9789147904976 by Smakprov Media AB

lärarhandledning

Stig Andersson Lennart Jörnland Helena Lennholm Birgitta Rosén Artur Sonesson Birgitta Stålhandske Aina Tullberg Lars Rydén

innehåll För dig som ska använda lärarhandledningen Att tänka på när du laborerar Farosymboler Labutrustning Laborationer Demonstrationer Didaktiska kommentarer Övningsuppgifter Svar och kommentarer till övningsuppgifter Backlist med laborationer och demonstartioner Materialet motsvarar ca 700 A4-sidor. Texterna är pdf-filer. All text får kopieras på den skola som köpt in lärarhandledningen.

ISBN 978-91-47-90497-6 © 2011 Stig Andersson, Lennart Jörnland, Helena Lennholm, Birgitta Rosén, Artur Sonesson, Birgitta Stålhandske, Aina Tullberg, Lars Rydén och Liber AB Redaktör: Peter Larshammar och Eva-Lisa Nordmark Formgivare: Lotta Rennéus Teckningar: Björn Magnusson och Cicci Lorentzson

Ämnesomsättning

Stökiometri

Reaktionsmekanismer

Reaktionshastighet

Organisk kemi

Metaller och elektrokemi

Livsmedelskemi

Jämvikt

Biomolekyler

Analys

Didaktiska kommentarer till Ämnesomsättning 7 st LABORATIONER 5 st DEMONSTRATIONER

Didaktiska kommentarer till Stökiometri 4 st LABORATIONER 1 st DEMONSTRATION

Didaktiska kommentarer till Reaktionsmekanismer 3 st LABORATIONER 6 st DEMONSTRATIONER

Didaktiska kommentarer till Reaktionshastighet 4 st LABORATIONER 7 st DEMONSTRATIONER

Didaktiska kommentarer till Organisk kemi 8 st LABORATIONER 11 st DEMONSTRATIONER

Didaktiska kommentarer till Metaller och elektrokemi 3 st LABORATIONER 8 st DEMONSTRATIONER

Didaktiska kommentarer till Livsmedelskemi 6 st LABORATIONER 3 st DEMONSTRATIONER

Didaktiska kommentarer till Jämvikt 5 st LABORATIONER 10 st DEMONSTRATIONER

Didaktiska kommentarer till Biomolekyler 7 st LABORATIONER 11 st DEMONSTRATIONER

Didaktiska kommentarer till Analys 17 st LABORATIONER 4 st DEMONSTRATIONER

Innehåll Gymnasiekemi 2 Lärarhandledning

Övningsuppgifter Övningsuppgifter – svar och kommentarer

Backlist med laborationer och demonstrationer Metoder

Innehåll För dig som ska använda lärarhandledningen Att tänka på när du laborerar Farosymboler Labutrustning – uppgift och facit

ÖVRIGA FILER

För dig som ska använda lärarhandledningen Den här lärarhandledningen är för dig som undervisar i den andra gymnasiekursen i kemi eller motsvarande. Laborationerna och demonstrationerna passar för gymnasieelever (eller komvuxelever) oavsett vilket program de går på och oavsett vilken lärobok i kemi de har.

Innehåll Lärarhandledningen innehåller: • Inledning • Att tänka på när du laborerar • Farosymboler • Labutrustning – uppgift + facit • Didaktiska kommentarer • 64 laborationer • 66 demonstrationer • En backlist bestående av 60 laborationer och demonstrationer

Lärarhandledningens områden I lärarhandledningen har vi tagit med laborationer och demonstrationer som är relevanta i den andra kursen i kemi på gymnasiet. Vi har valt att dela in laborationerna och demonstrationerna i områden. Områdena är: • Stökiometri • Reaktionshastighet • Jämvikt • Metaller och elektrokemi • Organisk kemi • Reaktionsmekanismer • Biomolekyler • Ämnesomsättning • Livsmedelskemi • Analys Det finns också ett område där vi listat några metoder och recept på vanliga reagens; Metoder. En del av områdena är centrala i ämnesplanen för kemi, en del har vi tagit med för fördjupning och repetition. I området Stökiometri finns ett antal laborationer framförallt avsedda för repetition, men även för att visa beräkningar med gaser och mer komplicerade reaktionsformler. I området Reaktionshastighet finns laborationer och demonstrationer där reaktioners hastighet studeras kvalitativt och kvantitativt. Jämviktsområdet omfattar laborationer och demonstrationer som handlar både om vanliga jämviktsreaktioner och syra/basreaktioner. I området Metaller och elektrokemi har vi tagit med laborationer och demonstrationer som är specifikt kopplade till metaller och metallers föreningar. Här finns även elektrolys och galvaniska element med.

Gymnasiekemi 2 © Författarna och Liber AB

Får kopieras

För dig som ska använda lärarhandledningen

Organisk kemi handlar om organiska reaktioner, egenskaper hos organiska föreningar och några olika analysmetoder. En fördjupning av organisk kemi finns i området Reaktionsmekanismer. I området Biomolekyler finns laborationer och demonstrationer med kolhydrater, aminosyror, proteiner, lipider och nukleinsyror. Området Ämnesomsättning innehåller framförallt laborationer och demonstrationer med olika typer av enzymer. Området Analys är omfattande med projektlaborationer, titreringar och spektroskopiska laborationer. Vi har också urskilt ett område med speciell anknytning till fortsättningskursen i kemi; Livsmedelskemi.

