Kémia 9. tanári segédlet

1 Társadalmi Megújulás Operatív Program Természettudományos oktatás komplex megújítása a Móricz Zsigmond Gimnáziumban Kémia 9. tanári segédlet Műveletségi terület Ember és természet: KÉMIA Évfolyam: 9. Összeállította: Ferencz Csilla Lektorálta: Sotkó Dénes

2 Tartalomjegyzék Bevezetés Laboratóriumhasználat feltételei és balesetvédelmi szabályok tanulók részére Veszélyes anyagok jelzései Foglalkozások: 01. Az anyagok oldódása Az oldódás energetikája Az oldódás közbeni változások A gázok oldódása (ammónia és hidrogén-klorid) Kolloidok Túltelített oldat-kristályosítás Reakciósebesség A reakciósebesség és befolyásolása A kémiai reakciók energiaviszonyai Csapadék és komplexképződés Sav-bázis reakciók Sók hidrolízise Oldatok hígítása és a ph Redoxi reakciók Galvánelemek Elektrolízis Halogének Az oxigén A kén szerkezetének vizsgálata, olvasztása, vegyületei A foszfor és nitrogén oxidjai Szervetlen savak reakciója vassal és rézzel Ábrajegyzék Irodalomjegyzék Fogalomtár

3 Bevezetés Műveltségi terület- KÉMIA Évfolyam: 9. osztály Jelen kiadvány a 9. évfolyam kémia tantárgyát a NAT 2012 szerint tanuló diákok számára készült munkafüzet segédanyaga. A négy évfolyamos általános tantervű gimnáziumok számára előírt EMMI kerettanterv 51/2012. (XII. 21.) EMMI rendelet 3. sz. melléklet (B) változat kerettanterv alapján lett kidolgozva. Fejlesztési feladatok A kémia tantárgy 9. osztályos tananyaga tartalmazza az általános kémia témaköreit (atomszerkezeti ismeretek, kémiai kötések, anyagi halmazok, kémiai reakciók, elektrokémiai ismeretek) valamint a szervetlen kémia témaköréből az V.-VIII. főcsoport elemeinek és vegyületeinek vizsgálatát. Képzési célok A kémia tantárgy tanítása elképzelhetetlen kísérletek nélkül. Kémia tanárként kiemelt feladatunk kell legyen, hogy a diákokban kialakítsuk és fenntartsuk az érdeklődést a kísérletezés iránt, hogy megtanítsuk jó kérdések megfogalmazására és válaszok megkeresésére a diákjainkat. A természettudományos gondolkodás fejlesztésének az alapja a logikus, következetes problémamegoldás gyakorlása, amihez jó alapot biztosít, több érzéket megmozgatva motivál a kémiai kísérletek sorozata. A csoportos kísérletek elősegítik a diákok együttműködési képességének a fejlődését, kísérletezés közben fejlődik a megfigyelő-, manuális képességük. Javaslat a laboratóriumi foglalkozás időbeosztására Időbeosztás Tanári (90 perc) tevékenység 0-5 motiváció, ráhangolódás a tanítási órára 5-15 ismétlés, elméleti ismeretek kiegészítése balesetvédelmi oktatás, a kísérlet(-ek) eszközeinek kiosztása bemutató kísérlet, segítségnyújtás tapasztalatok megbeszélése Tanulói tevékenység feladat végrehajtása gondolkodás, figyelemfejlesztés csoportok kialakítása kísérletek elvégzése gondolkodás, összefüggések felismerése Munkaforma frontális frontális frontális csoportmunka vagy egyéni munka frontális Szükséges eszközök munkafüzet, tankönyv tankönyv, munkafüzet munkafüzet munkafüzet munkafüzet 2

4 60-65 válaszok egyeztetése, leírása rávezető kérdések gondolkodás, feleletek a kérdésekre kémiai feladatok megoldása vagy további kísérletek elvégzése segítségnyújtás eszközök elmosása, rendbetétele házi feladat feladása frontális, önálló munka önálló munka, csoportmunka csoportmunka frontális munkafüzet munkafüzet tankönyv, munkafüzet A tanári segédletben Világospiros, dőlt betű jelzi a tanulótól várt választ. * jelzi a nehezebb, tananyagot meghaladó, tanulócsoporttól függően elvégezhető, megoldható feladatokat. 3

5 Laborrend Munka- és balesetvédelmi, tűzvédelmi oktatás A szabályokat a labor első használatakor mindenkinek meg kell ismernie, ezek tudomásulvételét aláírásával kell igazolnia! A szabályok megszegéséből származó balesetekért az illető személyt terheli a felelősség! A labor használói kötelesek megőrizni a labor rendjét, a berendezési tárgyak, eszközök, műszerek épségét! A gyakorlaton résztvevők az általuk okozott, a szabályok be nem tartásából származó anyagi károkért felelősséget viselnek! A laborba táskát, kabátot bevinni tilos! A laborban enni, inni szigorúan tilos! Laboratóriumi edényekből enni vagy inni szigorúan tilos! A laboratóriumi vízcsapokból inni szigorúan tilos! Hosszú hajúak hajukat összefogva dolgozhatnak csak a laborban. Kísérletezni csak tanári engedéllyel, tanári felügyelet mellett szabad! A laborban a védőköpeny használata minden esetben kötelező. Ha a feladat indokolja, a további védőfelszerelések (védőszemüveg, gumikesztyű) használata is kötelező. Gumikesztyűben gázláng használata tilos! Gázláng használata esetén a gumikesztyűt le kell venni. Az előkészített eszközökhöz és a munkaasztalon lévő csapokhoz csak a tanár engedélyével szabad hozzányúlni! A kísérlet megkezdése előtt a tanulónak ellenőriznie kell a kiadott feladatlap alapján, hogy a tálcáján minden eszköz, anyag, vegyszer megtalálható. A kiadott eszköz sérülése, vagy hiánya esetén jelezzen a szaktanárnak vagy a laboránsnak! A kísérlet megkezdése előtt figyelmesen el kell olvasni a kísérlet leírását! A kiadott eszközöket és vegyszereket a leírt módon szabad felhasználni. A vegyszeres üvegekből csak a szükséges mennyiséget szabad kivenni tiszta, száraz vegyszeres kanállal. A felesleges vegyszert nem szabad a vegyszeres üvegbe visszatenni. Szilárd vegyszereket mindig vegyszeres kanállal kell adagolni! Vegyszert a laborba bevinni és onnan elvinni szigorúan tilos! Vegyszert megkóstolni szigorúan tilos. Megszagolni csak óvatosan az edény feletti légteret orrunk felé legyezgetve lehet! Kémcsöveket 1/3 részénél tovább ne töltsük, melegítés esetén a kémcső száját magunktól és társainktól elfelé tartjuk. A kísérleti munka elvégzése után a kísérleti eszközöket és a munkaasztalt rendezetten kell otthagyni. A lefolyóba szilárd anyagot nem szabad kiönteni, mert dugulást okozhat! Munka- és balesetvédelem, tűzvédelem Elektromos berendezéseket csak hibátlan, sérülésmentes állapotban szabad használni! Elektromos tüzet csak annak oltására alkalmas tűzoltó berendezéssel szabad oltani 4

