Chemijos - Mokslo technologijos · taikant pusiausvyros konstantą. 4.3.1. Užrašti pusiausvros konstantos formulę duotajai homogeninei reakcijai ir paaiškinti, ką rodo pusiausvros

Chemijos

eksperimentai

2

TURINYS

ĮŽANGA .............................................................................................................................................................................. 3

I. CHEMINĖ KATALIZĖ: H2O2 SKAIDYMAS KATALIZATORIUMI NAUDOJANT MNO2 .......................................... 4

II. CHEMINĖ PUSIAUSVYRA: PUSIAUSVYROS KONSTANTOS K NUSTATYMAS ................................................... 8

III. DEGIMO ŠILUMA .................................................................................................................................................. 12

IV. EGZOTERMINĖS REAKCIJOS – NAOH TIRPIMAS VANDENYJE ......................................................................... 16

V. ENDOTERMINĖ REAKCIJA – AMONIO NITRATO TIRPIMAS VANDENYJE ...................................................... 20

VI. ENDOTERMINĖS REAKCIJOS – KRISTALINIO BARIO HIDROKSIDO IR AMONIO IZOTIOCIANATO REAKCIJA 24

VII. ENDOTERMINĖ REAKCIJA – CITRINOS RŪGŠTIES TIRPALO IR GERIAMOSIOS SODOS REAKCIJA .............. 28

VIII. ENERGIJOS KIEKIS MAISTO PRODUKTUOSE ..................................................................................................... 32

IX. HESO DĖSNIS: REAKCIJŲ ŠILUMOS SUMINIS EFEKTAS .................................................................................... 36

X. IDEALIŲJŲ DUJŲ DĖSNIS ..................................................................................................................................... 40

XI. KURO ENERGIJA .................................................................................................................................................... 43

XII. LAMBERTO – BERO DĖSNIS ................................................................................................................................. 47

XIII. OKSIDACIJOS IR REDUKCIJOS REAKCIJA: VARIO CHLORIDO IR ALIUMINIO REAKCIJA ................................ 50

XIV. ORO TEMPERATŪROS SVYRAVIMŲ POVEIKIS ORO SLĖGIUI – DUJŲ DĖSNIS .............................................. 54

XV. ORO TŪRIO SVYRAVIMŲ POVEIKIS ORO SLĖGIUI – BOILIO DĖSNIS .............................................................. 57

XVI. SŪRAUS VANDENS ELEKTRINIS LAIDUMAS ...................................................................................................... 61

XVII. TITRAVIMAS: NAOH IR HCL REAKCIJA ............................................................................................................... 64

XVIII. UŽŠALIMO TEMPERATŪRA ................................................................................................................................. 68

XIX. VANDENS UŽŠALDYMAS IR LEDO TIRPINIMAS ................................................................................................ 70

XX. ŽVAKĖS LIEPSNOS TYRIMAS ................................................................................................................................ 73

XXI. REAKCIJOS GREIČIO PRIKLAUSOMYBĖ NUO TEMPERATŪROS. VAN'T HOFO TAISYKLĖ ............................. 75

XXII. PH AUDINIŲ EKSTRAKTUOSE MATAVIMAS ...................................................................................................... 78

3

ĮŽANGA

Mieli mokytojai,

Siūlome Jums Fourier Systems kompanijos parengtus ir į lietuvių kalbą išverstus chemijos tiriamųjų darbų aprašus. Tikimės palengvinti darbą mokytojams, kurie savo mokyklose turi ir naudoja Nova5000 laboratorijas.

Tiriamieji darbai neadaptuoti pagal Bendrąsias chemijos programas, aprašuose pateikiamos tik įžvalgos, kaip sėkmingai ugdyti mokinių pasiekimus, ir rekomendacijos. Kai kuriuos tiriamuosius darbus galės atlikti visi klasės mokiniai, kiti skirti darbo pamokose diferencijavimui ir individualizavimui – tinka ypač gabiems mokiniams (pvz.: Heso dėsnis, Lamberto-Bero dėsnis ir pan.), o dar kitus galima išbandyti neformaliojo ugdymo veiklose.

Tikimės, kad kūrybingi mokytojai kartu su savo mokiniais prisitaikys darbų aprašus savo mokykloms: nebijos vienų medžiagų pakeisti kitomis, jei nurodytų apraše neturi, vienus prietaisus kitais (pvz., jei neturi magnetinės maišyklės, sugalvos, kaip pamaišyti tirpalą, ir pan.), jei manys, kad tikslinga naudoti kitų koncentracijų tirpalus, perskaičiuos ir pasiruoš naujus tirpalus ir t. t.

Kviečiame išbandyti pateiktus tiriamuosius darbus. Būsime dėkingi už jūsų pastabas ir pasiūlymus.

Gal jau turite savo sukurtų tiriamųjų darbų Nova5000 laboratorijoms? Kviečiame pasidalyti gerąja patirtimi su kitais Lietuvos mokytojais.

Jolanta Dzikavičiūtė Ugdymo plėtotės centro Ugdymo turinio skyriaus Gamtos, tiksliųjų mokslų ir technologijų poskyrio metodininkė El. paštas: : [email protected]

mailto:[email protected]

4

I. CHEMINĖ KATALIZĖ: H2O2 SKAIDYMAS KATALIZATORIUMI NAUDOJANT MnO2

1 paveikslas

Bendrosios programos: Vidurinis ugdymas. Bendrasis ir išplėstinis kursas. 12 klasė.

4. Cheminių reakcijų greitis ir cheminė pusiausvyra

Nuostata Domėtis technologinėmis problemomis. Esminis gebėjimas Apibūdinti cheminių reakcijų greitį ir katalizatorių svarbą.

Gebėjimai Žinios ir supratimas

4.1. Paaiškinti reakcijos greičio sąvoką.

4.1.1. Paaiškinti reakcijos greičio sąvoką. Pateikti lėtų ir greitų cheminių reakcijų pavyzdžių. 4.1.2. Apibūdinti katalizatorių <...> veikimą, <...>.

Įvadas:

Katalizės metu yra keičiamas reakcijos greitis naudojant medžiagas – katalizatorius. Katalizatorius dalyvauja reakcijoje, sudaro tarpinius junginius su reagentais, bet po reakcijos lieka

chemiškai nepakitęs. Katalizatorius dalyvauja viename reakcijos etape ir regeneruojamos kitame. Katalizatoriai greitina arba lėtina chemines reakcijas. Greitinantys reakcijas katalizatoriai vadinami teigiamaisiais, o lėtinantys – neigiamaisiais arba inhibitoriais. Grynas H2O2 yra patvarus. Jei naudosime tokius katalizatorius kaip MnO2, platiną arba Fe+2 jonus, jis suskils į vandenį ir molekulinį deguonį.

MnO2(k) 2H2O2(aq) 2H2O(s) + O2(d)

5

Šiame eksperimente naudodami slėgio jutiklį stebėsite reakcijos metu išsiskyrusio deguonies kiekį.

Prietaisai ir medžiagos:

Nova5000;

dvi 10 ml stiklinės kolbos;

du guminiai kamščiai, po vieną kiekvienai kolbai;

du ml plastmasiniai švirkštai;

trys 20 dydžio švirkšto adatos;

keturi trumpi lateksiniai vamzdeliai;

3% H2O2 tirpalas;

kristalinis MnO2;

du slėgio jutikliai (150 – 1150 mbar);

du trieigiai vožtuvai.

Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite slėgio jutiklį prie 1 (I/O-1) ir 2 (I/O-2) NOVA5000 įvadų. 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 ir 2 paveiksluose.

Švirkšto adata pradurkite kamštį

taip, kad adatos galiukas matytųsi kamščio apačioje (žr. 2 paveikslą). Kamščio viršuje esančią adatos dalį sujunkite su trieigiu vožtuvu labai trumpu lateksiniu vamzdeliu, bet jo ilgio turi pakakti adatos ir vožtuvo sujungimui. Slėgio jutiklį sujunkite su trieigiu vožtuvu kitu trumpu lateksiniu vamzdeliu. Pasukite vožtuvą kol jis bus atidarytas vertikaliai. Šioje padėtyje oras galės patekti pro vožtuvą. Norėdami uždaryti vožtuvą, pasukite jį horizontaliai. Į vieną kamštį įsmeikite papildomą adatą. Vėliau prie šios adatos prijungsite švirkštą su 3% H2O2 tirpalu.

4. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip aprašyta toliau.

2 paveikslas

Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: slėgis (150 – 1150 mbar); 2 įvadas: slėgis (150 – 1150 mbar). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 500 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Pažymėkite kolbas 1 ir 2.

6

2. Pritraukite į švirkštą 2 ml 3% H2O2 tirpalo. 3. Į 1 kolbą įpilkite 8 ml vandens ir 2 ml 3% H2O2 tirpalo. 4. Į 2 kolbą įpilkite 8 ml vandens ir įberkite keletą MnO2 kristalų. Tirpalą lengvai pamaišykite. 5. Užkimškite butelius kamščiais. 6. Prijunkite prie 2 butelio atsarginės adatos švirkštą su H2O2 tirpalu.

7. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 8. Stebėkite slėgio duomenis monitoriuje. 9. Atsukite abiejų butelių vožtuvus, kol bus pasiektas atmosferos slėgis (0 lygis yra atmosferos

slėgis, apie 1000 mbar). 10. Sušvirkškite H2O2 tirpalą į 2 kolbą ir nedelsdami užsukite abu vožtuvus. 11. Stebėkite slėgio pokyčius monitoriuje.

12. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis.

13. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje.

Duomenų analizė:

Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį slėgio pokyčiams abejose kolbose stebėti. Koks buvo pradinis slėgis? Koks galutinis slėgis? Koks yra slėgių skirtumas? Žymeklis: galima naudoti du žymeklius grafike vienu metu. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite pirmąjį

žymeklį grafiko įrankių juostoje. Pele galima nutempti žymeklį ant kito taško, ant grafiko arba

ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward ar Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba paspauskite

antrąjį žymeklį . Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių.

Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti antrąjį žymeklį spauskite , o norėdami panaikinti

pirmąjį žymeklį spauskite .

1. Apskaičiuokite H2O2 skilimo reakcijos greitį. Sudarykite įvairius grafikus: atimkite grafikus, sudarytus kontrolinėje sistemoje, iš sudarytų eksperimentinėje sistemoje:

a. paspauskite Functions

pagrindinėje įrankių juostoje;

b. išplėskite Functions meniu ir pažymėkite Subtract;

c. G1 meniu pažymėkite Pressure I/O-1. G2 pažymėkite Pressure I/O-2;

7

d. Name teksto lauke parašykite pavadinimą (pvz., Skirtumas); e. paspauskite OK.

2. Taikykite Linear fit įvairiems grafikams: a. naudokite žymeklį norimam intervalui pažymėti;

b. paspauskite Linear fit pagrindinėje įrankių juostoje (pritaikymo galimybes rasite informacinėje juostoje grafiko lange);

c. linijos nuolydis rodo reakcijos greičio kitimą. Šio eksperimento galimo grafiko pavyzdys vaizduojamas 3 paveiksle.

Klausimai: 1. Koks slėgis buvo pasiektas skylant H2O2? 2. Palyginkite slėgio pokyčius abiejuose buteliuose. Ar pastebėjote slėgio pokyčius 1 butelyje?

Ar pastebėjote slėgio pokyčius 2 butelyje? Paaiškinkite skirtumus. 3. Kuris butelis gali būti naudojamas kaip kontrolinis? Paaiškinkite. 4. Kam reikalinga kontrolinė sistema eksperimente? 5. Koks MnO2 poveikis eksperimento eigai? 6. Kaip keistųsi reakcijos greitis, jei naudotume įvairius MnO2 kiekius? 7. Kokia būtų temperatūros įtaka H2O2 skilimo reakcijos greičiui?

Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Įdėkite įvairius MnO2 kiekius į reakcijos mišinį ir stebėkite reakciją kiekvienu atveju. 2. Apskaičiuokite reakcijos greitį kiekvienu atveju. 3. Palyginkite įvairių katalizatorių – HBr, HI, Fe+2 jonų – įtaką reakcijos greičiui. 4. Pakeiskite naudojamo H2O2 koncentraciją. Palyginkite koncentracijos ir katalizatorių įtaką

reakcijos greičiui. 5. Stebėkite temperatūros pokyčius reakcijos metu. Nustatykite H2O2 skilimo reakcijos

temperatūros efektą.

Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems, 2009.

8

II. CHEMINĖ PUSIAUSVYRA: PUSIAUSVYROS KONSTANTOS K NUSTATYMAS

1 paveikslas

Bendrosios programos: Vidurinis ugdymas. Išplėstinis kursas. 12 klasė.


Nuostata Domėtis technologinėmis problemomis ir jų sprendimo galimybėmis. Esminis gebėjimas Apibūdinti <...> pusiausvirosios būsenos susidarymą.


4.2. Apibūdinti cheminių reakcijų grįžtamumą ir cheminę pusiausvyrą.

4.2.1. Paaiškinti grįžtamosios cheminės reakcijos sąvoką ir pateikti pavyzdžių. 4.2.2. Paaiškinti tiesioginės ir atvirkštinės reakcijos greičio kitimą vykstant reakcijai. 4.2.3. Apibūdinti cheminę pusiausvyrą kaip dinaminę būseną, kuriai nusistovėjus tiesioginė ir atvirkštinė reakcijos vyksta vienodu greičiu.

4.3. Spręsti uždavinius taikant pusiausvyros konstantą.

4.3.1. Užrašyti pusiausvyros konstantos formulę duotajai homogeninei reakcijai ir paaiškinti, ką rodo pusiausvyros konstantos skaitinė vertė. 4.3.2. Apskaičiuoti medžiagos pusiausvirąją arba pradinę koncentraciją, kai žinomos ir pradinės, ir pusiausvirosios dalies medžiagų koncentracijos.

Įvadas:

9

Dažniausiai suprantama, kad cheminė reakcija yra įvykusi, kai pradinės medžiagos sureaguoja ir virsta reakcijos produktais. Tačiau yra daugybė reakcijų, kurių rezultatas yra pradinių medžiagų ir reakcijos produktų mišinys. Tokios reakcijos pavyzdys yra geležies (III) jonų (Fe3+) ir tiocianato jonų (SCN-) reakcija, kurios metu susidaro geležies (III) tiocianatas (FeSCN2+):

Fe3+ (aq) + SCN-

(aq) ↔ FeSCN2+(aq)

K = [FeSCN2+]p / [Fe3+]p · [SCN-]p

Kaip matome formulėje K yra reakcijos produktų koncentracijos ir reaguojančių medžiagų koncentracijos santykis. Kuo didesnė K reikšmė, tuo daugiau reakcijos produktų susidaro. Jei K

reikšmė yra lygi 1, tai reakcijos produktų ir reaguojančių medžiagų yra vienodai. Norėdami nustatyti K, pirmiausia turite nustatyti visų reakcijos komponentų koncentracijas. Kadangi FeSCN2+ absorbuoja mėlyną šviesą (ir dėl to tirpalą nudažo raudonai), naudokite mėlyną filtrą kolorimetro jutiklyje ir nustatykite FeSCN2+ koncentraciją keturiuose mėginiuose lygindami su standartiniu žinomos koncentracijos FeSCN2+ tirpalu. Fe3+ koncentracija jos standartiniame tirpale turi būti 100 kartų didesnė nei tiriamajame tirpale. Dėl labai didelės Fe3+ jonų koncentracijos ir mažos KSCN koncentracijos pusiausvyra pasislinks į dešinę, tai yra visi pradiniame tirpale esantys SCN- jonai virs FeSCN2+ jonais. Pagal Lamberto-Bero dėsnį absorbcija tiesiogiai proporcinga procese dalyvaujančių medžiagų koncentracijai. Pagal nustatytą koncentraciją suskaičiuosite kitų komponentų koncentracijas (žr. Duomenų analizę).


