1. Reaktionshastighed

Transkript

1 Kemi laboratoriekursus, kemi -B, VU Århus 1. Reaktionshastighed Formålet med øvelsen er, at bestemme hvorledes reaktionshastigheden afhænger af koncentrations- og temperaturændringer. Teori: Når man sætter syre til en opløsning af thiosulfat-ioner dannes frit svovl 2 + (aq) + S 2 O 3 2- (aq) S(s) + SO 2 (aq) + 2 O(l) Det dannede svovl gør opløsningen uklar. Vi skal måle den tid ( t), der går fra reaktionens start, indtil man lige netop ikke kan se igennem opløsningen mere. Da der kun sker en lille ændring af [ + ] og [S 2 O 3 2- ], i tidsintervallet indtil svovl gør opløsningen uklar, kan der antages, at disse koncentrationer forbliver konstant. Vi måler altså lige efter starten af reaktionen, hvor koncentrationerne af de to reagerende ioner praktisk talt er lig deres begyndelseskoncentrationer i reaktionsblandingen. Reaktionshastigheden, v, kan udtrykkes som faldet i thiosulfationkoncentrationen pr. tid: v = - [S 2O 3 2- ] t Under de tre målinger dannes der samme mængde svovl, d.v.s. at faldet i thiosulfationkoncentrationen er det samme i alle tre forsøg. Reaktionshastigheden, v, er altså proportional med 1/ t. I den lille forsøgsrække A skal vi undersøge reaktionshastighedens afhængighed af [ + ] og [S 2 O 3 2- ]. Afhængigheden af [S 2 O 3 2- ] undersøges ved at anvende halvt så stor [S 2 O 3 2- ] i 2. forsøg sammenlignet med 1. forsøg, medens [ + ] er den samme i de to forsøg. Derefter undersøges afhængigheden af [ + ] ved i 3. forsøg at halvere denne koncentration sammenlignet med 1. forsøg, medens [S 2 O 3 2- ] er den samme i 1. og 3. forsøg. Det antages, at temperaturen holdes konstant. I den lille forsøgsrække B skal vi undersøge reaktionshastighedens afhængighed af temperatur, mens vi holder startkoncentrationerne konstant. Apparatur: Reagensglas i stativ, bægerglas, 50 ml, stopur, spatel, termometer, bunsenbrænder, trefod med trådnet, to buretter. Kemikalier: 0,4 M l (saltsyre), 0,4 M Na 2 S 2 O 3 (natriumthiosulfat) Eksperimentelt: A. Reaktionshastighedens koncentrationsafhængighed. 1. Forsøgene udføres i et 50 ml bægerglas, høj form. Det placeres på et stykke papir, hvorpå der er tegnet en mørk plet på 5-7 mm. 2. Til 1. forsøg aftappes 20,0 ml 0,4 M l og 20,0 ml 0,4 M Na 2 S 2 O 3 ned i hvert sit rene reagensglas fra hver sin burette. Lige idet et stopur startes, hældes indholdet af de to reagensglas samtidigt ud i bægerglasset. Rør rundt med en spatel i et par sekunder og iagttag derefter pletten ved at se lodret ned gennem væsken. Mål tiden indtil man netop ikke kan se pletten mere. 1

2 3. Forsøg 2 og 3 gennemføres på samme måde med de væskemængder, som står angivet i skemaet. Start med at hælde 10,0 ml vand op i bægerglasset, inden reaktionen startes ved en samtidig tilsætning af de to andre væsker. I forsøg 2 måles reaktionsblandingens temperatur umiddelbart efter måling af reaktionstiden. Forsøg 2 anvendes nemlig også som en del af næste afdeling, hvor reaktionshastighedens temperaturafhængighed undersøges. Tabel til måleresultater og regneresultater Forsøg nr. Volumen (ml) [ + ] (mol/l) [S 2 O 3 2- ] (mol/l) Reaktionstid, t (s) 1 t (s -1 ) 2 O l Na 2 S 2 O ml 20,0 ml 20,0 ml 2* 10,0 ml 20,0 ml 10,0 ml 3 10,0 ml 10,0 ml 20,0 ml * temperatur, T = B. Reaktionshastighedens temperaturafhængighed. 1. æld 10,0 ml vand og 20,0 ml 0,4 M l op i bægerglasset og opvarm blandingen noget (absolut ikke til kogning). Mål reaktionstiden efter tilsætning af 10,0 ml 0,4 M Na 2 S 2 O 3. Umiddelbart efter tidsmålingen måles blandingens temperatur. 2. Resultaterne noteres som forsøg 4, og forsøg 2 overføres fra forrige del af øvelsen. Forsøg nr. 2 *) 4 *) overført fra forrige forsøg Temperatur, T ( ) Reaktionstid, t (s) 1 t (s -1 ) Resultatbehandling: 1 1. Beregn for de tre forsøg. t 2. vilken sammenhæng ser der ud til at være mellem [S 2 O 2-3 ] og reaktionshastigheden? 3. Er der en tilsvarende sammenhæng mellem [ + ] og reaktionshastigheden? 4. vorledes ændres reaktionshastigheden, når temperaturen ændres? 5. For mange reaktioner gælder 10-graders reglen. Gør den også det her? (10-graders reglen siger at en 10-graders forøgelse af temperaturen medfører en fordobling af reaktionshastigheden). Kommentér, hvorledes alle disse resultater stemmer overens med teorien for reaktionshastighed. 2

