Arbetsbeskrivning för Grundarbeten i kemi II (på svenska)

GRUNDARBETEN I KEMI I
ARBETSBESKRIVNING
NAMN: __________________________________
INLÄMNAD: _____________________
GODKÄND: _____________________
2
3
ARBETE I. GASBRÄNNARE OCH LÅGREAKTIONER
Resultat
Undersökt förening
Lågans färg
Uppgifter
1. Förklara kort varför lågorna har olika färger.
4
ARBETE II. JONREAKTIONER OCH KVALITATIV ANALYS
Resultat och uppgifter
1. Skriv nedan ut balanserade reaktionslikheter och övriga observationer för de
reaktioner du utfört.
Silver(I)jonens reaktioner (1-7)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
Koppar(II)jonens reaktioner (8-10)
(8)
(9)
5
(10)
Järn(III)jonens reaktioner (11-15)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
Kalcium(II)jonens reaktioner (16-18)
(16)
(17)
(18)
6
2. Skriv utförandet och resultatet av den kvalitativa analysen nedan.
7
ARBETE III. GRAVIMETRISK BESTÄMNING AV NICKEL
I arbetet bestäms mängden nickel i en vattenlösning genom att fälla ut Ni2+-jonerna
som bisdimetylglyoxamatnickel(II)kelat.
Resultat
m ( sinter ) = _______________
m ( sinter + kelat ) = _______________
=> m ( kelat ) = _______________
Uppgifter
1. Räkna ut hur många milligram nickel analyslösningen innehöll.
2. Räkna ut hur många procent (mass-%) av kelatet som är nickel, kol, kväve, syre
respektive väte.
% Ni =
%C=
%N=
%O=
%H=
8
ARBETE IV. VOLYMETRISK BESTÄMNING AV KOPPAR
I arbetet bestäms mängden koppar i en vattenlösning genom en komplexometrisk
titrering med 0,0200 M EDTA. Titreringens slutpunkt identifieras med en metallindikator.
Resultat
Förbrukningen 0,0200 M EDTA _______________ ml
Uppgifter
1. Skriv ut reaktionslikheten för titreringen och räkna ut hur många milligram koppar
analyslösningen innehöll.
2. Förklara kort varför metallindikatorn byter färg vid ekvivalenspunkten.
9
ARBETE V. FRAMSTÄLLNING AV EN JÄRN(III)KOMPLEXFÖRENING
A. SYNTES AV KOMPLEXFÖRENINGEN
I
detta
arbete
framställs
en
komplexförening
av
järn,
kaliumtrioxalat-
ferrat(III)trihydrat, K3[Fe(C2O4)3] × 3H2O.
Resultat
Utbytet för syntesen av komplexföreningen
(= Komplexföreningens massa)
_______________
Uppgifter
1. Vilka joner bildas då kaliumtrioxalat-ferrat(III)trihydrat löses i vatten?
K3[Fe(C2O4)3] × 3H2O(s)
→
2. Med begreppet koordinationstal avses antalet donoratomer kring centralatomen.
Vad är järnets koordinationstal i det syntetiserade komplexet?
10
3. Räkna ut syntesens teoretiska utbyte då 7,5 g ammoniumjärn(II)sulfat används
som utgångsämne. Övriga reagens används i överskott.
M(FeSO4(NH4)2SO4 × 6 H2O) =
M(K3[Fe(C2O4)3] × 3 H2O)
=
4. Räkna ut syntesens utbyte i procent.
Utbyte i % = (verkligt utbyte / teoretiskt utbyte) × 100%
11
ARBETE V. FRAMSTÄLLNING AV EN JÄRN(III)KOMPLEXFÖRENING
B. BESTÄMNING AV JÄRN SOM JÄRN(III)OXID
I arbetet bestäms mängden järn i en vattenlösning genom att fälla ut järn(III)joner
som hydroxid med ammoniak. Järn(III)hydroxid-fällningen sönderfaller under
glödgning till järn(III)oxid.
Resultat
m ( degel ) = _____________
m ( degel + Fe2O3 (s) ) = _______________
=> m ( Fe2O3 (s) ) = _______________
Uppgifter
1. Skriv reaktionslikheterna för den gravimetriska analysen och räkna ut hur många
milligram järn analyslösningen innehöll. Räkna också ut järnets andel av provet i
massprocent.
12
2. Räkna ut järnmängden i den syntetiserade komplexföreningen (K3[Fe(C2O4)3] × 3
H2O) i massprocent och jämför detta resultat med mängden i analysresultatet.
13
ARBETE V. FRAMSTÄLLNING AV EN JÄRN(III)KOMPLEXFÖRENING
C. BESTÄMNING AV OXALAT
Oxalatjonen
kan
bestämmas
kvantitativt
genom
att
titrera
den
med
kaliumpermanganat (KMnO4) i sur lösning. Den exakta koncentrationen för den
använda permanganatlösningen bestäms genom att titrera den med en känd mängd
oxalsyra med kristallvatten.
Resultat
M ( H2C2O4 × 2 H2O )
_______________
Vstand ( MnO4- ) _______________
Vprov ( MnO4- ) _______________
Uppgifter
1. Skriv reaktionslikheten för titreringen av oxalsyra och räkna ut
permanganatlösningens koncentration.
14
2. Räkna ut hur många milligram oxalat (C2O42- (aq) ) analyslösningen innehöll och
andelen oxalat av provet i massprocent.
3. Räkna ut oxalatens andel av det syntetiserade komplexet (K3[Fe(C2O4)3] × 3 H2O) i
massprocent och jämför resultatet med analysresultatet.
15
ARBETE V. FRAMSTÄLLNING AV EN JÄRN(III)KOMPLEXFÖRENING
C. BESTÄMNING AV STABILITETEN FÖR JÄRN(III)KOMPLEXFÖRENINGAR
MED OLIKA LIGANDER
Uppgifter
1. Komplettera reaktionslikheterna för de reaktioner som sker och anteckna dina
observationer gällande färgomslag under reaktionslikheten.