6 Gázégőket begyújtani csak a szaktanár engedélyével lehet! Az égő gyufát, gyújtópálcát a szemetesbe dobni tilos! A gázégőt előírásnak megfelelően használjuk, bármilyen rendellenes működés gyanúja esetén azonnal zárjuk el a csővezetéken lévő csapot, és szóljunk a szaktanárnak vagy a laboránsnak! Aki nem tervezett tüzet észlel köteles szólni a tanárnak! A munkaasztalon, tálcán keletkezett tüzet a lehető legrövidebb időn belül el kell oltani! Kisebb tüzek esetén a laboratóriumban elhelyezett tűzoltó pokróc vagy tűzoltó homok használata javasolt. A laboratórium bejáratánál tűzoltózuhany található, melynek lelógó karját meghúzva a zuhany vízárama elindítható. Nagyobb tüzek esetén kézi tűzoltó készülék használata szükséges Tömény savak, lúgok és az erélyes oxidálószerek bőrünkre, szemünkbe jutva az érintkező felületet súlyosan felmarják, égéshez hasonló sebeket okoznak. Ha bőrünkre sav kerül, száraz ruhával azonnal töröljük le, majd bő vízzel mossuk le. Ha bőrünkre lúg kerül, azt száraz ruhával azonnal töröljük le, bő vízzel mossuk le. A szembe került savat illetve lúgot azonnal bő vízzel mossuk ki. A sav- illetve lúgmarás súlyosságától függően forduljunk orvoshoz. Veszélyességi szimbólumok Tűzveszélyes anyagok (gázok, aeroszolok, folyadékok, szilárd anyagok) Oxidáló gázok Oxidáló folyadékok Robbanóanyagok Önreaktív anyagok (A-B típus) Szerves peroxidok (A-B típus) Légzőszervi szenzibilizáló Csírasejt mutagenitás Rákkeltő hatás Reprodukciós toxicitás Célszervi toxicitás, egyszeri expozíció Célszervi toxicitás, ismétlődő expozíció Aspirációs veszély Akut toxicitás (1-3. kategória) Akut toxicitás (4. kategória) Fémekre korrozív hatású anyagok Bőrmarás/Bőrirritáció 5 Súlyos szemkárosodás/szemirritáció Veszélyes a vízi környezetre

7 01. Az anyagok oldódása és az anyagi minőség kapcsolata Témakör: Anyagi rendszerek Nevelési-oktatási célok: Az oldódás szabálya Módszerek: tanári bemutató kísérlet, tanulói csoportos kísérlet Fogalmak: apoláris, poláris oldószer Az oldódás alapszabálya: hasonló a hasonlóban oldódik. Apoláris oldószerben apoláris anyagok oldódnak, polárisban poláris vegyületek. A jód apoláris, molekularácsos anyag. Apoláris oldószerben különböző színnel oldódik, vízben csak gyengén. Az oldatok különböző színének az az oka, hogy a jódmolekulákat az oldószer molekulái különböző módon és különböző mértékben veszik körül. Ez a szolvatáció, mértéke a barna színű oldatokban a legnagyobb. Az oxigéntartalmú oldószer dipólusmolekulái által a jód körül kialakított szolvátburok (az oxigénatomok nagy elektronvonzó képessége miatt) jobban deformálja az apoláris jódmolekulák elektronfelhőjét, mint az oxigént nem tartalmazó oldószerek molekulái, így azok másképpen lépnek reakcióba a látható fénnyel. 1. Kísérlet: apoláris és poláris oldószerek, poláris és apoláris oldandó anyagok. (25 min) Szükséges eszközök és anyagok: jód desztillált víz kálium-dikromát toluol kloroform műanyag tálca kémcsőállvány 6 kémcső 2 db vegyszeres kanál Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói kísérlet Értékelés: szóbeli értékelés A kísérlet menete 1. Tölts 2-2 kémcsőbe vizet és toluolt (4-4 cm 3 -t)! 2. Tegyél az egyik vizes, illetve toluolos kémcsőbe pár szemcse jódot! Rázd őket össze! 3. Tegyél a másik vizes, illetve toluolos kémcsőbe kevés kálium-dikromátot! Rázd őket össze! 4. Tegyél a vizes jódos kémcsőbe 4 cm 3 toluolt! Rázd őket össze! 5. Készíts egy új, vizes jódos kémcsövet, majd tegyél bele 4 cm 3 kloroformot! Rázd őket össze! 6

8 A kísérlet tapasztalatai a) Mit tapasztalsz a kísérlet 2. lépésében? Mi az oka? Rajzold le a kísérletet! A vizes kémcsőben rosszul, barnás színnel oldódik a jód. A toluolos kémcsőben jól, lila színnel oldódik a jód. 1.ábra: jód oldódása 1 vízben toluolban b) Mit tapasztalsz a kísérlet 3. lépésében? Rajzold le a kísérletet! A vizes kémcsőben jól oldódik a kálium-dikromát, narancssárga színnel, mert a kálium-dikromát ionvegyület, a víz pedig poláris oldószer. 2. ábra: dikromát vízben 2 A toluolos kémcsőben nem oldódik a kálium-dikromát. c) Mit tapasztalsz a kísérlet 4. lépésében? Rajzold le a kísérletet! Összerázás után látható, hogy a jód átoldódik a vízből a toluolba. A víz színtelen, a toluol lila színű. Az oldódás szabálya miatt történik. A lila fázis van felül, mert a toluolos oldat kisebb sűrűségű, mint a vizes. d) Mit tapasztalsz a kísérlet 5. lépésében? Rajzold le a kísérletet! Összerázás után látható, hogy a jód átoldódik a vízből a kloroformba. A víz színtelen, a kloroform lila színű. Az oldódás szabálya miatt történik. A lila fázis van alul, mert a kloroformos oldat nagyobb sűrűségű, mint a vizes. Ellenőrző kérdések 1. Mi a különbség az utolsó két kísérlet között? Mi lehet a magyarázat? A két apoláris oldószer sűrűsége különböző. A toluolé 0,87 g/cm 3, a kloroformé 1,48 g/cm 3, míg a vízé 1 g/cm 3. (Ha sok jód volt a toluolban, előfordulhat, hogy a toluolos jódoldat nagyobb sűrűségű, mint a víz.) A kísérletek magyarázata a molekulák polaritásában keresendő. A jód oxigéntartalmú oldószerekben barna, oxigénmentesekben lila színnel oldódik. 1 Forrás: 2 Forrás: 7

9 2. Válaszd ki, melyik kémcsőben van a jód alkoholban, benzinben, illetve vízben feloldva! 3. ábra: jód oldódása 3 1. alkoholos oldat, 2. benzines oldat, 3. vizes oldat 3. Hogyan nézne ki az a kémcső, amelybe először óvatosan kloroformot, majd vizet, majd benzint rétegezek, és utána jódot szórok bele, majd vékony üvegbottal megkeverem? Alul-felül lila, középen színtelen. 4. Mi történik akkor, ha a kémcsövet felrázom? A két lila színű fázis (apolárisak) egyesül, lila színnel. A színtelen elválik tőlük. 2. Kísérlet: (3. emelt) (10 min) Szükséges eszközök és anyagok: műanyag tálca 2 darab kémcső kémcsőállvány vegyszeres kanál jódkristály benzin éter desztillált víz védőszemüveg gumikesztyű hulladékgyűjtő Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói kísérlet Értékelés: szóbeli értékelés A kísérlet menete 1. Két kémcső közül az egyikbe rétegezz egymásra egy ujjnyi desztillált vizet és egy ujjnyi benzint, a másikba szintén egy ujjnyi vizet és egy ujjnyi étert! 2. Rázd össze a kémcsövek tartalmát, és figyeld meg, mi történik! 3. Tegyél mindkét kémcsőbe kanálhegynyi jódkristályt! 4. Rázd össze a kémcsövek tartalmát! Figyeld a változást! 3 Forrás: 8