Nova5000;

kolorimetro jutiklis;

plastmasinės kiuvetės;

mėgintuvėliai;

termometras;

svarstyklės;

0,002M KSCN;

0,002M Fe(NO3)3 tirpalas, paruoštas su 1M HNO3 tirpalu;

0,2M Fe(NO3)3 tirpalas, paruoštas su1M HNO3 tirpalu (standartinis tirpalas);

pipetės;

stiklinės lazdelės;

3 100 ml stiklinės.

Dėmesio: Fe(NO3)3 tirpalas yra ruošiamas naudojant 1M HNO3. Būkite atsargūs.

Prietaisų jungimo tvarka: 1. Paruoškite keturis mėgintuvėlius, į kuriuos tilptų ne mažiau kaip 10 ml tirpalo. Sužymėkite juos

nuo 1 iki 4. 2. Įpilkite apie 30 ml 0,002M Fe(NO3)3 tirpalo į 100 ml stiklinę ir perpilkite po 5 ml šio tirpalo į

kiekvieną pažymėtą mėgintuvėlį. 3. Įpilkite 25 ml 0,002M KSCN tirpalo į kitą 100 ml stiklinę ir perpilkite į pažymėtus mėgintuvėlius

atitinkamai 2, 3, 4 ir 5 ml tirpalo. 4. Atskieskite kiekvieną tirpalą vandeniu (žr. lentelę). Išmaišykite tirpalus stiklinėmis lazdelėmis.

Jei naudojate vieną lazdelę, kiekvieną kartą maišydami kitą tirpalą ją nuplaukite ir nusausinkite.

Mėgintuvėlio numeris 0,002M Fe(NO3)3 (ml) 0,002M KSCN (ml) H2O (ml)

1 5 2 3

2 5 3 2

3 5 4 1

10

4 5 5 0

5. Įjunkite multilaboratoriją. 6. Prijunkite kolorimetro jutiklį prie 1 NOVA5000 įvado (I/O-1) (1 paveikslas).


8. Pamatuokite ir užrašykite kiekvieno paruošto tirpalo temperatūrą. Taip nustatysite K priklausomybę nuo temperatūros.

9. Paruoškite standartinį FeSCN2+ tirpalą įpildami 9 ml 0,2M Fe(NO3)3 tirpalo į penktą mėgintuvėlį ir pažymėdami jį 5 numeriu. Į tą patį mėgintuvėlį įpilkite 1 ml 0,002M KSCN tirpalo ir išmaišykite.

Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: kolorimetras. Dažnis: rankinis. Matavimai: 10 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Įdėkite mėlyną filtrą į kolorimetrą. 2. Nustatykite kolorimetrą (žiūrėkite kolorimetro jutiklio lange).

3. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje duomenų registravimui. 4. Matuokite mėginius ir pasižymėkite taškus. Duomenis užrašykite ranka. Paspauskite Run

kiekvieną kartą, kai norėsite užrašyti duomenis. Nepamirškite, kad matuojate pralaidumą (%T).

5. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje.

6. Išsaugokite duomenis paspausdami Save viršutinėje įrankių juostoje. 7. Apskaičiuokite absorbciją kaip aprašyta bandyme Lamberto-Bero dėsnis.

Duomenų analizė: 1. Paruoškite lentelę surašyti visų keturių eksperimentų duomenis.

11

2. Suskaičiuokite pradines Fe+3 ir SCN- koncentracijas, naudodamiesi sudėtimi ir vandens kiekiu. Antrajam žingsniui naudokite Equipment Setup Procedure kiekvienm 1–4 eksperimente naudotam komponentui. Nepamirškite, kad jūs turite žinoti pradinę koncentraciją, apskaičiuotą naudojant formulę:

[Fe3+]pradinė = (V Fe(NO3)3 / Vbendras) · 0,002M

[Fe3+]pradinė yra bendra visiems bandiniams, nes jūs įpylėte tą patį kiekį 0,002M Fe(NO3)3 tirpalo.

[SCN-]pradinė = (VKSCN / Vbendras) · 0,002M

3. Apskaičiuokite [FeSCN2+]p, naudodamiesi formule ([FeSCN2+]st yra 0,002M):

[FeSCN2+]p = (Ap / Ast) · [FeSCN2+]st,

kur A – absorbcija, p – pusiausvyrinė, st – standartinė. 4. Apskaičiuokite pusiausvyrines Fe3+ ir SCN- koncentracijas ([Fe3+]p ir [SCN-]p).

[Fe3+]p = [Fe3+]pradinė - [FeSCN2+]p

[SCN-]p = [SCN-]pradinė - [FeSCN2+]p

5. Apskaičiuokite K, naudodami formulę:

Kc = [FeSCN2+]p / [Fe3+]p · [SCN-]p

6. Apskaičiuokite K vidutinę reikšmę. Ar ji yra pastovus dydis?

Grafiko (adsorbcija/mėgintuvėlis) pavyzdys 2 paveiksle.

Klausimai: 1. Ką parodo K? 2. Kaip keisis K reikšmė, jei į tiriamuosius tirpalus papildomai įdėtume vieno iš jonų (Fe3+ ar SCN-

) tirpalo? 3. Kodėl Fe(NO3)3 tirpalą ruošėte 1M HNO3 tirpale, o ne vandenyje? 4. Šiame eksperimente jums yra duota standartinio tirpalo [FeSCN2+] koncentracija. Jūs taip pat

turite suskaičiuoti ją pagal išmatuotą standartinio tirpalo (5 mėgintuvėlis) absorbciją. Kokios papildomos informacijos jums reikia, norint ją apskaičiuoti?


12

III. DEGIMO ŠILUMA

1 paveikslas

Bendrosios programos: Vidurinis ugdymas. Bendrasis ir išplėstinis1 kursas. 12 klasė.

3. Cheminės reakcijos ir energija

Nuostata Suvokti cheminių reakcijų energetinę svarbą <...> Esminis gebėjimas Klasifikuoti ir apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą, *skaičiuoti pagal pateiktas termochemines reakcijos lygtis.


3.1. Apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą. *Spręsti uždavinius, remiantis termocheminėmis lygtimis.

3.1.1. Paaiškinti, kad medžiagoms reaguojant gali išsiskirti arba būti sunaudojama šiluma. *3.1.5. Paaiškinti, ką rodo termocheminė lygtis, ir pritaikyti ją išsiskyrusios arba sunaudotos šilumos kiekiui apskaičiuoti ir medžiagos kiekiui apskaičiuoti, jei žinomas šilumos kiekis. 3.1.6. Pateikti endoterminių ir egzoterminių procesų ir jų taikymo pavyzdžių (degimo reakcija, šaldomieji mišiniai ir kt.).

Įvadas: Šiame eksperimente naudosime Heso dėsnį: reakcijos šiluma priklauso tik nuo reaguojančių

medžiagų ir reakcijos produktų rūšies, būsenos, bet nepriklauso nuo reakcijos produktų susidarymo būdo. Pagal šį dėsnį galima apskaičiuoti šiluminius efektus tų reakcijų, kurias sunku atlikti praktiškai,

1 *nuo žvaigždutės tik išplėstiniu kursu besimokantiems mokiniams.

13

kurios nevyksta iki galo arba kai nėra jas apibūdinančių eksperimentinių duomenų. Heso dėsnis leidžia nagrinėjant reakcijų šiluminius efektus nagrinėti reakcijas kaip algebrines lygtis. Tarkime, kad cheminę reakciją išskaidėme į kelias reakcijas. Tarpinių reakcijų šiluminių efektų suma bus lygi suminės reakcijos šiluminiam efektui. Tyrinėsime magnio juostelės degimo reakcijos šilumą:

Mg(k) + 1

2 O2(d) → MgO(k)

Šią lygtį gausime iš lygčių (2 lygtis + 3 lygtis – 1 lygtis): 1. MgO(k) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2O(s)

2. Mg(k) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(d)

3. H2(d) + 1

2 O2(d) → H2O(s)


Nova5000;

temperatūros jutiklis ( nuo –25°C iki 110°C );

250 ml stiklinė;

polistireno stiklinė (kavos puodelis);

Mg(k) – 0,5 g magnio juostelė;

1 g MgO;

500 ml 1M HCl;

apsauginiai akiniai.

Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000 įvado. 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle.


Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra ( nuo –25°C iki 110°C ). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 500 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Užsidėkite apsauginius akinius. 2. Pagaminkite polistireno dangtelį polistireno stiklinei. Dangtelis turi būti plokščias, lygus ir

didesnis už stiklinės perimetrą. Dangtelyje išgręžkite skylę temperatūros jutikliui. 3. Į polistireno stiklinę įpilkite 100 ml 1M HCl. 4. Padėkite stiklinę ant magnetinės maišyklės. 5. Uždenkite dangteliu, bet palikite plyšelį MgO įberti.

6. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. Palaukite, kol jutiklio parodymai nusistovės. I Reakcija

7. Pradėkite maišyti HCl stiklinėje. Įberkite 1 g MgO ir nedelsdami uždenkite stiklinę. 8. Stebėkite temperatūros pokyčius, registruojamus monitoriuje, kol jie nustos keistis.

14


10. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje. II Reakcija

11. Pakartokite reakciją (7–10 anksčiau aprašyti eksperimento žingsniai) vietoj magnio oksido miltelių naudodami 0,5 g magnio juostelę.

Duomenų analizė:

1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį kiekvienos reakcijos temperatūros pokyčiams Δt stebėti.

Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite pirmąjį



antrąjį žymeklį . Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių. Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti

antrąjį žymeklį, spauskite , o norėdami

panaikinti pirmąjį žymeklį, spauskite 2. Apskaičiuokite kiekvienos reakcijos

šilumą Q (c = 4,18 J/g · °C)

Q = c · m · Δt,

kur m = 100 g HCl tirpalo. 3. Paverskite džaulius į kJ galutiniame

atsakyme. 4. Apskaičiuokite ΔH (ΔH = –Q ). 5. Apskaičiuokite sunaudotų MgO ir Mg

kiekius moliais. 6. Apskaičiuokite MgO ir Mg ΔH / mol.

Galimas šio eksperimento grafikas 2 paveiksle.

Klausimai: 8. Apskaičiuokite Mg ΔH/mol reakcijoje:

Mg(k) + 1

2 O2(d) → MgO(k)

(reakcijos H2(d) + 1

2 O2(d) → H2O(s) ΔH = –285,8 kJ)

9. Apskaičiuokite 1 klausime gauto dydžio procentinę paklaidą. Tinkamas atsakymas turėtų būti 602 kJ.

Kiti eksperimentų pasiūlymai: Nustatykite šilumą reakcijos, kurios galutinis rezultatas

15

CuSO4(k) + 5H2O → CuSO4 · 5H2O


16

IV. EGZOTERMINĖS REAKCIJOS – NaOH TIRPIMAS VANDENYJE

1 paveikslas

Bendrosios programos:

1. Pagrindinis ugdymas. 8 klasė.

Mokinių pasiekimai Ugdymo gairės Nuostatos Gebėjimai Žinios ir supratimas

6. Medžiagų kitimai

Suvokti žmogaus veiklos ir gamtoje vykstančių procesų tarpusavio ryšius

6.2. Grupuoti chemines re-akcijas pagal energijos pokyčius reakcijų metu.

6.2.1. Pateikiant pavyzdžių, savais žodžiais apibūdinti eg-zotermines ir endotermines reakcijas ir pateikti jų pritaikymo pavyzdžių.

Nagrinėdami chemines reakcijas (atlikdami praktinius darbus, taikydami modeliavimo būdus, mokomąsias kompiuterių programas ar kitas pasirinktas priemones), mokiniai aiškinasi endoterminių ir eg-zoterminių reakcijų skirtumus (sugeriama ar išskiriama šiluma).

2. Vidurinis ugdymas. Bendrasis ir išplėstinis2 kursai. 12 klasė.


Nuostata Suvokti cheminių reakcijų energetinę svarbą <...>. Esminis gebėjimas Klasifikuoti ir apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą.


2 Nuo * tik išplėstiniu kursu besimokantiems mokiniams.

17

3.1. Apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą.

3.1.1. Paaiškinti, kad medžiagoms reaguojant gali išsiskirti arba būti sunaudojama šiluma. *3.1.4. Paaiškinti, kad medžiagoms reaguojant energija nei sukuriama, nei sunaikinama. 3.1.6. Pateikti endoterminių ir egzoterminių procesų ir jų taikymo pavyzdžių (pavyzdžiui, degimo reakcija, šaldomieji mišiniai).

Įvadas:

Beveik visų cheminių reakcijų metu išsiskiria arba sunaudojama šiluma. Reakcijos yra skirstomos į egzotermines ir endotermines. Egzoterminės reakcijos yra tokios, kurių metu šiluma išskiriama. Taip būna kai reagentų vidinės ir kinetinės energijos suma yra didesnė už produktų vidinę energiją, todėl gaunamas energijos perteklius. Vykstant egzoterminei reakcijai indas sušils. Vėliau šiluma pateks į aplinką ir reakcijos mišinys vės kol nusistovės temperatūros pusiausvyra. Kalorimetras – tai prietaisas, naudojamas reakcijų metu išsiskyrusios arba sunaudotos šilumos kiekiui matuoti. Reakcijos šilumą galima apskaičiuoti naudojant formulę:

Q = c · Δt,

kur Q – išskirtos arba sunaudotos šilumos kiekis, c – savitoji šiluma, Δt – temperatūros pokytis. Šiame eksperimente stebėsite temperatūros pokyčius, kurie vyksta tirpinant natrio

hidroksidą vandenyje. Polistireno stiklinė bus kalorimetru.


Nova5000;

pH elektrodas;

temperatūros jutiklis (nuo –25°C iki 110°C);

polistireno stiklinė ( kavos puodelis);

10 g NaOH;

magnetinė maišyklė.

Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite pH elektrodą prie 1 NOVA5000 įvado (I/O-1). 3. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 2 NOVA5000 įvado (I/O-2). 4. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle.


Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: pH; 2 įvadas: temperatūra (nuo –25°C iki 110°C). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 5000 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Pagaminkite polistireno dangtelį polistireno stiklinei. Dangtelis turi būti plokščias, lygus ir

didesnis už stiklinės perimetrą. Dangtelyje išgręžkite dvi skyles: vieną – pH elektrodui, kitą – temperatūros jutikliui.

2. Į stiklinę įpilkite 100 ml vandentiekio vandens.

18

3. Pastatykite stiklinę ant magnetinės maišyklės. 4. Uždenkite dangtelį, bet palikite siaurą plyšelį NaOH įberti.

5. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 6. Palaukite, kol jutiklių duomenys nusistovės. 7. Pradėkite maišyti vandenį stiklinėje. 8. Įberkite 2 g kristalinio NaOH į stiklinę ir nedelsdami uždenkite stiklinę kiek galima sandariau. 9. Stebėkite pH ir temperatūros pokyčius monitoriuje, kol jie nustos kisti.

10. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis. 11. Pakartokite tirpinimo reakciją skaidrioje stiklinėje (ši eksperimento dalis gali vykti iš karto,

naudojant du pH elektrodus ir du temperatūros jutiklius). 12. Į stiklinę įpilkite 100 ml vandens ir įdėkite pH elektrodą ir temperatūros jutiklį. 13. Pradėkite maišyti vandenį stiklinėje.

14. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 15. Įberkite 2 g kristalinio NaOH į stiklinę. 16. Stebėkite NaOH tirpimą vandenyje, kol jis visiškai ištirps.



Duomenų analizė:

1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį pH pokyčiams tirpimo procese parodyti. Koks buvo pradinis tirpalo pH? Koks pH reakcijos pabaigoje? Koks pH skirtumas?


žymeklį grafiko įrankių juostoje. Pele galima nutempti žymeklį ant kito taško, ant grafiko arba ant kito grafiko. Kad geriau

žymeklis judėtų, naudokite Forward ar

Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba

paspauskite antrąjį žymeklį . Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių. Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti

antrąjį žymeklį spauskite , o norėdami

panaikinti pirmąjį žymeklį spauskite . 2. Naudodami grafiko žymeklį nustatykite:

a. laiką, reikalingą galutinei pH reikšmei pasiekti;

19

b. temperatūros pokytį proceso metu ir laiką, reikalingą galutinei temperatūrai pasiekti; c. laiko, reikalingo NaOH ištirpimui vandenyje, intervalą.