Öppna laborationer Det är viktigt att eleverna inte bara får helt styrda laborationer utan att de får använda sin kreativitet. Därför finns det 16 öppna laborationer i lärarhandledningen utspridda på de olika områdena. I en öppen laboration får eleverna inga specifika instruktioner om hur laborationen ska genomföras, utan det är meningen att de ska utforma den själva. Ibland får de frågeställning men får välja metod själva, ibland är det tvärtom.

Didaktiska kommentarer Till varje område finns didaktiska kommentarer samlade. Det är en genomgång av alla områdets laborationer och demonstrationer. Vi anger och rekommenderar hur varje laboration och demonstration kan användas i kursen. Didaktiska kommentarer kan alltså om man vill användas som kursplanering.

Lätt överskådlig riskbedömning För varje laboration och demonstration finns en tabell som anger svårighetsgrad, tidsåtgång, förberedelser och riskbedömning. Vi har använt speciella symboler för skyddsglasögon, dragskåp och uppsamlingskärl där det är extra viktigt att eleverna använder skyddsglasögon eller arbetar i dragskåp. De symbolerna ser ut så här:

Så här ser ett exempel på tabellhuvud från laborationen ”Försök med kaliumnitrat och kol och svavel” ut:

Svårighetsgrad Tidsåtgång

Förberedelse

Mer krävande

Gör iordning små provrör med kemikalier i.

20 min

Gymnasiekemi 2 © Författarna och Liber AB

Riskbedömning riskfylld.

Får kopieras

För dig som ska använda lärarhandledningen

Svårighetsgrad Det finns tre svårighetsgrader på laborationerna och demonstrationerna; enkelt, lite klurigt och mer krävande.

Tidsåtgång Att ange tidsåtgång för en laboration eller demonstration är inte helt lätt, utan bör ses som en fingervisning.

Förberedelse Under rubriken förberedelse finns angivet om någonting speciellt behöver förberedas.

Riskbedömning Till sist anges hur riskfylld laborationen eller demonstrationen är: ej riskfylld, måttligt riskfylld eller riskfylld. Under riskbedömning finns farosymboler, symboler för skyddsglasögon, dragskåp och uppsamlingskärl.

Laborationerna Varje laboration består av två delar; en del som kan kopieras och ges till eleverna, samt en del som kallas Tips till läraren och innehåller just tips och annat som läraren bör veta om laborationen. Här finns exempelvis alla relevanta kemiska reaktionsformler samt svar på eventuella frågor som kan uppstå under eller efter laborationen. I laborationens elevdel finns en tabell där en enkel riskbedömning ges (se ovan). I motsvarande tabell till lärardelen anges även svårighetsgrad, tidsåtgång, eventuell förberedelse och en utförligare riskbedömning. En del laborationer anges som öppna, vilket innebär att ingen detaljerad beskrivning ges. Endast någon eller några av posterna utrustning, utförande och uppgift finns angiven. Tanken är att eleverna själva får börja med att fundera ut en hypotes, föreslå utförande och göra en riskbedömning tillsammans med läraren.

Demonstrationerna I den inledande tabellen till demonstrationerna anges svårighetsgrad, tidsåtgång, eventuell förberedelse och riskbedömning. Att ange tidsåtgång för en demonstration är svårt eftersom den beror på hur mycket bakgrund man tar med och hur mycket man vill att eleverna ska fundera själva. Detta får alltså endast ses som en fingervisning. Vi har valt att ange tre olika tidsåtgångar; 20, 40 och 60 minuter.

Backlist I det vi kallar ”backlist” finns ytterligare 60 laborationer och demonstrationer som inte är indelade i områden. Först listas några laborationer, sen kommer enklare demonstrationer följt av ökande svårighetsgrad. Sist ligger en del demonstrationer som tar längre tid.

Gymnasiekemi 2 © Författarna och Liber AB

Får kopieras

För dig som ska använda lärarhandledningen

Didaktiska kommentarer till Analys Den analytiska kemin har en betydande plats i ämnesplanen för den andra kemikursen. Här finns därför ett stort antal laborationer och demonstrationer omfattande kvalitativa och kvantitativa analysmetoder. Vi har delat in dem i fyra delar. Den första delen består av olika typer av titreringar, metoder som i princip alla som har byretter kan använda. Nästa del består av laborationer som man behöver en spektrofotometer till. De finns i enkla varianter som inte är så dyra, så många har troligen tillgång till sådan apparatur. Del tre är övriga analysmetoder som olika typer av kvalitativ analys, gelfiltrering och tunnskiktskromatografi. Sista delen kallar vi projektlaborationer. De är mer omfattande, och kräver dessutom tillgång till mer avancerad apparatur för atomabsorptionsspektrometri, gaskromatografi, HPLC och flamfotometri. De laborationerna lämpar sig därför att göra i samarbete med högskola eller näringsliv. Det finns också ett antal analyslaborationer i områdena biomolekyler, livsmedel och organisk kemi. När det gäller analytiska kemilaborationer blir diskussioner om felkällor, noggrannhet och precision en viktig del. De flesta laborationerna inom detta område lämpar sig för sådana diskussioner. Vissa av laborationerna innehåller dessutom olika aspekter av provtagning och detektionsnivå.

