασία θ2 Υπολογίζουμε τη ΔΤ, τη θερμότητα που αντιστοιχεί στην αντίδραση 0,05 mol HCl με 0,05 mol NaOH, τη θερμότητα της αντίδρασης Q2 και τη ΔΗ2

2η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ q = m c ΔΤ, Q = q/n m: Σε καλή προσέγγιση είναι η μάζα του νερού. Για μεγαλύτερη ακρίβεια προσθέτουμε τη μάζα του NaOH και του HCl c: Λόγω της μεγάλης θερμοχωρητικότητας του νερού, σε αραιά υδατικά διαλύματα, σαν τιμή του c, λαμβάνουμε την τιμή της ειδικής θερμοχωρητικότητας του νερού, δηλαδή c=1cal/g·grad ΔΤ = Δθ

3η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ Βάζουμε στο θερμιδόμετρο 50mL διαλύματος HCl 1M (0,05 mol) και μετράμε τη θερμοκρασία του θ1 Ζυγίζουμε 2g NaOH (0,05mol) και τα τοποθετούμε στο θερμιδόμετρο Αναδεύουμε ήπια και μετράμε τη μέγιστη θερμοκρασία θ2 Υπολογίζουμε τη ΔΤ, τη θερμότητα q3, τη θερμότητα της αντίδρασης Q3 και τη ΔΗ3

3η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ q = m c ΔΤ, Q = q/n m: Σε καλή προσέγγιση είναι η μάζα του νερού. Για μεγαλύτερη ακρίβεια προσθέτουμε τη μάζα του NaOH και του HCl c: Λόγω της μεγάλης θερμοχωρητικότητας του νερού, σε αραιά υδατικά διαλύματα, σα τιμή του c, λαμβάνουμε την τιμή της ειδικής θερμοχωρητικότητας του νερού, δηλαδή c=1cal/g·grad ΔΤ = Δθ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Να γίνει η σύγκριση του ΔΗ3 με το άθροισμα ΔΗ1+ΔΗ2. Ποιος νόμος προβλέπει αυτό το αποτέλεσμα; Αν αντί για 2g NaOH χρησιμοποιηθούν 8g NaOH ποιες θα είναι οι επιπτώσεις στον υπολογισμό της ΔΗ1και γιατί; Να σχεδιαστεί ο θερμοχημικός κύκλος

ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΤΗΝ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ Εργαστηριακή άσκηση 2 Β΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ 2 Δοκιμαστικοί σωλήνες μικροί, ξύλινη λαβίδα Ψιλό σύρμα για κατσαρόλες Ένυδρος θειικός χαλκός (CuSO4·5H2O) Λύχνος εργαστηρίου, τρίποδο, πλέγμα Απιονισμένο νερό 9 ποτήρια ζέσης των 100ml (για 2 εναλλακτικούς τρόπους διεξαγωγής του πειράματος) 2 Ογκομετρικοί κύλινδροι των 10 ml και 1 των 100mL Βαθμολογημένα σταγονόμετρα 2g διαλυτού αμύλου Διαλύματα KI 0,1M, Η2Ο2 3M, KIO3 0,02M, Na2S2O3 0,003M, H2SO4 1M, K2S2O5 0,0045M (ή Na2SO3), CuSO4 0,1M 1 κωνική φιάλη των 250mL Χρονόμετρο, Ζυγός

ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ Παίρνουμε ένα κουτάλι του γλυκού γαλαζόπετρα (Ένυδρος θειικός χαλκός), τη ρίχνουμε στο γουδί και τη χτυπάμε ώστε να γίνει πολύ μικρά κομμάτια. Στο ποτήρι ζέσης των 200ml, ρίχνουμε 200ml απιονισμένο νερό και τη γαλαζόπετρα και ανακατεύουμε μέχρι να διαλυθεί.

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Ρίχνουμε λίγο από το διάλυμα σε δύο δοκιμαστικούς σωλήνες. Θερμαίνουμε στη φλόγα του λύχνου τον ένα. Ρίχνουμε σε κάθε ένα δοκιμαστικό σωλήνα από ένα μικρό κομμάτι «σύρμα κουζίνας», που το έχουμε κάνει σαν μικρό μπαλάκι . Κάνουμε τις παρατηρήσεις μας

ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ ΑΜΥΛΟΥ Στην κωνική φιάλη, ζυγίζουμε 2g άμυλο και προσθέτουμε 50mL νερό. Θερμαίνουμε μέχρι βρασμού υπό συνεχή ανάδευση (μέχρι να γίνει διαυγές). Ψύχεται με τη βοήθεια νερού βρύση σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και προστίθενται άλλα 50mL νερό. Διατηρείται για λίγες μέρες στο ψυγείο.

ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ Α Το διάλυμα Α μπορεί να είναι διάλυμα ΚΙΟ3 0,02Μ, οπότε ζυγίζεται ποσότητα στερεάς ουσίας 4,28g σε ποτήρι ζέσης, προστίθεται απιονισμένο νερό και μεταγγίζεται σε ογκομετρική φιάλη 1000mL. ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΑ Η2Ο2 3M

ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ Β Σε 1L νερό διαλύουμε 1g K2S2O5 (διάλυμα K2S2O5 0,0045M). Προσθέτουμε 1,6mL πυκνό H2SO4 και 5mL αιθανόλης) ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΑ (για το Η2Ο2) Σε μικρό ογκομετρικό κύλινδρο ρίχνουμε 3mL διαλύματος Na2S2O3 0,003M Προσθέτουμε 2mL διαλύματος H2SO4 1M και 3mL διαλύματος ΚΙ 0,1M

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ KIO3 Η αντίδραση του ΚΙΟ3 με όξινα θειώδη ιόντα πραγματοποιείται σε δύο στάδια. Το πρώτο, που είναι βραδύ καθορίζει την ταχύτητα της αντίδρασης Α (βραδύ): IO3- + 3HSO3-  I- + 3ΗSO4-1 B (ταχύ): IO3- + 5 I- + 6H3Ο+  3I2 + 9 H2O Το δεύτερο στάδιο δεν πραγματοποιείται αν δεν ολοκληρωθεί το πρώτο και δεν εξαντληθεί το όξινο θειώδες ιόν. Έτσι το χρώμα από την αντίδραση του Ιωδίου με το άμυλο θα εμφανιστεί απότομα.

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ KIO3 Για την ακρίβεια το Ι2 που τυχόν σχηματίζεται από το δεύτερο στάδιο, σ’ ένα τρίτο στάδιο ανάγεται αμέσως σε ιωδιούχα: I2 + HSO3- + 3H2O  2I- + ΗSO4-1 + 2H3Ο+ οπότε, μόνο όταν το HSO3- καταναλωθεί πλήρως, θα πάρουμε το σκούρο μπλε χρώμα του συμπλόκου αμύλου –Ιωδίου

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ H2O2 περίσσεια H2O2 + 2Na2S2O3 + H2SO4 → Na2S4O6 + 2H2O + Na2SO4 NaI / KI άμυλο H2O2 + 2NaI + H2SO4 → I2 + 2H2O + Na2SO4 Αργή I2 + 2Na2S2O3 → 2NaI + Na2S4O6 Γρήγορη Για να βάψει το άμυλο, πρέπει το Ι2 να ξεφύγει από το πηγάδι δυναμικού που δημιουργούν τα S2O3-2, δηλαδή να αντιδράσει πλήρως το Na2S2O3

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ (με ΚΙΟ3) Σε ποτήρι ζέσης των 100mL προσθέτουμε 10mL από το διάλυμα Α και 1,5mL διαλύματος αμύλου. Αναδεύουμε ήπια. Προσθέτουμε 20mL από το διάλυμα Β και πατάμε το χρονόμετρο Συμπληρώνουμε στον πίνακα του φύλλου εργασίας το χρόνο που απαιτείται για να εμφανιστεί το χρώμα

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ (με ΚΙΟ3) Επαναλαμβάνουμε με 7,5mL από το διάλυμα Α και 2,5mL απιονισμένο νερό (+1,5mL διαλύματος αμύλου) Προσθέτουμε 20mL από το διάλυμα Β Επαναλαμβάνουμε με 5mL από το διάλυμα Α και 5mL απιονισμένο νερό (+1,5mL διαλύματος αμύλου) Επαναλαμβάνουμε με 2,5mL από το διάλυμα Α και 7,5mL απιονισμένο νερό (+1,5mL διαλύματος αμύλου)

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ (με ΚΙΟ3) Διάλυμα Α (mL) Διάλυμα Αμύλου (mL) Διάλυμα Β (mL) Απιονισμένο νερό (mL) Χρόνος εμφάνισης χρώματος (s) 10 1,5 20 7,5 2,5 5 Από τα δεδομένα του παραπάνω πίνακα μπορούμε να μελετήσουμε την επίδραση της συγκέντρωσης του διαλύματος Α στο χρόνο εμφάνισης του χρώματος (ολοκλήρωση της αντίδρασης)

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ (με H2O2) Σε ποτήρι ζέσης των 100mL προσθέτουμε 50mL από το διάλυμα Α (Η2Ο2) και 1,5mL διαλύματος αμύλου. Αναδεύουμε ήπια. Προσθέτουμε σε μικρό ογκομετρικό κύλινδρο 3mL διαλύματος Na2S2O3 0,003M, 2mL διαλύματος H2SO4 1M και 3mL διαλύματος ΚΙ 0,1M (Διάλυμα Β) Ρίχνουμε το διάλυμα Β στο διάλυμα Α και πατάμε το χρονόμετρο Συμπληρώνουμε στον πίνακα του φύλλου εργασίας το χρόνο που απαιτείται για να εμφανιστεί το χρώμα