3. Apskaičiuokite reakcijos šilumą Q = c · Δt,

kur c – savitoji šiluma, Δt – temperatūros pokytis. Pastaba: vandens savitoji šiluma 25°C yra 4,18 J/g · °C.

Galimas šio eksperimento grafikas vaizduojamas 2 paveiksle.

Klausimai: 1. Ar pastebėjote greitą pH pokytį? Palyginkite laiko trukmę, reikalingą pH pokyčiui, su laiko

trukme, reikalinga temperatūros pokyčiui. 2. Paaiškinkite, kodėl skiriasi laikas, reikalingas pH ir temperatūros pokyčiams? 3. Ar NaOH tirpimas vandenyje yra egzoterminis procesas? Ar tai energinga reakcija? Savo

išvadas pagrįskite atlikto eksperimento rezultatais. 4. Numatykite, kokie bus rezultatai, jei naudosime įvairius NaOH kiekius. Kaip keisis pH? Kaip

keisis temperatūra?

Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Ištirpinkite įvairius NaOH kiekius vandenyje. Stebėkite pH ir temperatūros pokyčius kiekvienu

atveju. Apskaičiuokite reakcijos metu išsiskyrusią šilumą kiekvienu atveju. 2. Ištirkite vandens kiekio ir (ar) aplinkos temperatūros įtaką NaOH tirpimui. 3. Ištirkite vandens pH įtaką NaOH tirpimui. Stebėkite reakcijos metu išsiskyrusią šilumą

buferiniuose tirpaluose. Ištirpinkite vandenyje KOH ar NH4OH ir gautus rezultatus palyginkite su ankstesnio eksperimento rezultatais.

4. Atlikite papildomas egzotermines reakcijas. Ištirpinkite CuSO4 vandenyje. Tirpstant vario sulfatui, vandenyje susidaro mėlyni hidratuoti vario jonai.


20

V. ENDOTERMINĖ REAKCIJA – AMONIO NITRATO TIRPIMAS VANDENYJE

1 paveikslas











Nuostata Suvokti cheminių reakcijų energetinę svarbą <...>.


21

Esminis gebėjimas Klasifikuoti ir apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą.




Įvadas:

Cheminė reakcija, kuriai vykstant sugeriama energija, vadinama endotermine. Taip būna kai reagentų vidinės ir kinetinės energijos suma yra mažesnė už produktų vidinę energiją, taigi gaunamas energijos trūkumas. Indas, kuriame vyksta cheminė reakcija, atšąla. Vėliau aplinkos oras indą sušildo ir nusistovi pusiausvyra. Šio eksperimento metu stebėsite temperatūros pokyčius amonio nitratui tirpstant vandenyje. Reakcijos šilumą galima apskaičiuoti naudojant formulę:

Q = c · Δt,

kur Q – išskirtos arba sunaudotos šilumos kiekis, c – savitoji šiluma, Δt – temperatūros pokytis. Šiame eksperimente stebėkite temperatūros pokyčius, kurie vyksta tirpinant natrio

hidroksidą vandenyje. Polistireno stiklinė bus kalorimetru.


Nova5000;


5 g NH4NO3;



Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 NOVA5000 įvado (I/O-1). 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle.


Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo –25°C iki 110°C). Dažnis: Kas 1 sekundė. Matavimai: 500 matavimų.


didesnis už stiklinės perimetrą. Dangtelyje išgręžkite skylę temperatūros jutikliui. 2. Į stiklinę įpilkite 50 ml vandentiekio vandens. 3. Pastatykite stiklinę ant magnetinės maišyklės. 4. Uždenkite dangtelį, bet palikite siaurą plyšelį NH4NO3 įberti.

22

5. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 6. Palaukite, kol sensorių duomenys nusistovės. 7. Pradėkite maišyti vandenį stiklinėje. 8. Įberkite 5 g kristalinio NH4NO3 į stiklinę ir nedelsiant uždenkite stiklinę kiek galima sandariau. 9. Stebėkite temperatūros pokyčius monitoriuje, kol jie nustos kisti.



Duomenų analizė:

1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį temperatūros pokyčiams tirpimo procese ir laikui, reikalingam galutinei temperatūrai pasiekti, stebėti. Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y

ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba

pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite

pirmąjį žymeklį grafiko įrankių juostoje. Galima nutempti žymeklį pele ant kito taško, ant grafiko

arba ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward ar Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite

informacinėje juostoje grafiko lango apačioje.

Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje

arba paspauskite antrąjį žymeklį . Informacinėje juostoje matysite

skirtumą tarp dviejų reikšmių. Žymeklių panaikinimas: norėdami

panaikinti antrąjį žymeklį spauskite , o norėdami panaikinti pirmąjį žymeklį

spauskite . 2. Apskaičiuokite reakcijos šilumą. Pastaba: vandens savitoji šiluma 25°C yra 4,18 J/g · °C.

Šio eksperimento grafiko pavyzdys 2 paveiksle.

Klausimai: 1. Kokio tipo yra amonio nitrato tirpimo vandenyje reakcija? Savo išvadas pagrįskite

eksperimento rezultatais. 2. Bandykite numatyti eksperimento, jei tirpinsite įvairius NH4NO3 kiekius vandenyje,

rezultatus. Kokie bus temperatūros pokyčiai? 3. Kaip keisis rezultatai, jei vandenį, kuriame tirpinsite NH4NO3, šildysite? Kaip keisis rezultatai,

jei vandenį, kuriame tirpinsite NH4NO3, šaldysite?

Kiti eksperimentų pasiūlymai:

23

1. Ištirpinkite įvairius NH4NO3 kiekius vandenyje. Stebėkite temperatūros pokyčius kiekvienu atveju. Apskaičiuokite reakcijos metu išsiskyrusią šilumą kiekvienu atveju.

2. Ištirkite vandens kiekio ir (ar) aplinkos temperatūros įtaką NH4NO3 tirpimui.


24

VI. ENDOTERMINĖS REAKCIJOS – KRISTALINIO BARIO HIDROKSIDO IR AMONIO IZOTIOCIANATO REAKCIJA

1 paveikslas













25





Įvadas: Cheminė reakcija, kuriai vykstant sugeriama energija, vadinama endotermine. Taip būna kai reagentų vidinės ir kinetinės energijos suma yra mažesnė už produktų vidinę energiją, taigi gaunamas energijos trūkumas. Indas, kuriame vyksta cheminė reakcija, atšąla. Jei indą, kuris yra labai šaltas, padėsime ant drėgnos lentelės, jis prišals. Sumaišius dvi kristalines medžiagas Ba(OH)2 · 8H2O ir NH4SCN inde vyksta reakcija:

Ba(OH)2 · 8H2O + 2NH4SCN → Ba(SCN)2 + 2NH3 + 10H2O

Reakcijos metu susidariusį dujinį amoniaką NH3 lengvai galima nustatyti pagal kvapą. Šio eksperimento metu stebėsite temperatūros pokytį, gautą sumaišius kristalinį bario hidroksidą ir amonio izotiocianatą, ir bandysite prišaldyti indą prie lentelės.

Reakcijos šilumą apskaičiuosite naudodami formulę:

Q = c · Δt,

kur Q – išskirtos arba sunaudotos šilumos kiekis, c – savitoji šiluma, Δt – temperatūros pokytis.


Nova5000;


2 g Ba(OH)2 · 8H2O;

4 g NH4SCN;

medinė arba plastmasinė lentelė (5 cm x 5 cm);

10 ml stiklinė kolba;

10 cm stiklinė lazdelė.



Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo -25°C iki 110°C). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 200 matavimų.

Eksperimento eiga:

26

1. Pilkite po truputį vandens ant lentelės, kol ji bus padengta plonu vandens sluoksniu. 2. Pasverkite 2 g Ba(OH)2 · 8H2O 10 ml stiklinėje kolboje. 3. Įdėkite temperatūros jutiklį į bario hidroksido kristalus kolboje. 4. Pasverkite 4 g amonio izotiocianto.

5. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 6. Palaukite, kol temperatūros jutiklio duomenys nusistovės. 7. Įberkite pasvertą NH4SCN ant kolboje esančio Ba(OH)2 · 8H2O. 8. Padėkite kolbą ant šlapios lentelės taip, kaip parodyta piešinyje. 9. Medžiagas sumaišykite stikline lazdele. 10. Stebėkite temperatūros pokyčius monitoriuje, kol jie nustos kisti.

11. Kai temperatūra nusistovės, paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis.

12. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje. 13. Pamėginkite nuimti kolbą nuo lentelės.

Duomenų analizė:

1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį temperatūros pokyčiams tirpimo procese ir laikui, reikalingam galutinei temperatūrai pasiekti, stebėti.


žymeklį grafiko įrankių juostoje. Galima nutempti žymeklį pele ant kito taško, ant grafiko arba

ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward ar Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba



panaikinti pirmąjį žymeklį spauskite . 2. Apskaičiuokite reakcijos šilumą. Pastaba: vandens savitoji šiluma 25°C yra 4,18 J/g · °C. 3. Apibendrinkite pokyčius

eksperimentuojant su drėgna lentele. Šio eksperimento grafiko pavyzdys 2 paveiksle.

Klausimai: 1. Kokius temperatūros pokyčius kolboje pastebėjote? Paaiškinkite rezultatus. 2. Kokio tipo reakcija vyko stiklinėje? 3. Paaiškinkite eksperimento su lentele rezultatus.

27

Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Pakeiskite santykinius Ba(OH)2 · 8H2O ir NH4SCN kiekius ir stebėkite temperatūros pokyčius

kiekvienu atveju. 2. Atlikite kitą endoterminę reakciją: ištirpinkite 25 g KNO3 50 ml vandens. 3. Stebėkite išsiskyrusio amoniako kiekį, naudodami slėgio jutiklį.


28

VII. ENDOTERMINĖ REAKCIJA – CITRINOS RŪGŠTIES TIRPALO IR GERIAMOSIOS SODOS REAKCIJA

1 paveikslas













29





Įvadas:

Cheminė reakcija, kuriai vykstant sugeriama energija, vadinama endotermine. Taip būna kai reagentų vidinės ir kinetinės energijos suma yra mažesnė už produktų vidinę energiją, taigi gaunamas energijos trūkumas. Indas, kuriame vyksta cheminė reakcija, atšąla. Vėliau aplinkos oras indą sušildo ir nusistovi pusiausvyra.

Šiame eksperimente stebėkite temperatūros pokyčius reakcijoje tarp citrinos rūgšties tirpalo ir geriamosios sodos.

H3C6H5O7(aq) + 3NaHCO3(k) → Na3C6H5O7(aq) + 3CO2(d) + 3H2O(s)

Reakcijos šilumą galima apskaičiuoti naudojant formulę:

Q = c · Δt,



Nova5000;

apsauginiai akiniai;


25 ml citrinos rūgšties H3C6H5O7 tirpalo;

15 g geriamosios sodos NaHCO3;





Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo –25°C iki 110°C). Dažnis: Kas 1 sekundė. Matavimai: 500 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Užsidėkite apsauginius akinius.

30

2. Pagaminkite polistireno dangtelį polistireno stiklinei. Dangtelis turi būti plokščias, lygus ir didesnis už stiklinės perimetrą. Dangtelyje išgręžkite skylę temperatūros jutikliui.

3. Į stiklinę įpilkite 25 ml citrinos rūgšties tirpalo. 4. Pastatykite stiklinę ant magnetinės maišyklės. 5. Uždenkite dangtelį, bet palikite siaurą plyšelį geriamajai sodai NaHCO3 įberti.

6. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. Palaukite, kol jutiklių duomenys nusistovės.

7. Pradėkite maišyti tirpalą stiklinėje. 8. Po 20 s įberkite geriamąją sodą NaHCO3 į stiklinę ir nedelsdami uždenkite stiklinę kiek galima

sandariau. 9. Stebėkite temperatūros pokyčius monitoriuje, kol jie nustos kisti.



Duomenų analizė:

1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį temperatūros pokyčiams reakcijos metu ir laikui, reikalingam galutinei temperatūrai pasiekti, stebėti.


žymeklį grafiko įrankių juostoje. Galima nutempti žymeklį pele ant kito taško, ant grafiko arba ant kito grafiko. Kad geriau

žymeklis judėtų, naudokite Forward ar

Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba



panaikinti pirmąjį žymeklį spauskite . 2. Apskaičiuokite reakcijos šilumą.


Klausimai: 1. Kokio tipo yra citrinos rūgšties ir geriamosios sodos reakcija? Savo išvadas pagrįskite

eksperimento rezultatais. 2. Bandykite numatyti eksperimento, jei reakcijoje sąveikaus įvairūs citrinos rūgšties ir

geriamosios sodos kiekiai, rezultatus. Kokie bus temperatūros pokyčiai?

31

Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Pakeiskite santykinius citrinos rūgšties ir geriamosios sodos kiekius. Stebėkite temperatūros

pokyčius kiekvienu atveju. Apskaičiuokite reakcijos šilumą kiekvienu atveju. 2. Stebėkite išsiskyrusio CO2 kiekį reakcijos metu, naudodami CO2 jutiklį.


32

VIII. ENERGIJOS KIEKIS MAISTO PRODUKTUOSE

1 paveikslas

Bendrosios programos: Pagrindinis ugdymas. 10 klasė.


7. Svarbiausių medžiagų pažinimas ir naudojimas

Taikyti įgytas žinias ir gebėjimus, pasirenkant įvairias medžiagas, taupiai jas naudoti, užtikrinant saugią ir švarią aplinką kitiems.

7.3. <…> Apibūdinti svarbiausių organinių junginių pritaikymą ir reikšmę. <…>

7.3.4. Savais žodžiais apibūdinti pagrindinių maisto medžiagų – angliavandenių, riebalų ir baltymų – reikšmę organizmams, pateikti įvairių maisto priedų pavyzdžių.

Atlikdami bandymus, ieškodami informacijos įvairiuose šaltiniuose mokiniai aiškinasi įvairių cheminių medžiagų savybes, naudojimą.

Vidurinis ugdymas. 11 klasė.

8. Gyvybės chemija

Nuostata Atsakingai elgtis su gyvąja ir negyvąja gamta, saugoti ją ir racionaliai naudoti jos išteklius. Esminis gebėjimas Paaiškinti biologiškai svarbių organinių medžiagų sandarą ir savybes.


8.1. Paaiškinti riebalų sandarą ir biologinę svarbą. 8.1.4. Paaiškinti riebalų energetinę reikšmę organizmui.

33

8.2. Paaiškinti aminų ir aminorūgščių, baltymų sandarą ir savybes.

8.2.8. Apibūdinti baltymų hidrolizę ir apykaitą organizme.

8.3. Paaiškinti angliavandenių – gliukozės, fruktozės, sacharozės, krakmolo ir celiuliozės – susidarymą ir biologinę reikšmę.

8.3.7. Apibūdinti krakmolo hidrolizės reakciją ir jos reikšmę organizmui.

Įvadas:

Maisto medžiagos – su maistu gaunamos natūralios ir sintetinės cheminės medžiagos, aprūpinančios organizmo ląsteles energija. Jos taip pat yra ir žaliava gyvybiniams organizmo procesams bei audiniams augti, atsistatyti ir veikti. Organizmas maistą paverčia energijos atsarga, kuria galima bet kada pasinaudoti. Pagrindiniai energijos šaltiniai – angliavandeniai ir riebalai, todėl bet kokios maisto rūšies energetinė vertė priklauso nuo šių dviejų maistingųjų medžiagų. Žmogaus veiklai reikalinga energija, kuri gaunama deginant maistą. Šio eksperimento metu nustatysite energiją, išskiriamą deginant tris maisto produktus (kukurūzų spragėsius, zefyrus ir žemės riešutus). Išsiskyrusi šiluma žinant vandens kiekį gali būti apskaičiuojama pagal formulę

Q = c · ΔT,

kur c – vandens savitoji šiluma, ΔT – vandens temperatūros pokytis, Q – sunaudotos/išskirtos šilumos kiekis.