Titreringar I demonstrationen Bestämning av halten silverjoner genom titrering med kaliumtiocyanatlösning enligt Volhard används komplexbildning och redoxkemi för bestämningen. Även laborationen Bestämning av järnhalten i rakblad är en redoxtitrering. I Bestämning av kloridjonkoncentrationen i saltvatten eller sötvatten används en titrering enligt Mohr. Syrabastitreringar finns i laborationerna Bestämning av masshalten ättiksyra i vinäger, Bestämning av koncentrationen fosforsyra i Coca-Cola – öppen laboration, samt i Undersökning av buffertkapaciteten i saliv. Det finns även en laboration med EDTA-titrering: Bestämning av vattens hårdhet genom EDTA-titrering.

Gymnasiekemi 2 © Författarna och Liber AB

Får kopieras

Spektrofotometri Här kan eleverna börja med laborationen Ta upp spektrum med spektrofotometri där de själva får ta upp spektra för lösningar i olika färger. Sen kan de göra en kvantitativ analys i Bestämning av manganhalten i rakblad, eller Bestämning av nitrat i grönsaker med spektrofotometri. I laborationen Bestämning av halten kvävedioxid i bilavgaser med spektrofotometri tar eleverna prov på olika avgaser som de omvandlar till en färgad lösning före bestämningen.

Övriga analysmetoder Laborationen Bestämning av nitrat i grönsaker med nitratsticka är en variant av laborationen ovan, men eleverna får själva blanda reagens till nitratstickorna. I Metaller och metallföreningar – öppen laboration gör eleverna en kvalitativ analys. Kvalitativ analys används också i demonstrationen Enkel kvalitativ analys av ull, hår och naglar. Gelfiltrering används som metod i laborationen Bestämning av molmassan för hemoglobin. I demonstrationen Försök med jonbytare visas hur jonbyteskromatografi används. Tunnskiktskromatografi visas i demonstrationen TLCanalys av sötningsmedel. I den öppna laborationen Analys av järn – öppen laboration får eleverna själva välja metod och fundera på noggrannhet.

Projektanalyser För de här laborationerna behövs avancerad apparatur, alternativt besöker man ett ställe där den finns. De tar längre tid och lämpar sig även för grupparbeten där eleverna kan fokusera på andra aspekter. I Bestämning av koppar i vatten med atomabsorptionsspektrometri där man använder TLC och Bestämning av kalium med flamfotometri används atomabsorptionsspektrometri och flamfotometri. Gas- och vätskekromatografi används i laborationerna Analys av fett med GC och Bestämning av koffein i drycker med HPLC.

Andra analyslaborationer I området organisk kemi finns Analys av tabletter – öppen laboration, Kvalitativ analys av organiska substanser – öppen laboration, samt Analys av läkemedel – öppen laboration. Analyslaborationer i området livsmedel är Analys av godis – öppen laboration, Bestämning av järn i grönsaker med spektrofotometri samt Bestämning av syrainnehållet i mjölk och filmjölk. Även området biomolekyler innehåller analysrelaterade laborationer; Gelfiltrering, Kvalitativ analys av organiska substanser och biomolekyler – öppen laboration, Kvantitativ bestämning av omättat fett samt Undersökning av aminosyror i surkål.

Gymnasiekemi 2 © Författarna och Liber AB

Får kopieras

DeMo. Enkel kvalitativ analys av ull, hår och naglar Tidsåtgång 40 min

Svårighetsgrad Enkelt

Riskbedömning Måttligt riskfylld

Konc. salpetersyra är starkt frätande och ångorna farliga att inandas. Natriumhydroxid och ättiksyra är frätande. Svavelväte är giftigt och brandfarligt. Blynitratlösning är miljöskadlig.

Syfte Att analysera om det finns kväve, svavel och protein i några biologiska prover.

Teori Smält natriumhydroxid reagerar med kväve och svavel i det biologiska provet. Om det bildas ammoniak visar det att provet innehåller kväve. När smältan sedan löses i vatten och lösningen surgös känns lukten av svavelväte om provet innehåller svavel. Vid upphettningen bildas natriumsulfid och vid surgöringen svavelväte. Det visar att proteinerna i ull och hår/naglar innehåller svavel. När blynitrat sätts till den surgjorda lösningen bildas svart blysulfid. Den är mycket svårlöslig i vatten, också i sur miljö. Med hår och naglar kan fällningen bli ganska tunn och ha brun färg. Reaktionsformler: 2 HAc (aq) + S2– (aq) → H2S (aq) + 2 Ac– (aq) Pb2+ (aq) + H2S (aq) → PbS (s) + 2 H+ (aq) Försöken visar att ull, hår och naglar innehåller kväve och svavel.

Utrustning 2 bägare (50 cm3), provrör (12 × 100 mm), 2 provrör (18 × 180 mm), filtrerställ, tratt, filtrerpapper, rött indikatorpapper, pasteurpipetter, brännare.

DeMo.

Gymnasiekemi 2 © Författarna och Liber AB

Får kopieras

Enkel kvalitativ analys av ull, hår och naglar

Kemikalier Fast natriumhydroxid, 0,1 mol/dm3 Pb(NO3)2, konc. HNO3, 4 mol/dm3 HAc, 2 mol/dm3 NaOH, ullgarn, hår/naglar.

