REAZIONI ESOTERMICHE ED ENDOTERMICHE

Transcript

1 REAZIONI ESOTERMICHE ED ENDOTERMICHE Obiettivo di questo esperimento è confrontare l effetto termico di 0,1 moli di diverse sostanze ioniche solide quando vengono sciolte in una stessa quantità di acqua. Vetrini da orologio Becher Cilindro graduato Un termometro con sensibilità di un decimo di grado Bacchetta di vetro per agitare la soluzione Acqua distillata Cloruro di sodio Idrossido di sodio Cloruro di ammonio Nitrato di potassio 1. Pesiamo, separatamente, 0,1 moli di ciascuno dei cinque composti ionici solidi in esame: Idrossido di sodio 4,00 g Cloruro di sodio 5,85 g Cloruro di ammonio 5,35 g Nitrato di potassio 10,11 g 2. Prendiamo quattro becher e versiamo in ciascuno di essi 100 ml di acqua misurati con un cilindro graduato. Riportiamo nella tabella che segue la temperatura in C dell acqua contenuta in ciascun becher (temperatura iniziale). 3. Nel primo becher versiamo rapidamente l idrossido di sodio e prendiamo nota della temperatura della soluzione ottenuta quando tutta la sostanza si è sciolta (temperatura finale). Eseguiamo la differenza tra la temperatura finale e quella iniziale. Operiamo allo stesso modo con NaCl, NH4Cl, KNO3. SOLUTO NaOH NaCl NH 4 Cl KNO 3 TEMPERATURA INIZIALE C TEMPERATURA FINALE C VARIAZIONE DI TEMPERATURA t C 1. Quali dei soluti esaminati liberano calore quando si disciolgono in acqua? Quali assorbono calore? 2. Da che cosa viene segnalato il calore emesso o assorbito?

2 4 DETERMINAZIONE DEL CALORE DI COMBUSTIONE Obiettivo di questo esperimento è determinare il calore di combustione di una candela. Il procedimento consiste nel misurare l aumento di temperatura di una quantità nota di acqua in seguito al calore fornito dalla combustione di una massa nota di candela. Una candela Becher da 400 ml Supporto per candela Termometro Treppiede con reticella frangifiamma Bilancia con sensibilità 0,01 g Schermo termico (pannelli di polistirolo) 1. Pesiamo alla bilancia il becher da 400 ml e registriamo la massa m Dopo aver versato acqua fino alla metà del becher, pesiamo tutto il sistema (becher + acqua) e indichiamo con m 2 la massa. Registriamo la temperatura dell acqua t 1 ( C). La massa dell acqua è m = (m 2 m 1 ) 3. Determiniamo la massa di una candela m 3 e, quindi, la fissiamo ad un supporto. 4. Poniamo il becher con l acqua su un treppiede con reticella e accendiamo la candela sistemandola in modo che la fiamma lambisca il fondo del becher. Durante il riscaldamento, con la mano teniamo il termometro sollevato evitando che tocchi il fondo del becher. 5. Periodicamente controlliamo la temperatura dell acqua ed agitiamo. 6. Quando la temperatura è aumentata di circa C, spegniamo la candela e, mantenendo il liquido in agitazione, registriamo il valore massimo di temperatura raggiunta t 2 ( C). 7. Determiniamo la massa della candela alla fine dell esperimento, m 4. CALCOLI I joule assorbiti dall acqua, che corrispondono a quelli prodotti nella combustione della candela, sono dati da: q = m X t X C dove t è l intervallo termico (t 2 t 1 ), C il calore specifico dell acqua 4,18 J / g C, m la massa dell acqua in grammi. La massa della candela m c che si è consumata nella combustione è data da: m c = (m 3 m 4 ) Il rapporto q / m c rappresenta i joule ceduti nella combustione di 1 g di candela. Il valore teorico è di J / g = 32,2 kj / g.

3 1. Il calore di combustione sperimentale della candela come si presenta rispetto al valore teorico? 2. Quali sono le cause che determinano questa discordanza?