3 Kemi laboratoriekursus, kemi -B, VU Århus 2. Bestemmelse af jern(ii)indholdet ved en redoxtitrering Formålet med øvelsen er at bestemme jern(ii)indholdet i jern(ii)sulfat heptahydrat ved en titrering med en kaliumpermanganat-opløsning. Teori: Permanganat-ion er et ret kraftigt oxidationsmiddel. I surt miljø reduceres permanganat-ioner til farveløse mangan(ii)-ioner, og i basisk miljø til MnO 2 (brunsten). Permanganat-ion er meget kraftig violet farvet, selv i en meget ringe koncentration. Det er således muligt at følge en reaktion, hvor permanganat-ionen forbruges, visuelt. ermed ses ækvivalenspunktet i kolben som en farveskift fra farveløs til en svag violet farve. Apparatur: Burette med klemme og stativ, 250 ml konisk kolbe, 10 ml målecylinder, magnetomrører. Kemikalier: 0.02 M kaliumpermanganat-opløsning Den nøjagtige koncentration aflæses på flasken: (KMnO 4 ) = Jern(II)sulfat heptahydrat 2 M svovlsyre M Risici og affaldshåndtering: Kaliumpermanganat er et kraftigt oxidationsmiddel og brandnærende. Alle opløsninger i denne øvelse hældes i de dertil opstillede affaldsdunke. Eksperimentelt: 1. Kaliumpermanganat-opløsningen fyldes på buretten. 2. Afvej nøjagtigt g jern(ii)sulfat heptahydrat i den rene koniske kolbe. Opløs saltet i ca 50 ml demineraliseret vand og tilsæt 10 ml af 2 M svovlsyre med målecylinder. 3. Tilsætning af kaliumpermanganat-opløsningen foregår dråbevis under forsigtig omrøring. Vent hver gang til reaktionsblandingen i kolben er helt affarvet. Når der er en svag men blivende rødviolet farvning på mindst 30 sekunder, er ækvivalenspunktet nået. Det tilsatte volumen ved ækvivalenspunktet er det volumen aflæst før tilsætning af den dråbe der gav omslaget, som sædvanlig. 4. Der udføres mindst to forsøg. Man kan beregne de procentvise forhold for at kunne se om resultaterne ligger indenfor 2% af hinanden. Du skal gentage indtil du har to forsøg som giver resultater indenfor 2% af hinanden. Resultatbehandling: 1. Opskriv og afstem reaktionsskemaet. Forklar hvorfor der tilsættes svovlsyre. 2. Beregn stofmængden af kaliumpermanganat, og permanganat-ion. 3. Bestem stofmængden af jern(ii) dette ækvivalerer med. Beregn massen af jern(ii). Beregn jern(ii)indholdet i dit afvejede jern(ii)sulfat heptahydrat i masse %. 4. Sammenlign med den teoretiske jern(ii)indholdet i jern(ii)sulfat heptahydrat og kommentér evt. afvigelser. 3

4 Kemi laboratoriekursus, kemi -B, VU Århus 3. Bestemmelse af ethansyreindhold i husholdningseddike. Formålet med øvelsen er at bestemme indholdet af ethansyre i husholdningseddike ved en potentiometrisk titrering. Teori: usholdningseddike indeholder ethansyre, også kendt som eddikesyre. I denne øvelse skal indholdet bestemmes i masse% først ved en potentiometrisk titrering. Ethansyre er en svag syre med formlen 3 OO og reagerer med base efter flg. reaktionsskema: 3 OO (aq) + O 1- (aq) 3 OO 1- (aq) + 2 O (l) En potentiometrisk titrering er en titrering, hvor ændringen i p, efterhånden som basen tilsættes, følges v.hj.a. et p-meter. p-værdierne indtegnes som funktion af basevolumen, på mm-papir. Grafen kaldes en titrerkurve. Ved ækvivalenspunktet forstås det punkt på titrerkurven, hvor ændringen af p pr. tilsat milliliter NaO er størst. Det svarer til det sted, hvor hældningskoefficienten af tangenten i punktet er størst, dvs. hvor hældningskoefficienten fra at være stigende igen bliver aftagende. Ved tilsætning af den halve volumen NaO af den i ækvivalenspunktets aflæste basevolumen (halvækvivalenspunktet) er halvdelen af syren omsat til ethanoationer dvs. her gælder [ 3 OO] = [ 3 OO 1- ]. Indsættes dette i udtrykket for K s fås, ved at anvende logaritmefunktionen på begge sider, samt at multiplicere med 1. p = pk s (ved halvækvivalenspunktet) Apparatur: 5,0 ml fuldpipette, pipettebold, 100 ml bægerglas, magnetomrører, p-meter, pufferopløsning, burette med stativ. Kemikalier: usholdningseddike, NaO-opløsning (den nøjagtige koncentration aflæses på flasken): c(nao) = M. Eksperimentelt: 1. Først skal p-meteret kalibreres (justeres) med to pufferopløsninger, så det viser pufferens p-værdi (læreren på kurset vil instruere jer i dette). 2. Med fuldpipette udtages 5,0 ml husholdningseddike, som overføres til bægerglasset. Der tilsættes ca. 20 ml demineraliseret vand og en magnet. 3. Nu stilles bægerglasset på magnetomrøreren. p-elektroden placeres i bægerglasset så elektroden ikke berøres af magneten når magnetomrøreren er tændt. 4. Buretten fyldes med NaO-opløsning og nulstilles. NaO-opløsningen tildryppes til opløsningen i bægerglasset. Fra start tilsættes ca. 1 ml base indtil omkring ækvivalenspunktet, hvorefter der tilsættes base dråbevist. For hver tilsætning noteres volumen af base og p samtidig med at titrerkurven indtegnes. Fortsæt titreringen til ca. 10 ml tilsat base efter ækvivalenspunktet. 4