10 5. Miután már nem tapasztalsz változást, öntsd össze a két kémcső tartalmát, rázd össze az elegyet, és figyeld meg, mi történik! 6. Magyarázd meg a látottakat! A kísérletek alapján hasonlítsd össze a víz sűrűségét a benzin és az éter sűrűségével! A kísérlet tapasztalatai a) víz és benzin összekeverése, majd jód hozzáadása: A két fázis elkülönül egymástól, mert a víz poláris, a benzin apoláris, nem oldódnak egymásban, a benzin kisebb sűrűségű, ezért felül helyezkedik el. A jód apoláris, lila színnel oldódik a benzinben, összerázás után a szín a felső fázisban jelenik meg, a vizes fázisban esetleg gyenge sárga szín jelentkezik, a rosszul oldódó jód miatt. b) víz és éter A két fázis elkülönül egymástól, mert a víz poláris, az éter apoláris, nem oldódnak egymásban, az éter kisebb sűrűségű, ezért felül helyezkedik el. A jód apoláris, az éter oxigéntartama miatt barnás-vöröses színnel oldódik az éterben, összerázás után a szín a felső fázisban jelenik meg, a vizes fázisban esetleg gyenge sárga szín jelentkezik, a rosszul oldódó jód miatt. c) Összeöntve a két kémcső tartamát, a színes, apoláris fázisok elegyednek, de a víz továbbra is az alsó fázisban marad, elkülönülve, gyenge sárgára színeződve. d) Rendezd sűrűség szerint sorba a folyadékokat! Éter,benzin,víz. e) Magyarázd meg a látottakat! A víz poláris anyag, a benzin, a jód és az éter apoláris. Oxigénmentes oldószerben a jód lila, oxigéntartalmúban barna színnel oldódik. 9

11 02. Az oldódás közbeni változások Témakör: Anyagi rendszerek Nevelési-oktatási célok: Az oldódást kísérő endoterm és exoterm változások, sűrűségváltozások vizsgálata Módszerek: tanári bemutató kísérlet, tanulói csoportos kísérlet Fogalmak: endoterm és exoterm oldódás, oldáshő, hidratációshő, rácsenergia Az oldódás közben megfigyelhető változások közül az energiaváltozásokat és a sűrűségváltozásokat vizsgáljuk meg. 1. Kísérlet: endoterm oldódás, oldáshő(1. emelt) (15 min) Szükséges eszközök és anyagok: desztillált víz ammónium-nitrát jég műanyag tálca kálium-nitrát üvegbot 100 cm 3 -es főzőpohár tizedfokos hőmérő vegyszeres kanál Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói kísérlet Értékelés: szóbeli értékelés A kísérlet menete 1. Tölts kb. 50 cm 3 desztillált vizet egy főzőpohárba, és mérd meg a víz hőmérsékletét! 2. Adj a vízhez 2 vegyszeres kanálnyi kálium-nitrátot, és oldd fel a sót! 3. Mérd meg folyamatosan az oldat hőmérsékletét! 4. Jegyezd fel tapasztalataidat, és magyarázd meg a látottakat! 5. Tapasztalataid alapján készíts energiadiagramot az oldódás energiaviszonyairól! 6. Írd fel az oldódás ionegyenletét! A kísérlet tapasztalatai a) Jegyezd fel tapasztalataidat, és magyarázd meg a látottakat! Az oldódás során csökken a rendszer hőmérséklete, a KNO 3 oldódása endoterm folyamat. Az oldódáshoz a rendszer a környezetből vesz fel energiát: visszamelegszik a környezet hőmérsékletére. Az ilyen oldódás endoterm. Δ o H > 0 b) Tapasztalataid alapján készíts energiadiagramot az oldódás energiaviszonyairól! A tapasztalat: az oldat hőmérséklete csökken egy bizonyos értékig. E(kJ/mol) különálló ionok _ E r E h hidratált ionok Δ o H kristályrács _ Az oldáshő megmutatja, hogy mekkora hő szabadul fel, vagy mennyi hőt vesz fel a rendszer, ha 1 mol anyagot nagy mennyiségű oldószerben feloldunk. Δ o H = E r + ΣE h 10

12 E r : ionok szétválasztásához szükséges rácsenergia (1 mol kristályos anyag szabad, gázhalmazállapotú ionokra bontásához szükséges energia) E h : hidratációs energia (1 mol ion hidratációját kísérő energiaváltozás) 1. ábra: oldódás közbeni hőmérséklet-változás 4 T( C) t(s) T( C) ,6 16,3 16 c) Írja fel az oldódás ionegyenletét! t(s) Az ionegyenlet: KNO 3 (sz) K + (aq) + NO – 3(aq) 2. kísérlet: exoterm oldódás, oldáshő (6. emelt) (10 min) Szükséges eszközök és anyagok: desztillált víz NaCl KNO 3 NaOH védőszemüveg műanyag tálca 3 db sorszámozott kémcső 3 db vegyszeres kanál Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói kísérlet. A NaOH-al óvatosan, gumikesztyűben dolgozzunk! Értékelés: szóbeli értékelés A kísérlet menete 1. Három kémcső ismeretlen sorrendben a következő vegyületeket tartalmazza: NaCl, NaOH, KNO 3. Mindegyik kémcsőben azonos anyagmennyiségű vegyület van. 2. Öntsön kb. ugyanannyi (fél kémcsőnyi) desztillált vizet mindegyik kémcsőbe, közben figyelje meg, hogyan változik a kémcső hőmérséklete. 4 Forrás: 11

13 3. Ismerjük az oldáshőket a NaCl: +4 kj/mol, KNO 3 : +35 kj/mol, NaOH: 42,3 kj/mol. 4. Az adatok és tapasztalatok segítségével azonosítsa, melyik kémcsőben melyik vegyület van! A kísérlet tapasztalatai Az oldáshők ismeretében megállapítható, hogy a KNO 3 oldódása endoterm, tehát a kémcső le fog hűlni oldás közben, a NaCl oldódása is endoterm, de sokkal kisebb mértékű lehűlés várható. A NaOH oldódása exoterm, ezért a kémcső fel fog melegedni. (Elég nagy mértékű változásokat kézzel is érzékelünk.) 3. kísérlet: Az oldódás során bekövetkező sűrűségváltozás (10 min) Értékelés: jeggyel 1. Tölts cm 3 desztillált vizet öt 200 cm 3 -es főzőpohárba! 2. Tegyél bele 1, 2, 3, 4, 5 kanálnyi ammónium-nitrátot! 3. Öntsd az oldatokat mérőhengerbe! 4. Mérd meg az oldatok sűrűségét areométerrel! (Vagy a tömegét és a térfogatát, és ezekből számold ki a sűrűséget!) 2. ábra: areométeres sűrűségmérés 5 a) Készíts táblázatot a mért adatokból! Ábrázold a sűrűséget a feloldott kanálnyi ammónium-nitrát függvényében! Sűrűség T( C) Oldott anyag(kanál) b) Milyen következtetést tudsz levonni a kísérletből? Az oldatok sűrűsége arányosan növekszik az oldott anyag mennyiségével. 5 Forrás: 12

14 03. A gázok oldódása (ammónia és hidrogén-klorid) Témakör: Anyagi rendszerek Nevelési-oktatási célok: Módszerek: tanári bemutató kísérlet, tanulói csoportos kísérlet Fogalmak: A gázok oldódása (ammónia és hidrogén-klorid) vízben 1. Kísérlet: Az ammónia-szökőkút (7. emelt) (25 min) Szükséges eszközök és anyagok: oldalcsöves gömblombik és hozzávaló egyfuratos dugó száraz gömblombik szemcseppentő ammóniaoldat Bunsen-állvány dió Bunsen-égő horzsakő fenolftalein-oldat üvegkád 50 cm 3 -es főzőpohár tálca vegyszeres kanál kémcsőfogó Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói kísérlet Értékelés: szóbeli értékelés A kísérlet menete 1. Tegyél oldalcsöves gömblombikba kb. 20cm 3 tömény ammóniaoldatot! 2. Tegyél bele 1 db horzsakövet, dugózd le! Fogd be Bunsen-állványba! 3. Melegítsd óvatosan az oldatot Bunsen-égővel, és a keletkező gázt szájával lefelé fordított száraz lombikba fogd fel! Addig melegítsd, amíg a lombik szájánál szúrós szagot nem érzel! 4. A cseppentős dugóba szippants fel pár csepp vizet! 5. Zárd le a lombikot a cseppentős dugóval, amelybe pár csepp vizet felszippantottál! 6. Töltsd félig az üvegkádat csapvízzel, és cseppents bele pár csepp fenolftalein-oldatot! 7. A zárt lombikba cseppentsd bele a vizet, majd jól rázd össze! 8. A lombikot szájával lefelé dugd be a kádba, és a víz alatt szedd le a cseppentő gumisapkáját! 13