4 EQUILIBRIO CHIMICO Dobbiamo verificare che la variazione di concentrazione (in questo caso avvenuta tramite l aggiunta di un prodotto) sposti l equilibrio e dobbiamo capire da quale parte questo viene spostato (verificando così anche il principio di Le Châtelier). - Provetta - Bacchetta di vetro - Cloruro rameico (CuCl 2 ) - Acqua distillata - Cloruro di sodio (NaCl) 1. Prendiamo una piccola spatolata di cloruro rameico e lo mettiamo in una provetta aggiungendo qualche goccia d acqua. 2. Dopo aggiungiamo altri 2ml di acqua e osserviamo il colore che cambierà, tutti gli ioni di Cu ++ e di Cl - si separeranno e verranno idratati, questa è una reazione reversibile di conseguenza raggiungerà uno stadio di equilibrio. Avviene la seguente reazione : La costante di equilibrio è : CuCl 2 Cu Cl - (in soluzione acquosa) K eq. = [Cu ++ ]. [Cl - ] 2 [CuCl 2 ] 3. Ora aggiungiamo alla soluzione cloruro di sodio (NaCl), quest ultimo entrando in soluzione acquosa si dissocia in Na + e Cl -, Cl - si aggiunge ai prodotti e così,aumentando la concentrazione dei prodotti, l equilibrio si sposterà a sinistra. OSSERVAZIONI Dopo aver aggiunto le prime gocce di acqua la soluzione diventa verde; mentre dopo aver aggiunto altri 2ml di acqua diventa di colore azzurro. Man mano che aggiungiamo NaCl l equilibrio si sposta favorendo la produzione di reagenti di conseguenza la soluzione torna ad essere di colore verde, come all inizio, quando non si erano ancora formati molti prodotti. 1. Scrivi la reazione all equilibrio bilanciata e la sua costante di equilibrio. 2. Quali sono le cause che determinano la variazione di colore della soluzione dopo l aggiunta di NaCl?

5 VERIFICA DELLA NATURA PARTICELLARE DELLA MATERIA Obiettivo di questo esperimento è dimostrare che, a livello microscopico, la materia è costituita da particelle tra le quali sono presenti spazi vuoti. Due cilindri da 50 ml Acqua distillata Acetone (o Alcool etilico denaturato) Bacchetta di vetro Bilancia con sensibilità di 0,01 g o superiore 1. Versiamo acqua in un cilindro da 50 ml fino al volume di 25 ml. 2. Versiamo acetone in un altro cilindro da 50 ml fino al volume di 25 ml. 3. Pesiamo i due cilindri con il loro contenuto. 4. Versiamo l acqua nel cilindro contenente l acetone. 5. Mescoliamo con la bacchetta di vetro e leggiamo il volume totale dei due liquidi. 6. Pesiamo il cilindro pieno e quello vuoto. 1. Il volume totale dei due liquidi è uguale a 50 ml? 2. Quale diminuzione di volume si ha rispetto alla somma dei due volumi iniziali? 3. Con i volumi considerati di acqua e di acetone, quale diminuzione percentuale in volume si ha rispetto alla somma dei due volumi iniziali? 4. La massa della miscela dei due liquidi è uguale a quella dei due liquidi separati? 5. Per spiegare questi risultati, come si deve presentare la materia a livello microscopico?

