Β. Εξήγησε με λίγα λόγια τις προβλέψεις σου:...

Transcript

1 ΟΓΚΟΜΕΤΡΗΣΗ - ΟΞΥΜΕΤΡΙΑ ΣΤΟ ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ «IRYDIUM» 1 Ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ pη ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ NaCl ΠΟΥ ΠΡΟΚΥΠΤΕΙ ΑΠΟ ΕΞΟΥΔΕΤΕΡΩΣΗ ΙΣΟΔΥΝΑΜΩΝ ΠΟΣΟΤΗΤΩΝ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ HCl ΚΑΙ NaOH. 1.1 Η ΠΡΟΒΛΕΨΗ Α. Αναμιγνύονται ίσοι όγκοι διαλυμάτων 0.1Μ HCl και 0,1Μ NaOH (ισχυρή βάση). Το ph του διαλύματος που θα προκύψει στους 25 0 C θα είναι: μεγαλύτερο του 7 ίσο με 7 μικρότερο του 7 Β. Εξήγησε με λίγα λόγια τις προβλέψεις σου: ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΤΟ ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Α. Μπορεί να μην έχεις κάνει τις ίδιες προβλέψεις με τους άλλους συμμαθητές σου στην ομάδα σου αλλά και στην τάξη σου. Για να ελέγξετε ποιες προβλέψεις είναι πιο κοντά στην πραγματικότητα, θα εκτελέσετε με την ομάδα σου ένα πείραμα που σχεδιάσαμε. Πριν πραγματοποιήσετε το πείραμα, να μελετήσετε τις οδηγίες που ακολουθούν (ενότητα Β) και να περιγράψεις σύντομα τους στόχους του πειράματος:... Β. Προετοιμασία και εκτέλεση του πειράματος. Σε ένα ογκομετρικό κύλινδρο των 100 ml τοποθετείστε 40mL διαλύματος 0.1Μ HCl. Σε ένα δεύτερο ογκομετρικό κύλινδρο των 100 ml τοποθετήστε 40mL διαλύματος 0.1Μ ΝαΟΗ. Τα δύο διάλυμα υπάρχουν έτοιμα στην αποθήκη αντιδραστηρίων Σε ποτήρι των 250 ml αναμίξτε 40 ml από τα δύο διαλύματα, οπότε προκύπτουν 80 ml διαλύματος NaCl, (δ. NaCl) Υπολογίστε τα mol του HCl και του ΝαΟΗ πριν την ανάμιξη, καθώς και τα mol και τη συγκέντρωση του διαλύματος NaCl που παράγεται (NaCl.M) Μετονομάστε την ετικέτα του ποτηριού των 250 ml στην οποία παρασκευάσατε το διάλυμα σε «NaCl. M». Η μορφή του εικονικού εργαστηρίου είναι η παρακάτω Ογκομέτρηση - Οξυμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του Λογισμικού «IrYdium» ΦΕ.1 (σελ. 1)

2 Στον παρακάτω πίνακα: o Συμπληρώστε τις τιμές όγκου και συγκέντρωσης των διαλυμάτων. o Σημειώστε το ph που αναφέρεται στις ιδιότητες των διαλυμάτων ΗCl και NaOH. o Υπολογίστε το pη του διαλύματος NaCl όπως περιγράφεται παρακάτω (ενότητα 1.3) προς επιβεβαίωση της πειραματικής τιμής. Ανάμιξη ίσων όγκων διαλυμάτων HCl και NaOH και προσδιορισμός του ph του διαλύματος άλατος που προκύπτει δ.hcl δ. ΝaΟΗ δ. NaCl Συγκέντρωση δ/των (Μ) Όγκος δ/των (ml) pη διαλύματος 1.3 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ph ΤΟΥ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ NaCL ΧΩΡΙΣ ΤΗ ΒΟΗΘΕΙΑ ΤΟΥ ΕΙΚ. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ Αρχικά πρέπει να υπολογίσουμε τα mol του οξέος και της βάσης που υπάρχουν στα διαλύματα των 40 ml. Για δ. ΗCl: n ΗCl = C ΗCl. 0,04 δηλαδή n ΗCl = 0,1. 0,04 οπότε n ΗCl = mol Για δ. NaOH: n NaOH = C NaOH. 0,04 δηλαδή n NaOH = 0,1. 0,04 οπότε n NaOH = mol Κατά την ανάμιξη των δύο διαλυμάτων το ΗCl αντιδρά με το NaOH σύμφωνα με την παρακάτω αντίδραση: ΗCl + NaOH NaCl + Η 2 Ο mol mol mol Η συγκέντρωση του NaCl στο τελικό διάλυμα είναι: C NaCl = n NaCl / 0,08 δηλ. C NaCl =..Μ To NaCl είναι άλας και στο νερό διίσταται πλήρως σύμφωνα με την αντίδραση: NaCl Na + + Cl - Μ Μ Μ Το ιόν Na +, επειδή προέρχεται από την ισχυρή βάση NaOH, δεν αντιδρά με το Η 2 Ο. Επίσης το ιόν Cl -, επειδή προέρχεται από ισχυρό οξύ (ΗCl), δεν αντιδρά με το Η 2 Ο. Ογκομέτρηση - Οξυμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του Λογισμικού «IrYdium» ΦΕ.1 (σελ. 2)