a) [Fe(H2O)6]3+ + 3 SCN -
FÄRGOMSLAG
__________________  ___________________
b) [Fe(H2O)6]3+ + 6 F -
FÄRGOMSLAG

__________________  ___________________
c) [Fe(C2O4)3]3- + 3 SCN -
FÄRGOMSLAG
__________________  ___________________

d) [Fe(C2O4)3]3- + 6 F -
FÄRGOMSLAG
__________________  ___________________
e) [Fe(SCN)3] + 6 F -
FÄRGOMSLAG

__________________  ___________________
f) [FeF6]3- + 3 SCN -
FÄRGOMSLAG


__________________  ___________________
2. Bestäm, på basis av reaktionerna ovan, om C2O42- -liganden har en starkare eller
svagare tendens att binda till järn(III)jonen än F- - eller SCN- -liganderna.
16
ARBETE VI. KALORIMETER OCH BESTÄMNING AV LÖSNINGSENTALPI
I arbetet bekantar du dig med en kalorimeter och fastställer lösningsentalpinför
kopparsulfat med och utan kristallvatten (CuSO4 × 5 H2O respektive CuSO4). Med
hjälp av dessa fastställs hydratiseringsvärmen då CuSO4 utan kristallvatten
omvandlas till motsvarande pentahydrat.
Resultat
m ( TRIS ) = _______________
m ( CuSO4 × 5 H2O ) = _______________
m ( CuSO4 ) = _______________
utgångstemperatur T ( TRIS ) = ______________
T ( TRIS ) = _______________
T ( CuSO4 × 5 H2O ) = _______________
T ( CuSO4 ) = _______________
Uppgifter
1.Beräkna på basis av dina mätresultat storheten α, som är jämförbar med
värmekapaciteten. Räkna, baserat på dina mätresultat, ut den med värmekapacitet
jämförbara storheten α.
Energin som frigjordes i kalibreringen:
QE = m (TRIS) × [58,738 + 0,3433 × (25 - T(0,63R))] × 4,187
[J]
där T ( 0,63R ) = temperaturen vid punkten 0,63R i termogrammet
= utgångstemperaturen T(TRIS) + 0,63 × T(TRIS) =
QE =
=>
α = QE /T(TRIS) [J / oC] =
17
18
2. Räkna ut reaktionsvärmena H1 och H2 per mol för upplösningsreaktionerna 1
och 2. Observera reaktionsvärmenas förtecken!
n (CuSO4 × 5 H2O ) =
H1 = (α × T(CuSO4 × 5 H2O )) / n (CuSO4 × 5 H2O ) =
n (CuSO4) =
H2 = (α × T(CuSO4)) / n (CuSO4 ) =
3. Skriv reaktionslikheten för hydratisering av kristallvattenfri kopparsulfat till
pentahydrat. Räkna ut hydratiseringsvärmen för kopparsulfat ur de tidigare erhållna
värdena på H med hjälp av Hess’ lag.
CuSO4 × 5 H2O ( s ) 
CuSO4 ( s )