Utförande Påvisande av kväve och svavel 1. Försöket utförs i dragskåp! Fyll en bägare till hälften med vatten. 2. Fukta ett rött indikatorpapper med vatten. 3. Lägg en bit ullgarn, lite hår eller några bitar nagel i det lilla provröret. Lägg också en pastill natriumhydroxid i provröret. 4. Håll provröret med provrörshållare över brännaren och lägg det fuktade indikatorpapperet över provrörsmynningen. Det bildas rök som blåfärgar indikatorpapperet. Röken innehåller bl.a. ammoniak. 5. Fortsätt att värma kraftigt på provröret ytterligare någon minut så att bottnen av provröret glöder. 6. Sätt sedan omedelbart ner det heta provröret i bägaren med vatten. Provröret spricker och innehållet kommer ut i vattnet. Rör om i bägaren. 7. Filtrera bort olöst substans. Filtratet luktar svavelväte. 8. Surgör droppvis med ättiksyra. Kontrollera med indikatorpapper att lösningen blir sur. 9. Lukta på lösningen. Lukten av svavelväte är nu något starkare. 10. Tillsätt några droppar blynitratlösning. Då bildas en svart fällning av blysulfid.

Påvisande av proteiner med xantoproteinprovet 1. Lägg lite ull eller hår eller några nagelbitar i ett provrör 18 × 180 mm. 2. Häll 1 cm3 vatten och 1 cm3 konc. salpetersyra i provröret. 3. Lägg i en koksten och låt innehållet koka svagt någon minut. Lösningen blir svagt gul. Kyl under vattenkranen. 4. Häll hälften av innehållet i ett annat provrör 18 × 180 mm. Tillsätt försiktigt 2 mol/dm3 NaOH tills innehållet blir gulbrunt. Lösningen är då basisk. Det går åt flera cm3 lösning för att neutralisera salpetersyran – halva provröret kan fyllas. Den gulbruna färgen visar att provet innehåller proteiner, där det ingår aminosyror med fenylgrupper.

DeMo.

Gymnasiekemi 2 © Författarna och Liber AB

Får kopieras

Enkel kvalitativ analys av ull, hår och naglar

Lab. Bestämning av halten kvävedioxid i bilavgaser och luft med spektrofotometri Riskbedömning Måttligt riskfylld

Syfte Att bestämma kvävedioxidhalten i bilavgaser med spektrofotometri.

Teori Kvävedioxid absorberas i en sur reagenslösning som innehåller sulfanilamid och naftyletylendiamin. Då sker en reaktion som resulterar i en ljusröd lösning. Färgstyrkan är proportionell mot mängden kvävedioxid som absorberats. Färgens intensitet, dvs. lösningens absorbans, mäts med spektrofotometer vid 540 nm. När kvävedioxiden, NO2, löses i absorptionslösningen överförs den till nitritjoner, NO2–: 2 NO2 (g) + H2O (l) → HNO3 (aq) + HNO2 (aq)

Utrustning Fryspåsar (3 liter), tratt, vanna (minst 5 dm3), spektrofotometer med tillbehör.

Kemikalier Absorptionslösning innehållande sulfanilamid, vinsyra och EDTA (komplexbildare), naftyletylendiamin och aceton. Kalibreringslösningar innehållande natriumnitrit och natriumhydroxid.

Provtagning Samla upp avgaser från bilar i 3-liters fryspåsar. Från början ska påsarna vara hoprullade så att det inte finns någon luft i dem.

Lab.

Gymnasiekemi 2 © Författarna och Liber AB

Får kopieras

Bestämning av halten kvävedioxid i bilavgaser

Ta prov från bilar av olika slag – både från sådana som har katalysator och sådana som inte har. En katalysatorbil måste ha gått minst 3 km för att vara riktigt varm och ha en fungerande katalysator. Ta också prov från bussar som går på olika bränslen: diesel, naturgas, biogas, etanol, rapsolja m.m. Anteckna alltid fordonstyp, bilmärke och årsmodell. Se till att det verkligen blir avgaser och inte luft som kommer in i påsen. Håll påsen så nära avgasröret som möjligt – dock utan att röra vid röret som brukar vara mycket varmt. Tillslut den gasfyllda påsen ordentligt. Vira en metallsnodd runt påsens öppning.

Kalibreringskurva Din lärare har framställt 2 serier av kalibreringslösningar med olika nitrithalter.

Koncentration Serie b Serie a Kalibreringslösning (µg NO2 per Kalibreringslösning nr: nr: cm3) –

Koncentration (µg NO2 per cm3) –

0,05

0,25

0,10

0,50

0,15

0,75

0,20

1,00

Be läraren visa dig hur du ska arbeta med spektrofotometern. Mät absorbansen för samtliga lösningar i de båda serierna vid 540 nm med vatten som blank. Rita en kalibreringskurva där du avsätter kalibreringslösningarna från serie a:s absorbans (A) på Y-axeln och koncentrationen (c, i mol/dm3) på X-axeln. Grafen bör bli en rät linje och gå genom origo. Gör sedan en motsvarande kalibreringskurva för mätningarna från serie b.

bestämning av halten No2 Bestäm på följande sätt ett värde på volymen gas i provpåsen: Häll 2 dm3 vatten i en vanna på 5 dm3. Sätt märke på vannan vid 2 dm3. Häll sedan i vattenportioner på 1 dm3 och sätt märken vid volymerna 3, 4 och 5 dm3. Häll sedan ut vattnet. Häll på nytt 2 dm3 vatten i vannan. Sänk ner påsen med avgaserna helt under vattnet. Uppskatta hur mycket vattnet har stigit. Ökningen anger gasens volym i dm3. Öppna påsen lite och placera en tratt i öppningen. Häll snabbt 50 cm3 absorptionslösning i påsen. Ta bort tratten och tillslut omedelbart påsen. Skaka påsen ½ min. Lösningen blir mer eller mindre röd.

