Työohjeet
Reaktiolämpötyö
Työssä määritetään magnesiummetalin ja vetykloridihapon välisen eksotermisen reaktion reaktioentalpia luokassa mittauksen aikana vallitsevissa olosuhteissa. Reaktiotuotteina syntyy vesiliukoista magnesiumkloridia ja vetykaasua. Pooliton vetykaasu ei liukene veteen vaan kuplii pois reaktioseoksesta. Vetykloridihappoa on ylimäärä, joten reaktio loppuu, kun kaikki magnesium on reagoinut.
Mittaus suoritetaan yksinkertaisessa kalorimetrissa. Reaktioentalpia voidaan laskea, kun tiedetään reagoineen magnesiumin ainemäärä ja mitataan reaktion aikana tapahtuva lämpötilan muutos. Kalorimetriin ja lämpömittariin reaktion aikana sitoutuva lämpömäärä on suhteellisen pieni, ja sitä ei oteta huomioon reaktioentalpiaa laskettaessa.
Työn suorittaminen:
1. Punnitse noin 20 ml 1 M HCl(aq)-liuosta ja merkitse massa muistiin vihkoosi.
2. Leikkaa noin 5-6 cm:n pätkä magnesiumnauhaa, puhdista se ja punnitse sen massa. Merkitse massa muistiin vihkoosi. Leikkaa punnittu pätkä noin 0,5-1 cm:n palasiksi.
3. Mittaa HCl-liuoksen lämpötila ja merkitse tulos vihkoosi.
4. Laita Mg-palaset sekä suolahappoliuos reaktioastiaan, joka on asetettu kalorimetriin. Seuraa lämpötilan nousua. Merkitse loppulämpötila vihkoosi.
5. Laske reaktiossa vapautunut lämpömäärä ja magnesiumin ainemäärä.
6. Laske reaktioentalpia magnesiumin suhteen.
7. Vertailuolosuhteissa mitattu reaktioentalpia on -463 kJ. Laske tuloksesi suhteellinen virhe prosentteina.
8. Arvioi saamaasi tulosta. Mitä mahdollisia virhelähteitä keksit?
Popparityö
Maissinjyvissä on vettä, sokeria ja tärkkelystä. Kun maissinjyvää kuumennetaan, paine sen sisällä kasvaa, kuori rikkoutuu ja tärkkelys turpoaa. Työssä määritetään jyvän vesipitoisuus massaprosentteina sekä vesihöyryn paine jyvän sisällä halkeamishetkellä kaasujen tilanyhtälön avulla.
Työn suorittaminen:
1. Punnitse 16 maissinjyvää ja merkitse massa muistiin vihkoosi.
2. Mittaa jyvien yhteistilavuus Arkhimedeen lain avulla. Merkitse jyvien tilavuus muistiin vihkoosi.
3. Kuivaa jyvät.
4. Laita jyvät ja noin 2 ml ruokaöljyä erlenmeyerpulloon. Punnitse systeemin kokonaismassa ja laita se muistiin vihkoosi.
5. Kuumenna erlenmeyerpulloa varovasti kaasuliekillä. Lopeta kuumennus kun kaikki jyvät ovat haljenneet. Varo polttamasta popcorneja.
6. Jos pullon suulle on tiivistynyt vettä, kuumenna varovasti, jotta vesi höyrystyisi pois.
7. Punnitse pullon ja popcornien yhteismassa ja merkitse se muistiin vihkoosi.
8. Laske jyvän vesipitoisuus massaprosentteina ja vesihöyryn paine jyvän sisällä halkeamishetkellä käyttäen ideaalikaasun tilanyhtälöä. Lämpötilana laskussa käytetään öljyn paistolämpötilaa 180 oC.
9. Arvioi saamaasi tulosta. Mitä mahdollisia virhelähteitä keksit?
Partakonetyö
PARTAKONEEN TERÄN RAUTAPITOISUUDEN MÄÄRITTÄMINEN
Partakoneen terät valmistetaan ruostumattomasta teräksestä, joka sisältää raudan lisäksi kromia ja nikkeliä. Terän palanen liuotetaan rikkihappoliuokseen, jolloin rauta-atomit hapettuvat
Fe2+-ioneiksi. Myös kromi- ja nikkeliatomit hapettuvat ioneiksi, joten terän palanen liukenee täydellisesti.
Näin saatu liuos titrataan tunnetunväkevyisellä KMnO4-liuoksella. Titrattaessa permanganaatti-ionit hapettavat rauta(II)-ionit rauta(III)-ioneiksi ja permanganaatti-ionin mangaani pelkistyy
Mn2+-ioniksi. Kromi- ja nikkeli-ionit eivät hapetu titrauksen aikana, joten permanganaatti-ioneja kuluu vain rauta(II)-ionin hapettamiseen.
Titrauksen päätepiste eli ekvivalenttikohta havaitaan värinmuutoksesta. Niin kauan kuin näyteliuoksessa on jäljellä reagoimattomia Fe2+-ioneja, permanganaatti-ionien violetti väri häviää. Kun kaikki Fe(II)-ionit ovat hapettuneet, titrausliuos jää pysyvästi violetiksi ja titraus lopetetaan.
Titrausta kuvaava tasapainottamaton ionireaktioyhtälö on seuraava:
MnO4-+ H+(aq) + Fe2+(aq) → Fe3+(aq) + Mn2+(aq) + H2O(l).
violetti väritön
Työn suorittaminen:
A. Terän liuottaminen
1. Punnitse partakoneen terän palanen (noin 100 mg) ja merkitse massa muistiin vihkoosi.
2. Laita terän palanen 250 ml:n keittopulloon ja mittaa siihen mittalasilla 15 ml 4 M rikkihappoliuosta.
3. Kuumenna keittopulloa keittolevyllä vetokaapissa, kunnes reaktio alkaa. Tämän jälkeen voit vähentää kuumennusta, mutta sitä on syytä jatkaa, kunnes terä on kokonaan liuennut. Lisää haihtuvan veden tilalle ruiskupullosta tislattua vettä.
4. Kun terä on liuennut, huuhtele keittopullon seinämillä olevat roiskepisarat tislatulla vedellä näyteliuokseen. Jäähdytä keittopullo juoksevan veden alla huoneenlämpöiseksi.
B. Titraus
1. Täytä byretti kaliumpermanganaattiliuoksella, jonka konsentraatio on tarkasti tunnettu. (Sopiva konsentraatio on n. 0,020 M)
2. Tiputa byretistä KMnO4-liuosta näyteliuokseen pisara kerrallaan, jotta ehdit havaita värinmuutoskohdan tarkasti. Sekoita näyteliuosta koko ajan tai käytä magneettisekoittajaa. Lopeta titraus, kun näyteliuos juuri ja juuri muuttuu pysyvästi violetiksi. Merkitse muistiin titrausliuoksen kulutus.
C. Tulosten laskeminen
1. Tasapainota reaktioyhtälö.
2. Laske näyteliuoksen raudan ainemäärä ja massa.
3. Laske terän rautapitoisuus massaprosentteina.