Zvyšování kvality výuky v přírodních a technických oblastech CZ.1.07/1.1.28/02.0055 Tepelné změny při vypařování kapalin (laboratorní práce) Označení: EU-Inovace-BFCh-Ch-10 Předmět: Biologická, fyzikální a chemická praktika Cílová skupina: 8., 9. třída Autor: Mgr. Simona Kubešová Časová dotace: 2 vyučovací hodiny Forma: skupinová práce Anotace: Provedením této laboratorní práce si žáci uvědomí, že při skupenské přeměně ze skupenství kapalného na skupenství plynné dochází ke spotřebovávání energie z okolí, které lze dokázat tím, že prostřednictvím teploměru zaznamenáme pokles teploty. Cíl: Cílem této úlohy je sledovat průběh tepelného zabarvení reakce při vypařování ethanolu, acetonu a vody. Měření provedeme s počítačem a programem Logger Lite.
Postup (teorie, motivace, fáze): Ethanol, aceton a voda se na vzduchu v důsledku změny stavových podmínek z povrchu teplotního čidla vypařují. Rušení slabých vazebných interakcí při přechodu z kapalné do plynné fáze je provázeno spotřebováváním energie, které se projeví ochlazováním reakčního systému. Úkol č.1: Určení tepelných změn, ke kterým dochází při vypařování kapalin Pomůcky: USB teploměr Vernier Go!Temp, zkumavky (postačuje objem přibližně 15 ml) Chemikálie: ethanol C 2 H 5 OH, aceton CH 3 COCH 3, voda Postup: 1. Připojení USB teploměru: Na počítači spustíme program Logger Lite a do USB portu počítače připojíme teploměr Vernier Go!Temp. Dojde k jeho automatickému rozpoznání a objeví se připravený prázdný graf. 2. Parametry měření: Měření je automaticky nastaveno na dobu trvání 180 s a vzorkovací frekvenci 2 Hz. Našemu měření tyto paremetry vyhovují a nebudeme je měnit. 3. Zkumavku naplníme acetonem CH 3 COCH 3 o laboratorní teplotě a vložíme do ní USB teploměr Vernier Go!Temp. 4. Měření spustíme tlačítkem. 5. V grafu na počítači se začne vykreslovat závislost teploty na čase. Po 25 s měření vyjmeme teplotní čidlo ze zkumavky a sledujeme změny teploty. Po uplynutí 180 sekund se měření automaticky ukončí.
6. v záložce Experiment vybereme položku Uchovat poslední měření (také pomocí klávesová zkratky CTRL+L). Naměřená závislost se do grafu zafixuje a program je připraven opět měřit. 7. Vymyjeme zkumavku, naplníme ji ethanolem C 2 H 5 OH o laboratorní teplotě a ponoříme do ní teplotní čidlo. 8. Měření spustíme opět tlačítkem: 9. Po 25 s měření vyjmeme teplotní čidlo ze zkumavky a sledujeme změny teploty. Po uplynutí 180 sekund se měření opět automaticky ukončí. 10. Kroky 6-9 zopakujeme pro měření s vodou. 11. Výsledkem měření jsou tři závislosti teploty na čase vykreslené do jediného grafu, které popisují tepelný průběh vypařování ethanolu, acetonu a vody. Závěr: Vysoce těkavý aceton se vypaří z povrchu čidla během několika sekund, pokles teploty je rychlý a po celý zbytek měření se již teplota čidla pouze zvyšuje zpět na teplotu okolí. U ethanolu je teploty pokles pozvolnější, ale celkové teplo odebrané čidlu je větší. Voda se z povrchu čidla vypařuje nejpomaleji, po uplynutí 180 sekund se pokles teploty zastaví. Srovnáme-li průběh zahřívání po odpaření acetonu a ethanolu, je patrné, že při větších teplotních rozdílech probíhá tepelná výměna rychleji modrá křivka roste strměji než červená. Závěrečné zhodnocení: Hodinová dotace potřebná k provedení pokusu je dostatečná. Žáky upozorníme na to, že po ponoření USB teploměru do kapaliny mají vždy chvíli vyčkatt, než spustí měření. Teploty kapaliny a čidla se vyrovnají a umožní tak přesnější měření. Dále je pro lepší názornost vhodné, aby byly teploty kapalin na začátku všech tří měření téměř shodné (tj. aby grafy začínaly ze stejného bodu ). Je dobré mít všechny kapaliny
připravené 1 den předem v laboratoři, tak aby měly všechny stejnou laboratorní teplotu, tzn. zejména vodu si napustíme dopředu a necháme odstát. Po zahájení měření až do okamžiku vyjmutí čidla musí žáci dbát na to, aby se čidlo nedotýkalo stěn zkumavky došlo by ke značnému zkreslení měření.