15 A kísérlet tapasztalatai 1. ábra: ammónia előállítása 6 2. ábra: ammónia-szökőkút 7 a) Mit látsz a horzsaköves lombikban? Milyen a keletkező gáz szaga? Az ammónia sűrűsége kisebb a levegőnél (ρ rel =17/29 ), ezért szájával lefelé tartott kémcsővel kell felfogni. Melegítés hatására a gázok oldhatósága lecsökken, ezért az oldatból ammónia szabadul fel. Nehéz a buborék képződése, ezért van a horzsakő, mert abban mindig van buborék. Azt látjuk, hogy a képződő gáz a horzsakőből jön ki. Az ammónia szaga szúrós, büdös. b) Mi történik a lombikban a víz becseppentésekor? Történik-e valami a cseppentő gumisapkájával? A pár csepp víz feloldja az ammóniát, a gáztér üres lesz, és vákuum keletkezik, így a gumisapka összelapul. c) Mi történik a lombikban a sapka levételekor? Az ammónia nagyon jól oldódik vízben ( 1 dm 3 víz 700 dm 3 ammóniát old), ezért a néhány bejuttatott vízcsepp feloldja a lombikban található ammóniát, a lombikban csökken a nyomás és a légnyomás szökőkút-szerűen bepréseli a fenolftaleines vizet a lombikba. d) Milyen színű a lombikba behatoló víz? Miért? A lombik ammóniát tartalmaz, ami vízzel reakcióba lép; lúgos kémhatás keletkezik. Ezt a fenolftaleines oldat ciklámen színnel jelzi. e) Írd fel a lejátszódó folyamatok egyenleteit! 6 Forrás: 7 Forrás: 14

16 f) A hétköznapi életben hol fordul elő ammónia, hol éreztél ilyen szagot? Tyúkólakban, vécékben. g) Az iparban mire használják az ammóniát? Mezőgazdaságban, növénytermesztésben műtrágyát gyártanak belőle. 2. Kísérlet: A sósav-szökőkút (10 min) Ha HCl-al végeznénk ugyanezt a kísérletet, akkor a gázt szájával felfelé tartott kémcsővel is fel lehetne fogni, mert a HCl nehezebb a levegőnél (ρ rel =36,5/29 ). A szökőkút ugyanúgy létrejönne, mert a HCl is nagyon jól oldódik a vízben (1 dm 3 víz 450 dm 3 HCl-ot old), ellenben a fenolftalein nem jelezne színváltozással a savas oldatban. A vizes oldatok kémhatását a fenolftaleinen kívül más indikátorokkal és ki lehet mutatni, mint például metilnarancs, metilvörös, lakmusz, stb. Gyakorló feladat 8 ( ) 8 Forrás: 15

17 04. Kolloidok Témakör: Anyagi rendszerek Nevelési-oktatási célok: Kolloid rendszerek vizsgálata Módszerek: tanári bemutató kísérlet, tanulói csoportos kísérlet Fogalmak: kolloid, emulzió, emulgeálószer Kolloid rendszerben az anyagok mérete nm között van. A kolloidok megnevezés nem az anyag bizonyos fajtáját jelenti, hanem az állapotát. A teljesség igénye nélkül, pl.: gázban folyadék: köd, felhő, spray (aeroszolok) folyadékban gáz: habok folyadékban folyadék: emulziók (tej, vaj, majonéz, arckrémek) folyadékban szilárd: rostos gyümölcslé szilárdban folyadék: gélek (kocsonya, zselé, sajt) Emulziók: nem stabil rendszerek, egy idő után szétválnak összetevőikre. tej: só(ca 2+ ), cukor(laktóz), vitaminok, zsír, fehérje(kazein) emulgeálószer 1. ábra: tej mikroszkópos képe 9 tejszín, tejföl: vízben zsír vaj: zsírban víz *Az emulgeálószerek olyan molekulák, amelyeknek egyik végük víz-szerető (hidrofil), másik pedig olajszerető (hidrofób), csökkentik a felületi feszültséget a két nem elegyedő anyag határfelületén. Ezek teszik lehetővé, hogy a víz és olaj egymásban finoman szétoszoljon, ezzel egy homogén, stabil, sima emulziót létrehozzon. Tudod-e? Az ókori görögök már használták a méhviasz emulgeáló erejét kozmetikai termékekben, és valószínűleg a tojássárgája volt az első emulgeálószer, amit valaha az élelmiszergyártásban is alkalmaztak a korai 19. században. A tojássárgájáról meglehetősen rövid ideig tartó stabilitása miatt a termelők a szójababból származó lecitinre tértek át, ami az 1920-as évektől kezdve fontos élelmiszernek számít. Mára az emulgeáló élelmiszeradalékok fontos szerepet játszanak olyan élelmiszerek gyártásánál, mint a tejszínes mártások, margarin, majonéz, számos előrecsomagolt feldolgozott étel, édességek, valamint megannyi pékáru. Csokoládé Minden csokoládétermék 0,5% lecitint (E 322) vagy ammónium foszfatidot (E 442) tartalmaz. Ezeket az emulgeálókat a csokoládé helyes konzisztenciája miatt adagolják, hogy táblába vagy szeletbe önthessék őket. 9 Forrás: 16

18 Margarin Az emulgeálók adják a kívánt stabilitást, szerkezetet valamint ízt a margarinoknak, hogy biztosítsák a vízcseppek finom eloszlását az olajfázisban. Széles körben elterjedtek a zsírsavak mono- és digliceridjei (E 471), valamint a lecitin (E 322) használata Kísérlet: emulzió készítés (25 min) Szükséges eszközök és anyagok: desztillált víz kémcsövek olaj kémcsőállvány szappanoldat Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói kísérlet Értékelés: szóbeli értékelés A kísérlet menete 1. Önts egy kémcsőbe cm 3 desztillált vizet és olajat! 2. Rázd össze a keveréket! 3. Adj 2 cm 3 szappanoldatot a keverékhez és rázd össze! 4. Néhány percnyi várakozás után figyeld meg a változást! 2. ábra: 1. olaj+víz 2. olaj+víz +szappan 3. kis idő múlva 11 A kísérlet tapasztalatai a) Mit tapasztalsz a víz és az olaj elegyítése során? A víz különválik az olajtól. b) Mi az oka a víz-olaj keverék viselkedésének? A víz poláris, az olaj apoláris anyag. c) Mi történik a szappanoldat adagolása után? Egy áttetsző emulzió keletkezik. d) Várakozás után mi változik? Miért? Az emulzió kitisztul, mert a szappan hatására az olajcseppecskék szétoszlanak a vízben, oldat keletkezik. 10 Forrás: 11 Forrás: 17