5 Resultatbehandling: 1. Aflæs den forbrugte volumen NaO ved ækvivalenspunktet og omregn denne til stofmængden af NaO. 1. Bestem stofmængden af ethansyre. 2. Beregn masseprocenten af ethansyre i husholdningseddike (Eddikens densitet er 1,0 g/ml). 3. Sammenlign med deklarationen på flasken (denne anføres også i rapporten til sammenligning). 4. Desuden aflæses pks-værdien for ethansyre (som beskrevet ovenfor), og den sammenlignes med tabelværdien. 5

6 Kemi laboratoriekursus, kemi -B, VU Århus 4. Identifikation af en alkohol. Formålet med øvelsen er at bestemme identiteten af en ukendt alkohol. I praksis ønskes en nummerkodet alkohol blandt 7 kendte "små" alkoholer identificeret. usk at notere alkoholens nummer i journal og rapport. De 7 alkoholer, der er udvalgt er: ethanol, 1- og 2-propanol, 1- og 2-butanol, 2-methyl-1-propanol og 2-methyl-2-propanol. De egenskaber, der skal sammenholdes for den ukendte og de opgivne alkoholer, er: 1. densitet (eller massefylde) 2. kogepunkt 3. oxidationsproduktets reducerende egenskaber 4. gaschromatografisk analyse. Teori: 1. Angående oxidation med kaliumdichromat i svovlsur opløsning: (1-propanol og 2- propanol fremvises som eksempel). Kaliumionen, K +, deltager ikke i reaktionen det gør kun den orange dichromation r 2 O 7 2-, der reduceres til chrom(iii)-ion (grøn) O + r 2 O O + r O (ikke afstemt) 3 O 3 + r 2 O O 3 + r O (ikke afstemt) 2. Fehlings væske er en basisk opløsning, der indeholder kobber(ii)ioner bundet komplekst til tartrationer. Kobber(II)ionerne kan reduceres til kobber(i), hvilket viser sig som et rødt bundfald af u 2 O. Fehlings væske kan derfor bruges til at undersøge om en given forbindelse virker reducerende. Reaktionen mellem kobber(ii)ioner og aldehydgruppe kan skrives: R-O + 2 u O - R-OO - + u 2 O O ( u 2+ - ionerne er som nævnt bundet komplext til tartrationerne) Fehlings væske fremstilles umiddelbart inden brugen ved at blande lige store rumfang Fehling I og Fehling II. Apparatur: slibapparatur som på figuren, et stativ, en 10,0 ml fuldpipette, pipettebold, et lille, rent og tørt bægerglas. Kemikalier: den udleverede, ukendte alkohol med nummer, Beckmanns opløsning, Fehlings I og Fehlings II. Eksperimentelt: 1. Densiteten bestemmes ved at placere et bægerglas på vægten, nulstille og dernæst overføre 10,0 ml alkohol med fuldpipette til bægerglasset (det kan gøres ved siden af vægten af hensyn til evt. spild - vægten husker nulstillingen). usk at notere alkoholens masse i din rapport. 2. De 10 ml fra punkt 1. hældes i en 100 ml kolbe med slib, og der opstilles et destillations-apparat som vist på figuren på næste side. 3. Alkoholen destilleres for at finde kogepunktet. Bær briller under destillationen. Alkoholen opsamles ved udløbet og kan bruges til oxidationen i pkt. 4. usk, at vores apparatur kun tillader 2-3 dråber pr. sekund at komme gennem apparatet. old hele 6

7 tiden væsken i kog - men kun lige netop i kog. Når temperaturen er konstant i et par minutter, aflæses kogepunktet på termometret. Destillationsopstilling med glasapparatur med slib 4. Oxidationen foregår i destillationskolben. æld den destillerede alkohol tilbage i kolben, men gem en ganske lille smule i glasset til senere, hvor den skal køres i gaskromatografen. Dernæst tilsætter læreren forsigtigt 20 ml Beckmanns blanding (den standardiserede opløsning af kaliumdichromat og svovlsyre). Det bliver ganske varmt, så det hele må ikke hældes i på en gang. Køl med et stort bægerglas med vand. Bær beskyttelsesbriller både under ophældning af Beckmanns blanding og destillation. Destillationen skal foregå straks, da oxidationen kan gå videre end ønsket (til carboxylsyre, hvis det er en primær alkohol). Overdestillér ca 2 ml, i et rent reagensglas. Dette anvendes under punkt 5 nedenfor. Stofresterne fra destillationen (den grønne chrom(iii)-opløsning) hældes i affaldsbeholderen mærket "Uorganisk affald - surt". Bemærk evt. forskel i lugt på oxidationsproduktet og alkoholen. 5. Fehlings prøve på oxidationsproduktet: Bær beskyttelsesbriller. I et reagensglas kommes 1 ml Fehling I og 1 ml Fehling II (med de pipetter, der findes i flasken, fås 1 ml når gummiproppen klemmes helt sammen og forsigtigt slippes - altså ingen supernøjagtig afpipettering). Dernæst tilsættes 1 ml af oxidationsproduktet med en engangspipette. Anbring reagensglasset i et 200 ml bægerglas halv fyldt med vand - anbragt på trefod med trådnet. Bring vandet i kog og vent 2-3 minutter og konstatér, om der sker en reaktion (rødt bundfald betyder at Fehlings prøve er positiv - det kan kun fjernes fra reagensglasset til sidst med konc. l - husk det - og gør det). 6. Ved kurset udleveres materiale om gaskromatografen. Der køres kromatogrammer af de opgivne alkoholer og af de enkelte nummererede alkoholer. Udmål retentionstiden for hver af dem og den ukendte alkohol, og sammenlign din egen alkohols retentionstid med de kendte alkoholers rententionstider. Passer resultatet med dine laboratorieforsøg? Resultatbehandling: 1. Benyt den fremlagte Databog i fysik-kemi til at finde kogepunkter og densiteter for de mulige alkoholer. Disse værdier skal bruges til sammenligning med dine målte værdier. 2. Sammenlign gaskromatogrammet fra den udleverede alkohol med standardgaskromatogrammerne for de mulige alkoholer. I rapporten gøres rede for de opnåede resultater samt for de argumenter, du bruger for at fastslå navnet på din alkohol. Afstem relevante reaktionsskemaer, tegn strukturformlen og angiv navnet på oxidationsproduktet når du har identificeret alkoholen. 7