CuSO4 ( aq ) + 5 H2O ( l ) H1
CuSO4 ( aq )
H2
__________________________________________________
H3
H3 =
19
4.
Beräkna
Hhydr.
utgående
från
följande
litteraturvärden
för
grundformationsvärmen.
Hfo (CuSO4 (s) ) = - 770,0 kJ/mol
Hfo (CuSO4 × 5 H2O (s) ) = - 2278,5 kJ/mol
ΔHfo (H2O (l) ) = -285,9 kJ/mol
ΔHhydr. =
Jämför värdet du räknade ut med det som uppmättes i arbetet. Räkna upp möjliga
felkällor i arbetet.
20
ARBETE VII. BESTÄMNING AV pH; SYRA-BASTITRERING
A. TITRERING AV EN STARK SYRA MED EN STARK BAS
Resultat
NaOH(ml)
pH
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
4,4
4,5
4,6
4,7
4,8
4,9
5,0
5,1
5,2
5,3
5,4
5,6
5,8
6,0
6,4
7,0
8,0
9,0
Indikatorns färgomslagspunkt: V =
21
Uppgifter
1. Bestäm ekvivalenspunkten från titreringskurvan:
Ve =
pH =
Är det den samma som indikatorn angav?
2. Vilka andra indikatorer än bromtymolblå kunde användas som indikator i denna
titrering?
3. Räkna ut hur många milligram svavelsyra det ursprungliga provet innehöll.
Observera att svavelsyra är en tvåvärd syra.
det ursprungliga provets m ( H2SO4 ) =
22
4. Räkna ut pH vid startpunkten. Utgå ifrån att svavelsyra är en stark, tvåvärd syra.
Beräknat pH=
Uppmätt pH =
5. Räkna ut pH efter tillsats av 7,0 ml bas.
NaOH som tillsatts i överskott bestämmer lösningens pH. Observera att den
ursprungliga lösningens volym växer vid tillsats av NaOH-lösning.
Beräknat pH=
Uppmätt pH =
23
B. TITRERING AV EN SVAG ENVÄRD SYRA MED EN STARK BAS
Resultat
NaOH (ml)
pH
0,0
1,0
2,0
Punkt 1 2,5
Punkt 2 3,0
Punkt 3 4,0
4,4
4,5
4,6
4,7
4,8
4,9
5,0
5,1
5,2
5,3
5,4
5,6
5,8
6,0
6,4
7,0
8,0
9,0
Indikatorns färgomslagspunkt: V =
24
Uppgifter
1. Bestäm ekvivalenspunkten från titreringskurvan:
Ve =
pH =
Är det den samma som indikatorn angav?
2. Vilka andra indikatorer än fenolftalein kunde användas som indikator i denna
titrering?
3. Räkna ut ättiksyrans koncentration i den undersökta lösningen.
4. Bestäm den punkt (ml, pH) där pH = pKa och märk ut den på titreringskurvan.
25
5. Räkna ut ättiksyrans syrakonstant, pKa, mha punkterna 1, 2 och 3 på
titreringskurvan. Du kan beräkna syrakonstanten på två sätt. Första sättet är att
bestämma koncentrationerna för utgångsläget och jämviktsläget för alla tre punkter
och lösa ekvationen för jämviktskonstanten för dessa. Det andra sättet är att
använda sig av Henderson-Hasselbach-ekvationen.
Punkt 1:
Punkt 2:
26
Punkt 3:
Räkna medeltalet för de erhållna pKa-värdena och jämför detta värde med det exakta
värde du fastställt i föregående uppgift.
pKa (medeltal) = _______________
pKa (uppg. 4) = _______________
27
6. Räkna ut pH vid startpunkten genom att använda det medeltal av pKa-värden du
räknade ut i föregående uppgift.
Skriv en reaktionslikhet för deprotoneringen av ättiksyra.
Gör upp en tabell där du redogör för start- och jämviktskoncentrationerna för alla
ämnen i reaktionslikheten.
pH = _______________
Uppmätt pH = _______________
28
7. Räkna ut koncentrationen för den natriumacetat (CH3COONa) som bildats och
lösningens pH vid ekvivalenspunkten.
Skriv en reaktionslikhet för protoneringen av acetatjon: nu bestämmer actetatjonens
koncentration lösningens pH.
Gör upp en tabell där du redogör för start- och jämviktskoncentrationerna för alla