Jūs nustatysite energijos kiekį pagal išsiskyrusios šilumos kiekį, gaunamą degant maistui, kai

Emaisto = Q/mmaisto,

kur Emaisto – energija, esanti maiste, mmaisto – sudeginto maisto masė.


Nova5000;


stovas su žiedu;

dangtelis arba maža metalinė skardinė (≤ 50 ml) maistui;

100–200 ml skardinė vandeniui;

trijų rūšių maisto produktai;

svarstyklės;

dvi maišymo lazdelės;

magnetinė maišyklė;

cilindras;

šaltas vanduo;

degtukai.

Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 NOVA5000 įvado (I/O-1). 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 piešinyje.


Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo –25°C iki 110°C). Dažnis:

34

kas 1 sekundė. Matavimai: 200 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Pasverkite tuščius maisto ir vandens indus. 2. Pasverkite vieną maisto produktą, kurį naudosite eksperimento metu. 3. Į stiklinę įpilkite 50 ml vandens ir pasverkite. 4. Įdėkite maistą į skardinę. Nepamirškite, kad maistas bus deginamas, ir tai bus paprasčiau

padaryti maistą susmulkinus (ypač riešutus). 5. Padėkite skardinę su maistu po skardine su vandeniu. 6. Įdėkite temperatūros jutiklį į vandenį. Jis neturi liestis prie skardinės krašto. 7. Pradėkite maišyti vandenį.

8. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje duomenų registravimui. 9. Palaukite apie 1 minutę, kol uždegsite maistą degtuku. 10. Baikite maišyti vandenį, kai temperatūra nustos kilti.


12. Išsaugokite duomenis paspausdami Save viršutinėje įrankių juostoje. 13. Pakartokite 1–12 žingsnius kitiems dviem maisto produktams.

Galimi grafikų pavyzdžiai 2, 3 ir 4 paveiksluose.

Duomenų analizė:

1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį vandens temperatūros pokyčiams (ΔT) kiekvieno maisto produkto degimo metu nustatyti. Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite pirmąjį




35


pirmąjį žymeklį spauskite . 2. Apskaičiuokite vandens absorbuotą šilumą (Q) pagal pirmąją formulę. 3. Nustatykite likusio maisto produkto masę ir apskaičiuokite skirtumą, kuris ir bus sudeginto

maisto masė mmaisto. Pastaba: vandens savitoji šiluma 25°C yra 4,18 J/g · °C.

Klausimai: 1. Kuris maisto produktas degdamas išskyrė daugiausiai energijos (kJ/g)? 2. Maisto energija dažniausiai matuojama kalorijomis (4,18 kJ). Kiek kalorijų turi 50 g žemės

riešutų? 3. Žemės riešutai turi daugiausia riebalų. Zefyrai ir kukurūzų spragėsiai turi daugiau

angliavandenių. Kokias išvadas galite padaryti, remdamiesi eksperimento rezultatais, apie riebalų ir angliavandenių energijos kiekius?


36

IX. HESO DĖSNIS: REAKCIJŲ ŠILUMOS SUMINIS EFEKTAS

1 paveikslas

Bendrosios programos: 1. Vidurinis ugdymas. Išplėstinis kursas.


Nuostata Suvokti cheminių reakcijų energetinę svarbą <...>. Esminis gebėjimas Klasifikuoti ir apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą, skaičiuoti pagal pateiktas termochemines reakcijos lygtis.


3.1. Apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą. Spręsti uždavinius, remiantis termocheminėmis lygtimis.

3.1.3. Paaiškinti, kad reakcijos šiluminis efektas priklauso nuo cheminiams ryšiams nutrūkstant sunaudojamos ir cheminiams ryšiams susidarant išsiskiriančios energijos skirtumo. 3.1.4. Paaiškinti, kad medžiagoms reaguojant energija nei sukuriama, nei sunaikinama. 3.1.5. Paaiškinti, ką rodo termocheminė lygtis, ir pritaikyti ją išsiskyrusios arba sunaudotos šilumos kiekiui apskaičiuoti <...>

Įvadas:

Heso dėsnis: reakcijos šiluma priklauso tik nuo reaguojančių medžiagų ir reakcijos produktų rūšies, būsenos, bet nepriklauso nuo reakcijos produktų susidarymo būdo. Kelių nuosekliai vykstančių cheminių reakcijų suminis energetinis efektas lygus bet kurių kitų reakcijų suminiam

37

energetiniam efektui, jei pradinės medžiagos ir galutiniai produktai vienodi. Energetinis efektas nepriklauso nuo to, kokiu būdu procesas vyksta, jis priklauso tik nuo pradinės ir galinės sistemos būsenos. Tarkime, kad cheminę reakciją išskaidėme į kelias reakcijas. Tarpinių reakcijų šiluminių efektų suma lygi suminės reakcijos šiluminiam efektui.

Šiame eksperimente vyks šios reakcijos: 1. Kietas natrio hidroksidas bus tirpinamas vandenyje ir skils į jonus:

NaOH(k) → Na+(aq) + OH-

(aq)

2. Kietas natrio hidroksidas reaguos su vandeniniu druskos rūgšties tirpalu, sudarydamas vandenį ir vandeninį natrio chloridą:

NaOH(k) + H+(aq) + Cl-(aq) → H2O(s) + Na+

(aq) + Cl-(aq)

3. Vandeniniai natrio hidroksido ir druskos rūgšties tirpalai jungsis sudarydami vandenį ir vandeninį natrio chlorido tirpalą:

Na+(aq) + OH-

(aq) + H+(aq) + Cl-(aq) → H2O(s) + Na+

(aq) + Cl-(aq)


Nova5000;


250 ml stiklinė;

polistireno stiklinė (kavos puodelis);


50 ml 1M NaOH;

50 ml 1M HCl;

100 ml 0,5M HCl;

100 ml vandens;

4 g kieto NaOH;


Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000 įvado. 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle.

4. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip parašyta toliau.

Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo –25°C iki 110°C) Dažnis: Kas 1 sekundė Matavimai: 500 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Užsidėkite apsauginius akinius. 2. Pagaminkite polistireno dangtelį polistireno stiklinei. Dangtelis turi būti plokščias, lygus ir

didesnis už stiklinės perimetrą. Dangtelyje išgręžkite skylę temperatūros jutikliui. 3. Į polistireno stiklinę įpilkite 100 ml vandentiekio vandens. 4. Padėkite stiklinę ant magnetinės maišyklės. 5. Uždenkite dangteliu, bet palikite plyšelį NaOH įberti.

38

6. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 7. Palaukite, kol jutiklio parodymai nusistovės. 8. Pradėkite maišyti vandenį stiklinėje.

1 Reakcija 9. Įberkite 2 g kristalinio NaOH ir nedelsdami uždenkite stiklinę. 10. Stebėkite temperatūros pokyčius, registruojamus monitoriuje, kol jie nustos keistis.


12. Išsaugokite duomenis paspaudę Save viršutinėje įrankių juostoje. 2 Reakcija

13. Pakartokite tirpinimo reakciją (3–12 anksčiau aprašyti eksperimento žingsniai) vietoj vandens naudodami 100 ml 0,5M HCl tirpalą.

Įspėjimas: HCl ir NaOH(k) naudokite ypatingai atsargiai.

3 Reakcija 14. Pakartokite eksperimento 3–12 žingsnius pradžioje įpildami 50 ml 1M HCl, o 9 žingsnyje

vietoj kristalinio NaOH įpilkite 50 ml 1M NaOH tirpalo.

Duomenų analizė:

1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį kiekvienos reakcijos temperatūros pokyčiams Δt stebėti.





39


pirmąjį žymeklį spauskite . 2. Nustatykite 100 ml tirpalo

masę kiekvienoje reakcijoje (manykime, kad kiekvieno tirpalo tankis yra 1 g/ml).

3. Apskaičiuokite kiekvienos reakcijos šilumą Q (c = 4,18 J/g · °C)

Q = c · m · Δt

4. Apskaičiuokite ΔH (ΔH = –Q ). 5. Apskaičiuokite kiekvienoje

reakcijoje sunaudoto NaOH kiekį moliais. 6. Nustatykite NaOH ΔH / mol kiekvienoje reakcijoje. 7. Apskaičiuokite 1 ir 3 reakcijos šilumą (ΔH/mol ).

Šio eksperimento grafiko pavyzdys yra 2 paveiksle.

Klausimai: 1. Ar pagal eksperimento duomenis visos reakcijos šiluma yra lygi atskirų reakcijų šilumos

sumai? 2. Apskaičiuokite eksperimento procentinę paklaidą.

Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Tirpinkite skirtingus NaOH kiekius. Stebėkite temperatūros pokyčius. 2. Stebėkite pH pokyčius kiekvienoje reakcijoje. 3. Ištirpinkite vandenyje CuSO4 ir CuSO4 · 5H2O ir apskaičiuokite reakcijos šilumos suminį

efektą lygčiai: CuSO4(k) + 5H2O → CuSO4 · 5H2O


40

X. IDEALIŲJŲ DUJŲ DĖSNIS

1 paveikslas

Bendrosios programos: 1. Vidurinis ugdymas. Išplėstinis kursas. Šį eksperimentą galima atlikti nagrinėjant medžiagų agregatines būsenas. Eksperimentą gali atlikti mokiniai besidomintys chemija arba gabūs chemijai neformaliojo ugdymo veiklose. Įvadas: Idealiosios dujos – tai dujos, kurių molekulės mažos, palyginus su atstumais tarp jų, ir kurios tarpusavyje nesąveikauja. Dėl to uždaroje sistemoje jų koncentracija yra maža. Kiekybinės dviejų tos pačios masės dujų parametrų priklausomybės, kai trečias išlieka pastovus, vadinamos dujų dėsniais:

Boilio ir Marioto dėsnis: kai temperatūra pastovi, dujų tūris yra atvirkščiai proporcingas dujų slėgiui;

Gei-Liusako dėsnis: pakėlus temperatūrą 1 °C, dujų tūris padidėja 1/273 dalimi to tūrio, kurį dujos užėmė, kai temperatūra 0 °C.

Šis panašumas galioja nedidelėms dujų koncentracijoms uždaroje sistemoje. Dujų tūris priklauso nuo slėgio ir temperatūros, todėl palyginti to paties kiekio įvairių dujų tūrį galima tada, kai vienoda jų temperatūra ir slėgis. Dujų dėsnius apibendrina Mendelejevo ir Klapeirono dėsnis, kurį galima užrašyti lygtimi:

p · V = n · R · T,

kur p – slėgis (T pastovi), T – temperatūra (p pastovus), V – tūris, n – dujų molių skaičius, R – universalioji dujų konstanta (SI sistemoje R = 8,314 J/mol·K).

Šio eksperimento metu tyrinėkite ryšį tarp hermetiškai uždaryto kolboje oro slėgio ir tūrio.


Nova5000;


41

guminis kamštis;

20 ml švirkštas;

dvi 20 dydžio švirkšto adatos;

trumpas lateksinis vamzdelis;

ilgas lateksinis vamzdelis;

trieigis vožtuvas;

slėgio jutiklis (0–700 kPa).

Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite slėgio jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000 įvado. 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle. Švirkštas sujungtas su kolba per vožtuvą,

o slėgio jutiklis sujungtas tiesiai su kolba.


Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: slėgis (0–700 kPa). Dažnis: Rankinis. Matavimai: 20 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Kolbą sandariai užkimškite guminiu kamščiu, į jį kiaurai įsmeikite dvi adatas, sujungtas su

švirkštu ir su slėgio jutikliu. 2. Pasukite vožtuvą taip, kad sistema būtų uždara.

3. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis.

4. Patraukite švirkšto stūmoklį apie 2 ml. Įveskite duomenis ranka. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje kiekvieną kartą, kai norėsite įrašyti duomenis.

5. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite fiksuoti duomenis. 6. Išsaugokite duomenis paspaudę Save

viršutinėje įrankių juostoje.

Duomenų analizė: Eksperimento grafike (2 paveikslas) matome slėgio ir užrašytų duomenų santykį.

1. Kad matytumėte santykį tarp slėgio ir tūrio, turite suvesti slėgio duomenis. Įrašykite juos į stulpelį:

a. paspauskite Table view pagrindinėje lentelės įrankių juostoje;

b. paspauskite Tools meniu juostoje, tada paspauskite Add Manual column;

42

c. parašykite Tūris Column title teksto lauke. Tada parašykite ml Column unit teksto lauke ir paspauskite OK;

d. multilaboratorija atidarys naują stulpelį lentelės lange. Surašykite tūrio duomenis pažymėdami langelį:

e. paspauskite Graph view , kad grįžtumėte į grafiko peržiūrą. 2. Kadangi tūris atvirkščiai proporcingas slėgiui, tai grafikas turi būti linijinė kreivė. Įrašykite

1/tūrio duomenis:

a. paspauskite Analysis Wizard pagrindinėje įrankių juostoje; b. pažymėkite Reciprocal Functions išplėstiniame meniu; c. pažymėkite Edited data–Volume G1 išplėstiniame meniu; d. parašykite 1/tūrio Name teksto lauke; e. paspauskite OK.

3. Nubraižykite slėgio priklausomybės nuo 1/tūrio grafiką:

a. paspauskite Format graph grafiko apatinėje įrankių juostoje; b. pažymėkite 1/Volume X

ašies išplėstiniame meniu ir paspauskite OK;

c. panaikinkite slėgio duomenis pažymėdami juos duomenų žemėlapyje ir paspausdami Hide.

Grafiko pavyzdys 3 paveiksle. 4. Naudokite grafikui linijinį įrankį:

a. paspauskite Linear fit

pagrindinėje įrankių juostoje. Reikiama lygtis yra informacinėje juostoje grafiko lango apačioje;

b. linijos pasvirimas yra molių skaičiaus, temperatūros ir dujų konstantos produktas.


43

XI. KURO ENERGIJA

1 paveikslas

Bendrosios programos: Pagrindinis ugdymas. 10 klasė




7.3. <…> Apibūdinti svarbiausių organinių junginių pritaikymą ir reikšmę. <…>

7.3.3. <…>, užrašyti angliavandenilių degimo reakcijas. 7.3.5. Pateikti svarbiausių naftos produktų naudojimo pavyzdžių, nurodyti, kad nafta yra įvairių angliavandenilių šaltinis.

Atlikdami bandymus, ieškodami informacijos įvairiuose šaltiniuose mokiniai aiškinasi įvairių cheminių medžiagų savybes, naudojimą. Nagrinėdami vieną ardu konkrečios junginių klasės medžiagų pavyzdžius, jų savybes aptaria kaip tipines tos junginių klasės savybes, susieja jas su tos klasės medžiagų sandaros ypatumais <…>

Vidurinis ugdymas. Bendrasis ir išplėstinis kursai. 11 klasė.

7. Organinių junginių sandara, savybės ir taikymas

Nuostata Suvokti organinių junginių įvairovę siejant su anglies atomo galimybe sudaryti junginio grandines ir ciklus. Esminis gebėjimas

44

Klasifikuoti organinius junginius pagal funkcines grupes ir apibūdinti su funkcinėmis grupėmis susijusias medžiagų savybes.


7.2. Apibūdinti svarbiausių angliavandenilių savybes ir naudojimą.

7.2.1. Paaiškinti metano, eteno, etino fizikines ir chemines savybes, nurodyti gavimo būdus ir naudojimo galimybes.

Bendrasis ir išplėstinis kursai. 12 klasė


Nuostata Suvokti cheminių reakcijų energetinę svarbą, būtinybę racionaliai naudoti energetinius išteklius ir pavojus, susijusius su aplinkos tarša. Esminis gebėjimas Klasifikuoti ir apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą.



3.1.3. Paaiškinti iškastinio kuro svarbą šiuolaikinei energetikai. Apibūdinti degimo produktų įtaką aplinkai ir nurodyti pagrindinius alternatyviuosius energijos šaltinius.