Lab.

Gymnasiekemi 2 © Författarna och Liber AB

Får kopieras

Bestämning av halten kvävedioxid i bilavgaser

Mät lösningens absorbans vid 540 nm efter 10–15 min. Använd avjonat vatten som blank. Avläs lösningens halt av nitritjoner i en av kalibreringskurvorna. Använd kurvan från serie a för låga halter av NO2 och kurvan från serie b för något högre halter.

beräkningar När kvävedioxiden, NO2, löses i absorptionslösningen överförs den till nitritjoner, NO2–: 2 NO2 (g) + H2O (l) → HNO3 (aq) + HNO2 (aq) Enligt reaktionsformeln är 1 mol NO2 ⇔ 1 mol NO2–. Beräkna NO2-halten i avgaserna. Halten NO2 i luft brukar anges i µg/m3.

Lab.

Gymnasiekemi 2 © Författarna och Liber AB

Får kopieras

Bestämning av halten kvävedioxid i bilavgaser

Tidsåtgång Svårighetsgrad Förberedelse Provtagning + 60-80 min

Lite klurigt

Gör i ordning reagenslösning, absorptionslösning samt kalibreringslösningar.

Riskbedömning Måttligt riskfylld

Naftyletylendiamin irriterar ögon, hud och slemhinnor. Aceton är mycket brandfarlig. Natriumhydroxid är starkt frätande. Damm som innehåller natriumhydroxid irriterar luftvägarna och kan ge lungskador.

Tips till läraren Gå igenom vad som menas med spektrofotometrisk analys – något om den teoretiska bakgrunden och det praktiska utförandet före laborationen. Ha också ett speciellt tillfälle för eleverna att planera sin provtagning, vad för slags avgaser ska de ta. Sen måste eleverna också få tid för att gå ut och ta proverna. Ett fullständigare namn för är naftyletylendiamin är N-(1-naftyl)etylendiamin. N-(1-naftyl) betyder att den ena kväveatomen i etylendiamgruppen är bunden till kolatom nr. 1 i naftalenresten: ”naftyl”. Kemikalien köps som saltet N-(1-naftyl)etylendiamindihydroklorid.

Att diskutera Hur varierar halten kvävedioxid för olika bilmärken, motortyper, katalysator, etc.? Vilken biltyp är mest/minst miljövänlig? Vilken noggrannhet får man vid bestämningen?

Beredning av lösningar Reagenslösning: Lös 0,45 g naftyletylendiamin i 500 cm3 vatten. Absorptionslösning: Lös 2 g sulfanilamid, 5 g vinsyra och 50 mg EDTA i 50 cm3 varmt vatten. Kyl till rumstemperatur. Tillsätt 50 cm3 naftyletylendiaminlösning och 5 cm3 aceton. Blanda och späd med vatten till 500 cm3. Häll lösningen i en mörk flaska. Lösningen är hållbar i flera månader om den förvaras i kylskåp (men den måste ha rumstemperatur när den används).

Lab.

Gymnasiekemi 2 © Författarna och Liber AB

Får kopieras

Bestämning av halten kvävedioxid i bilavgaser

Kalibreringskurvan Framställ följande lösningar och gör därefter upp en kalibreringskurva. Stamlösning: Lös 370 mg natriumnitrit och 0,2 g natriumhydroxid i vatten i en 1 dm3 mätkolv och späd till märket. Lösning A: Överför 2,0 cm3 av stamlösningen till en 1 dm3 mätkolv och späd till märket. Lösningen innehåller 0,5 µg NO2– per cm3. Lösning B: Överför 10,0 cm3 av stamlösningen till en 1 dm3 mätkolv och späd till märket. Denna lösning innehåller 2,5 µg NO2– per cm3. Kalibreringslösningar: Serie a: Överför med pipetter 5, 10, 15 resp. 20 cm3 av lösning A till 50 cm3 mätkolvar. Sätt 25 cm3 absorptionslösning till var och en av kolvarna. Späd till märket med avjonat vatten. Serie b: Överför 5, 10, 15 resp. 20 cm3 av lösning B till 50 cm3 mätkolvar. Sätt 25 cm3 absorptionslösning till var och en av kolvarna. Späd till märket med avjonat vatten. Efter 15 min har lösningarna i de båda serierna fått maximal färg.