3 Συνεπώς το ph στην περίπτωση αυτή είναι, δηλαδή το διάλυμα είναι.. ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: Συζητήστε με τους συμμαθητές σας τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα κάθε τρόπου προσέγγισης (Με τη βοήθεια εικονικού και χωρίς τη βοήθεια εικονικού εργαστηρίου). Συζητήστε επίσης την πιθανότητα τα αποτελέσματα ανάμεσα στις δύο προσεγγίσεις να είναι λίγο διαφορετικά. 1.4 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΠΡΟΒΛΕΨΕΩΝ ΜΕ ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ Αναμιγνύονται 40mL διαλύματος ΗCl 0,1Μ και 40mL διαλύματος NaOH 0,1Μ, οπότε προκύπτει διάλυμα NaCl. Είχες προβλέψει ότι το ph του διαλύματος αυτού στους 25 0 C θα είναι: μεγαλύτερο του 7 ίσο με 7 μικρότερο του 7 και από το πείραμα διαπιστώνεις ότι ο ph του διαλύματος στους 25 0 C θα είναι: μεγαλύτερο του 7 ίσο με 7 μικρότερο του 7 Αν η πρόβλεψή σου δεν συμφωνεί με τα αποτελέσματα του πειράματος, πώς εξηγείς τις διαφορές που διαπίστωσες; 1.5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Αναμιγνύονται ισοδύναμες ποσότητες διαλύματος ισχυρού οξέος και διαλύματος ισχυρής βάσης, οπότε προκύπτει διάλυμα άλατος. Το ph του διαλύματος στους 25 0 C είναι: διότι... Ογκομέτρηση - Οξυμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του Λογισμικού «IrYdium» ΦΕ.1 (σελ. 3)

4 1.6 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Ερώτηση Απάντηση Κατά την ανάμιξη ίσων όγκων ισχυρού οξέος και ισχυρής βάσης, ο όγκος των διαλυμάτων καθορίζει την τιμή του ph του διαλύματος που προκύπτει: Μετά την ανάμιξη δύο διαλυμάτων με διαφορετικές ουσίες, οι συγκεντρώσεις των ουσιών αυτών στο διάλυμα που προκύπτει: Η αντίδραση ενός οξέος με μια βάση ονομάζεται: Η διαδικασία κατά την οποία ένα άλας αντιδρά με το νερό ονομάζεται: αυξάνει με αύξηση όγκου μειώνει με αύξηση όγκου είναι πάντα 7 Αυξάνονται Μειώνονται Παραμένουν σταθερές Οξειδοαναγωγή Απλή αντικατάσταση Εξουδετέρωση Διάσταση Ιοντισμός Ογκομέτρηση - Οξυμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του Λογισμικού «IrYdium» ΦΕ.1 (σελ. 4)