8 Kemi laboratoriekursus, kemi -B, VU Århus 5. Bestemmelse af iodtal for et fedtstof Formålet med eksperimentet er at bestemme et fedtstofs iodtal. Teori: Umættede forbindelser kan addere Br 2 (dibrom) eller I 2 (diiod), f.eks. : hvor carbonatomerne på venstre side kan symbolisere et udsnit af et umættet fedtstofmolekyle. Et fedtstofs iodtal, I t, defineres som det antal gram diiod, der kan adderes til 100 gram af fedtstoffet. Iodtallet siger dermed noget om antallet af dobbeltbindinger i fedtstoffet. Dibrom er mere reaktivt end diiod, hvorfor vi i stedet for at addere I 2 til fedtstoffet, adderer Br 2 hertil. Den adderede mængde Br 2 omregnes derefter til den ækvivalente mængde I 2. Den mængde dibrom, n(br 2 (start)), der er til rådighed for addition til fedtstoffets dobbeltbindinger, dannes i reaktionskolben ved reaktion mellem BrO - 3 og Br- i sur opløsning (afstem selv reaktionsskemaet) : BrO Br- Br 2 Den tiloversblevne mængde dibrom, n(br 2 (slut) ), reduceres til Br- ved hjælp af I -. Afstem selv reaktionsskemaet. Br 2 + I - Br - + I 2 Den dannede mængde diiod, n(i 2 ), der er ækvivalent med n(br 2 (slut)) i forholdet 1:1, kan herefter bestemmes ved titrering med natriumthiosulfat. Afstem selv reaktionsskemaet: I 2 + S 2 O 2-3 I - + S 4 O 2-6 Den adderede mængde dibrom, n(br 2 (adderet)) findes nu på følgende måde: n(br 2 (adderet) ) = n(br 2(start) ) - n(br 2(slut) ) Den adderede mængde dibrom, n(br 2 (adderet)), er ækvivalent med den mængde diiod, n(i 2 (adderet) ), der kunne være blevet adderet, hvis vi i stedet havde valgt at addere dette. I t kan altså findes ved hjælp massen af denne mængde diiod, m(i 2 (adderet)) og massen af det afvejede fedtstof. 8

9 Apparatur: 250 ml konisk kolbe, magnetomrører + magnet, burette, 3 stk 25 ml måleglas, stativ, en 10,0 ml fuldpipette Kemikalier: Fedtstof (efter eget valg), heptan, 0,100 M KBrO 3 -opløsning, KBr(s), 2 M svovlsyre, 0,50 M KI-opløsning, 0,100 M Na 2 S 2 O 3 -opløsning, 1% stivelsesopløsning. Risici og affaldsbehandling: Affaldet fra dette laboratorieeksperiment skal hældes i dunken mærket "ORGANISK AFFALD". Overskydende thiosulfat hældes i dunken mærket "BASISK AFFALD". Eksperimentelt: For at begrænse forbruget af kemikalier, og for at få nogenlunde det samme forbrug uanset det benyttede fedtstof, "snyder" vi lidt. Det forventede iodtal slås op i et tabelværk og ved hjælp af denne værdi, I t (tabel), finder vi på følgende måde frem til, hvor meget der ca. skal afvejes af det benyttede fedtstof : afvejede mængde fedtstof = 50/ I t 1. Ved hjælp af ovenstående formel beregnes hvor meget fedtstof, der ca. skal afvejes. Fedtstoffet afvejes herefter direkte i en konisk kolbe. Massen af det afvejede fedtstof noteres med 0,001 grams nøjagtighed. 2. Der tilsættes 20 ml heptan til kolben, og fedtstoffet opløses i dette opløsningsmiddel. Til kolben sættes yderligere 10,0 ml KBrO 3 -opløsning (med fuldpipette) og 1 gram KBr (s). Der rystes indtil al KBr (s) er opløst. Endelig tilsættes kolben 10 ml svovlsyre, hvorefter den straks placeres i et mørkt skab med magnetomrøring. 3. Efter 30 min. udtages kolben, og med det samme tilsættes 20 ml KI-opløsning med måleglas. Kolbens indhold titreres nu med Na 2 S 2 O 3 -opløsningen. Når iodfarven næsten er forsvundet tilsættes lidt stivelsesopløsning som indikator. Titreringen bør foregå under magnetomrøring, da kolben under titreringen indeholder et tofaset system, og da reaktionen med thiosulfat kun foregår i vandfasen. Ved titreringens ækvivalenspunkt bliver kolbens indhold farveløst. Forbrugt volumen natriumthiosulfat-opløsning noteres. Resultatbehandling: 1. Beregn stofmængden af dibrom før additionen begynder, n(br 2 (start) ). 2. Beregn stofmængden af diiod, n(i 2 ), ud fra den forbrugte mængde natriumthiosulfatopløsning, ved titreringen. Find herefter stofmængden af Br 2, der er tilbage efter additionen, (Br 2 (slut) ). 3. Beregn nu stofmængden af Br adderet, n(br 2 2(adderet) ). Find den ækvivalente mængde I, 2 n(i 2 ("adderet") ). 4. Beregn I t i enhederne angivet i definitionen. 5. Blev der tilsat tilstrækkeligt KI til at reducere al Br 2 (slut)? vorfor det er vigtigt, at kolben med Br 2 og fedtstof står i mørke, mens reaktionen foregår? 9