Serie a Kalibreringslösning nr:

Koncentration (µg NO2– per cm3)

Koncentration Serie b Kalibreringslösning (µg NO2– per nr: cm3)

0,05

0,25

0,10

0,50

0,15

0,75

0,20

1,00

Kommentar Om provlösningen har så stark färg att man kommer utanför kalibreringskurvan, kan man späda med vatten, t.ex. 10 ggr, och mäta på nytt. När man tar avgasprov i plastpåsar blir påsarna aldrig riktigt fulla. Gasvolymen blir avsevärt mindre än 3 dm3, ibland bara 2 dm3. Om man vill mäta NO2-halten i luften vid t.ex. en trafikled bör man låta en batteridriven luftpump suga luft genom en tvättflaska med absorptionslösning under relativt lång tid, t.ex. 30 min. Därefter mäts absorptionslösningens absorbans. Man sätter EDTA till absorptionslösningen för att komplexbinda ev. metalljoner.

Lab.

Gymnasiekemi 2 © Författarna och Liber AB

Får kopieras

Bestämning av halten kvävedioxid i bilavgaser

Beräkningar När kvävedioxiden, NO2, löses i absorptionslösningen överförs den till nitritjoner, NO2–: 2 NO2 (g) + H2O (l) → HNO3 (aq) + HNO2 (aq) Enligt reaktionsformeln är 1 mol NO2 ⇔ 1 mol NO2–. NO2–-halt enligt kalibreringskurvan NO2-halt Lösningens volym Massa NO2 Volym avgaser Halt NO2

c µg/cm3 c µg/cm3 50 cm3 50 · c µg V dm3 = V · 10–3 m3 50 · c / V · 10–3 µg/m3

Reaktionsformler Kvävedioxiden reagerar med vatten: 2 NO2 (g) + H2O (l) → HNO3 (aq) + HNO2 (aq) Den bildade salpetersyran reduceras till salpetersyrlighet av sulfanilamiden, aminogrupperna verkar nämligen svagt reducerande. Därför överförs all kvävedioxid till nitritjoner/salpetersyrlighet: 1 mol NO2 ⇔ 1 mol NO2– ⇔ 1 mol HNO2

Lab.

Får kopieras

Bestämning av halten kvävedioxid i bilavgaser

Därefter sker en diazotering: NH3+

N N+

HONO

O S O

2 H2O

O S O

NH2

sulfanilamid

salpetersyrlighet

diazoniumjon

I nästa steg kopplas diazoniumjonen till en molekyl naftyletylendiamin, och en röd diazoförening bildas:

N+

NH2

N N

O S O

NH2

diazoniumjon

H+

NH2

naftylendiamin

rött azofärgämne

Bestämning av halten NO2 med noggrannare värde på gasvolymen Mätningen av volymen som beskrivs i laborationen ger ett ungefärligt värde på volymen avgaser. Vill man mäta volymen noggrannare kan man göra enligt nedan. 1. Häll 50 cm3 absorptionslösning i en tvättflaska. 2. Koppla tvättflaskans långa rör (som går ned i absorptionslösningen) till påsen med avgaser och det andra röret till en batteridriven sugpump. 3. Starta pumpen och bestäm den tid det tar för pumpen att suga avgaserna genom tvättflaskan. Lösningen i tvättflaskan färgas röd. Pumphastigheten bör vara inställd på ca 0,5 dm3/min. Avgasvolymen = pumphastighet · pumptid 4. Mät lösningens absorbans vid 540 nm och beräkna NO2-halten.

Lab.

Får kopieras

Bestämning av halten kvävedioxid i bilavgaser

Övningsuppgifter Stökiometri 1. Vid upphettning av natriumvätekarbonat, NaCO3, sker reaktionen: 2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + H2O (g) + CO2 (g) Beräkna massan vattenfri soda, Na2CO3, som man högst kan få av 1,00 kg natriumvätekarbonat. 2. Metalliskt aluminium är ett kraftigt reduktionsmedel. Det kan användas när man ska framställa andra grundämnen som binds mycket starkt till syre, t.ex. kisel och krom. Vid framställning av kisel ur kiseldioxid blir reaktionsformeln 3SiO2 + 4Al → 3Si + 2Al2O3 Hur mycket aluminium behövs teoretiskt för att reducera 200 kg kiseldioxid? 3. Fosfor framställs ur trikalciumfosfat, Ca3(PO4)2, enligt reaktionsformeln Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C → 3CaSiO3 + 5CO + 2P Beräkna massan fosfor som högst kan erhållas av 50 kg av ett fosformineral där masshalten Ca3(PO4)2 är 72 %. 4. Man ville bestämma silverhalten i en 25-öring från 1930-talet (silvermynten bestod då av en silver-kopparlegering). 0,505 g av myntet löstes i överskott av salpetersyra. Därefter fälldes silverjonerna ut som silverklorid. Massan silverklorid bestämdes till 0,405 g. Beräkna masshalten silver i myntet (ange halten i procent). 5. Fosforn i ett prov av orent trikalciumfosfat, Ca3(PO4)2, överförs genom en serie reaktioner till ren tetrafosfordekaoxid, P4O10. Man erhöll 12 g av oxiden. Vilken massa hade det trikalciumfosfat som fanns i provet? Alla reaktioner antas ha förlöpt till 100 %. (Vi behöver inte känna formlerna för de olika reaktionerna. Vi kan ändå beräkna substansmängden trikalciumfosfat eftersom vi vet formlerna för oxiden och fosfatet.) 6. Kalciumnitrat, Ca(NO3)2, ingår i kvävegödselmedlet kalksalpeter. a) Beräkna masshalten kväve i procent för rent kalciumnitrat. b) För teknisk kalksalpeter är masshalten kväve 15,5 %. Vilken är då masshalten kalciumnitrat i procent av den tekniska produkten (under förutsättning att föroreningarna inte innehåller kväve)? 7. Havsvattnets densitet är 1,025 kg/dm3. Masshalten lösta ämnen är ca 3,5 % av havsvattnets massa. 3,7 % av de lösta ämnena utgörs av magnesiumjoner. Vilken volym havsvatten måste man minst utgå från för att kunna framställa 1,00 ton magnesium?

