ΔΙΕΡΕΥΝΩΝΤΑΣ ΜΙΑ ΧΗΜΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ
Σχεδιασμός πειραματικής διαδικασίας από την οποία παράγεται ένα επιθυμητό προϊόν: Εύρεση μιας πορείας – μεθόδου μεσω της οποίας παράγεται το προϊόν (βιβλιογραφική αναζήτηση, χρησιμοποίηση των υπαρχόντων γνώσεων)
- 1. Επιλογή μιας μεθόδου με βάση κριτήρια
- Διαθεσιμότητα υλικών και σκευών : Εχω αυτά που χρειάζονται; (πρωτες ύλες – αντιδραστήρια, σκευη και όργανα αν απαιτούνται)
- Κόστος
- Δυσκολία κατασκευής πειραματικής διάταξης (τεχνικά προβλήματα)
- Δυσκολία απομόνωσης προϊόντος
- Χρόνος πειράματος
- Απόδοση και καθαρότητα προϊόντος
Παράδειγμα
Θέλω να παρασκευάσω – φτιάξω- αέριο Η2
Ποιά από τις παρακάτω χημικές πορείες θα επιλέξω;
Νa + H2O → NaOH + H2 (g) Α
ή
Ηλεκτρόλυση νερού Β
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
- 2. Σχεδιασμός του πειράματος – Υπολογισμοί
- Περιγραφή της διαδικασίας ή γραφή της χημικής αντίδρασης μέσω της οποίας θα παραχθεί το επιθυμητό προϊόν.
- Διόρθωση της χ.α. για ισοζύγιο μάζας αντιδρώντων – προϊόντων
- Στοιχειομετρία ή … Χημική συνταγή (Πάντα χρειάζεσαι τις αναλογίες για να παρασκευάσεις ψωμί, κεϊκ… πχ Για να παρασκυάσεις 1 kg ψωμί χρειάζεσαι 900 g αλεύρι, 250 mL νερό, 0,1 g baking powder και 5 g λάδι.
Α + Β → Γ + Δ
α g A αντιδρούν με β g B και θα παραχθούν γ g Γ (Ασφαλώς ισχύει α+β = γ+δ)
- Ενδέχεται να μην διαθέτεις καθαρά αντιδρώντα. Πχ έχεις Α καθαρότητας 90% w/w και το αντιδραστήριο Β υπάρχει μόνον σε διάλυμα περιεκτικότητας 10% w/v. Τότε υπολογίζεις πόσο από το κάθε αντιδραστήριο θα περιέχει την ποσότητα Α ή Β που εσύ θέλεις να αντιδράσει.
- Υπολογίζεις πόσο προϊόν θα παραχθεί θεωρητικά (με βάση τη στοιχειομετρία – συνταγή που σου είναι γνωστή)
- 3. Πειραματικός υπολογισμός της μάζας του προϊόντος
- Είναι όμως σίγουρο ότι θα μπορέσεις να παραλάβεις όλη την ποσότητα που θεωρητικά υπολόγισες οτι θα πάρεις; Θα δούμε μιας και θα προσπαθήσουμε να απομονώσουμε το προϊόν και να το ζυγίσουμε.
Αέριο : διαφεύγει στο περιβάλλον και η διαλυτότητά του ελαττώνεται με αύξηση της θερμοκρασίας (το ισοζύγιο μάζας μπορεί να βοηθήσει στους υπολογισμούς της μάζας του)
Στερεό μέσα σε διάλυμα: (τεχνικές διαχωρισμού συστατικών μίγματος: απόχυση, διήθηση) Το συλλέγεις και ζυγίζεις
Υγρό μέσα σε διάλυμα: (τεχνικές διαχωρισμού συστατικών μίγματος εκχύλιση, χρωματογραφία)
- Υπολογισμός της Απόδοσης της διεργασίας ή χημικής αντίδρασης ή παρασκευής προϊόντος
Α% =
- 5. Ελεγχος του προϊόντος (ποιοτικός έλεγχος)
Είναι το προϊόν αυτό που νομίζεις ότι παρασκεύασες; (Βασίσου στις φυσικές και χημικές ιδιότητες και προσπάθησε να επιβεβαιώσεις την ταυτότητά του)
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ
Να σχεδιάσετε μια πειραματική διαδικασία μεσω της οποίας να παράγετε…………. g αερίου CO2. Διαβάστε ολόκληρο το φ.ε πρίν ξεκινήσετε.
Διατίθενται στο εργαστήριο:
Νερό, γλυκόζη, μούστος, ζυμομύκητες, σόδα φαγητού (ΝαΗCO3 καθαρότητας 95% w/w), ξύδι (υδατικό διάλυμα CH3COOH 6% w/v), υάλινα σκεύη, σπάτουλες, μπαλόνια, σπάγγο, ζυγούς, υδατολουτρο (για να θερμάνεις) κεράκια, ασβεστόνερο…
Αφού αποφασίσετε πως θα φτιάξετε CO2 γράψτε τι χρειάζεστε στον παρακάτω πίνακα
ΥΛΙΚΑ | ΣΚΕΥΗ | ΔΙΑΦΟΡΑ ΑΛΛΑ |
- Η αλκοολική ζύμωση όπως περιγράφεται από την εξίσωση παρακάτω, επίσης έχει ως προϊόν CO2. Τα αντιδρώντα είναι διαθέσιμα. Εξηγηστε γιατί δεν θα την επιλέξετε για να φτιάξετε στο εργαστήριο CO2.
( Ζυμομύκητες )
C6H12O6 → 2 CO2 + 2CH3CH2OH
- Γράψτε μια σύντομη περιγραφή της διαδικασίας.
- Γράψτε τη χημική εξίσωση που θα χρησιμοποιήσετε και ζητηστε από τον συμμαθητή σας της Β ή Γ να γράψει την αναλογία g των αντιδρώντων και προϊόντων (τη συνταγή). Ξέρει να τη βρίσκει! (Αr H=1, C=12, Na=23, O=16)
- Με βάση την παραπάνω αναλόγία υπολογίστε ε πόσα g NaHCO3 και πόσα g CH3COOH χρειάζεσαι ωστε να πάρετε ως προϊόν …………….. g CO2
m NaHCO3 = m CH3COOH =
- Διαθέτοντας σόδα φαγητού (95% ΝaHCO3) αντί καθαρό ΝaHCO3 υπολογίστε τη m σόδας που θα περιέχει τη m NaHCO3 της ερ. 4.
…………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
m σόδας =
- Διαθέτοντας ξύδι (διάλυμα CH3COOH 6% w/v αντί καθαρό CH3COOH υπολογίστε τον όγκο του διαλύματος ξυδιού ο οποίος θα περιέχει τα g καθαρόύ CH3COOH που υπολογίσατε ότι σας χρειάζονται στο 4.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
m ξυδιού =
- Εκτελέστε το πείραμα και υπολογιστε την m CO2 που πραγματικά παράχθηκε
…………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
m CO2 =
- Ποιά είναι η Απόδοση της αντίδρασης σε παραγωγή CO2
- Σκεφτείτε ένα τρόπο να αυξήσετε την απόδοση αυτής της χημικής αντίδρασης. Συμβουλευτείτε το διάγραμμα διαλυτότητας – θερμοκρασίας για τα αέρια ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
- Με ποιόν τρόπο μπορείτε να δείξετε ότι το παραγόμενο αέριο είναι CO2 και όχι Η2 ή Ο2; Εκτελέστε έναν από τους δυό τρόπους.
α. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
Ννν
β. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….Ν……………………………………νν