10 Kemi laboratoriekursus, kemi -B, VU Århus 6. Indgreb i et ligevægtssystem - kvalitativ ligevægtsforskydning Formålet med øvelsen er at foretage forskellige kvalitative indgreb i et ligevægtssystem og at undersøge, hvordan disse indgreb påvirker ligevægten. Teori: Når man blander en opløsning der indeholder jern(iii)ioner med en opløsning der indeholder thiocyanationer (SN - ), dannes der en rød kompleks-ion (FeSN 2+ ) i en ligevægtsreaktion: Fe 3+ (aq) + SN - (aq) FeSN 2+ (aq) svagt gul farveløs kraftigt rød I forsøget foretages der forskellige indgreb i dette ligevægtssystem. Ved at se på opløsningens farve kan man se om indgrebet har bevirket en forskydning mod højre eller venstre i ligevægten. Der er naturligvis også den mulighed, at indgrebet slet ikke bevirker nogen forskydning. Apparatur: 250 ml konisk kolbe, spatel, 7 reagensglas i stativ, 10 ml målecylinder, 2 store bægerglas (til varmebad og kuldebad), eventuelt termometer, 2 stk. helt identiske 50 eller 100 ml bægerglas. Kemikalier: 0,1 M jern(iii)nitrat-opløsning Jern(III)nitrat (Fe(NO 3 ) 3 ) 0,1 M kaliumthiocyanat-opløsning Natriumhydrogenphosphat (Na 2 PO 4 ) 0,002 M kaliumpermanganat-opløsning Kaliumthiocyanat (KSN) sølvnitrat-opløsning Fremgangsmåde og resultatbehandling: 1. Fyld ca. 200 ml dem. vand i en 250 ml konisk kolbe. Tilsæt 10 ml 0,1 M jern(iii)nitratopløsning og dernæst 10 ml 0,1 M kaliumthiocyanat-opløsning og rør rundt med en spatel. - Noter jeres observationer! - Er reaktionshastigheden stor eller lille? - Opskriv ligevægtsloven for ligevægten. Noget af opløsningen overføres til de 7 reagensglas, som fyldes ca. 1/4 op. De 6 af reagensglassene anvendes i de følgende forsøg. Det syvende anvendes til farvesammenligning. Gem resten af opløsningen i den koniske kolbe til senere brug. 2. Tilsæt en lille spatelfuld fast jern(iii)nitrat til det første reagensglas og rør rundt. - Noter jeres observationer! - Sker der en forskydning som følge af tilsætningen? - Mod højre eller venstre? - Indstiller den nye ligevægtssituation sig hurtigt eller langsomt? - Forklar den observerede forskydning ved hjælp af ligevægtsloven. - Forklar den observerede forskydning ved hjælp af Le hateliers princip. 3. Tilsæt nogle få korn fast natriumhydrogenphosphat til reagensglas nr. 2 og rør rundt. 10

11 - Forklar jeres observationer som under pkt Til det 3. reagensglas tilsættes der en lille spatelfuld fast kaliumthiocyanat. - Forklar jeres observationer som under pkt Inden forsøget med det 4. reagensglas skal der udføres et lille ekstra forsøg: Fyld lidt 0,1 M kaliumthiocyanat i et nyt reagensglas. Tilsæt nogle dråber sølvnitratopløsning. - Forklar jeres observationer som under pkt Nu tilsætter I et par dråber sølvnitrat-opløsning til reagensglas nr Forklar jeres observationer som under pkt I 2 store reagensglas laves 2 vandbade med henholdsvis varmt vand (60-70 ) og isvand. Reagensglas nr. 5 placeres i det varme vand og reagensglas nr. 6 i isvandet. Lad dem stå et stykke tid og sammenlign derefter med glas nr Sker der en forskydning af ligevægten ved disse temperaturændringer? - Er reaktionen mod højre exoterm eller endoterm? 8. Inden det sidste forsøg med ligevægtsblandingen udføres følgende forsøg: Stil de to ens bægerglas (50 eller 100 ml) ved siden af hinanden på et stykke hvidt papir og fyld dem næsten halvt op med 0,002 M kaliumpermanganat-opløsning. Væsken skal stå nøjagtig lige højt i de to reagensglas. Farven i opløsningen skyldes permanganationen. Se ned gennem de to glas og sammenlign farveintensiteterne. - vad ser I? Dernæst fordobles voluminet i det ene glas ved tilsætning af vand. Sammenlign farverne. - vad ser I nu? Bemærk at ved fortynding ændres antallet af permanganationer i glasset ikke. 9. Efter en omhyggelig rengøring og tørring af bægerglassene udføres et helt tilsvarende forsøg med den røde ligevægtsblanding fra den koniske kolbe. - Sker der en forskydning af ligevægten ved fortynding? - Forklar det observerede. Lidt efterbehandling: 1. Ved tilsætningerne til reagensglassene blev der anvendt faste stoffer eller et par dråber af en ret koncentreret opløsning. vorfor tilsatte man ikke i stedet for nogle ml af fortyndede opløsninger af de pågældende stoffer? 2. Ved større thiocyanat-koncentrationer end vi anvender i denne øvelse, kan jern(iii)ioner binde sig komplekst til flere thiocyanat-ioner. Skriv formler for de komplekser, som indeholder henholdsvis 3 og 6 thiocyanat-ioner til én jern(iii)ion. 11