Įvadas:

Kuras – medžiaga, naudojama šildymui ar kūrenimui arba įvairiems varikliams. Iškastinis kuras – tai kuras, iškasamas iš žemės gelmių. Jis yra susidaręs per milijonus metų iš augalų ir gyvūnų liekanų, pavyzdžiui, akmens anglys, nafta, dujos.

Šio eksperimento metu apskaičiuosite ir palyginsite dviejų kuro rūšių: parafino ir metanolio degimo šilumą. Parafinas yra alkanų grupės angliavandenilis, atrastas Karlo Reichenbacho. Tai bekvapė ir beskonė medžiaga, susidedanti daugiausia iš sočiųjų angliavandenilių. Parafinas būna kietasis (baltas, pačiupinėjus – riebus, standus, lydosi 50–57 °C temperatūroje) arba skystasis (vazelino aliejaus parafinas – bespalvė, klampi masė). Parafinas naudojamas žvakėms gaminti, grindų vaškui ir maisto pramonėje. Kiti svarbūs alkanų grupės nariai, naudojami kaip kuras, yra gazolinas ir dyzelinas.

Metanolis ir etanolis naudojami kaip gazolino priedai arba gazolino pakaitai. Metanolis dar žinomas kaip metilo alkoholis ar medžio spiritas, yra junginys, kurio formulė yra CH3OH. Tai paprasčiausias alkoholis, bespalvis, degus, nuodingas (nuo mažos dozės galima apakti), neribotai tirpstantis vandenyje, savito kvapo skysti. Jis naudojamas kaip antifrizas, tirpiklis ar degalai. Šio eksperimento metu palyginsite parafino ir metanolio išskiriamą energiją matuojant jų degimo šilumą. Norėdami nustatyti degimo šilumą, apskaičiuosite kiek energijos buvo sunaudota sušildyti žinomą kiekį vandens, deginant parafiną ir metanolį, pagal šią formulę:

Q = c · m · ΔT,

kur Q – šiluma, m – vandens masė, ΔT – vandens temperatūros pokytis.


Nova5000;


stovas su žiedu;

250 ml stiklinė ar skardinė;

svarstyklės;

cilindras;

šaltas vanduo;

lazdelė pamaišyti;

45

žvakė;

metanolio degiklis (pvz., spiritinė lemputė);

degtukai.

Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 NOVA5000 įvado (I/O-1). 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 piešinyje.


Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo –25°C iki 110°C). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 200 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Pasverkite tuščią vandens indą. 2. Įpilkite 100 ml šalto vandens ir pasverkite. 3. Prieš pradėdami eksperimentą pasverkite žvakę. 4. Pastatykite stiklinę su vandeniu ant stovo žiedo. 5. Įdėkite temperatūros jutiklį į vandenį taip, kad jis nesiliestų su indu. 6. Pradėkite maišyti vandenį.

7. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje duomenų registravimui. 8. Palaukite apie 30 s prieš uždegant žvakę. 9. Nustokite maišyti, kol vanduo šyla. 10. Užgesinkite liepsną, kai vandens temperatūra pasieks 40°C.

11. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje, kai temperatūra nustos kilti.

12. Išsaugokite duomenis paspausdami Save viršutinėje įrankių juostoje. 13. Pasverkite žvakę po eksperimento (surinkite visus parafino likučius). 14. Pakartokite visus eksperimento žingsnius naudodami kitą kurą. 15. Pakeiskite žvakę metanolio degikliu ir pakartokite eksperimentą su 200 ml vandens. 16. Nepamirškite pasverti tuščios spiritinės lemputės ir jau pripiltos metanolio. 17. Uždenkite dagtį ir palikite atšalti iki kambario temperatūros. 18. Pasverkite spiritinę lemputę su likusiu metanoliu.

Duomenų analizė: Eksperimento grafikų pavyzdžiai 2 paveiksle.

46

1. Nustatykite sušildyto vandens masę.

2. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį vandens temperatūros pokyčiams (ΔT) nustatyti.

Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y



pirmąjį žymeklį grafiko įrankių juostoje. Pele galima nutempti žymeklį ant kito taško, ant grafiko

arba ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward ar Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba

paspauskite antrąjį žymeklį . Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių.

Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti antrąjį žymeklį spauskite , o norėdami

panaikinti pirmąjį žymeklį spauskite . 3. Apskaičiuokite vandens absorbuotą šilumą pagal duotą formulę. 4. Apskaičiuokite sudegusio parafino ir metanolio masę. 5. Apskaičiuokite abiejų eksperimentų % naudingumo koeficientą. Padalinkite gautas

eksperimento reikšmes (kJ/g) iš žinynuose esančių reikšmių ir padauginkite iš 100. Reikšmės: parafino 41,5 kJ/g, metanolio 30,0 kJ/g.

Klausimai: 1. Kurio kuro 1 g degdamas išskyrė daugiau energijos? Paaiškink skirtumą (pagalba: metanolio

molekulė CH3OH yra deguoninė, o parafino C25H52 savo sudėtyje deguonies neturi). 2. Kokie būtų pranašumai, jei naudotume etanolį? 3. Padiskutuokite apie šilumos praradimo faktoriaus eksperimento metu įtaką naudingumo

koeficientui.


47

XII. LAMBERTO – BERO DĖSNIS

1 paveikslas

Bendrosios programos: Vidurinis ugdymas. Išplėstinis kursas. 12 klasė

9. Šiuolaikiniai tyrimo metodai

Nuostata Kūrybingai ir saugiai tyrinėti gamtos reiškinius. Esminis gebėjimas Apibūdinti chemijoje taikomus tyrimo metodus.


9.1. Taikyti įgytas žinias apie medžiagos koncentraciją tirpale, siejant su koncentracijos reiškimo būdais.

9.1.2. Paaiškinti, kaip tirpalo spalvos intensyvumas susijęs su medžiagos koncentracija ir tirpalo sluoksnio storiu.

Įvadas:

Lamberto-Bero dėsnis: tirpalo optinis tankis tiesiogiai proporcingas šviesą absorbuojančios medžiagos koncentracijai tirpale. Šviesos kiekis, prasiskverbiantis per tirpalą, yra žinomas kaip transmisija, išreiškiama kaip santykis tarp praėjusios per tiriamąją medžiagą spinduliuotės stiprio – It ir sklindančios per tiriamąją medžiagą spinduliuotės stiprio – I0.

kur T – transmisija, It – per tiriamąją medžiagą praėjusios spinduliuotės stipris, I0 – sklindančios per tiriamąją medžiagą spinduliuotės stipris. Priklausomybė tarp transmisijos ir absorbcijos yra vadinama optiniu tankiu ir išreiškiama lygtimi:

48

A = - logT

kur A – absorbcija, T – transmisija, kurios skaitinė reikšmė yra nuo 0 iki 1 (𝑇%

100 ).

Medžiagos (tirpalo) optinis tankis tiesiogiai proporcingas absorbuojančiųjų dalelių kiekiui ir absorbuojančiojo sluoksnio storiui.

A = ε · c · d, kur c – tiriamos medžiagos koncentracija tirpale, d – tiriamos medžiagos sluoksnio storis, ε – koeficientas, priklausantis nuo bangos ilgio ir būdingas absorbuojančiai medžiagai. Lamberto-Bero dėsnis galioja tik praskiestiems tirpalams. Šiame eksperimente stebėsite CuSO4 tirpalo absorbciją, keičiantis koncentracijai, siekiant nustatyti koeficientą, naudojant tam tikro ilgio bangą.


Nova5000;

4 CuSO4 · 5H2O tirpalo mėginiai, kurių koncentracijos nuo 0,006 iki 0,05 mol/l;

kolorimetro jutiklis.

Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite kolorimetro jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000 įvado (1 paveikslas).


Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: kolorimetras. Dažnis: rankinis. Matavimai: 10 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Įdėkite raudonos spalvos filtrą į kolorimetrą. 2. Nustatykite kolorimetrą (

žiūrėkite į kolorimetro jutiklio langą).

3. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, norėdami pradėti registruoti duomenis.

4. Matuokite duomenis, esant skirtingoms koncentracijoms. Duomenis

rašykite ranka. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje kiekvieną kartą, kai tik norite įrašyti duomenis.

5. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite įrašyti duomenis.


Eksperimento grafiko pavyzdys yra 2 paveiksle.

49

Duomenų analizė: 1. Nepamirškite perduoti duomenis ir juos konvertuoti į absorbciją:

a. naudokite pirmąjį žymeklį grafikui pažymėti;

b. paspauskite Functions pagrindinėje įrankių juostoje ir tada paspauskite Functions stulelį;

c. Functions išplėstiniame meniu pažymėkite Log10; d. A teksto lauke įrašykite: –1, B teksto lauke: 0,01; e. Name teksto lauke parašykite pavadinimą (pvz., Absorbcija); f. paspauskite OK.

2. Suveskite CuSO4 koncentracijos duomenis rankiniu būdu į stulpelį:

a. paspauskite Table view pagrindinėje lentelės įrankių juostoje; b. paspauskite Tools meniu juostoje; c. paspauskite Add Manual Column; d. Column title teksto lauke užrašykite pavadinimą ( pvz., Koncentracija); e. Unit teksto lauke užrašykite vienetus ( pvz., mol/l ); f. paspauskite OK; g. lentelėje paspauskite naujo stulpelio pirmąjį langelį ir įrašykite pirmojo bandinio

koncentraciją. Analogiškai įrašykite kitų bandinių koncentracijas. 3. Nubraižykite absorbcijos priklausomybės nuo koncentracijos grafiką (pavyzdys 3 paveiksle):

a. paslėpkite šio eksperimento duomenis (transmisija/bandiniai) spaudžiant eksperimento duomenų žemėlapyje ir Hide;

b. paspauskite Format graph apatinėje įrankių juostoje; c. pažymėkite

Concentration X ašyje išplėstiniame meniu ir paspauskite OK.

4. Naudokite linijinį įrankį CuSO4 koeficientui nustatyti:

a. paspauskite Linear fit

pagrindinėje įrankių juostoje. Lygtis bus rodoma informacinėje juostoje grafiko lango apačioje;

b. dalinkite nuolydį pagal storį, kad nustatytumėte praėjusios per CuSO4 tirpalą spinduliuotės išnykimo koeficientą.


50

XIII. OKSIDACIJOS IR REDUKCIJOS REAKCIJA: VARIO CHLORIDO IR ALIUMINIO REAKCIJA

1 paveikslas

Bendrosios programos: Pagrindinis ugdymas. 9–10 klasė.



Suvokti žmogaus veiklos ir gamtos tarpusavio priklausomybę.

6.1. Aiškinti oksidacijos ir redukcijos procesus, remiantis cheminio elemento atomo sandara.

6.1.1. Užrašyti medžiagas sudarančių cheminių elementų oksidacijos laipsnius. 6.1.2. Paaiškinti medžiagų oksidacijos ir redukcijos procesus kaip medžiagų atomų elektronų atidavimą ar prisijungimą.

Nagrinėdami degimo, metalo (pvz., geležies) rūdijimo, kvėpavimo procesus, mokiniai aiškinasi oksidacijos ir redukcijos procesus, mokosi užrašyti nesudėtingas oksidacijos-redukcijos reakcijų lygtis. Siedami turimas chemijos ir kitų mokslų žinias mokiniai ieško bendrų dėsningumų tarp degimo, kvėpavimo, fotosintezės, rūdijimo ir pan. procesų.

Vidurinis ugdymas. Bendrasis ir išplėstinis kursas. 12 klasė

6. Oksidacijos-redukcijos reakcijos ir jų taikymas

Nuostata Suvokti cheminių reakcijų ir elektros srovės tarpusavio ryšį.

51

Esminis gebėjimas Paaiškinti oksidacijos-redukcijos procesus ir nurodyti jų taikymo praktikoje galimybes.


6.1. Nagrinėti oksidacijos-redukcijos procesus.

6.1.1. Apskaičiuoti elemento oksidacijos laipsnį junginyje. 6.1.2. Nurodyti oksidatorių ir reduktorių pateiktoje oksidacijos-redukcijos reakcijos lygtyje. 6.1.3. Išlyginti oksidacijos-redukcijos lygtį elektronų balanso būdu. 6.1.6. Paaiškinti metalų išstūmimo iš vandeninių tirpalų kitais metalais reakcijas, remiantis metalų aktyvumo eile.

Įvadas:

Oksidacijos ir redukcijos reakcijų metu vyksta elektronų perdavimas tarp dviejų cheminių medžiagų. Medžiaga, kuri prisijungia elektronus, yra oksidatorius, o medžiaga, kuri atiduoda elektronus, yra reduktorius. Oksidatorius reakcijos metu redukuojasi, reduktorius – oksiduojasi. Šio eksperimento metu stebėsime temperatūros pokytį vykstant oksidacijos-redukcijos reakcijai:

3Cu2+(aq) + 6Cl-(aq) + 2Al0(k) → 3Cu0

(k) + 2 Al3+ (aq) + 6Cl-(aq)

Aliuminis Al buvo oksiduotas iki Al3+, o Cu2+ buvo redukuotas į Cu.

Reakcijos šilumą galima apskaičiuoti naudojant formulę

Q = c · Δt,



Nova5000;


polistireno stiklinė (skaidri);

5 g CuCl2;


aliuminio granulės ar folija;




Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo –25°C iki 110°C). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 200 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Užsidėkite apsauginius akinius.

52

2. Pagaminkite polistireno dangtelį polistireno stiklinei. Dangtelis turi būti plokščias, lygus ir didesnis už stiklinės perimetrą (žiūrėkite 1 piešinį). Dangtelyje išgręžkite skylę temperatūros jutikliui.

3. Į plastikinę stiklinę įpilkite 50 ml vandentiekio vandens. 4. Pastatykite stiklinę ant magnetinės maišyklės. 5. Uždenkite dangteliu, bet palikite plyšelį, kad galėtumėte įberti CuCl2.

6. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje duomenų registravimui. Palaukite, kol jutiklių rodmenys nusistovės.

7. Pradėkite maišykle maišyti vandenį stiklinėje. 8. Įberkite į stiklinę 5 g kristalinio CuCl2 ir nedelsdami uždenkite dangteliu. 9. Į stiklinę įdėkite aliuminio popierėlį. 10. Stebėkite temperatūros pokyčius, registruojamus monitoriuje, kol temperatūra nustos kisti.


12. Išsaugokite duomenis paspausdami Save viršutinėje įrankių juostoje.

Duomenų analizė:

1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį pokyčiams proceso metu ir laikui, reikalingam pasiekti galutinę temperatūrą, nustatyti.

Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti

duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite

pirmąjį žymeklį grafiko įrankių juostoje. Galima nutempti žymeklį pele ant kito taško, ant grafiko

arba ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward ar Backward žymeklius.

Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje.

Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba

paspauskite antrąjį žymeklį . Informacinėje juostoje matysite skirtumą

tarp dviejų reikšmių. Žymeklių panaikinimas: norėdami

panaikinti antrąjį žymeklį spauskite , o norėdami panaikinti pirmąjį žymeklį

spauskite . 2. Apskaičiuokite reakcijos šilumą.

Pastaba: vandens specifinė šiluminė talpa 25°C yra 4,18 J/g · °C.

Šio eksperimento grafiko pavyzdys yra 2 paveiksle.

Klausimai: 1. Kaip pasikeitė aliuminio granulių arba folijos spalva?

53

2. Parašykite įvykusios cheminės reakcijos lygtį ir oksidacijos-redukcijos reakcijos lygtį. Kuris atomas buvo oksiduotas, o kuris redukuotas?

Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Įmeskite į vario chlorido tirpalą gabalėlį geležies. Parašykite įvykusios reakcijos lygtį ir

oksidacijos-redukcijos reakcijos lygtį. 2. Įmeskite gabalėlį cinko į atskiestą druskos rūgštį. Skirsis vandenilio dujos. Parašykite

įvykusios reakcijos lygtį ir oksidacijos-redukcijos reakcijos lygtį. Kuris atomas buvo oksiduotas, o kuris redukuotas?