Får kopieras

Övningsuppgifter

8. Man kan framställa natriumkarbonat (soda) industriellt enligt den s.k. Solvaymetoden. Man utgår då från stensalt (som framför allt består av natriumklorid) och kalciumkarbonat. Processen innehåller flera steg. Summaformeln är 2NaCl + CaCO3 → Na2CO3 + CaCl2 Hur mycket kristallsoda, Na2CO3 · 10H2O, kan man erhålla av 1,00 ton stensalt där masshalten NaCl är 95 % och förlusterna vid framställningen är 10 %? 9. a) Beräkna medelmolmassan för luft om man vet att dess densitet är 1,293 g/dm3 vid 0 °C och 100 kPa. b) Hur avgör man enklast om ett gasformigt ämne med känd formel är lättare eller tyngre än luft? 10. Ammoniak kan oxideras av luftsyre till salpetersyra och vatten vid närvaro av en katalysator (reaktionen har flera steg). a) Skriv formeln för totalreaktionen. b) Beräkna massan ren salpetersyra som kan bildas av 1,0 · 103 m3 ammoniak vid 20 °C och 200 kPa. 11. Mässing är en legering av koppar och zink. För att bestämma halten zink i ett mässingsprov lät man 20,5 g av mässingen reagera med saltsyra. Då bildades 3,05 dm3 vätgas av trycket 98,7 kPa och temperaturen 20 °C. Beräkna halten zink i mässingen (koppar reagerar inte med saltsyra). 12. Vad säger Daltons lag? 13.* En gasblandning består av 20 volymprocent kväve, 50 volymprocent syre och 30 volymprocent koldioxid. Beräkna de tre komponenternas partialtryck om totaltrycket är 100 kPa. 14. En blandning av gaserna A och B har totaltrycket 120 kPa. Partialtrycket för gasen B är 30 kPa. Vilket är förhållandet mellan substansmängderna nA och nB? 15.* Vid en viss temperatur sönderdelas vattenånga till 5 % i väte och syre. Hur stort är då syrets partialtryck om totaltrycket är 101,3 kPa?

Får kopieras

Övningsuppgifter

Reaktionshastighet 1. a) Vad menas med en katalysator? b) Ge exempel på reaktioner där en katalysator deltar. 2. Hastigheten för en reaktion uttrycks ofta som koncentrationsändring per tidsenhet. Om koncentrationen för ett ämne ändras från 0,100 mol/dm3 vid tidpunkten t = 6,0 min till 0,080 mol/dm3 vid t = 10,0 min är reaktionens medelhastighet i detta tidsintervall 0, 100 – 0,080 mol / dm3 mol / dm3 = 5,0 ·10–3 10,0 – 6,0 min min

Vid ett tillfälle studerade man hastigheten för reaktionen CO(g) + NO2(g) → CO2(g) + NO(g) vid 400 °C Kolmonoxidens koncentration bestämdes vid olika tidpunkter: tt/s 0 10 20 30 40 –3 [CO]/mol·dm 0,100 0,067 0,050 0,040 0,033 Bestäm reaktionens medelhastighet mellan a) 0 och 10 sekunder b) 30 och 40 sekunder 3.* Vid upphettning av en viss kemisk förening bildas en gas Y. Grafen i följande diagram visar gasvolymen som funktion av reaktionstiden. Volym bildad gas

