Ćwiczenia laboratoryjne z chemii - wykładowca: dr inż. Teresa Szymura

1. Zadania rachunkowe z chemii - podstawy - Rozdział 2 w podręczniku: Szymura T. Chemia w inżynierii materiałów budowlanych

Pytania na ćwiczenia laboratoryjne z chemii na kolokwium pisemne - wejściówka – na ocenę 3,0; ew. dodatkowo odpowiedź ustna na lepsza ocenę. (odpowiedzi mają być krótkie: 2-4 zdania)

Ćwiczenie nr 1

1. Spoiwa cementowe (rozdział 10)

Zadanie doświadczalne – Oznaczanie zawartości wapnia w cemencie portlandzkim (rozdział 10.8 dla IBN).

Odpowiedzi w rozdziale 10.

1. W jakim celu prowadzi się analizę chemiczną surowców do spoiw cementowych?

2. Wymień podstawowe surowce cementu portlandzkiego i jakie wymagania muszą spełnić.

3. Co to są moduły i jak w jakim celu się je określa?

4. Scharakteryzuj spoiwa pod względem ich zachowania się w środowisku wodnym na przykładzie spoiwa cementowego i gipsowego.

5. Podaj skład cementów portlandzkich tlenkowy i mineralogiczny.

6. Oceń, podając wady i zalety mokrą i suchą technologię cementu portlandzkiego.

7. Określ na czym polegają procesy wiązania i twardnienia cementu.

8. Czym charakteryzują się produkty hydrolizy cementu i jaki mają wpływ na trwałość materiałów cementowych?

9. Co to jest karbonatyzacja betonu i jaki ma wpływ na jego trwałość?

10. Jaką rolę pełni dodany gips do klinkieru?

11. Co to jest ettryngit i jak wpływa na procesy wiązania poszczególnych minerałów w cemencie?

12. Co to są procedury analityczne podczas oznaczania makroskładników w cemencie?

13. Na czym polega walidacja procedur analitycznych?

14. Co wpływa na kinetykę hydratacji cementu?

15. W jaki sposób można przeprowadzić stałą próbkę cementu do fazy ciekłej?

16. Co należy wykonać aby w otrzymanym roztworze oznaczyć tylko jony wapnia?

17. Oblicz stężenie procentowe jonów wapniowych w cemencie (naważka 500mg, rozpuszczona i przeprowadzona do 250 cm³ roztworu), jeżeli na zmiareczkowanie 50 cm³ roztworu zużyto (20 - 30) cm³ 0,025 M EDTA.

18. Oblicz stężenie procentowe wapnia , w przeliczeniu na CaO w cemencie (naważka 500mg rozpuszczona i przeprowadzona do 250 cm³ wodnego roztworu ), jeżeli na zmiareczkowanie 25 cm³ roztworu zużyto (20 - 35) cm³ 0,025 M EDTA.

Odpowiedzi w rozdziale 8

1. Na czym polega analiza miareczkowa?

2. Co to jest punkt równoważnikowy i w jaki sposób można go wyznaczyć?

3. W jaki sposób można wyznaczyć punkt równoważnikowy podczas miareczkowania kompleksometrycznego?

Ćwiczenie nr 2

1. Analiza instrumentalna. (Rozdział 9)

Zadanie doświadczalne: Oznaczanie żelaza ogólnego w wodzie metodą spektrofotometryczną (Rozdział 9.3)

ZWIĄZKI ŻELAZA występują w wodach naturalnych na ogół w niewielkich stężeniach.

W wodach powierzchniowych stężenie ich rzadko przekracza kilka mg/dm³. Niektóre wody podziemne zawierają jednak duże ilości żelaza sięgające do kilkudziesięciu mg/dm³. W wodach podziemnych żelazo występuje w formie związków żelaza (II), dobrze rozpuszczalnych w wodzie. Przy obecności tlenu w wodzie lub sub­stancji utleniających, żelazo (II) ulega łatwo utlenieniu do żelaza (III), które wytrąca się w postaci wodorotlenku żelazowego lub tlenków żelaza. Żelazo w wodzie może występować w formie rozpuszczonej, koloidalnej lub jako zawiesina. Koloidy występują zwykle w obecności substancji organicznych, np. związków humusowych, w postaci nie organicznych lub organicznych kompleksowych związków żelaza.

Tablica XVIII. Warunki chemiczne, jakim powinna odpowiadać woda do picia i na potrzeby gospodarcze

Nazwa substancji	Najwyższe dopuszczalne stężenie, mg/dm^3	Nazwa substancji	Najwyższe dopuszczalne stężenie, μg/dm^3
Substancje nieorganiczne	Substancje organiczne
Azotany, NO3^-	50	Benzopiren	0,01
Azotyny, NO2^-	0,1	Benzen	1
Chlor wolny	0,3	Chloroform	30
Chlorki	250	Chlorooctowy kwas	30
Chrom (w tym Cr^+6)	0,05 (0,003)	Czterochlorek węgla	2
Glin	0,2	Epichlorohydryna	20
Magnez	50	Etylenu tlenek	2
Miedź	1	Ftalan dibutylu	20
Nikiel	0,02	Formaldehyd	50
Ołów	0,01	Ksyleny	20
Rtęć	0,001	PCB (polichlorowane bifenyle)	0,5
Selen	0,01	Styren	10
Siarczany	250	Substancje powierzchniowo czynne (anionowe)	200
Sód	200	Fenol	0,5
Srebro	0,01	Tetrachloroetan	30
Twardość, jako CaCO3	60-500	Tetrachloroeten	10
Żelazo	0,2	Toluen	40