6 IDROLISI SALINA Obiettivo di questo esperimento è determinare l acidità relativa o la basicità relativa di varie soluzioni di sali ed il loro ph. Provette Porta provette Carta indicatrice di ph universale (intervallo 0-14) Indicatore blu di bromotimolo Soluzioni 0,1 M di Na 2 CO 3, NH 4 Cl, FeSO 4 7H 2 O, CH 3 COONa, KCl 1. Numeriamo le provette da 1 a 5 e le poniamo in un portaprovette. 2. Versiamo 5,0 ml delle soluzioni saline secondo il seguente ordine: provetta 1 Na 2 CO 3 provetta 2 NH 4 Cl provetta 3 FeSO 4 7H 2 O provetta 4 CH 3 COONa provetta 5 KCl 3. Con una pipetta versiamo due gocce di blu di bromotimolo in ciascuna provetta. Annotiamo le nostre osservazioni nella tabella dei dati. 4. Testiamo ciascuna soluzione con la carta indicatrice di ph e annotiamo il risultato. 1. Completa le equazioni di dissociazione di Na2CO3 e di FeSO4 7H2O. 2. Scrivi le equazioni di reazione di idrolisi di Na2CO3 e di NH4Cl. 3. Per ogni saggio il risultato ottenuto con l indicatore e con la carta di ph è confrontabile con quanto ci aspettavamo dalle reazioni di idrolisi? Cita qualche esempio. 4. Il bicarbonato di sodio (NaHCO3) viene spesso usato per contrastare l eccesso di acidità dello stomaco. Spiega con la reazione di idrolisi come questo composto svolge la sua funzione.

7 RICERCA DELLA VITAMINA C Di seguito viene presentato un semplice sistema per rivelare la presenza di vitamina C in bevande quali i succhi di frutta, bevande gasate e simili. - Amido - Lugol - Acqua - Provette e vetreria assortita - Succhi di frutta, bevande gassate, ecc. 1. Si scioglie in 100 cc di acqua calda una piccola quantità di amido (200 o 250 mg). 2. Si versano in due provette 5 cc di soluzione di amido e si aggiungono 1-2 gocce della soluzione di Lugol; il liquido assume una colorazione blu-violetta. 3. A questo punto si aggiunge in una delle due provette un po' del liquido in esame, ad esempio del succo di limone o di arancia, se è presente vitamina C la soluzione tornerà incolore. OSSERVAZIONI È possibile determinare la quantità di vitamina C (acido ascorbico) in diverse sostanze attraverso l'utilizzo del reattivo di Lugol grazie alla seguente reazione: C 6 H 8 O 6 + I 2 C 6 H 6 O 6 + 2HI (acido ascorbico + iodio (VIOLA) acido deidroascorbico + acido iodidrico (INCOLORE) in cui l acido ascorbico (che possiede una forte azione riducente) tende ad ossidarsi ed a formare acido deidroascorbico.

8 ACIDO ASCORBICO ACIDO DEIDROASCORBICO

9 MISURA DELLA VELOCITÀ DI REAZIONE Lo scopo di questa esperienza è quello di determinare la velocità di una reazione in base alla diminuzione progressiva della massa dei reagenti e di rappresentare la curva cinetica. - Becher da 100 ml - Bilancia analitica - Scatolina - Cronometro - Carbonato di calcio CaCO 3 (in polvere) - Soluzione 0,1M di HCl 1. Introduci nel becher 10 g. di CaCO Aggiungi 50 ml di HCl 0,1 M. 3. Leggi immediatamente sulla bilancia la massa iniziale complessiva (reagenti + becher) m 0 e riportala in tabella. 4. Ripeti la lettura della massa ad ogni minuto per 5 minuti, poi ogni due minuti fino a 15 minuti. Riporta le varie letture in tabella. Tempo (min) Massa (g) m (diminuzione di massa registrata ad ogni lettura) 0 m 0 = 1 m 1 = 2 m 2 = 3 m 3 = 4 m 4 = 5 m 5 = 7 m 7 = 9 m 9 = 11 m 11 = 13 m 13 = 15 m 15 = OSSERVAZIONI Poiché la velocità v = m / t è opportuno anteporre il segno meno (-) al suo valore in quanto dalla differenza m (es. m 3 - m 2 ) si ottengono valori negativi e la velocità risulterebbe negativa, il che non ha alcun significato chimico! 1. Scrivi la reazione che è avvenuta e bilanciala. 2. In base ai dati sperimentali, la diminuzione della massa dei reagenti m risulta costante ad ogni minuto? 3. Calcola la velocità ad ogni minuto a partire dal 3 minuto in poi. Tale velocità come varia col tempo? Giustifica la risposta. 4. Riporta in un diagramma i dati ottenuti e costruisci la curva della velocità della reazione.