cm3 30 25 20 15 10 5 0

Reaktion Reaktionstid 0

min

Får kopieras

Övningsuppgifter

Övningsuppgifter – svar och kommentarer Stökiometri 1. 1 mol NaHCO3 ⇔ 0,5 mol Na2CO3 n(NaHCO3) = m/M = 1,00 · 103 g / 84,0 g · mol−1 = 11,90 mol n(Na2CO3) = 0,5 · 11,90 mol = 5,95 mol m(Na2CO3) = M · n = 106,0 g · mol−1 · 5,95 mol = 631 g ≈ 0,63 kg 2. 1 mol SiO2 ⇔ 4/3 mol Al n(SiO2) = 200 · 103 g / 60,1 g · mol−1 = 3,328 · 103 mol n(Al) = 4/3 · 3,328 · 103 mol = 4,437 · 103 mol m(Al) = 27,0 · 4,437 · 103 g = 1,198 · 105 g ≈ 120 kg 3. 1 mol Ca3(PO4)2 ⇔ 2 mol P n(Ca3(PO4)2) = 0,72 · 50 · 103 g / 310,2 g · mol−1 = 116,1 mol n(P) = 2 · 116,1 mol m(P) = 31,0 · 2 · 116,1 g = 7,195 · 103 g ≈ 7,2 kg 4. 1 mol AgCl ⇔ 1 mol Ag n(AgCl) = 0,405 g / 143,4 g · mol−1 = 2,824 · 10−3 mol = n(Ag) m(Ag) = 107,9 · 2,824 10−3 g = 0,3047 g Masshalten silver är 0,3047 g / 0,505 g ≈ 60,3 % 5. 1 mol P4O10 ⇔ 2 mol Ca3(PO4)2 n(P4O10) = 12 g / 284 g · mol−1 = 0,0423 mol n(Ca3(PO4)2) = 2 · 0,0423 mol = 0,0845 mol m(Ca3(PO4)2) = 310 · 0,0845 g = 26,2 g ≈ 26 g 6. a) 17,1 % b) (15.5 / 17,1) · 100 % = 90,6 % 7. 1 dm3 havsvatten innehåller 0,035 · 1,025 · 0,037 kg Mg2+ = 1,327 · 10−3 kg Mg2+ . Om vi räknar per m3 vatten är halten Mg2+ ca 1,33 kg / m3 vatten. För att få 1,00 · 103 kg Mg måste man utgå från 1,00 · 103 kg / 1,33 kg · m−3 = 7,52 · 102 m3 ≈ 7.5 · 102 m3 havsvatten 8. 1 mol NaCl ⇔ 0,5 mol Na2CO3 · 10H2O 1,00 ton stensalt innehåller 0,95 · 1,00 · 106 g NaCl = 9,50 · 105 g NaCl. n(NaCl) = 9,50 · 105 g / 58,5 g · mol−1 = 1,624 · 104 mol n(Na2CO3 · 10H2O) = 0,5 · 1,624 · 104 mol = 8,12 · 103 mol om utbytet är 100 %. Eftersom förlusterna är 10 % blir utbytet bara 90 %, dvs. n(Na2CO3 · 10H2O) = 0,90 · 8,12 · 103 mol = 7,31 · 103 mol m(Na2CO3 · 10H2O) = 286,2 · 7,31 · 103 g = 2 091 kg ≈ 2,1 ton

Får kopieras

Övningsuppgifter – svar...

9. a) n = m / M ⇒ pV = nRT = m · RT ⇒

M mRT 1, 293 · 8, 31 · 273 = g/mol = 29,33 3 g/mol ⇒ M(luft) = pV 100 · 10 3 · 1 10 −3

M(luft) ≈ 29,3 g/mol b) Man jämför ämnets molmassa med luftens medelmolmassa (29,3 g/mol) 10. a) NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O b) 1 mol NH3 ⇔ 1 mol HNO3 Vi använder gaslagen för att beräkna substansmängden NH3: n = pV V / RT ⇒ n(NH3) = = 2,00 · 105 Pa · 1,0 · 103 m3 / 8,31 J · mol−1 · K−1 · 293 K ⇒ n(NH3) = 8,21 · 104 mol Då blir också n(HNO3) = 8,21 · 104 mol ⇒ ⇒ m(HNO3) = 63,0 · 8,21 · 104 g = 5,17 · 106 g Det kan bildas 5,2 ton salpetersyra. 11. Reaktionsformel: Zn(s) + 2HCl(aq) → H2(g) + ZnCl2(aq) 1 mol Zn ⇔ 1 mol H2. Vi beräknar först n(H2): n(H2) = pV V / RT = 98,7· 103 Pa · 3,05 · 10−3 m3 / 8,31 J · mol−1 · K−1 · 293 K n(H2) = 0,1236 mol ⇒ n(Zn) = 0,1236 mol ⇒ m(Zn) = 65,4 g · mol−1 · 0,1236 mol = 8,086 g Masshalten zink = 8,086 g / 20,5 g = 0,3944 Mässingen innehöll 39,4 % zink. 12. Totaltrycket för en blandning av gaser är lika med summan av partialtrycken: Ptotal = p1 + p2 + p3 + . . . 13. Avogadros lag säger att lika stora volymer av olika gaser innehåller lika många molekyler vid samma tryck och temperatur. Det betyder att alla gasmolekyler upptar lika stora volymer. Volymhalten anger därför hur stor andel substansmängden nA av en gas A utgör av den totala substansmängden gas, n: N2: volymhalten 0,20 = n(N2) / n ⇒ n(N2) = 0,20 · n O2: volymhalten 0,50 ⇒ n(O2) = 0,50 · n CO2: volymhalten 0,30 ⇒ n(N2) = 0,30 · n Enligt gaslagen, pV = nRT, är det tryck en gas utövar proportionellt mot substansmängden gas. I en gasblandning har de olika gaserna samma temperatur och samma volym. Därför gäller för ämnet A att pA = nA · (RT T / V) = k · nA I denna uppgift ger totalt n mol gas totaltrycket P = 100 kPa

Får kopieras

Övningsuppgifter – svar...

lärarhandledning

Gymnasie KEMI 2

Stig Andersson Lennart Jörnland Helena Lennholm Birgitta Rosén Artur Sonesson Birgitta Stålhandske Aina Tullberg Lars Rydén

Liber AB, 113 98 Stockholm Tfn 08-690 92 00 www.liber.se Kundservice tfn 08-690 93 30, fax 08-690 93 01 e-post: kundservice.liber@liber.se

Best.nr 47-90497-6 Tryck.nr 47-90497-6

Gymnasie KEMI 2