54

XIV. ORO TEMPERATŪROS SVYRAVIMŲ POVEIKIS ORO SLĖGIUI – DUJŲ DĖSNIS

1 paveikslas

Bendrosios programos: Vidurinis ugdymas. Išplėstinis kursas. Šį eksperimentą galima atlikti nagrinėjant medžiagų agregatines būsenas. Eksperimentą gali atlikti mokiniai, besidomintys chemija arba gabūs chemijai, neformaliojo ugdymo veiklose.

Įvadas: Gei-Lusako dėsnis: tam tikros masės dujų tūrio ir temperatūros santykis yra pastovus, kai slėgis nekinta

V ∞ T arba 𝑉

𝑇 = konstanta

Šarlio Gei-Lusako dėsnį sujungus su Boilio dėsniu, gaunama viena formuluotė – bendrasis dujų dėsnis. Šiuo dėsniu teigiama, kad tam tikro dujų kiekio užimamas tūris yra proporcingas temperatūros ir slėgio santykiui, kai:

𝑃𝑉

𝑇 = konstanta

Šio eksperimento metu tyrinėsime slėgio ir temperatūros santykį, sandariame inde šildant pastovaus oro tūrį.


Nova5000;


guminis kamštis;


55

trys trumpi lateksiniai vamzdeliai;

trieigis vožtuvas;


slėgio jutiklis (150–1150 mbar);

stovas;


Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite slėgio jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000

įvado. 3. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 2 (I/O-2)

NOVA5000 įvado. 4. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 ir 2

paveiksluose. Švirkšto adata reikia pradurti kamštį taip, kad adatos galiukas matytųsi kamščio apačioje (žr. 2 paveikslą). Kamščio viršuje esančią adatos dalį sujungiame su trijų pusių vožtuvu labai trumpu lateksiniu vamzdeliu. Slėgio jutiklis sujungimas su vožtuvu kitu trumpu lateksiniu vamzdeliu. Pasukite vožtuvą, kol jis bus atidarytas horizontaliai. Šioje vožtuvo padėtyje oras galės iš kolbos patekti pro vožtuvą į aplinką. Norėdami uždaryti vožtuvą, pasukite jį vertikaliai. Šioje vožtuvo padėtyje oras iš kolbos pateks į slėgio jutiklį.


Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: slėgis (150–1150 mbar); 2 įvadas: temperatūra (nuo –25°C iki 110°C). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 500 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Sujunkite prietaisus kaip pavaizduota 1 paveiksle. 2. Išgręžkite skylę kamštyje temperatūros jutikliui. Galima padaryti siaurą plyšelį kamščio šone. 3. Į stiklinę kolbą įpilkite vandens. Palikite šiek tiek oro, kad vanduo nepatektų į adatą. 4. Įkiškite temperatūros jutiklį į skylę arba į plyšį kamštyje. 5. Užkimškite kolbą kamščiu ir pradėkite maišyti vandenį.

6. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 7. Stebėkite slėgio pokyčius, registruojamus monitoriuje. Pasukite vožtuvą, jei reikia, kad prieš

pradedant eksperimentą kolboje būtų palaikomas atmosferos slėgis. Vėliau pasukite vožtuvą į pradinę padėtį.

8. Pradėkite šildyti kolbą. Pasukite magnetinės maišyklės šildymo mygtuką į vidurinę padėtį. Stebėkite slėgio pokyčius apie 5 minutes.

56



Duomenų analizė: 1. Palyginkite slėgio pokyčius su temperatūros pokyčiais. Ar matote panašumų?

Šio eksperimento grafiko pavyzdys yra 3 paveiksle. 2. Nustatykite koreliaciją tarp temperatūros ir slėgio pokyčių, naudodami slėgio ir temperatūros

grafikus:

a. paspauskite Format graph grafiko įrankių juostoje. b. pažymėkite Temperature I/O-1 X ašyje ir tada paspauskite OK.

Slėgio ir temperatūros palyginimo grafiko pavyzdys (4 paveikslas).

Klausimai: 1. Temperatūros ir slėgio pokyčiai vaizduojami nelinijine kreive. Paaiškinkite, kodėl. 2. Kokia būtų kreivės forma, jei kolbą būtumėte šildę vonelėje? 3. Kaip kito slėgis eksperimento metu kylant temperatūrai, pradėjus šildyti kolbą. Atsakydami

naudokite slėgio ir temperatūros palyginimo grafiką, kurį nubraižėte. 4. Kaip būtų keitęsis slėgis, jei kolbą būtumėte šaldę? 5. Tarkime, kad vandens tūris kolboje yra mažesnis. Koks būtų kolbos šildymo poveikis slėgiui

lyginant su ankstesnio eksperimento rezultatais?

Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Šildykite kolbą ilgiau. Tada baikite šildyti. Kai temperatūra taps pastovi, pradėkite šaldyti.

Stebėkite slėgio pokyčius kolboje. 2. Atlikite eksperimentą su skirtingais vandens tūriais kolboje. Palyginkite šildymo ir šaldymo

įtaką slėgiui kiekvienu atveju. Naudota literatūra: Experiments in Chemistry for the Nova5000. Fourier Systems, 2009.

57

XV. ORO TŪRIO SVYRAVIMŲ POVEIKIS ORO SLĖGIUI – BOILIO DĖSNIS

1 paveikslas

Bendrosios programos: Vidurinis ugdymas. Išplėstinis kursas. Šį eksperimentą galima atlikti nagrinėjant medžiagų agregatines būsenas. Eksperimentą gali atlikti mokiniai, besidomintys chemija arba gabūs chemijai, neformaliojo ugdymo veiklose.

Įvadas: Medžiagos gali būti keturių agregatinių būsenų: dujos (garai), skysčiai, kietosios medžiagos ir

plazma. Dujų tūris sutampa su indo tūriu ir labai priklauso nuo temperatūros ir slėgio. Dujos skiriasi nuo skysčių ir kietų medžiagų tuo, kad jas galima suspausti, ir tada jos užims žymiai mažesnį tūrį. Pagal Boilio dėsnį dujų tūris tam tikroje temperatūroje yra atvirkščiai proporcingas slėgiui

P ∞ 1

𝑉 arba PV = konstanta

Šio eksperimento metu tyrinėsite priklausomybę tarp slėgio ir tūrio matuodami oro tūrio pokyčius nuo slėgio sandarioje kolboje, esant pastoviai temperatūrai.


Nova5000;


guminis kamštis;

50 ml plastmasinis švirkštas;


trys trumpi lateksiniai vamzdeliai;

trieigis vožtuvas;

slėgio jutiklis (150–1150 mbar).

58

Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite slėgio jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000

įvado. 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle.

Dvi švirkšto adatas įsmeikite į kamštį taip, kad adatų galiukai matytųsi kamščio apačioje (žr. 2 paveikslą). Prie vienos viršutinėje kamščio pusėje esančios adatos prijungiame trijų pusių vožtuvą labai trumpu lateksiniu vamzdeliu. 50 ml švirkštą prijungiame lateksiniu vamzdeliu prie vožtuvo. Slėgio jutiklis sujungimas su kita adata trumpu lateksiniu vamzdeliu. Pasukite vožtuvą, kol jis bus atidarytas vertikaliai. Šioje vožtuvo padėtyje oras galės iš kolbos patekti pro vožtuvą į aplinką. Norėdami uždaryti vožtuvą, pasukite jį horizontaliai. Šioje vožtuvo padėtyje oras iš kolbos pateks į švirkštą.


Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: slėgis (150–1150 mbar). Dažnis: rankinis. Matavimai: 20 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Į stiklinę kolbą įpilkite vandens. Palikite šiek tiek oro, kad vanduo nepatektų į adatą. 2. Kolbą užkimškite kamščiu. Įsitikinkite, kad užkimšote sandariai ir į kolbą nepatenka oras iš

aplinkos.


4. Stebėkite slėgio lygį kolboje. Įrašykite duomenis ranka. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje kiekvieną kartą, kai norite įrašyti duomenis.

5. Atsukite vožtuvą, kol kolboje nusistovės atmosferos slėgis (apie 1000 mbar). Užsukite vožtuvą ir leiskite orui iš kolbos patekti į švirkštą.

6. Paspauskite švirkštą, kad oro tūris jame sumažėtų 5 ml. Pamatuokite naują slėgio lygį, pasikeitus oro tūriui sistemoje (švirkšte esantis oras prisidėjo prie oro tūrio kolboje).

7. Pakartokite tai mažiausiai devynis kartus, paspausdami švirkštą po 5 ml kiekvieną kartą. 8. Stebėkite slėgio pokyčius.



Duomenų analizė: 1. Įterpkite tūrio stulpelį:

59

a. paspauskite Table view pagrindinėje įrankių juostoje tam, kad nubraižytumėte lentelę.

b. paspauskite Tools meniu juostoje, tada paspauskite Add Manual column. c. Surinkite: Tūris Column title teksto lauke, ml – Column unit teksto lauke ir

paspauskite OK. d. Multilaboratorija atvers naują stulpelį lentelės lange. Įterpkite eksperimento

duomenis taip, kaip parodyta lentelėje:

e. paspauskite Graph view ir grįškite į grafiko langą. 2. Teoriškai žinome, kad tūris atvirkščiai proporcingas slėgiui. Įsitikinimui nubraižykite slėgio

priklausomybės nuo tūrio grafiką:

a. paspauskite Format graph grafiko įrankių juostoje; b. pažymėkite Volume X ašyje ir tada paspauskite OK; c. panaikinkite slėgio duomenis pažymėdami juos duomenų žemėlapyje ir paspausdami

Hide. 3. Kadangi tūrio didėjimas yra atvirkščiai proporcingas slėgiui, tai grafikas slėgio priklausomybė

nuo 1/tūrio turi būti linijinė kreivė. Naudokite atvirkštinę funkciją tūrio duomenims:

a. paspauskite Analysis Wizard pagrindinėje įrankių juostoje; b. pažymėkite Reciprocal išplėstiniame Functions meniu; c. pažymėkite Edited data – Volume išplėstiniame G1 meniu; d. užrašykite 1/tūrio Name teksto lauke; e. paspauskite OK.

4. Nubrėžkite slėgio priklausomybės nuo 1/tūrio grafiką:

a. paspauskite Pressure duomenis duomenų žemėlapyje ir tada paspauskite Show apatinėje įrankių juostoje;

b. paspauskite Format graph grafiko (apatinėje) įrankių juostoje;

c. pažymėkite 1/Volume X ašies išplėstiniame meniu ir paspauskite OK;

d. panaikinkite slėgio duomenis pažymėdami juos duomenų žemėlapyje ir paspausdami Hide.


60

Klausimai: 1. Kokiu tikslu buvo pakeistas sistemos oro tūris? 2. Oro tūris buvo keičiamas tam tikrais žingsniais ir duomenys užrašyti ranka. Kokia yra

kiekvieno užrašyto tokiu būdu parodymo reikšmė? 3. Kaip didėjo slėgis eksperimento metu keičiantis oro tūriui? Savo išvadas pagrįskite

eksperimento rezultatais. 4. Tūris didėjo kiekvieną kartą pridedant tokį pat oro tūrį. Grafiko forma gauta vaizduojant 1/x

duomenų. Kaip tai paaiškinsite?

Kiti eksperimentų pasiūlymai: Atlikite eksperimentą su 1 ml švirkštu, prijungtu prie kamščio ir ištrauktu švirkšto stūmokliu. Spauskite orą stumdami stūmoklį. Stebėkite slėgio pokyčio priklausomybę nuo spaudimo.


61

XVI. SŪRAUS VANDENS ELEKTRINIS LAIDUMAS

1 paveikslas

Bendrosios programos: Vidurinis ugdymas. Bendrasis ir išplėstinis kursai. 12 klasė.

5. Rūgštys ir bazės

Nuostata Suvokti vandeniniuose tirpaluose vykstančių reiškinių įvairovę. Esminis gebėjimas Paaiškinti procesus, vykstančius vandeniniuose tirpaluose. Paaiškinti rūgščių ir bazių chemines savybes.


5.1. Nagrinėti procesus, vykstančius tirpinant medžiagas vandenyje <...>.

5.1.4. Paaiškinti elektrolitų skilimą į jonus siejant su vandens molekulių poliškumu. 5.1.5. Paaiškinti vandeninių tirpalų laidumo elektros srovei skirtumus ir klasifikuoti medžiagas į neelektrolitus, silpnuosius ir stipriuosius elektrolitus.

Įvadas: Medžiagos, tirpdamos vandenyje ar kitame poliniame tirpiklyje, savaime skyla į teigiamojo

krūvio jonus – katijonus ir neigiamojo krūvio jonus – anijonus. Elektrolitai yra medžiagos, kurios ištirpusios ar išlydytos praleidžia elektros srovę. Šios savybės būdingos rūgščių, hidroksidų ir beveik visų druskų tirpalams.

Tirpinant natrio chloridą vandenyje jis suskyla į jonus:

NaCl(k) → Na+(aq) + Cl-(aq)

62

Šiame eksperimente stebėsite natrio chlorido koncentracijos didėjimo įtaką laidumui. Matuosite laidumą kaip tirpalo jonų koncentraciją, pamažu didinamą lašinant koncentruotą NaCl.


Nova5000;

200 ml distiliuoto vandens;

laidumo jutiklis (0–20 mS);

250 ml stiklinė;

50 ml koncentruoto natrio chlorido tirpalo;



Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite laidumo jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000 įvado. 3. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 paveiksle. 4. Paspauskite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip, kaip

aprašyta toliau.

Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: laidumas ( nuo –25°C iki 110°C ). Dažnis: rankinis. Matavimai: 20 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Užsidėkite apsauginius akinius. 2. Įpilkite į stiklinę 40 ml distiliuoto vandens ir padėkite ant magnetinės maišyklės. 3. Įdėkite laidumo jutiklį į vandenį stiklinėje.


5. Užrašykite duomenis ranka: spauskite Run kiekvieną kartą, kai tik norite įrašyti duomenis.

6. Pradėkite maišyti vandenį stiklinėje. 7. Įlašinkite vieną lašą natrio chlorido tirpalo į distiliuotą vandenį. Gerai išmaišykite.

8. Paspauskite Run ir išmatuokite tirpalo laidumą. 9. Kartokite eksperimentą kiekvieną kartą lašindami po vieną lašą NaCl, kol sulašinsite 10 lašų. 10. Keiskite tirpalo maišymo dažnį

eksperimento metu ir stebėkite maišymo įtaką laidumui.

11. Paspauskite Stop viršutinėje įrankių juostoje ir baikite įrašyti duomenis.

12. Išsaugokite duomenis paspaudę

Save viršutinėje įrankių juostoje.

Duomenų analizė: Apskaičiuokite laidumo pokytį.

63

1. Naudokite žymeklius ir prašomam duomenų intervalui pažymėti.

2. Paspauskite Linear fit pagrindinėje įrankių juostoje. Tinkama lygtis yra informacijos juostoje grafiko lango apačioje.

3. Grafiko linijos nuolydžio kampo tangentas yra laidumo pokytis. Eksperimento grafiko pavyzdys yra 2 paveiksle.

Klausimai: 1. Apibūdinkite laidumo pokytį kaip natrio chlorido koncentracijos didėjimą, lašinant NaCl. 2. Kokio tipo matematinė priklausomybė yra tarp laidumo ir koncentracijos? 3. Kokia buvo maišymo dažnio keitimo įtaka laidumui? Paaiškinkite šį reiškinį.

Kiti eksperimentų pasiūlymai: Vietoj NaCl lašinkite koncentruotą CaCl2.


64

XVII. TITRAVIMAS: NaOH IR HCl REAKCIJA

1 paveikslas



Nuostata Kūrybingai ir saugiai tyrinėti gamtos reiškinius. Esminis gebėjimas Apibūdinti chemijoje taikomus tyrimo metodus.


