INOVACE PŘEDNÁŠEK KURZU Fyzikální chemie, KCH/P401

Transkript

1 Fakulta životního prostřdí v Ústí nad Labm INOVACE PŘEDNÁŠEK KURZU Fyzikální chmi, KCH/P401 - ZAVEDENÍ EXPERIMENTU DO PŘEDNÁŠEK Vypracovala Z. Kolská (prozatímní učbní txt, srpn 2012)

2 K několika kapitolám Fyzikální chmi byly níž navržny a modifikovány xprimntální pokusy s cílm propojit studntům tortické poznatky přdávané na přdnáškách. Exprimnty jsou navržny tak, aby byly snadno provditlné přímo v přdnášc a nní k nim zapotřbí žádné spciální vybavní ani drahé přístroj.

3 Pokus č. 1: Kapitola Trmodynamika, Část Trmochmi URČENÍ TEPELNÉ KAPACITY MĚŘÍCÍ CELY Vybavní: Stačí trmoska a tploměr nnáročné na provdné v přdnášc. K všm úlohám j nutné určit tplnou kapacitu trmosky, kalorimtru, či jiné soustavy (měřící cly), v níž bud xprimnt prováděn Doba trvání: ca 10 minut Provdní: Do vysoké kádinky 600 cm 3 odměřím hmotnost m 1 (g) vody o tplotě t 1. Tplotu změřím a zapíšm do tabulky (ta j zpětným projktorm promítána studntům, takž mohou sldovat výsldky v průběhu měřní). Do kádinky přilijm další vodu o hmotnosti m 2 (g) a tplotě t 2. Změřím a opět zapíšm do tabulky. S použitím měrné tplné kapacity vody c p (H 2 O) = 4,185 J K -1 g -1, pak vypočtm tplnou kapacitu kalorimtru K : K m = 2 ( t t) m ( t t ) 2 t t c p ( H 2 O) V Exclu připravím tabulku pro výpočt tplné kapacity kalorimtru tak, aby studnti okamžitě sldovaly změny tploty a vlastní výpočt. (V druhém sloupci jsou v xprimntu získané hodnoty) cp (H2O) = 4,185 J K -1 g -1 m 1 = 100 G m 2 = 100 G t 1 = 22,5 C t 2 = 39,9 C t= 30,6 C K měřící cly = 62 J K -1 Výstupy přdnášky: - Stkání studntů s xprimntm v průběhu výuky - Zapojní studntů do xprimntu (měřní tploty a zjména potřbné výpočty), zárovň opakování 0. věty trmodynamické měřní tploty - Zopakování a propojní tori a xprimntu (opět intraktivní forma výuky s studnty) - Zárovň procviční příkladů (1 z procvičovaných příkladů vytvořil v rámci tohoto projktu prof. Boublík) z této oblasti

4 Pokus č. 2: URČENÍ REAKČNÍHO TEPLA CHEMICKÉ REAKCE (např. zinku s roztokm měďnaté soli, al můž být jakákoli snadno provditlná, tplně zabarvná, rakc) Vybavní: Stačí trmoska a tploměr nnáročné na provdné v přdnášc. Doba trvání: ca 10 až 20 minut včtně výpočtů Provdní: Urční clkové tplné kapacity soustavy: Clková tplná kapacita soustavy K j určna jako součt tplné kapacity vzniklé látky K s a rozpouštědla K v a tplné kapacity měřící cly (viz Pokus č. 1). K = K s + K v + K, K = c m + c m + K p s p s s s p v K = C n + C n + K p v v v Výpočt j opět provdn např. v Exclu tak, aby intraktivně studnti viděli a sldovaly průběh xprimntu a průběh výpočtu, např. pro rakci Zn + CuSO 4 : Tplná kapacita soustavy: K = K soli + K vody + K měřící cly K = K s + K v + cp (ZnSO4) = 0,614 J K -1 g -1 n (znso4) =n (CuSO4) =c*v=0,1*0,200=0,020 mol M (ZnSO4) = 161,45 g/mol m=n*m=0,02*161,45 = 3,229 g K soli = cp soli *m soli K soli = 1,983 J K -1 K vody =cp vody *m vody M (H2O) = m (H2O) = 18,0153 g/mol 200 G K vody = 837 J K -1 K = 901 J K -1 Urční rakční ntalpi nachystané chmické rakc: Do vysoké kádinky 600 cm 3 odměřím 200 cm 3 roztoku první složky rakční směsi. Měřím tplotu až do jjího ustální (kalibrac rakční soustavy na tplotu místnosti). Odčtm počátční tplotu. Vsypm či vlijm druhou složku rakční směsi (dl vybrané rakc), soustavu míchám a odčítám v co njkratších časových intrvalch tplotu rakční směsi. Měřní ukončím, jakmil s tplota ustálí, případně začn klsat na tplotu místnosti. Vypočítám rakční tplo: a) Z xprimntálních dat o změně tploty b) Z tablovaných dat a standardních slučovacích ntalpiích jdnotlivých složk rakc ( k tomu jsou opět zapojni studnti, musí v tabulkách, případně pokud výuka probíhá v učbně s intrntm, tak v dostupných databázích, nalézt standardní slučovací tpla všch složk rakční soustavy). Pokud jsou dostupná při jiné tplotě nž při ktré probíhá xprimnt, nutno přpočítat na požadovanou tplotu pomocí Kirchhoffovy rovnic. K