19 2. Kísérlet: Tyndall-jelenség (fényszóródás kolloid méretű részecskéken) (10 min) Szükséges eszközök és anyagok: desztillált víz főzőpohár keményítő üvegbot erős fényű, pontszerű fényforrás Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói kísérlet Értékelés: szóbeli értékelés A kísérlet menete cm 3 desztillált vízben oldj fel egy vegyszereskanálnyi keményítőt! 2. Hűtsd le a keveréket! 3. Sötét háttér mellett világítsd meg a poharat! 4. Oldalról figyeld a jelenséget! 3. ábra: Tyndall-jelenség keményítőoldatban 12 A kísérlet tapasztalatai a) Mit tapasztalsz megvilágítás közben? Oldalról nézve láthatóvá válik a fény útja. b) Mi lehet az oka ennek a jelenségnek? A meleg víz hatására a keményítő szemcsék megduzzadtak. A nagyméretű kolloid részecskék a fényt minden irányba szétszórják. 3. Kísérlet: majonéz készítés HÁZI FELADAT Szükséges eszközök és anyagok: 1 db tojássárgája 1 kis csipet só 1 púpozott teáskanál mustár 125 ml étolaj ½ teáskanál citromlé A készítés menete 400 ml-es tál habverő teáskanál 1. A tojás sárgákhoz egy habverővel keverjük hozzá a sót, és a mustárt. 2. Vékony sugárban, folyamatos keverés mellett keverjük hozzá az olajat is. 3. Ha felvette az olajat, ízlés szerint kevés citromlével ízesítsük. 12 Forrás: 18

20 05. Túltelített oldat-kristályosítás Témakör: Anyagi rendszerek Nevelési-oktatási célok: Telített, túltelített oldatok összehasonlítása, kristályosítás Módszerek: tanári bemutató kísérlet, tanulói kiscsoportos kísérlet Fogalmak: oldat, telített, telítetlen, túltelített, kristályosítás, lagúna, szalina A feloldott anyag és a oldószer arányától függően az oldatok lehetnek telítetlenek, telítettek illetve túltelítettek. A telített oldat adott hőmérsékleten már nem tud több oldandó anyagot feloldani. Az oldhatóság megmutatja egy adott oldószer és oldandó anyag esetében, hogy adott hőmérsékleten mennyi anyag oldódik 100 gramm oldószerben. Melegen telített oldat lehűlve túltelítetté válik és elindul a kristálykiválás. A kristályok mérete függ a kiválás sebességétől (hőmérséklettől) és a jelenlevő gócok (por, kristálydarabkák) is befolyásolják a nagyságot. 1. Kísérlet: réz-szulfát kristályosítása (10 min+ 1 óra várakozás) Szükséges eszközök és anyagok: réz-szulfát-kristály desztillált víz mérőhenger Bunsen-állvány üvegtölcsér szűrőkarika szűrőpapír 2 db 400cm 3 -es főzőpohár mérleg azbesztes drótháló vasháromláb Bunsen-égő gyufa cérna tálca vegyszeres kanál gyurma Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói kísérlet Értékelés: gyakorlati jegy A kísérlet menete 1. Nagy főzőpohárba tegyél 200 cm 3 desztillált vizet és 100 g réz-szulfát-kristályt! Kevergesd! 2. Tedd a főzőpoharat vasháromlábon lévő azbesztes dróthálóra, és melegítsd kevergetés közben! 3. Melegítés közben fogj be szűrőkarikát Bunsen-állványba, tegyél bele üvegtölcsért, és készíts redős szűrőt! 4. Amikor a kristályok feloldódtak, öntsd bele a forró oldatot a szűrőbe! A szűrletet egy másik nagy főzőpohárba gyűjtsd! 5. Hurkapálca közepére köss cérnaszálon lógó gyurmagolyót úgy, hogy előzőleg néhány kristályt beleszúrtál és a főzőpohár közepéig lógjon az oldatba! 6. Tedd félre, rázkódásmentes helyre! Mit tapasztalsz a nap végén? 19

21 A kísérlet tapasztalatai a)mi történik a réz-szulfát vízbe tevésekor? Megindul az oldódás, kékszínű oldat keletkezik, de marad feloldatlan anyag. b) Melegítéskor mit figyelsz meg? Az oldat színe mélyül, az összes anyag feloldódik. c) A kísérlet befejezése után 1-2 órával vizsgáld meg a szűrletet! Mit tapasztalsz? Megindul a kristálykiválás. Ha szerencsénk van, csak a golyóra válik ki kristály, ha nem, a pohár alján is kristályok nőnek. Sötétkék,parallelepipedonszerű kristályok képződnek. d) Hogyan lehetne az oldatból további réz-szulfátot kinyerni? Az oldatot be kell párolni, majd megismételni a kristályosítást. e) Hasonlítsd össze a kísérletet eredményét az elvárttal! 1. ábra: réz-szulfát átkristályosítása 13 f) Miért lehet így átkristályosítani ezeket a sókat? Melegen sokkal töményebb a telített oldat, mint hidegen. A meleg telített oldatból hideg telített oldat és kristályvíz tartalmú só keletkezik. Tudod-e? A kősó kialakulása a tengerek ellaposodó partjain kialakuló lagúnák világához köthető. Meleg, száraz éghajlaton, egy tengerről lefűződött lagúnában vízutánpótlás híján elpárolog a tengervíz. A vízben oldott állapotban lévő anyagok pedig kiválnak a lagúna fenekén: gipsz, kősó, kálisó és végül agyag rakódik le. A vízutánpótlás megnyílásával és újbóli záródásával többször is ismétlődhet a folyamat. Így jöhetnek létre akár több 10 m vastag sótelepek is. A folyamat mesterségesen is előidézhető: a tengerparti sólepárló üzemek hasonló módon nyernek kereskedelmi mennyiségben sót. Készítsünk tengervizet, és modellezzünk egy sólepárló üzemet! 13 Forrás: 20

22 2. Kísérlet: só kristályosítása (25 min) Szükséges eszközök és anyagok: desztillált víz Bunsen-égő tengeri só gyufa főzőpohár vegyszeres kanál azbesztes drótháló mérleg vasháromláb mérőhenger Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói kísérlet Értékelés: szóbeli értékelés, feladatok megoldása, jegy A kísérlet menete 1. Készítsünk tengervizet! Több tanulópár együtt tegyen 1 l desztillált vízbe 35 g sót! (A tengervíz átlagos sótartalma 35 (ezrelék). Ha meg szeretnéd kóstolni, akkor ivópohárba csapvízzel készíts egy adagot! A párok osszák el a kész tengervizet egymás között! 2. Kezdd el melegíteni a tengervizet, és várd meg, míg a víz elforr! 3. Figyeld meg, mi történik a vízzel és a sóval! 4. A víz elforrása után tölts ismét a főzőpohárba tengervizet! Ezt is forrald el! 5. Ismételd meg a 4. pontot néhányszor! 6. Elvégezheted a kísérletet a legsósabb tenger, a Vörös-tenger sótartalmával (41 ), vagy akár a Holt-tenger több mint 33%-os (!) sótartalmával is. Külön elkészítve itt is érdemes egy kóstoló. A legkevésbé sós vize a Finn-öbölnek van (1 ). Sikerül-e ebben az esetben is a kísérlet? (Megjegyzés: a Holt-tenger sótartalmának modellezésénél annyi sót oldj fel a vízben, amennyit csak tudsz! Figyeld meg, mennyi sót sikerült feloldani! Kijön-e a 30% feletti érték?) 2. ábra: Holt- tenger 14 A kísérlet tapasztalatai a) Milyen különbségeket tapasztalsz az egyes tengereknél a kísérlet során? A kísérlet végén kivált kristályos só egyenes arányban áll a feloldott mennyiséggel. b) Mennyi sót tudtál feloldani a vízben? A mért mennyiség megadása grammban vagy dekagrammban. 14 Forrás: 21