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ (με H2O2) Επαναλαμβάνουμε με 40mL από το διάλυμα Α και 10mL απιονισμένο νερό (+1,5mL διαλύματος αμύλου) Προσθέτουμε το διάλυμα Β Επαναλαμβάνουμε με 30mL από το διάλυμα Α και 20mL απιονισμένο νερό (+1,5mL διαλύματος αμύλου) Επαναλαμβάνουμε με 20mL από το διάλυμα Α και 30mL απιονισμένο νερό (+1,5mL διαλύματος αμύλου)

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ (με H2O2) Διάλυμα Α (mL) Διάλυμα Αμύλου (mL) Διάλυμα Β (mL) Απιονισμένο νερό (mL) Χρόνος εμφάνισης χρώματος (s) 50 1,5 8 40 10 30 20 Από τα δεδομένα του παραπάνω πίνακα μπορούμε να μελετήσουμε την επίδραση της συγκέντρωσης του διαλύματος Α στο χρόνο εμφάνισης του χρώματος (ολοκλήρωση της αντίδρασης)

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Να γίνει η γραφική παράσταση της ταχύτητας (1/s) σε συνάρτηση με τη συγκέντρωση του αντιδρώντος Α. Με βάση την καμπύλη της γραφικής παράσταση, να υπολογιστεί η τάξη της αντίδρασης ως προς Α. Τι συμπέρασμα βγάζουμε για την επίδραση της θερμοκρασίας στην ταχύτητα της αντίδρασης;

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗΣ Εργαστηριακή άσκηση 5 Β΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ 12 Δοκιμαστικοί σωλήνες Διαλύματα CuSO4 0,1Μ, ZnSO4 0,1Μ, H2SO4 1Μ Έλασμα Cu Έλασμα Zn Ταινία Mg Σιδερένιο καρφί Προαιρετικά: ρινίσματα σιδήρου και διάλυμα AgNO3

Επίδειξη εμβάπτισης σύρματος Cu σε διάλυμα AgNO3 Cu + 2AgNO3  Cu(NO3)2 + 2Ag ή Cu(s) + 2Ag+(aq)  Cu+2(aq) + 2Ag(s) ----------------------- Αν επιλεγεί να γίνει επίδειξη με Κ ή Να θα πρέπει να γίνει με πολύ μικρό κομμάτι σε ποτήρι ζέσης με νερό 2 Κ + 2Η2Ο  2ΚΟΗ + Η2

1ο ΠΕΙΡΑΜΑ: Διάλυμα CuSO4 Σε καθέναν από τους 4 σωλήνες τοποθετούμε ένα από τα 4 μέταλλα: Cu, Fe, Zn, Mg Περιμένουμε λίγο και καταγράφουμε τις παρατηρήσεις μας Συμπληρώνουμε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που πραγματοποιήθηκαν Σημειώνουμε ποια μέταλλα είναι δραστικότερα από τον Cu

1ο ΠΕΙΡΑΜΑ: Διάλυμα CuSO4

2ο ΠΕΙΡΑΜΑ: Διάλυμα ZnSO4 Σε καθέναν από τους 4 σωλήνες τοποθετούμε ένα από τα 4 μέταλλα: Cu, Fe, Zn, Mg Περιμένουμε λίγο και καταγράφουμε τις παρατηρήσεις μας Συμπληρώνουμε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που πραγματοποιήθηκαν Σημειώνουμε ποια μέταλλα είναι δραστικότερα από τον Zn

3ο ΠΕΙΡΑΜΑ: Διάλυμα H2SO4 Σε 4 δοκιμαστικούς σωλήνες βάζουμε διάλυμα H2SO4 Σε καθέναν από τους 4 σωλήνες τοποθετούμε ένα από τα 4 μέταλλα: Cu, Fe, Zn, Mg Περιμένουμε λίγο και καταγράφουμε τις παρατηρήσεις μας Συμπληρώνουμε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που πραγματοποιήθηκαν Σημειώνουμε ποια μέταλλα είναι δραστικότερα από το H

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Κατατάξτε τα μέταλλα που χρησιμοποιήσατε για το πείραμα κατά σειρά δραστικότητας, αρχίζοντας από το περισσότερο ηλεκτροθετικό (αναγωγικό). Αν είχατε να αποθηκεύσετε διαλύματα CuSO4, ZnSO4 και H2SO4 τι μέταλλο θα χρησιμοποιούσατε για την κατασκευή της δεξαμενής Cu, Fe, Zn ή Mg;