12 Kemi laboratoriekursus, kemi -B, VU Århus 7. Bestemmelse af acetylsalicylsyreindhold i hovedpinetabletter Formålet med øvelsen er at bestemme indholdet af acetylsalicylsyre i en hovedpinetablet ved spektrofotometri. Teori: Vi kan ikke lave en direkte spektrofotometrisk måling på acetylsalicylsyren, men det kan vi derimod på salicylsyre, hvortil acetylsalicylsyren derfor omdannes ved tilsætning af base (forsæbning). Acetylsalicylsyre er samtidig både en carboxylsyre og en ester. Ved tilsætning af base vil der derfor både ske en protolyse af syregruppen og en forsæbning af esteren (= en basisk hydrolyse). Den nu dannede salicylat-ion omdannes til salicylsyre ved tilsætning af syre. erefter tilsættes jern(iii), som danner et violet kompleks med salicylsyre. Slutteligt måles opløsningens absorbans. OO 3 + O - OO acetylsalicylsyre OO 3 + OO - acetylsalicylat-ion 2 O acetylsalicylat-ion OO 3 O + O OO- OO - OO - salicylat-ion Vi laver en standardkurve for salicylsyre ud fra opløsninger med kendt koncentration af salicylsyre. Det gøres ved først at fremstille fem opløsninger med kendt koncentration af salicylsyre. Den ene opløsning indeholder intet salicylsyre, dermed er c(salicylsyre) lig 0 M. De andre opløsningers absorbans læses i forhold til denne opløsning. På en standardkurve afbildes absorbans som funktion af koncentration. Vi afprøver målemetoden på en kendt mængde acetylsalicylsyre. Med andre ord, afvejes en kendt masse acetylsalicylsyre, der forsæbes, jern(iii)reagens tilsættes og der aflæses absorbans. Massen af acetylsalicylsyre beregnes, og sammenlignes med den kendt masse. erefter bestemmer vi acetylsalicylsyreindholdet i en hovedpinetablet på samme måde. På kurset udleveres materiale, der beskriver spektrofotometerets virkemåde. Apparatur: 4 x 1 L målekolber 8 x 100 ml koniske kolber, målekolber eller bægerglas 2 buretter med stativ almindelig tragt og filtrerpapir 10.0 ml fuldpipetter med Peleusbold morter med pistil spektrofotometer og to cuvetter 12

13 Kemikalier: jern(iii)-reagens (4.00 g jern(iii)nitrat i 20 ml konc. saltsyre, fyldes op med demineraliseret vand til 1 L) salicylsyre (2-hydroxybenzoesyre ) acetylsalicylsyre ( 3 OO 6 4 OO) 99% ethanol 1.0 M natriumhydroxid 1.0 M saltsyre hovedpinetabletter Risici: Acetylsalicylsyre er sundhedsskadelig, med klassificering Xn,R22. Affaldshåndtering: Kemikalierne må gerne smides ud i vasken, da de er til stede i ret lave koncentrationer. Eksperimentelt: A. Standardkurve 1. Opløs g salicylsyre i 10 ml ethanol i en 1 L målekolbe, hvorefter der fyldes op til 1 L med demineraliseret vand. ermed har vi lavet en stamopløsning, som indeholder 3.00 x 10-3 mol/ L salicylsyre. Den ene burette fyldes op med stamopløsningen. 2. Den anden burette fyldes med demineraliseret vand. 3. Til fem 100 ml koniske kolber, nummereret fra 1 til 5, tilsættes salicylsyreopløsning og vand fra buretterne som angivet i skemaet. Det giver de koncentrationer, som står i skemaet. Bemærk, at koncentrationerne gælder inden reagenstilsætning. B. Kvantitativ bestemmelse af acetylsalicylsyre. I dette afsnit undersøges målemetodens nøjagtighed ved at måle på en kendt mængde acetylsalicylsyre. 1. Afvej 0.4 g acetylsalicylsyre i et 100 ml bægerglas og notér den præcise masse. Opløs stoffet i 10 ml ethanol og derefter tilsæt 10 ml af 1.0 M natriumhydroxid. Vent 10 minutter, så forsæbningen kan løbe til ende. 2. Efter de 10 minutter er gået, overføres bægerglassets indhold til en 1 L målekolbe. Bægerglasset skylles efter. Der tilsættes 10 ml af 1.0 M saltsyre, for at kompensere for tilsætningen af natriumhydroxid, og da kompleksdannelsen er p-følsom. Kolben fyldes op til stregen med demineraliseret vand, og omrystes. 3. Der udtages 10.0 ml fra målekolben til en 100 ml konisk kolbe, nummereret med tallet 6.. Kvantitativ bestemmelse af acetylsalicylsyreindholdet i tabletterne. 1. Der laves en dobbeltbestemmelse. 2. En tablet vejes og knuses i en morter. Lad pistillen blive stående i morteren hele tiden for at sikre at alt stoffet er med. Der tilsættes 10 ml ethanol for at opløse tabletten. Derefter tilsættes 10 ml af 1.0 M natriumhydroxid. Rør rund med pistillen og lad blandingen stå i 10 minutter for at acetylsalicylsyren kan forsæbe. 3. Derefter hældes blandingen uden spild over i en 1 L målekolbe. Skyl morter og pistil med vand, som hældes over i målekolben. Der tilsættes 10 ml af 1.0 M saltsyre, og der fyldes op til stegen med vand. 4. Opløsningen i målekolben er nu uklar på grund af tablethjælpestofferne. Lidt af opløsningen filtreres. De første ca 20 ml kasseres, hvorefter der opsamles ca 20 ml. erefter kommes 10.0 ml af den filtrerede opløsning over i en 100 ml konisk kolbe, nummereret med tallet 7. Dobbeltbestemmelsen nummeres med tallet 8. 13