23 c) Mi történt a víz elforralása után? A sóoldat elforralása után a főzőpohár alján kivált a korábban feloldott só, tehát forraláskor csak a víz párolgott el. d) Mit tapasztaltál a tengervíz újratöltésekor? Vajon hogyan változott meg a víz sótartalma? A tengervíz újratöltésekor a korábban kivált só ismét feloldódott. A tengervíz sótartalma növekedett. e) A kísérlet befejeztével írd le megfigyeléseidet! Az ismételt újratöltések és elforralások során egyre több só kristályosodott ki a főzőpohár alján. Az újratöltött víz sótartalma mindig hozzáadódott a már korábban kikristályosodott mennyiséghez. Ellenőrző kérdések 1. Miért nem alkalmas a tengervíz szomjunk oltására? A tengervíz egy 35 -es sóoldat. Elfogyasztásakor a szervezetünk ezt a számára tömény oldatot próbálja hígítani, tehát testünktől vizet von el. Így még szomjasabbak leszünk. 2. Milyen okokra vezethetők vissza a tengerek közötti sótartalom-különbségek? A földrajzi helyzettől függően eltérőek a klimatikus viszonyok, így a csapadék mennyisége és a párolgás. Ezek mellett az édesvizet szállító folyók is befolyásolják elsősorban a part menti vizek sótartalmát. 3. Hogyan alakulnak ki a lagúnák? Sekély vizű partokon a hullámok erejüket vesztve lerakják hordalékukat, és a parttól távolabb homokgát, ún. turzás képződik. A turzás és a part közötti vízfelület a lagúna. 4. Nézz utána az interneten, hogy mi az a szalina! 5. Hogyan játszódik le ez a folyamat a természetben? Meleg, száraz éghajlaton elhelyezkedő természetes vagy mesterséges lagúnákban játszódik le a folyamat. A lagúna elzáródásával, illetve elzárásával a víz a napsütés hatására elpárolog, a só pedig kiválik a lagúna fenekén. Újbóli elárasztás, majd elrekesztés/elrekesztődés esetén ismétlődik a folyamat. 6. Miért csak száraz, meleg éghajlaton játszódhat le a folyamat? Csak a száraz, meleg éghajlat adottságai kedvezőek. A szárazság a vízutánpótlás hiányát eredményezi, tehát sem csapadék, sem hozzáfolyás nem lehetséges. A meleg idő és a napsütés gyorsítja a párolgást. 7. Gyűjts az atlasz, illetve az internet segítségével közép-európai sólelőhelyeket! pl. Salzburg környéke (BadDürrnberg) Ausztria Krakkó környéke (Wieliczka) Lengyelország Aknaszlatina Ukrajna Parajd, Szováta Románia 22

24 06. Reakciósebesség Témakör: Kémiai reakciók és reakciótípusok Nevelési-oktatási célok: reakciósebesség függése a halmazállapottól Módszerek: tanári bemutató kísérlet, tanulói csoportos kísérlet Fogalmak: reakciósebesség, hasznos ütközések A kémiai reakciók sebessége függ: a reagáló anyagok minőségétől koncentrációjától aprítottságától a hőmérséklettől a katalizátortól A hasznos ütközések számát befolyásolja ezek közül a koncentráció, aprítottság és a hőmérséklet, ezért legkönnyebben ezen tényezőknek a változtatásával tudjuk befolyásolni a reakciósebességet. A folyékony és a légnemű állapotban gyorsabb a reakció, szilárd fázisban nehezebben játszódnak le a kémiai változások. 1. Kísérlet: reakció légnemű fázisban (ammónia és hidrogén-klorid) 15 (15 min) Szükséges eszközök és anyagok: koncentrált ammónia-oldat koncentrált sósavoldat 2 db üveglap 2 db gázfelfogó henger Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói kísérlet Értékelés: szóbeli értékelés A kísérlet menete 1. Az egyik gázfelfogó hengert 1-2 cm 3 ammónia-oldattal, a másikat sósavoldattal átöblítjük, majd a hengereket üveglappal lefedjük. 2. A sósavat tartalmazó hengert nyílásával lefelé fordítva az ammóniával töltött hengerre helyezzük. 3. Az üveglapokat eltávolítjuk, a hengereket szorosan egymáshoz illesztjük. 4. Figyeljük meg a változást és jellemezzük sebesség szempontjából! A kísérlet tapasztalatai a) Mit észlelünk az üveglapok eltávolításakor? Mi keletkezik? Fehér, sűrű füst keletkezik, szilárd ammónium-klorid jön létre. 15 Forrás: Rózsahegyi Márta – Wajand Judit: Látványos kémiai kísérletek, Mozaik Oktatási Kiadó – Szeged,1999 (3.2. b) 23

25 1. ábra: NH 3 és HCl reakciója 16 b) Milyen reakció játszódik le? NH 3 + HCl NH 4 Cl c) Igényel-e külső energiát a reakció elindítása? Nem, spontánul elindul. 2. *Kísérlet: reakció szilárd fázisban (ólom-acetát és kálium-jodid) 17 (20 min) Szükséges eszközök és anyagok: ólom-acetát kémcső kálium-jodid desztillált víz Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet Értékelés: szóbeli értékelés A kísérlet menete 1. Keverjünk össze szilárd ólom-acetátot és kálium-jodidot! 2. Cseppentsük meg a keveréket néhány csepp desztillált vízzel! 3. Figyeljük meg a változást és jellemezzük sebesség szempontjából! A kísérlet tapasztalatai a) Szilárd fázisban elindul-e a reakció? Nem, változást nem tapasztalunk. b) A desztillált víz hatására milyen változás megy végbe? Intenzív, sárga színű csapadék képződése figyelhető meg. c) Mi a kémiai magyarázata a megfigyelt jelenségnek? Szilárd fázisban a részecskék helyhez kötve, csak korlátozott mozgásra képesek, elenyésző a hasznos ütközések száma. Víz hatására az ionkristály összeomlik, a szabadon mozgó ionok most már hatékonyabban ütközhetnek és a megfelelő ütközések új anyag keletkezését teszik lehetővé. d) Milyen kémiai reakció játszódik le? Pb I – PbI 2 16 Forrás: 17 Forrás: Rózsahegyi Márta – Wajand Judit: Látványos kémiai kísérletek, Mozaik Oktatási Kiadó – Szeged,1999 (3.1. b) 24

26 Sárga színű csapadék keletkezik. 2. ábra: ólom-jodid 18 Aranyeső próba -ólom kimutatása. e) Hasonlítsd össze a két reakciót reakciósebesség szempontjából! Az ammónia és a hidrogén-klorid reakciója pillanatszerű, míg az ólom-acetát és a kálium-jodid reakciója szilárd állapotban nem megy végbe, oldatban pedig szintén gyorsan lejátszódik. Gyakorló feladatok 19 (egy jó válasz van) (C, D, D, D) 18 Forrás: 19 Forrás. 25

27 07. A reakciósebesség és befolyásolása Témakör: Kémiai reakciók és reakciótípusok Nevelési-oktatási célok: A reakciósebességet befolyásoló tényezők vizsgálata: hőmérséklet, koncentráció és katalizátorok Módszerek: tanári bemutató kísérlet, tanulói csoportos kísérlet Fogalmak: reakciósebesség, katalizátor, inhibitor A reakciósebesség azt fejezi ki, hogy egységnyi térfogatban egységnyi idő alatt hány mol alakul át a kiindulási anyagok valamelyikéből, vagy hány mol keletkezik a termékek valamelyikéből. A reakciósebesség függ: az anyagok minőségétől a hőmérséklettől a koncentrációtól a katalizátortól. 1. Kísérlet: A reakciósebesség hőmérsékletfüggése (10 min) Szükséges eszközök és anyagok: brómos víz desztillált víz hangyasav-oldat 2 db 100 cm 3 -es főzőpohár kémcsövek kémcsőállvány stopperóra Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói csoportos kísérlet Értékelés: szóbeli értékelés A kísérlet menete 1. Tölts két 100 cm 3 -es főzőpohárba egyenként 20 cm 3 brómos vizet, illetve 20 cm 3 desztillált vizet! 2. Az egyik főzőpoharat melegítsd fel 60 o C-ra! 3. Mérj ki két kémcsőbe cm 3 hangyasav-oldatot! 4. A két kémcső tartalmát egyszerre öntsd a két főzőpohárba! 5. Mérd az elszíntelenedés idejét! A kísérlet tapasztalatai a) Mit tapasztalsz? Magasabb hőmérsékleten nagyobb a reakciósebesség. (Általában 10 hőmérséklet-emelés hatására nő kétszeresére a reakciósebesség.) o C-os b) A mérési adatok: Szobahőmérsékleten 4 perc, 60 C-on 1,5 perc az elszíntelenedés ideje. c) Magyarázd meg a fenti folyamatokat! Magasabb hőmérsékleten gyorsabb a részecskék mozgása, több az ütközés. 26