BFChp Pracovní list č. Téma: Tepelné změny při vypařování kapalin Jméno a příjmení: Datum: Hodnocení: Školní rok: Třída: Úkol č.1: Určení tepelných změn, ke kterým dochází při vypařování kapalin Pomůcky: USB teploměr Vernier Go!Temp, zkumavky (postačuje objem přibližně 15 ml) Chemikálie: ethanol C 2 H 5 OH, aceton CH 3 COCH 3, voda Postup: 1. Připojení USB teploměru: Na počítači spustť program Logger Lite a do USB portu počítače připoj teploměr Vernier Go!Temp. Dojde k jeho automatickému rozpoznání a objeví se připravený prázdný graf. 2. Parametry měření: Měření je automaticky nastaveno na dobu trvání 180 s a vzorkovací frekvenci 2 Hz. Našemu měření tyto paremetry vyhovují, proto je neměň. 3. Zkumavku naplň acetonem CH 3 COCH 3 o laboratorní teplotě a vlož do ní USB teploměr Vernier Go!Temp. 4. Měření spusť tlačítkem. 5. V grafu na počítači se začne vykreslovat závislost teploty na čase. Po 25 s měření vyjmi
teplotní čidlo ze zkumavky a sleduj změny teploty. Po uplynutí 180 sekund se měření automaticky ukončí. 6. v záložce Experiment vyber položku Uchovat poslední měření (také pomocí klávesové zkratky CTRL+L). Naměřená závislost se do grafu zafixuje a program je připraven opět měřit. 7. Vymyj zkumavku, naplň ji ethanolem C 2 H 5 OH o laboratorní teplotě a ponoř do ní teplotní čidlo. 8. Měření spusť opět tlačítkem: 9. Po 25 s měření vyjmi teplotní čidlo ze zkumavky a sleduj změny teploty. Po uplynutí 180 sekund se měření opět automaticky ukončí. 10. Kroky 6-9 zopakuj pro měření s vodou. 11. Výsledkem měření jsou tři závislosti teploty na čase vykreslené do jediného grafu, které popisují tepelný průběh vypařování ethanolu, acetonu a vody. Závěr: V následujícím textu vyber z nabízené dvojice slov správnou variantu na základě svých zjištění, ke kterým jsi došel v průběhu pokusu. Vysoce těkavý aceton/toluen se vypaří z povrchu čidla během několika hodin/sekund, pokles teploty je pomalý/rychlý a po celý zbytek měření se již teplota čidla pouze zvyšuje zpět na teplotu okolí. U ethanolu je teploty pokles rychlejší/pozvolnější, ale celkové teplo odebrané čidlu je větší. Voda se z povrchu čidla vypařuje nejpomaleji/nejrychleji, po uplynutí 180 sekund se pokles teploty zastaví. Srovnáme-li průběh zahřívání po odpaření acetonu a ethanolu, je patrné, že při větších teplotních rozdílech probíhá tepelná výměna pomaleji/rychleji modrá křivka roste strměji než červená. Tato tvrzení dolož vložením pořízeného grafu.
Použitá literatura: inspirováno experimentem na www.vernier.cz