5 Rakční tplo z xprimntálních dat: K T K T M H r = = n m t poč = 22,5 t kon = 26,5 ΔH rakční = -117,8 kj/mol z standardních slučovací ntalpií ΔH sl(znso4)= ΔH sl(cuso4)= ΔH sl(zn)= -874,4 kj/mol -771,1 kj/mol 0 kj/mol ΔH rakční = -103,3 kj/mol Výstupy této přdnášky: - Intraktivní zapojní studntů do přdnášky, podíl na xprimntch, tvorbě výpočtů i samotných výpočtch - Zopakování a propojní tori a xprimntu (opět intraktivní forma výuky s studnty) - Rozhodnutí studntům, zda provdná chmická rakc j xotrmní či ndotrmní - S tím souvisjící procviční příkladů (něktré vytvořil v rámci tohoto projktu prof. Boublík) z této oblasti - Prax studntů s vyhldáváním dat v tabulkách a databázích

6 Pokus č. 3: Kapitola: FÁZOVÉ ROVNOVÁHY: Vybavní: 4 zkumavky (viz popis a obrázk) A) Voda B) Vodný roztok KMnO 4 C) Hxan D) Roztok I 2 v hxanu Zkumavka B a D musí mít stjně sytou barvu. Doba trvání: ca 10 minut Provdní: 1. pokus: slijm zkumavku A a B a pozorujm pokus a diskutujm jho průběh: Zkumavky poté promíchám, nchám ustálit a opět diskutujm průběh děj 2. pokus: slijm zkumavku C a D a pozorujm pokus a diskutujm jho průběh: Zkumavky poté promíchám, nchám ustálit a opět diskutujm průběh děj 3. pozorování po intnzivním třpaní a násldném ustální:

7 Výstupy a zhodnocní přdnášky: - Zapojní studntů do xprimntu (vlastní provdní xprimntů a zjména diskuz k sldovanému chování) - Zopakování a propojní tori a xprimntu (intraktivní forma výuky s studnty) - Procviční zjména základních pojmů z oblasti fázových rovnováh, zjména rozdílů mzi fází a skupnstvím - Procviční příkladů z oblasti fázových rovnováh (vytvořil v rámci tohoto projktu prof. Boublík) z této oblasti - Přdání informací o potížích při řšní příkladů, o njdnoznačném zadání a o případných chybách tvůrci příkladů, prof. Boublíkovi k opravám zadání v chystaných studijních oporách

8 Pokus č. 4: Kapitola: KOLIGATIVNÍ VLASTNOSTI Kafr + naftaln, ukázka poklsu tploty tání a urční molární hmotnosti látky Vybavní: zkumavky, tploměr, kahan či topné hnízdo na zahřívání vzorků Doba trvání: ca 20 minut včtně výpočtů Provdní: V 2 zkumavkách zahřívám: a) čistý kafr, b) čistý naftaln. Odčtm tploty tání obou látk. V zkumavc 3 tavím směs o přsných hmotnostch naftalnu a kafru a sldujm tplotu tání směsi. Z získaných dat jdnak sldujm pokls tploty tání směsi oproti čistému tavidlu, jdnak vypočtm molární hmotnost naftalnu. Opět použijm intraktivní tabulku s výpočtm pro sldování studntů, např.: Kafr a naftaln tavidlo zkoumaná látka kryoskopická konstanta 1. SADA tablované KAFR NAFTALEN Kk 40 K/(kg/mol) Ttání C Tvaru C 3 Kk 10 m M = m T xprimntální mnaftaln M T Ttání 174,5 80,5 = 3 m Tvaru kafr K k 10 Ttání = Ttání směsi - Ttání kafr Ttání směsi 67,6-106,9 C; K M 128,17052 g/mol poměr navážk m(naftaln)/m(kafr) 0, SADA tablované KAFR NAFTALEN Kk 40 K/(kg/mol) xprimntální Ttání Tvaru Ttání = Ttání směsi - Ttání kafr Ttání směsi 67,5-92,5 C; K kafr naftaln M poměr navážk m(naftaln)/m(kafr) 0, ,17052 g/mol Výstupy hodiny: - Zapojní studntů do xprimntu (vlastní provdní xprimntů, diskuz k sldovanému chování), modifikac stjného xprimntu s různými navážkami látk - Zopakování a propojní tori a xprimntu (intraktivní forma výuky s studnty) - Procviční zjména základních pojmů z oblasti koligativních vlastností, diskuz o rozdílch mzi jdnotlivými koligativními vlastnostmi - Procviční příkladů z oblasti koligativních vlastností (něktré z příkladů vytvořil v rámci tohoto projktu prof. Boublík) - Přdání informací o potížích při řšní příkladů, o njdnoznačném zadání a o případných chybách tvůrci příkladů, prof. Boublíkovi k opravám zadání v chystaných studijních oporách