5 ΟΓΚΟΜΕΤΡΗΣΗ - ΟΞΥΜΕΤΡΙΑ ΣΤΟ ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ «IRYDIUM» 2 Ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΑΓΝΩΣΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ NaOH ΜΕ ΟΞΥ ΓΝΩΣΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ (ΟΞΥΜΕΤΡΙΑ) 2.1 Η ΠΡΟΒΛΕΨΗ Α. Σε ένα εργαστήριο έχετε στη διάθεση σας διαλύματα 0.1Μ HCl και διάλυμα xm NaOH άγνωστης συγκέντρωσης, απιονισμένο νερό, όλα τα απαραίτητα υαλικά και το πεχάμετρο. Μπορείς να βρεις τη συγκέντρωση του άγνωστου διαλύματος βάσης όταν ξέρεις ότι στο σημείο πλήρους εξουδετέρωσης ενός ισχυρού οξέος με μία ισχυρή βάση το ph διαλύματος που προκύπτει στους 25 ο C είναι 7; Εξήγησε με λίγα λόγια τον τρόπο που θα δουλέψεις: ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΤΟ ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Α. Με τα άλλα μέλη της ομάδας σου μπορεί να μην έχεις κάνει τις ίδιες σκέψεις για τον τρόπο εργασίας για την εύρεση άγνωστης συγκέντρωσης διαλύματος NaOH. Συζητήστε και καταλήξτε σε ένα κοινό σχεδιασμό πειραματικής διαδικασίας. Να περιγράψεις ή να σκιτσάρεις το πείραμα που προτείνει η ομάδα σου... Β. Να συγκρίνετε το πείραμα που σχεδιάσατε με το πείραμα που τελικά θα κάνετε και το οποίο περιγράφουμε παρακάτω, στην ενότητα 2.3. Συζητήστε στην ομάδα σας τις διαφορές τους και γράψε παρακάτω τις πιο σημαντικές: Προσδιορισμός άγνωστης συγκέντρωσης διαλύματος NaOH με οξύ γνωστής συγκέντρωσης (οξυμετρία) ΦΕ.2 (σελ. 5)

6 2.3 Η ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ ΣΤΟ ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1 Η Προετοιμασία και εκτέλεση του πειράματος 1. Εισάγετε στον πάγκο το διάλυμα HCl 0,1M και το διάλυμα NaOH άγνωστης συγκέντρωσης, x, δηλαδή xμ NaOH. 2. Εισάγετε ένα σιφώνιο πληρώσεως των 25 ml και μία προχοΐδα από το μενού Εργαλεία - Υαλικά. 3. Αναρροφήστε από το διάλυμα του NaOH με τη βοήθεια του σιφωνίου πληρώσεως 25 ml και τοποθετήστε τα σε κωνική φιάλη των 250 ml. 4. Γεμίστε την προχοΐδα των 50 ml με διάλυμα του HCl 0,1M και συμπληρώστε με ακρίβεια μέχρι τη χαραγή (Η επιπλέον ποσότητα διαλύματος απαιτείται για την πλήρωση του ακροφύσιου της προχοΐδας). Προσοχή: Κατά την πληκτρολόγηση δεκαδικών αριθμών είναι απαραίτητη η χρήση τελείας (.) και όχι κόμματος (,). Η εικόνα του εικονικού εργαστηρίου είναι η παρακάτω: ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2 Η Κατασκευή καμπύλης ph ή καμπύλης ογκομέτρησης 5. Ενεργοποιήστε την εφαρμογή Microsoft Excel και διευθετήστε κατάλληλα τα παράθυρα των εφαρμογών στην οθόνη του υπολογιστή σας, ώστε να είναι ορατά και τα δύο. 6. Δημιουργήστε στο Excel ένα πίνακα με δύο στήλες όπως βλέπετε δίπλα. Στην πρώτη στήλη θα σημειώσετε τον όγκο του διαλύματος οξέος γνωστής συγκέντρωσης που Προσδιορισμός άγνωστης συγκέντρωσης διαλύματος NaOH με οξύ γνωστής συγκέντρωσης (οξυμετρία) ΦΕ.2 (σελ. 6)