14 D. Måling af prøverne i spektrofotometret. 1. Tænd for spektrofotometret, så det kan varme op. 2. Til hver af de 8 kolber tilsættes 10.0 ml jern(iii)-reagens. Lad prøverne stå i ti minutter for fuld farveudvikling. 3. Spektrofotometrets bølgelængde indstilles ved 532 nm. Kolbe nr.1, med 10.0 ml vand og reagens, anvendes til nulstilling ved aflæsning af absorbansen for indholdet af hver af de andre kolber. Indfør de aflæste absorbanser i skemaet. Kolbe nr. Volumen af 3.00 x 10-3 M Volumen Salicylsyre salicylsyreopløsning/ml vand/ml koncentration/m x x x x 10-3 Absorbans Kolbe nr. 6 Afmålt masse af acetylsalicylsyre/g Absorbans Salicylsyre koncentration/m Beregnet masse af acetylsalicylsyre (gram) Kolbe nr. Afmålt masse af tablet/g Absorbans Salicylsyre koncentration/m 7 8 Resultatbehandling: A. 1. Gør rede for at den anvendte salicylsyre opløsning er 3.00 x 10-3 M. 2. Tegn en standardkurve, absorbansen som funktion af salicylsyrekoncentration i mol/l. Er Lambert-Beers lov opfyldt? Giv en forklaring. B. 1. Aflæs koncentration af salicylsyre i kolbe 6. på standardkurven. 2. Beregn derefter massen af acetylsalicylsyre i prøven. Kommentér overensstemmelsen med den afvejede mængde acetylsalicylsyre. Kommentér metodens nøjagtighed.. 1. Aflæs koncentration af salicylsyre i kolbe 7. på standardkurven. Beregn derefter massen af acetylsalicylsyre i prøven. Sammenlign med deklarationen på pakken. Beregn hvor stor en procentdel acetylsalicylsyren udgør af massen af tabletten. 2. Gentag beregningen for kolbe Angiv den gennemsnitlige masse og %-indhold for acetylsalicylsyreindholdet i en tablet. 4. Vis ved beregning, at der er anvendt overskud af natriumhydroxid under forsæbningen. Angiv reaktionsskemaer for protolysen af acetylsalicylsyres syregruppe og forsæbning af acetylsalicylsyres estergruppe med natriumhydroxid. Definér forsæbning. 14

15 vilken farve har lys med en bølgelængde på 532 nm? Giv en forklaring på hvorfor man skal læse absorbansen ved denne bølgelængde. 15

16 Kemi laboratoriekursus, kemi -B, VU Århus 8. SYNTESE AF ESTER! TEORI: En ester er et kondensationsprodukt af en alkohol og en syre. Imidlertid reagerer de to stoffer ikke fuldstændigt, idet der dannes en ligevægt. Dette er illustreret i den følgende reaktion, hvor alkoholen er 1-propanol og syren er propansyre. Der dannes esteren propansyre-propylester og vand: O O + O EKSPERIMENTELT: Spænd kolben og svaleren op til opstillingen "kogning med tilbagesvaling" (fig. 1). 16 O O + O For at dannelsen af esteren skal forløbe så hurtigt som muligt, tilsættes en katalysator - svovlsyre ( 2 SO 4 ). Desuden holdes blandingen ved kogepunktet, idet der foretages en kogning under tilbagesvaling (reflux-opstilling, se senere). Den koncentrerede svovlsyre har desuden den virkning, at den er vandsugende ; Ifølge le hateliers princip vil ligevægten derfor forskydes mod højre dvs. at udbyttet af ester øges. Når man anvender syrer og alkoholer med få -atomer kan man få de 'frugtlugtende' estere. Der findes mange andre slags estere. For eksempel er fedtstoffer fra både planter og dyr estere - i sådanne estere er alkoholen glycerol. Der vil ved estersyntesen også foregå nogle "sidereaktioner", hvorved der blandt andet dannes følgende biprodukter (det forudsættes her, at den anvendte alkohol er 1-propanol). Kogepunkter i parentes: dipropylether (90 o ), propanal (48 o ), propansyre (140,8 o ), SO 2 (-10 o ) og propen (- 47,7 o ). Anvendes andre alkoholer fås andre ethere, aldehyder, syrer og alkener. FORMÅL: Det er formålet med øvelsen at fremstille en ester, at rense den og bestemme dens kogepunkt og massefylde. Desuden skal man udregne hvor mange procent udbytte man har fået af det maksimalt opnåelige. APPARATUR: 250 ml rundbundet kolbe med slib, spidsbundet kolbe med slib, vandkølet svaler, skilletragt, destillationshoved, thermometer med tilhørende slibprop, 50 ml måleglas, to små bægerglas (massen af det ene bestemmes, det skal bruges til opsamling af esteren ved destillationen), varmekappe, bunsenbrænder, stativ med 2 klemmer, korkring. Sikkerhedsbriller, fuldpipette (rumfanget afhænger af esterudbyttet). KEMIKALIER: arboxylsyre, alkohol, koncentreret svovlsyre ( 2 SO 4 ), vandfri calciumchlorid (al 2 ), granuleret pimpsten, natriumcarbonat-opløsning ( 1 del Na 2 O 3 og 3 dele vand ).