9.1. Taikyti įgytas žinias apie medžiagos koncentraciją tirpale, siejant su koncentracijos reiškimo būdais.

9.1.1. Paaiškinti titravimo metodo esmę ir taikyti šį metodą praktiškai.

Įvadas: Tirpinant bazes vandenyje, tirpalo pH didėja, o tirpinant rūgštis vandenyje – tirpalo pH

mažėja. pH pokyčius galima išmatuoti indikatoriais arba pH elektrodais. Titravimas pagrįstas ekvivalentų dėsniu: pasirinktas reagentas reaguoja su nustatomąja

medžiaga ekvivalentiniais kiekiais. Pilant žinomą tūrį rūgšties tirpalo į bazės tirpalą tol, kol ji pilnai sureaguoja, galima nustatyti bazės tirpalo tūrį. Reakcijos pabaiga nustatoma indikatoriumi arba matuojant pH vertę. Taikant formules apskaičiuojama nežinomo tirpalo koncentracija. Toliau aprašytame bandyme naudotume šias formules:

n (HCl) = n (NaOH);

n (HCl) = c (HCl) · V (HCl)

Tiriamojo tirpalo koncentraciją apskaičiuojame:

65

c (NaOH) = c (HCl)· V (HCl)

V (NaOH)

Neutralizacijos metu rūgštis jungiasi su baze ir susidaro nauji joniniai junginiai – druskos.

Šiame eksperimente pH ir temperatūros pokyčiai, vykstantys dėl rūgšties ir bazės reakcijos, yra stebimi naudojant pH elektrodą ir temperatūros jutiklį.


Nova5000;

pH elektrodas;


polistireno stiklinė (skaidri);

50 ml biuretė;

stiklinis piltuvėlis;

2 g NaOH;

100 ml 1 M HCl tirpalas;


Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite pH elektrodą prie 1 NOVA5000 įvado (I/O-1). 3. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 2 NOVA5000 įvado (I/O-2). 4. Sumontuokite prietaisus kaip parodyta 1 piešinyje.


Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: pH; 2 įvadas: temperatūra (nuo –25°C iki 110°C). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 2000 matavimų.


didesnis už stiklinės perimetrą (žiūrėkite 1 piešinį). 2. Dangtelyje išgręžkite tris skyles – pH elektrodui, temperatūros jutikliui ir stikliniam

piltuvėliui. 3. Į plastikinę stiklinę įpilkite 50 ml 0,5 N NaOH tirpalo. 4. Pastatykite stiklinę ant magnetinės maišyklės. 5. Uždenkite dangteliu.

6. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje duomenų registravimui. 7. Palaukite, kol jutiklių rodmenys nusistovės. 8. Pradėkite maišykle maišyti NaOH tirpalą stiklinėje. 9. Per piltuvėlį lašinkite iš biuretės po lašą 1 N HCl tirpalo. 10. Stebėkite pH ir temperatūros pokyčius, registruojamus monitoriuje.

66

11. Kai tik pH pradės keistis, nustokite lašinti HCl. Nustatykite įlašintos HCl tūrį. 12. Pratęskite HCl lašinimą. Labai atidžiai stebėkite pH kitimą. 13. Kai tik pH taps pastovus, baikite lašinti HCl.

14. Išsaugokite duomenis paspausdami Save viršutinėje įrankių juostoje.

Duomenų analizė:

1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį pH pokyčiams neutralizacijos procese parodyti.

Koks buvo pradinis tirpalo pH? Koks pH reakcijos pabaigoje? Koks pH skirtumas? Žymeklis: grafike vienu metu galima naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y ašį. Naudokite antrąjį žymeklį skirtumui tarp dviejų dydžių koordinačių ašyje pamatyti arba pažymėti duomenų intervalą. Pirmojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite ant duomenų taško arba paspauskite pirmąjį





pirmąjį žymeklį spauskite . 2. Koks HCl tūris buvo sulašintas, kol pradėjo

keistis pH? Palyginkite jį su HCl tūriu, kuris buvo sunaudotas NaOH neutralizacijai?

3. Naudokite grafiko žymeklius laiko intervalui tarp pH keitimosi pradžios ir pH stabilizavimosi nustatyti.

4. Naudokite grafiko žymeklį temperatūros pokyčiui procese ir laikui, reikalingam galutinei temperatūrai pasiekti, nustatyti.

5. Apskaičiuokite reakcijos šilumą: c – vandens savitoji šiluma, ΔT – temperatūros pokytis.

Q = m · c · ΔT

Pastaba: vandens savitoji šiluma 25°C yra 4,18 J/g · °C.


Klausimai: 1. Ar pastebėjote greitą pH pokytį? Paaiškinkite skirtumą tarp trumpo laiko intervalo, reikalingo

staigiam pH pasikeitimui, ir laiko visam neutralizacijos procesui. 2. Ar neutralizacijos reakcija yra egzoterminė? Išvadą pagrįskite naudodami atlikto

eksperimento rezultatus. 3. Pamėginkite numatyti rūgšties ir bazės reakcijos rezultatus, jei naudosite skirtingos

koncentracijos NaOH tirpalus. Koks būtų pH pokytis kiekvienu atveju? Kaip keistųsi temperatūra?

4. Kaip vyktų reakcija, jei su NaOH reaguotų kita rūgštis (pvz., etano (acto) rūgštis)?

67

Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Atlikite reakcijas tarp įvairių koncentracijų NaOH tirpalų ir pastovios koncentracijos HCl

tirpalo. 2. Apskaičiuokite nežinomą titruojamo NaOH (arba HCl) koncentraciją. Tai galima atlikti

nustačius išlašintos rūgšties (arba bazės) iš biuretės tūrį. 3. Panagrinėkite vandens ir (arba) aplinkos temperatūros įtaką reakcijai. 4. Atlikite rūgšties – bazės reakcijas su įvairių tipų rūgštimis ir bazėmis: silpna rūgštis ir stipri

bazė arba atvirkščiai.


68

XVIII. UŽŠALIMO TEMPERATŪRA

1 paveikslas

Bendrosios programos: Tai gali būti papildomas eksperimentas mokantis organinės chemijos 11 klasėje ar idėja projektiniam tiriamajam darbui.

Įvadas: Temperatūra – fizikinė sistemos savybė, nusakanti objektų šiltumą: aukštesnės temperatūros objektas yra karštesnis. Eksperimente „Vandens užšalimas ir tirpimas“ stebėjote temperatūros pokyčius užšąlant ir tirpstant grynam vandeniui.

Šio eksperimento metu tyrinėkite fenilsalicilato užšalimo temperatūrą. Be to, stebėkite poveikį užšalimo temperatūrai, kai mažas kiekis kitos medžiagos (benzeno rūgšties) bus tirpinama fenilsalicilate.


Nova5000;

trys temperatūros jutikliai ( nuo -25°C iki 110°C );

dvi 1 l stiklinės;

mėgintuvėlis su 2 g fenilsalicilato;

mėgintuvėlis su 2 g fenilsalicilato ir keliais miligramais benzeno rūgšties;

stiklinė lazdelė maišymui.

Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 (I/O-1), 2 (I/O-2), ir 3 (I/O-3) NOVA5000 įvadų. 3. Sujunkite prietaisus kaip pavaizduota 1 paveiksle.

69


Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra ( nuo –25°C iki 110°C ); 2 įvadas: temperatūra ( nuo –25°C iki 110°C ); 3 įvadas: temperatūra ( nuo –25°C iki 110°C ). Dažnis: kas 1 sekundė. Matavimai: 1000 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Įpilkite į stiklinę apie 1 l vandens. Nustatykite jo temperatūrą apie 30°C, maišydami karštą ir

šaltą vandenį. Stebėkite, kad temperatūra būtų pastovi viso eksperimento metu, naudodami vieną iš temperatūros jutiklių.

2. Medžiagoms ištirpinti pasiruoškite kitą stiklinę su karštu vandeniu (apie 60 - 80°C ) . 3. Abu mėgintuvėlius su medžiagomis įdėkite į stiklinę su karštu vandeniu ir laikykite kol

medžiagos ištirps. 4. Įdėkite temperatūros jutiklius į mėgintuvėlius. Mėgintuvėlius greitai įdėkite į stiklinę, kurioje

vandens temperatūra 30°C.


6. Lengvai maišykite, kol medžiagos skystos. 7. Būkite atidūs, kai skystyje atsiras baltų

nuosėdų ir kol skystis visiškai užšals. 8. Išsaugokite duomenis paspaudę Save

viršutinėje įrankių juostoje.

Duomenų analizė 1. Koks buvo užšalimo taškas gryname

fenilsalicilate jūsų duomenimis? 2. Koks buvo užšalimo taškas fenilsalicilato ir

benzeno rūgšties mišinyje jūsų duomenimis?

Eksperimento galimas grafikas 2 paveiksle.

Klausimai 1. Naudojantis eksperimento rezultatais, kokį metodą turėtų naudoti chemikai, norėdami

sužinoti, ar medžiaga yra gryna, ar joje yra priemaišų? 2. Kodėl pasikeitė užšalimo temperatūra ištirpinus kitos medžiagos fenilsalicilate? 3. Ar šis pokytis priklauso nuo ištirpintos medžiagos užšalimo temperatūros?

70

XIX. VANDENS UŽŠALDYMAS IR LEDO TIRPINIMAS

1 paveikslas

Bendrosios programos: Pagrindinis ugdymas. 9–10 klasė.

Mokinių pasiekimai Ugdymo gairės Nuostatos Gebėjimai Žinios ir

supratimas



7.2. Savarankiškai tirti medžiagų savybes, siejant su jų naudojimu. Sieti vandens savybes su jo sandara.

7.2.1. Nurodyti fizines vandens savybes. 7.2.2. Paaiškinti vandens sandarą.

Atlikdami praktinę veiklą <...> mokiniai aiškinasi vandens fizines savybes ir susieja jas su sandaros ypatumais.

Įvadas: Temperatūra – fizikinė savybė, nusakanti objektų šiltumą: aukštesnės temperatūros objektas

yra karštesnis. Užšaldymas yra procesas, kai medžiaga iš skystos tampa kieta. Tirpinimas yra procesas, kai kieta medžiaga tampa skysta. Šie procesai vyksta, kai pasiekiama vadinamoji užšalimo ar tirpimo temperatūra.

Šio eksperimento metu tyrinėsime vandens užšalimo ir ledo tirpimo temperatūras, braižysime grafikus ir juos palyginsime.

71


Nova5000;

stovas su gnybtais;

matavimo cilindras;

250 ml stiklinė;

mėgintuvėlis;

stiklinė lazdelė pamaišyti;

vanduo;

ledo kubeliai;

druska;

temperatūros jutiklis ( nuo –25°C iki 110°C ).

Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite temperatūros jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000 įvado. 3. Sujunkite prietaisus kaip pavaizduota 1 paveiksle.


Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra (nuo –25°C iki 110°C). Dažnis: kas 10 sekundžių. Matavimai: 200 matavimų.

Eksperimento eiga ( 1 dalis, užšaldymas): 1. Suberkite ledo kubelius į 250 ml stiklinę ir įpilkite ≥ 150 ml šalto vandens. 2. Įpilkite 1 ml vandens į 5 ml mėgintuvėlį ir įtvirtinkite stovo gnybtuose taip, kad vandens lygis

mėgintuvėlyje būtų žemiau nei ledinio vandens lygis stiklinėje. 3. Įdėkite temperatūros jutiklį į vandenį mėgintuvėlyje.

4. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 5. Įdėkite į stiklinę apie 5 šaukštus druskos ir išmaišykite stikline lazdele.

6. Baikite įrašinėti (paspauskite Stop ) maždaug po 15 min ir palikite mėgintuvėlį lediniame vandenyje.


Eksperimento eiga ( 2 dalis, tirpinimas):

1. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad vėl pradėtų įrašyti duomenis. Pakelkite mėgintuvėlį ir įtvirtinkite taip, kad jis būtų virš ledinio vandens.

2. Išpilkite šaltą vandenį ir įpilkite į stiklinę 150 ml šilto vandentiekio vandens. Nuleiskite mėgintuvėlį į šiltą vandenį.

3. Baikite įrašinėti (paspauskite Stop ) maždaug po 15 min.


Duomenų analizė ir klausimai:

72

Eksperimento grafikų pavyzdžiai yra 2 ir 3 paveiksluose. 1. Kaip keitėsi vandens temperatūra šaldant ir tirpinant? 2. Koks yra vandens užšalimo taškas ir koks yra ledo tirpimo taškas? 3. Koks yra santykis tarp užšalimo ir tirpimo taškų?

4. Kaip keitėsi vandens kinetinė energija mėgintuvėlyje? Nustatykite – mažėjo, didėjo ar liko nepakitusi, kai:

a. temperatūra keitėsi nuo pradžios iki pabaigos 1 dalyje; b. temperatūra buvo pastovi 1 dalyje; c. temperatūra keitėsi nuo pradžios iki pabaigos 2 dalyje; d. temperatūra buvo pastovi 2 dalyje.

5. Kaip keitėsi potencinė energija (didėjo ar mažėjo) tose 4 klausimo dalyse, kuriose kinetinė energija liko nepakitusi?


73

XX. ŽVAKĖS LIEPSNOS TYRIMAS

1 paveikslas

Bendrosios programos: Pagrindinis ugdymas. 8 klasė.

Mokinių pasiekimai Ugdymo gairės Nuostatos Gebėjimai Žinios ir

supratimas


Suvokti žmogaus veiklos ir gamtoje vykstančių procesų tarpusavio ryšius.

6.1. Sieti medžiagų agregatinių būsenų kitimus su atstumu tarp dalelių, turima dalelių energija. Apibūdinti cheminę reakciją, siejant ją su medžiagų kiekybinės ir kokybinės sudėties bei sandaros kitimais.

6.1.6. Nurodyti degimą kaip cheminės reakcijos pavyzdį.

Atlikdami nesudėtingus eksperimentus (pvz., įvairių medžiagų degimas, tirpimas, lydymasis, maistinio acto ir geriamosios sodos reakcija, cinko re-akcija su rūgštimi ir pan.) ir juos tirdami mokiniai aiškinasi cheminių virsmų ypatybes, požymius lemiančius veiksnius, cheminių ir fizinių virsmų skirtumus. Naudodamiesi kasdienėje aplinkoje esamais pavyzdžiais, aiškinasi, kodėl degimas priskiriamas cheminėms reakcijoms.

Šį eksperimentą tikslinga atlikti ugdant eksperimentinių darbų atlikimo įgūdžius, mokant kaitinti įvairias medžiagas.

Įvadas: Degimo reakcija – egzoterminė reakcija, kurios metu vyksta degiosios medžiagos oksidacija.

Jos išoriniai požymiai yra šilumos ir dažniausiai šviesos išsiskyrimas. Liepsna – įkaitusios šviečiančios

74

dujos arba garai, atsirandantys degimo proceso metu. Liepsnos temperatūra yra nevienoda įvairiose liepsnos vietose. Liepsną ištirti yra įmanoma su šiluminiu elementu – labai jautriu, greitai į temperatūrą (nuo –200°C iki 1000°C) reaguojančiu jutikliu. Šio eksperimento metu tyrinėsite žvakės liepsną trijuose lygiuose (1 paveikslas).


Nova5000;

žvakė;

degtukai;

K tipo šiluminis elementas ( nuo 0°C iki 1250°C ).

Prietaisų jungimo tvarka: 1. Įjunkite multilaboratoriją. 2. Prijunkite šiluminio elemento jutiklį prie 1 (I/O-1) NOVA5000 įvado.


Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas: temperatūra ( nuo 0°C iki 1250°C ). Dažnis: 10 duomenų per sekundę. Matavimai: 1000 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Uždekite žvakę ir palikite degti apie 2 min.


3. Prieš įkišant jutiklį į liepsną nustatykite kambario temperatūrą (nepamirškite, kad šiluminis elementas yra labai jautrus ir greitai veikia).

4. Matuokite temperatūrą trijuose liepsnos lygiuose (žr. 1 paveikslą):

a. viršutiniame geltoname lygyje 1; b. viduriniame geltoname lygyje 2; c. apatiniame tamsiame lygyje prie dagties 3.



Duomenų analizė: Temperatūros priklausomybės nuo laiko grafikas rodo, kad liepsna yra karščiausia viršuje ir vėsta kuo žemiau liepsnoje yra jutiklis (žr. grafiką 2 paveiksle).