28 Magasabb hőmérsékleten nagyobb a részecskék átlagos energiája. Több rendelkezik az aktiválási energiánál nagyobb energiával, ezért nagyobb a reakciósebesség. 2. Kísérlet: A reakciósebesség koncentrációfüggése (15 min) Szükséges eszközök és anyagok: brómos víz 4 db 100 cm 3 -es főzőpohár desztillált víz kémcsövek hangyasav-oldat kémcsőállvány stopperóra Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói csoportos kísérlet Értékelés: szóbeli értékelés A kísérlet menete 1. Tölts négy 100 cm 3 -es főzőpohárba 20 cm 3 brómos vizet, illetve 20 cm 3 desztillált vizet! 2. Mérj ki három kémcsőbe 4 cm 3, 8 cm 3, illetve 12 cm 3 hangyasavoldatot! 3. Öntsd egyszerre a három oldatot a három főzőpohárba!a negyedik főzőpohár az összehasonlításhoz kell. 4. Keverd meg az oldatokat! 5. Mérd az elszíntelenedés idejét! A kísérlet tapasztalatai a) Mit tapasztalsz? A több hangyasav esetén gyorsabb a reakció. b) Mérési adatok 7 perc; 5 perc; 3,5 perc 1. ábra: brómos víz elszíntelenedése 20 c) Magyarázd meg a fenti folyamatokat! Amelyik főzőpohárban több a hangyasav, abban nagyobb a koncentrációja, ezért gyorsabb a reakció, azaz nagyobb a reakciósebesség. Minél nagyobb a koncentráció, annál többször ütköznek a részecskék. Több ütközésből pedig több vezet átalakuláshoz. 20 Forrás: 27

29 d) Rendezd az egyenletet! HCOOH + Br 2 = 2 HBr + CO 2 3. Kísérlet: Katalizátor hatása a reakciósebességre (10 min) Szükséges eszközök és anyagok: 3%-os hidrogén-peroxid-oldat barnakőpor kockacukor cigarettahamu élesztő vegyszerkanál 4 db 100cm 3 -es Erlenmeyer-lombik gyújtópálca csipesz porcelántálka Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói csoportos kísérlet Értékelés: szóbeli értékelés A kísérlet menete a) Mangán-dioxid hatása a hidrogén-peroxid bomlására (8. emelt) 1. Tegyél két 100cm 3 -es Erlenmeyer- lombikba 3%-os hidrogén-peroxid-oldatból cm 3 -t! 2. Az egyikbe tarts parázsló gyújtópálcát! 3. A másikba tegyél késhegynyi barnakőport (MnO 2 )! 4. Ebbe is tarts parázsló gyújtópálcát! Ezt a lépést többször is megismételheted. b) *kísérlet: Hidrogén-peroxid bomlása élesztő hatására 1. Tegyél két 100cm 3 -es Erlenmeyer-lombikba 3%-os hidrogén-peroxid-oldatból cm 3 -t! 2. Tegyél az egyikbe kevés élesztőt! 3. Tarts parázsló gyújtópálcát a lombikokba! c) kísérlet: Kockacukor égése 1. Próbálj Bunsen-égő lángjánál meggyújtani egy kockacukrot! 2. Forgasd meg a cukrot cigarettahamuban vagy tealevélben, majd újra próbáld meggyújtani! A kísérlet tapasztalatai a) kísérlet Mi történik az első lombikban? Semmi. Az első kémcsőben lassú oxigénfejlődés figyelhető meg, amit várakozás után a parázsló hurkapálcával ki tudunk mutatni, de a láng nem tartós. Mi történik a második lombikban a barnakőpor beszórásakor? Heves pezsgés, fehér füst. Mi történik a gyújtópálcával? 28

30 Lángra lobban. Magyarázd meg a jelenséget! A bomlás közönséges körülmények között lassú. A keletkező oxigén eloszlik a levegőben. A barnakőpor meggyorsítja, katalizálja a folyamatot, ezért tapasztalunk pezsgést, gázfejlődést. A keletkező gáz vízcseppeket ragad magával, ezért látunk fehér füstöt. A keletkező oxigéntől a parázsló gyújtópálca lángra lobban, akár többször is. Rendezd az egyenletet! 2. ábra: H 2 O 2 bomlása 21 2 H 2 O 2 = 2 H 2 O + O 2 b) kísérlet Mi történik az élesztőt tartalmazó lombikban? Az élesztő is katalizálja a hidrogén-peroxid bomlását. Pezseg, oxigén fejlődik. A parázsló gyújtópálca lángra lobban. c) kísérlet Mi történik a kockacukorral? Megolvad, karamellizálódik, de nem ég. Mi történik a kockacukorral másodszor? 3. ábra: cukor égése tealevél segítségével ábra: cukor égése hamu segítségével 23 Meggyullad, halványkék lánggal ég. A tealevél vagy a hamu katalizálja a cukor égését. 21 Forrás: 22 Forrás: 23 Forrás: 29

31 08. A kémiai reakciók energiaviszonyai Témakör: Kémiai reakciók és reakciótípusok Nevelési-oktatási célok: A kémiai reakciók energiaviszonyainak vizsgálata Módszerek: tanári bemutató kísérlet, tanulói csoportos kísérlet Fogalmak: exoterm, endoterm kémiai változás, aktiválási energia, reakcióhő A kémiai reakciók egy része önként végbemegy, mert az ütköző részecskék elegendő energiával rendelkeznek az átalakuláshoz. A többi reakciónak aktiválási energiára van szüksége ahhoz, hogy létrejöjjön az aktivált komplexum és elinduljon a reakció. – Az aktivált komplexum ütközés közben keletkező részecske, amelyben a megszűnő és a létrejövő kötések egy időben jelen vannak. – Aktiválási energia az az energiamennyiség, amire szükség van 1 mol aktivált komplexum létrehozásához, az az energiatöbbletet, aminek hatására a részecskék átalakulásra képes aktív állapotba jutnak. A reakciók energiamérlegét tekintve beszélhetünk exoterm és endoterm folyamatokról. A reakcióhő megadja, hogy mekkora hőváltozás kíséri a reakcióegyenlet által megadott minőségű és mennyiségű anyagok átalakulását. Jele: Δ r H 1. Kísérlet: cink és kénpor reakciója (15 min) Szükséges eszközök és anyagok: cinkpor vasháromláb kénpor agyagos drótháló vegyszerkanál Bunsen-égő Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet Fülke alatt dolgozzunk. Értékelés: szóbeli értékelés A kísérlet menete 1. Keverjünk össze kb. 4 g finom cinkport és 1,5 g kénport! 2. A keveréket halmozzuk fel a vasháromlábra helyezett agyagos dróthálóra! 3. Bunsen-égő lángjával melegítsük alulról a dróthálót! A kísérlet tapasztalatai a) Mit észlelünk? A kén a cinkkel hevesen, szikrákat szórva egyesül. 1. ábra: cink és kén reakciója Forrás: 30