7 προστίθεται και στη δεύτερη στήλη το ph διαλύματος που προκύπτει. 7. Προσθέστε, ακολουθώντας αναλυτικά τις οδηγίες χρήσης, αρχικά κάθε φορά 2 ml διαλύματος HCl και κατόπιν 1 ml διαλύματος HCl, (όσο παρατηρούμε ότι η μεταβολή του ph μεταβάλλεται σημαντικά) και καταγράψτε το αντίστοιχο ph στο Excel. Επαναλάβετε τη διαδικασία, ώστε συνολικά να προστεθούν 50 ml διαλύματος HCl. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 3 Η Προσδιορισμός ισοδύναμου σημείου στην καμπύλη ογκομέτρησης 8. Δημιουργήστε με κατάλληλους χειρισμούς του Excel ένα διάγραμμα μεταβολής του ph σε συνάρτηση με τον όγκο του HCl που προστίθεται. Στην καμπύλη που θα προκύψει και θα είναι παρόμοια με αυτή που φαίνεται στην παρακάτω σελίδα προσδιορίστε το ισοδύναμο σημείο, δηλ. το ακριβές σημείο κατά το οποίο το διάλυμα της βάσης θα έχει αντιδράσει πλήρως με το οξύ. Το ισοδύναμο σημείο προσδιορίζεται με τη γραφική μέθοδο. Η εμφάνιση της οθόνης του υπολογιστή μετά την εκτέλεση του πειράματος και των υπολογισμών δίνεται παρακάτω: 2.4 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΏΝ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΩΝ ΠΟΥ ΠΡΟΤΑΘΗΚΑΝ ΑΠΟ ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ 9. Στην περίπτωσή μας το ισοδύναμο σημείο είναι το σημείο μέχρι το οποίο έχουν χρησιμοποιηθεί 22,5 ml προτύπου διαλύματος HCl και αντιστοιχεί σε ph = Με τη βοήθεια του τύπου C HCl V HCl = C NaOH V NaOH, υπολογίστε τη συγκέντρωση του αγνώστου διαλύματος. Προσδιορισμός άγνωστης συγκέντρωσης διαλύματος NaOH με οξύ γνωστής συγκέντρωσης (οξυμετρία) ΦΕ.2 (σελ. 7)

8 ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: Συζητήστε με τους συμμαθητές σας για τη μορφή της καμπύλης ογκομέτρησης που περιγράφει το φαινόμενο. Αν τα αποτελέσματα της δικής σου πειραματικής προσέγγισης δεν συμφωνεί με τα δοσμένα δεδομένα του πειράματος στην ενότητα 2.4 (στα 22,5 ml προτύπου διαλύματος HCl και αντιστοιχεί σε ph = 7), πώς εξηγείς τις διαφορές που διαπίστωσες; ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ H ογκομέτρηση - οξυμετρία χρησιμοποιείται για να βρίσκουμε την άγνωστη συγκέντρωση μίας βάσης σε ένα διάλυμα. Η διαδικασία αυτή περιλαμβάνει ένα διάλυμα οξέος γνωστής συγκέντρωσης, το οποίο βρίσκεται στην προχοϊδα και το διάλυμα με την άγνωστη συγκέντρωση σε μία κωνική φιάλη. Η ογκομέτρηση οξυμετρία απεικονίζεται σε διάγραμμα μεταβολής του ph σε συνάρτηση με τον όγκο του γνωστού διαλύματος οξέος που προστίθεται. Ένα άγνωστο διάλυμα xm NaOH τιτλοδοτείται με διάλυμα 0.1M HCl. Η άγνωστη συγκέντρωση προσδιορίζεται στο ισοδύναμο σημείο της καμπύλη ογκομέτρησης και είναι:... διότι... Προσδιορισμός άγνωστης συγκέντρωσης διαλύματος NaOH με οξύ γνωστής συγκέντρωσης (οξυμετρία) ΦΕ.2 (σελ. 8)

9 2.6 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Ερώτηση Κατά την ογκομέτρηση ισχυρού οξέος με ισχυρή βάση, το ph του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο είναι: Κατά την ογκομέτρηση αγνώστου διαλύματος NaOH με ισχυρό οξύ, το ph του διαλύματος από την έναρξη της ογκομέτρησης μέχρι το ισοδύναμο σημείο είναι: Κατά την ογκομέτρηση αγνώστου διαλύματος NaOH με ισχυρό οξύ, το ph του διαλύματος μετά το ισοδύναμο σημείο είναι: Απάντηση ph>7 ph=7 ph<7 ph>7 ph<7 Αρχικά <7, μετά >7 ph>7 ph=7 ph<7 Προσδιορισμός άγνωστης συγκέντρωσης διαλύματος NaOH με οξύ γνωστής συγκέντρωσης (οξυμετρία) ΦΕ.2 (σελ. 9)