17 æld 15 ml syre og 15 ml alkohol i kolben og tilsæt nogle få pimpsten. Tilsæt forsigtigt 3 ml koncentreret svovlsyre ( 2 SO 4 ). Brug sikkerhedsbriller. Saml apparatet (husk : ingen prop foroven) og anbring varmekappen under det. Lad blandingen koge under tilbagesvaling i ca. 1/2 time. Imens findes esterens, carboxylsyrens og alkoholens kogepunkter og massefylder (densiteter) i en tabel. Fremstil en Na 2 O 3 -opløsning ved at opløse ca. 10 gram natriumcarbonat i ca. 30 ml demineraliseret vand (opløsningen skal bruges ved udrystningen af esteren). Udrystning af ester: Sluk for varmekappen og lad blandingen køle lidt af. æld reaktionsblandingen i en skilletragt. Tilsæt en lige så stor mængde demineraliseret vand og sæt en prop i. Ryst kraftigt med spidsen opad og luk af og til hanen op, så et eventuelt overtryk kan udlignes ( PAS PÅ SPRØJT ). Lad skilletragten hænge et par minutter med spidsen nedad og konstatér, at esteren flyder ovenpå, idet den ikke er blandbar med vandfasen. Tap det nederste lag (vandfasen) af. Vask endnu en gang med demin. vand på samme måde. Tap vandet af og vask med natriumcarbonat-opløsning (for at fjerne rester af ureageret carboxylsyre). BRUG IKKE NØDVENDIGVIS ELE PORTIONEN. Vask endnu en gang med demin. vand og tap det af. Put nogle klumper calciumchlorid ned i esteren for at suge rester af vand. Lad det stå nogle minutter. Dannes der en vandfase, tappes den af. Destillation: Saml destillations-opstillingen (fig. 2). æld esteren (uden al 2 -stykkerne ) ned i kolben og tilsæt nogle få pimpsten. Destillér ved at varme med bunsenbrænder. Der skal varmes så esteren koger svagt hele tiden, så der må ikke varmes for hårdt. old bunsen-brænderen i hånden, så varmen let kan reguleres ned ved at fjerne flammen. Varm sådan at der drypper ca. 2-3 dråber ned i forlaget (et lille bægerglas) pr. sekund. Når temperaturen når et 5-6 graders interval omkring esterens kogepunkt (fra tabellen) skiftes forlag og det der nu destillerer over (= esteren) opsamles nu i det lille bægerglas, hvis masse på forhånd er bestemt. Destillationen standses, når temperaturen når på den anden side af temperaturintervallet. Bestem massen af bægerglas med ester og find esterens masse. Fyld nu en 1, 2, 5 eller 10 ml fuldpipette med ester (fuldpipettens størrelse afhænger af esterudbyttet). Sæt et lille bægerglas på vægten, tarér vægten, og tøm fuldpipettens indhold ned i bægerglasset. Aflæs vægten. RESULTATBEANDLING: Beregn - udfra de fundne værdier for masse og volumen - esterens massefylde (densitet). Sammenlign massefylde og kogepunkt med værdierne i en tabel. Beregn det %-vise udbytte. Eksempel på udbytteberegning : I eksemplet er brugt propanol og propansyre. 15 ml propanol med massefylde 0,8 g/ml vejer 12,0 g. Molarmassen er 60,11 g/mol, og der er altså 12,0 g / 60,11 g/mol = 0,1996 mol. 17

18 PYREX 15 ml propansyre med massefylde 0,99 g/ml vejer 15,0 g. Molarmassen er 74,08 g/mol, og der er 15,0 g / 74,08 g/mol = 0,2025 mol. Altså kan der maximalt dannes 0,1996 mol ester. Der blev dannet 9,0 g. Molarmassen er 116,13 g/mol, der blev altså dannet 9,0 g / 116,13 g/mol = 0,0775 mol, hvilket svarer til 0,0775 mol / 0,1996 mol x 100% = 39%. Prøv at opstille reaktionsskema(er) for dannelse af ét (eller flere) af biprodukterne. AFFALDSBEANDLING: Affaldet fra dette eksperiment hældes i affaldsdunken mærket "organisk affald". OPSTILLINGER: Kogning med tilbagesvaling Skilletragt Almindelig destillation 18