32 b) Reakcióegyenlet: Zn + S ZnS c) Energia-változás szempontjából milyen reakció játszódik le? A reakció aktiválási energiát igényel (melegítjük), de a reakció elindulása után energia szabadul fel, azaz, exoterm a reakció. 2. *Kísérlet: bárium-hidroxid és ammónium-nitrát reakciója 25 (20 min) Szükséges eszközök és anyagok: bárium-hidroxid ammónium-nitrát (vagy NH 4 Cl) víz hőmérő 250 cm 3 -es Erlenmeyer-lombik dugó mérleg 20x20x2 cm-es falap Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói kísérlet Értékelés: szóbeli értékelés A kísérlet menete 1. A száraz lombikba szórjunk 24 g kristályos kristályos Ba(OH) 2 *8H 2 O-ot és 13 g NH 4 NO 3 -at (vagy 8 g NH 4 Cl-ot)! 2. Zárjuk le az edényt gumidugóval! 3. Gyors, erélyes rázással indítsuk el a két szilárd anyag reakcióját! 4. Helyezzünk hőmérőt a keverékbe! 5. A falap közepére cseppentsünk 5-10 csepp hideg vizet, majd helyezzük a lombikot talpa közepével a tócsára! perc múlva figyeljük meg a változásokat! A kísérlet tapasztalatai a) Mit észlelünk? Kb. 1 perc alatt sok víz keletkezik a lombikban, beleszagolva erős ammónia illatot érzünk. b) Mit figyelhetünk meg az edény falán? A levegőben levő pára kicsapódik és ráfagy az edény falára. c) Mit jelez a hőmérő! Nagyon lehűlt a keverék, -15 C is lehet. d) Mi történt a lombik alatti falappal? A lombik és a falap közötti víz megfagyott és a lombik odafagyott a falaphoz, Edénnyel együtt felemelhető a falap. e) Tegyünk kb. fél kiló súlyt a falapra. Fel tudjuk-e emelni a falapot a lombikot fogva? 25 Forrás: Rózsahegyi Márta – Wajand Judit: Látványos kémiai kísérletek, Mozaik Oktatási Kiadó – Szeged,1999 (3.4.) 31

33 Valószínűleg sikerül. 2. ábra: szilárd fázisú endoterm reakció 26 f) Milyen kémiai átalakulás ment végbe? Ba(OH) 2 *8 H 2 O (sz) + 2 NH 4 NO 3(sz) Ba(NO 3 ) 2(sz) + 2 NH 3(aq) + 10 H 2 O (f) g) Milyen típusú reakció játszódott le részecskeátmenet szempontjából? protolítikus, sav-bázis reakció h) Milyen típusú reakció játszódott le energiaváltozás szempontjából? endoterm reakció Δ r H = + 63,6 kj/mol Gyakorló feladatok 1. Számítsd ki a kén-hidrogén égésének reakcióhőjét a következő adatok felhasználásával! Δ k H(H 2 S, g)= -20,1 kj/mol; Δ k H(SO 2, g) = -297,1 kj/mol; Δ k H(H 2 O, f) = -285,8 kj//mol (-562,8 kj/mol) 2. A szintézisgázt a következő reakcióval állítják elő:c (sz) + H 2 O (g) CO (g) + H 2(g) Számítsd ki a folyamat reakcióhőjét a következő adatok felhasználásával: 2 CO (g) + O 2(g) 2 CO 2(g) Δ r H = -566 kj//mol Δ k H(CO 2, g) = -394 kj//mol; Δ k H(H 2 O, g) = -242 kj//mol (+131 kj/mol) 26 Forrás: 32

34 09. Csapadék-és komplexképződés Témakör: Kémiai reakciók és reakciótípusok Nevelési-oktatási célok: A csapadékképződéssel járó reakciók megismerése, komplexképződés folyamatának megfigyelése Módszerek: tanári bemutató kísérlet, tanulói csoportos kísérlet Fogalmak: csapadék, komplex, ionok kimutatása Csapadék: vízben rosszul oldódó, az adott rendszerben gyakorlatilag oldhatatlan anyagok, ionvegyületek. A klasszikus minőségi analitika azon alapul, hogy a különböző ionok az egyes reagensekkel – az oldat ph-jától függően különböző színű és oldhatóságú csapadékot képeznek. Jellegzetes színűkkel, formájukkal beazonosíthatóvá teszik az ionokat. Komplex vegyületek: olyan vegyületek, ionok, amelyekben datív kötéssel ligandumok kapcsolódnak a központi atomhoz, ionhoz. Komplexképződéssel gyakran feloldhatók a csapadékok. 1. kísérlet: Halogenid csapadékok (15 min) Szükséges eszközök és anyagok: kálium-klorid-oldat (0,5 mol/dm 3 ) kémcsőállvány kálium-bromid-oldat (0,5 mol/dm 3 ) 3 db sorszámozott kémcső az kálium-jodid-oldat (0,5 mol/dm 3 ) ismeretlenekkel ezüst-nitrát-oldat (0,1 mol/dm 3 ) védőszemüveg műanyag tálca gumikesztyű Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói csoportos kísérlet A kísérlet menete 1. Három kémcsőben a következő oldatokat találod valamilyen sorrendben: káliumklorid, kálium-bromid és kálium-jodid. 2. Ezüst-nitrát-oldat segítségével határozd meg, hogy melyik kémcső melyik vegyület oldatát tartalmazza! 3. Ismertesd a tapasztalatokat, indokold a változásokat! 4. Írd le a folyamatok reakcióegyenleteit! A kísérlet tapasztalatai a) Mit tapasztalsz? Az ezüst-nitrát mindhárommal csapadékot ad. b) A kiváló anyagok színe alapján azonosítsd az oldatokat! A kloridionokkal fehér,a bromidionokkal sárgásfehér,a jodidionokkal sárga csapadék keletkezik. c) Írd fel a reakciók egyenleteit! Ag + + Cl – = AgCl Ag + + Br – = AgBr Ag + + I – = AgI 33

35 2. *Kísérlet: Cu(OH) 2 csapadék és komplex (19. emelt) (20 min) Szükséges eszközök és anyagok: réz(ii)-szulfát-oldat (0,5 mol/dm 3 ) ammóniaoldat (2 mol/dm 3 ) desztillált víz műanyag tálca kémcsőállvány 2 db üres kémcső Munkarend és balesetvédelem: tanári bemutató kísérlet, tanulói csoportos kísérlet A kísérlet menete 1. Öntsön kémcsőbe egy ujjnyi réz(ii)-szulfát-oldatot. 2. Cseppenként adagoljon hozzá kb. kétszeres térfogatú ammóniaoldatot. 3. Figyelje meg a közben bekövetkező változásokat! 4. Öntsön egy üres kémcsőbe félujjnyi ammóniaoldatot, majd cseppenként adagoljon hozzá háromujjnyi térfogatú réz(ii)-szulfát-oldatot. 5. Figyelje meg a közben bekövetkező változásokat! 6. Értelmezze a kísérletek tapasztalatait, magyarázza az eltéréseket! a) Az első esetben a réz(ii)-szulfát az ammónia első cseppjeivel csapadékot képez, de később az ammóniafeleslegben ez a csapadék azúrkék színnel feloldódik. A csapadék: 1. ábra: réz-hidroxid 27 NH 4 OH + CuSO 4 Cu(OH) 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 majd a komplex: Cu NH 3 [ Cu (NH 3 ) 4 ] 2+ tetramin-réz(ii)-ion és oldata: 2. ábra: komplex ábra: komlexképződés 29 b) A második kémcsőnél fordítva adagoljuk a reagenseket. A kezdeti ammóniafelesleg először komplexet alkot, majd később a réz(ii)-szulfát feleslegben elenyésző a komplex mennyisége és a csapadék megmarad a kémcsőben. A látvány és a reakciók is fordított sorrendben következnek be. 27 Forrás: 28 Forrás: 29 Forrás: 34