ämnen i reaktionslikheten.
Acetatjonens baskonstant kan beräknas utgående från ättiksyrans syrakonstant och
vattnets jonprodukt.
Uträknat pH = __________
Jämför det erhållna pH-värdet med ekvivalenspunktens pH-värde som du fastställt i
uppgift 2.
pH vid titreringskurvans ekvivalenspunkt=_________________________
29
ARBETE VIII. LÖSLIGHETSPRODUKTEN FÖR KALCIUMHYDROXID
I arbetet bestäms värdet på löslighetsprodukten för kalciumhydroxid. Förutom detta
bestäms lösligheten i vatten samt NaOH- och CaCl2-lösningar för att illustrera
inverkan av en gemensam jon på lösligheten.
Resultat
Ca(OH)2 mättad
a) vattenlösning
b) 0,020 M NaOH
- lösning
c) 0,010 M CaCl2
- lösning
Lösningens
temperatur
HCl-förbrukning
V1
V2
Vka
Uppgifter
1. Skriv en reaktionslikhet för upplösning av fast Ca(OH)2 och räkna ett värde för
löslighetsprodukten för vart och ett av resultaten i tabellen.
a) Vattenlösning mättad med Ca(OH)2
Ur förbrukningen av syra kan man räkna ut totalkoncentrationen hydroxidjon.
Kalciumjonernas koncentration kan räknas ut baserat på koefficienterna i
reaktionslikheten för upplösningsreaktionen.
30
b) 0,020 M NaOH-lösning mättad med Ca(OH)2
Ur förbrukningen av syra kan man räkna ut totalkoncentrationen hydroxidjon. Vid
uträkning av kalciumjonernas koncentration bör du komma ihåg att alla hydroxidjoner i lösningen inte härstämmar från Ca(OH)2.
31
c) 0,010 M CaCl2-lösning mättad med Ca(OH)2
Ur förbrukningen av syra kan man räkna ut totalkoncentrationen hydroxidjon. Vid
uträkning av kalciumjonernas koncentration bör du komma ihåg att lösningens
kalciumjoner härstammar från upplösningen av kalciumhydroxid såväl som CaCl2lösningen.
Jämför de uträknade värdena för kalciumhydroxidens löslighetsprodukt med
varandra och med litteraturvärdet.
Vattenlösning pKs = _______________
NaOH –lösning pKs = _______________
CaCl2 – lösning pKs = _______________
Litteraturvärde pKs = ___________
32
2. Räkna ut lösligheten för kalciumhydroxid (g/l) i de olika fallen vid den angivna
koncentrationen.
Observera kalciumhydroxidens koncentration i de olika lösningarna.
a) Vattenlösning :
b) NaOH - lösning:
c) CaCl2 – lösning:
Hur har den gemensamma jonen påverkat lösligheten?
33
ARBETE IX. REDOX-POTENTIALER
A. GALVANISKT ELEMENT
Uppgifter
1. Komplettera tabellen med de emk-värden du uppmätt, halvreaktionerna,
cellreaktionerna och cellscheman.
a) Referenselektrod:
Indikatorelektrod:
Zn2+ / Zn
Cu2+ / Cu
Uppmätt emk:
(+)-halvreaktion (reduktion):
(-)-halvreaktion (oxidation):
Cellreaktion:
Cellschema:
b)
Referenselektrod:
Indikatorelektrod:
I2 / I Fe3+ / Fe2+
Uppmätt emk:
(+)-halvreaktion (reduktion):
(-)-halvreaktion (oxidation):
Cellreaktion:
Cellschema:
34
c)
Referenselektrod:
Indikatorelektrod:
I2 / I Cu2+ / Cu
Uppmätt emk:
(+)-halvreaktion (reduktion):
(-)-halvreaktion (oxidation):
Cellreaktion:
Cellschema:
35
ARBETE IX. REDOX-POTENTIALER
B. POTENTIOMETRISK TITRERING AV HALOGENIDER
Resultat
AgNO3
emk
(ml)
(mV)
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
8,5
9,0
9,5
10,0
10,5
11,0
11,5
12,0
13,0
14,0
16,0
18,0
20,0
36
Uppgifter
1. Bestäm ekvivalenspunkten från titreringskurvan:
Ve =
2. Räkna ut hur många milligram kaliumklorid provet innehöll.