Klausimai: 1. Kokia temperatūra yra kiekviename liepsnos lygyje ( 1, 2 ir 3 )? 2. Kaip jums atrodo, kodėl karščiausia yra liepsnos viršuje?


75

XXI. REAKCIJOS GREIČIO PRIKLAUSOMYBĖ NUO TEMPERATŪROS. VAN'T HOFO TAISYKLĖ

1 paveikslas



Nuostata Domėtis technologinėmis problemomis ir jų sprendimo galimybėmis. Esminis gebėjimas Apibūdinti cheminių reakcijų greitį lemiančius veiksnius<...>.


4.1. Analizuoti svarbiausių reakcijos greitį lemiančių veiksnių įtaką.

4.1.1. Paaiškinti reakcijos greičio sąvoką. Pateikti lėtų ir greitų cheminių reakcijų pavyzdžių. 4.1.4. Paaiškinti, kaip kinta cheminės reakcijos greitis keičiantis koncentracijai ir temperatūrai. 4.1.10. Praktiškai ištirti reakcijos greitį pagal išsiskiriančių dujų tūrį.

Įvadas: Cheminei reakcijai vykti reikalingas tam tikras laikas. Vienos reakcijos įvyksta per sekundės dalį, pvz., sprogimas, o kitos vyksta keletą metų, pvz., radioaktyvus 238U skilimas. Daugumos cheminių reakcijų greitį nulemia temperatūra. Praktiškai nustatyta, kad pakėlus temperatūrą 10 laipsnių reakcijos greitis padidėja 2–4 kartus. Pirmasis šią taisyklę suformulavo olandų chemikas J. Van't Hofas. Ši taisyklė leidžia apytiksliai įvertinti temperatūros įtaką reakcijos greičiui. Šio eksperimento metu tyrinėsite temperatūros įtaką greičiui šioje reakcijoje:

5H2C2O + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 10CO2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

Proceso greičio rodiklis bus išsiskyrusio CO2 koncentracijos pokytis per nustatytą laiką.

76


Nova5000;

CO2 jutiklis;

vandens vonia ir termometras (100°C);

du matavimo indai;

dvi 50 ml stiklinės;

100 ml kolba;

0,1 M KMnO4 tirpalas;

0,1 M H2C2O tirpalas;

H2SO4 tirpalas (1:1);


laboratorinis stovas;


Prietaisų jungimo tvarka: 1. Į vandens vonią įpilkite vandens ir pastatykite ant elektrinės plytelės. Termometrą

įtvirtinkite stove taip, kad neliestų sienelių ir dugno, bet būtų vandenyje. 2. Užsidėkite apsauginius akinius. 3. Matavimo indu pamatuokite ir įpilkite į stiklinę 20 ml 0,1 M KMnO4 ir 10 ml H2SO4

tirpalo (1:1). 4. Pamatuokite 20 ml 0,1 M H2C2O tirpalo ir įpilkite į kitą stiklinę. 5. Stiklines su tirpalais įtvirtinkite laboratoriniame stove ir įleiskite į vandenį, bet kad

nesiliestų su vandens vonios sienelėmis ir dugnu. 6. Įjunkite multilaboratoriją. 7. CO2 jutiklį prijunkite prie 1 (I/O-1) Nova5000 įvado. 8. Sumontuokite prietaisus taip, kaip parodyta 1 paveiksle.


Duomenų kaupiklio nustatymas: Jutikliai: 1 įvadas – CO2 jutiklis. Dažnis: 10 matavimų per 1 sekundę. Matavimai: 1000 matavimų.

Eksperimento eiga: 1. Įjunkite elektrinę plytelę. 2. Palaukite, kol vanduo įkais iki 30°C.

3. Paspauskite Run viršutinėje įrankių juostoje, kad pradėtų įrašyti duomenis. 4. Palaukite, kol jutiklis pradės rodyti stabilius duomenis. 5. Išimkite CO2 jutiklį ir atsargiai pamaišykite tirpalą. Greitai grąžinkite jutiklį atgal. 6. Išjunkite maišyklę. 7. Stebėkite CO2 koncentracijos pokytį Nova ekrane.



10. Pakartokite 2–9 žingsnius 40°C ir 50°C temperatūroje.

77

Duomenų analizė:

1. Naudokite pirmąjį žymeklį ir antrąjį žymeklį CO2 koncentracijos pokyčiui stebėti. Žymeklis: grafike galima vienu metu naudoti du žymeklius. Naudokite pirmąjį žymeklį duomenims užrašyti, kreivei pažymėti arba parodyti paslėptą Y



pirmąjį žymeklį grafiko įrankių juostoje. Pele galima nutempti žymeklį ant kito taško, ant grafiko

arba ant kito grafiko. Kad geriau žymeklis judėtų, naudokite Forward ar Backward žymeklius. Pažymėto taško koordinates matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje. Antrojo žymeklio naudojimas: du kartus paspauskite bet kurioje grafiko vietoje arba

paspauskite antrąjį žymeklį . Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų reikšmių.

Žymeklių panaikinimas: norėdami panaikinti antrąjį žymeklį, spauskite , o norėdami

panaikinti pirmąjį žymeklį, spauskite .

2. Taikykite Linear fit gautiems grafikams: a. naudokite žymeklį norimam

intervalui pažymėti;

b. paspauskite Linear fit pagrindinėje įrankių juostoje (tinkamą lygtį rasite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje);

c. grafiko nuolydžio kampo tangentas yra lygus reakcijos greičiui.

Šio eksperimento galimo grafiko pavyzdys vaizduojamas 2 paveiksle.

Klausimai: 1. Kaip apskaičiuoti reakcijos greitį žinant CO2 koncentraciją? Parašykite formulę. Ar galima

naudojant šią formulę apskaičiuoti reakcijos greitį įvairiose temperatūrose? 2. Kuo skiriasi grafikai esant skirtingoms temperatūroms? Kiek sekundžių reikėjo reakcijai įvykti

esant 30°C ir kiek – 50°C? 3. Kaip galvojate, kodėl didėjant temperatūrai didėja reakcijos greitis?

Kiti eksperimentų pasiūlymai: 1. Kaip pasikeitė reakcijos greitis pakėlus temperatūrą 10°C? Numatykite, koks bus reakcijos

greitis, jei temperatūra bus 60°C. 2. Skaičiavimus patikrinkite atlikdami praktinį darbą.


78

XXII. pH AUDINIŲ EKSTRAKTUOSE MATAVIMAS

1 paveikslas

Bendrosios programos

Vidurinis ugdymas. Išplėstinis kursas. 12 klasė. Šis tiriamasis darbas rekomenduojamas gabiems,

gamtos mokslais besidomintiems mokiniams, gali būti atliekamas neformalaus ugdymo

užsiėmimuose.


Nuostata

Kūrybingai ir saugiai tyrinėti gamtos reiškinius.

Esminis gebėjimas

Apibūdinti chemijoje taikomus tyrimo metodus.


9.1. Taikyti įgytas žinias apie medžiagos

koncentraciją tirpale, siejant su koncentracijos

reiškimo būdais.

9.1.1. Paaiškinti titravimo metodo esmę ir taikyti

šį metodą praktiškai.

9.1.2. Paaiškinti, kaip tirpalo spalvos

intensyvumas susijęs su medžiagos koncentracija

ir tirpalo sluoksnio storiu.

Įvadas

Visos gyvos ląstelės egzistuoja konkrečios pH terpėje. Net minimalus pH pokytis gali

suardyti ląstelės struktūrą – šiems pokyčiams jautriausi yra jos komponentai, pvz., baltymai. Dėl pH

79

pokyčių suyra tretinė baltymo struktūra, o tai slopina jų normalias funkcijas. Kadangi baltymai yra

gyvybiškai svarbūs normaliai ląstelių veiklai, struktūros pažeidimai gali lemti ląstelių žūtį.

Šiam pavojui sumažinti visų gyvų organizmų ląstelėse yra buferinių tirpalų, cheminių

medžiagų, kurios reaguodamos su rūgštimis ar bazėmis palaiko pastovų pH ląstelėje. Žinomiausi

buferiniai tirpalai yra fosfatai. Tačiau tam tikros ląstelės sudėtinės dalys (nukleino rūgštys, baltymai,

lipidai ir mažos organinės molekulės) gali būti buferiniai tirpalai, bet reaguoti su rūgštimis ar bazėmis

ir blokuoti jų įtaką ląstelės pH.

Titravimas – procesas rūgšties ar bazės koncentracijai nustatyti, matuojant mažiausią

žinomos koncentracijos rūgšties ar bazės tūrį, reikalingą tiriamam tirpalui neutralizuoti.

Šiame eksperimente titruosite įvairius audinių ekstraktus, gautus iš maisto produktų

(bulvių, kiaušinių, kepenų ir pan.), lašindami žinomos koncentracijos rūgšties ar bazės tirpalus.

Prietaisai ir medžiagos

„Nova5000“;

pH jutiklis;

jutiklių kabelis;

temperatūros jutiklis (nuo −25 °C iki 110 °C). Temperatūros jutiklis turi būti sujungtas su

duomenų kaupikliu nuosekliai per pH jutiklį;

bulvės, morkos ar rūgštūs obuoliai;

100 ml stiklinė;

0,5 l stiklinė;

50 ml biuretė;

centrifuga;

marlė;


laboratorinis stovas su dviem laikikliais;

0,1 N HCl (druskos rūgšties) tirpalas;

0,1 N NaOH (natrio hidroksido) tirpalas;

mažas magnetas (kad tilptų į stiklinę).

Prietaisų sujungimo tvarka ir pasiruošimas eksperimentui

1. Įjunkite multilaboratoriją.

2. Prijunkite pH elektrodą prie 1 (I/O-1) „Nova5000“ įvado.

3. Sujunkite prietaisus, kaip parodyta 1 paveiksle.

4. Spragtelėkite Setup pagrindinėje įrankių juostoje ir nustatykite duomenų kaupiklį taip,

kaip aprašyta toliau.

Duomenų kaupiklio nustatymas

Jutikliai:

1 įvadas: pH;

2 įvadas: temperatūros (nuo −25 °C iki 110 °C).

80

Dažnis:

kas sekundė.

Duomenys:

2000 duomenų.

Eksperimento eiga

1. Paruoškite 100 ml audinių ekstrakto:

naudokite bulves, morkas ar rūgščius obuolius;

sutarkuokite juos;

tarkius dėkite į 0,5 l stiklinę;

tarkius išspauskite per marlę;

bulvėse yra krakmolo, jam atskirti tirpalą 1–2 min. centrifuguokite;

obuolių ekstraktą praskieskite vandentiekio vandeniu santykiu 1:1;

kepenų ekstraktas: pasverkite 70 g vištos kepenų, įpilkite 150 ml vandentiekio vandens ir

sutrinkite trintuvu, mišinį centrifuguokite, gautą tirpalą praskieskite vandeniu, kad

gautumėte 200 ml tirpalo.

2. Į biuretę įpilkite 0,1 N druskos rūgšties tirpalo. Biuretę pastatykite virš stiklinės tik tada, kai ji

bus pripilta rūgšties tirpalo.

3. Į stiklinę įpilkite 40 ml ekstrakto.

4. Į ekstraktą įdėkite pH elektrodą.

5. Įjunkite magnetinę maišyklę ir pradėkite atsargiai maišyti. Magnetas turi išlaikyti pH

elektrodą.

6. Spragtelėkite Run viršutinėje įrankių juostoje ir pradėkite fiksuoti duomenis.

5. Lėtai ir atsargiai pasukite biuretės rankenėlę, kol tirpalas pradės lėtai, bet pastoviai lašėti.

6. Apskaičiuokite lašėjimo greitį, t. y. rūgšties tūrį (ml), sulašintą į stiklinę per minutę.

7. Stebėkite pH pokytį, kol monitoriuje pamatysite tiesią nekintančią liniją.

8. Pakartokite eksperimentą naudodami 0,1 N natrio hidroksido tirpalą.

9. Išsaugokite duomenis spragtelėdami Save viršutinėje įrankių juostoje.

Duomenų analizė

1. Naudokite pirmąjį žymeklį pradiniam audinių pH sužinoti.

2. Apskaičiuokite pH ir laiko pokytį. Naudokite žymeklius tinkamoms reikšmėms rasti:

Žymekliai: galite naudoti abu žymeklius vienu metu.

Naudokite pirmąjį žymeklį atskiroms matavimo reikšmėms parodyti, kreivei pasirinkti ar paslėptai Y

ašiai atskleisti.

81

Antrąjį žymeklį naudokite skirtumui tarp dviejų koordinačių verčių parodyti ar duomenų taškams

pažymėti.

Pirmojo žymeklio (First cursor) naudojimas: du kartus spragtelėkite ant matavimo taško arba First

cursor grafiko įrankių juostoje. Pele galite nutempti žymeklį ant kito taško ar ant kito grafiko

lauko. Patogesniam naudojimui rinkitės žymeklius Forward ir Backward .

Pažymėto taško koordinačių reikšmes matysite informacinėje juostoje grafiko lango apačioje.

Antrojo žymeklio (Second cursor) naudojimas: du kartus spragtelėkite bet kurioje grafiko vietoje

arba spragtelėkite Second cursor .

Informacinėje juostoje matysite skirtumą tarp dviejų koordinačių verčių.

Žymeklių panaikinimas: spragtelėkite antrajam žymekliui panaikinti ir – pirmajam žymekliui

panaikinti. Naudokite žymeklius atitinkamiems dydžiams nustatyti:

3. Apskaičiuokite laiką nuo eksperimento pradžios iki buvo užfiksuotas pH pokytis.

4. Apskaičiuokite rūgšties tūrį, kuris buvo sulašintas prieš pastebint pH pokytį: padauginkite

laiką, apskaičiuotą 3 žingsnyje, iš rūgšties lašėjimo iš biuretės greičio.

5. Apskaičiuokite visą per titravimą sulašintos rūgšties tūrį: nustatykite rūgšties tūrio pokytį

biuretėje.

Klausimai

1. Apibūdinkite audinių ekstrakto titravimo rūgštimi kreivę.

2. Kokią informaciją galite surasti kreivėje?

3. Palyginkite titravimo rūgštimi ir titravimo baze kreives. Kuo jos panašios, kuo skiriasi?

4. Palyginkite titravimui sunaudotus rūgšties ir bazės tūrius, kai buvo pastebėtas pH pokytis ir

kai titravimas buvo baigtas.

5. Aptarkite rezultatus. Ar gyvų organizmų ląstelės gali išlaikyti pastovų pH, kai įpilama rūgšties

ar bazės? Jei taip, tai kokiu kiekiu?

6. Numatykite rūgšties ar bazės tirpalo, įlašinto į audinių ekstraktą, koncentracijos pokyčio

įtaką.

7. Kokie procesai ląstelėse gali nulemti pH pokyčius?

Kitų eksperimentų pasiūlymai

1. Titruokite audinių ekstraktus praskiestais rūgščių ar bazių tirpalais (0,01 N).

2. Pateikite audinių ekstrakto pH pokytį kaip sulašinto tirpalo tūrio funkciją.

3. Palyginkite titravimo kreives, kai ekstraktai ruošiami su vandentiekio vandeniu ir buferiniais

tirpalais (pvz., NaH2PO4- ir NaHPO4

2- mišiniu).

4. Išmatuokite įvairaus skysto maisto pH. Stebėkite pH pokyčio priklausomybę nuo laiko ir

temperatūros.

82

Turite klausimų, pastabų, pasiūlymų kuriant naujus eksperimentus? Pasidalinkite savo žiniomis ir mintimis su mumis, susisiekite.

UAB "Mokslo technologijos" J. Galvydžio g. 5, 08236 Vilnius El. p. [email protected] Tel. 8 5 2745417 Mob. 8 613 84568

Documents

Chemijos - Mokslo technologijos · taikant pusiausvyros konstantą. 4.3.1. Užrašti pusiausvros konstantos formulę duotajai homogeninei reakcijai ir paaiškinti, ką rodo pusiausvros