Żelazo w wodzie może pochodzić z gruntu, ze ścieków przemysłowych, z wód kopalnianych oraz z korozji rur i stalowych zbiorników. Obowiązujące przepisy ogólnoeuropejskie określają, że zawartość żelaza w wodzie przeznaczonej do spożycia nie może być większa niż 0,2 mgFe/l. Większa zawartość żelaza w wodzie do picia jest niepożądana, ponieważ obecność żelaza może powodować mętność wody i wpływa niekorzystnie na jej smak. Znaczenie higieniczne żelaza nie jest dokładnie znane, jednak ze względu na to, że obecność żelaza pogarsza właściwości organoleptyczne wody, należy je z wody usuwać. Żelazo jest organizmowi ludzkiemu niezbędne jako składnik krwiotwórczy, jednak wydala­nie żelaza z organizmu jest niewielkie i wskutek tego jego zapasy wystarczają na dłuższy czas. W stacjach uzdatniania wody do picia (wody wodociągowej) usuwa się żelazo, poprzez jej napowietrzanie, wówczas powstają wodorotlenki żelaza(III), które usuwa się w procesach filtracji.

Żelazo można oznaczać w dowolnym czasie po pobraniu próbki, należy jednak pamiętać, że formy, w których ono występuje, mogą ulec zmianie. Próbkę wody należy zakwasić, aby zapobiec osiadaniu wodorotlenków żelaza na ściankach naczynia.

Odpowiedzi na poniższe pytania można znaleźć w rozdziale 9 - Analiza instrumentalna, wg w/w podręcznika T. Szymura, Chemia w inżynierii materiałów budownictwa, oraz inne podręczniki z chemii.

1. Wymień techniki stosowane w analizie instrumentalnej oraz wskaż jakie przyrządy pomiarowe zastosowałbyś w wymienionych technikach.

2. Scharakteryzuj krótko metodę krzywej kalibracyjnej.

3. Czym różni się spektrometria od spektroskopii?

4. Jak może zachować się materia po zabsorbowaniu promieniowania elektromagnetycznego?

5. Jakie znasz kryteria podziału spektroskopii?

6. Czym różnią się metody kolorymetryczne od spektrofotometrycznych?

7. Scharakteryzuj światło monochromatyczne i w jaki sposób można je uzyskać?

8. Wyjaśnij od czego zależy barwa substancji?

9. Dlaczego przedmioty mogą być barwne, bezbarwne, białe lub czarne?

10. Co się dzieje z wiązką światła, gdy przechodzi przez barwny roztwór?

11. W jaki sposób można zapewnić stałość warunków pomiarowych podczas badań fotokolorymetrycznych?

12. Podaj definicję transmisji, absorbancji i absorpcji.

13. Od czego zależy absorbancja wg prawa Lamberta-Beera? Podaj wzór z objaśnieniami.

14. Wyjaśnij dlaczego w badaniach fotokolorymetrycznych stosuje się tylko światło monochromatyczne?

15. Jakie ograniczenia mogą wystąpić w stosowalności prawa Lamberta-Beera?

16. Kiedy można wykorzystać prawo addytywności absorbancji?

17. Przedstaw interpretację prawa Lamberta –Beera ( zależność absorbancji od stężenia związków barwnych) w sposób graficzny i matematyczny.

18. Co to oznacza w analizie chemicznej jeżeli związki barwne spełniają prawo Lamberta Beera?

19. Na czym polega zasada oznaczania żelaza(II i III) w roztworach?

20. Jakiej barwy światła należy użyć w pomiarach spektrofotometrycznych podczas analizy żółtych roztworów salicylanu żelaza a jakiej dla niebieskich roztworów siarczanu miedzi i dlaczego?

21. Co to jest barwa dopełniająca i jaką role pełni w spektrofotometrii?

Ćwiczenie nr 3

1. Woda w technice –teoria (rozdział 11)

Zadanie doświadczalne - Demineralizacja wody na jonitach (rozdział 11.5 dla IBN).

1. Jakie informacje można uzyskać z badań przewodności właściwej roztworów?

2. Wyjaśnij dlaczego wody naturalne są twarde?

3. Wymień po 3 związki powodujące twardość węglanową i niewęglanową wody.

4. Co to jest twardość wody, podaj jej rodzaje.

5. Jakie jest zastosowanie twardej i miękkiej wody w budownictwie i w życiu codziennym?

6. Jakie niekorzystne skutki może powodować stosowanie twardej wody w przemysłowych układach grzewczych lub chłodniczych?

7. Napisz reakcje jakie zachodzą podczas podgrzewania twardej wody np. w czajniku.

8. Co to są jonity i na czym polega ich działanie, napisz reakcje chemiczne.

9. Co to jest demineralizacja wody i jak się ją wykonuje na ćwiczeniu w naszym laboratorium?

10. Na czym polegają metody strąceniowe zmiękczania wody – wymień 2 i napisz przykładowe reakcje.

11. Na czym polega zmiękczanie wody związkami kompleksowymi? Podaj przykład.

12. Na czym polega zmiękczanie wody metodami fizycznymi? Podaj 3 przykłady.

13. W jakim celu i w jaki sposób prowadzi się w technice odkwaszanie wody?

14. Jakie jony i w jaki sposób można usunąć z wody, przeznaczonej do picia lub dla przemysłu spożywczego, poprzez utlenienie a następnie filtrację?

15. Wymień i scharakteryzuj membranowe procesy, wykorzystywane do uzdatniania wody przemysłowej?

16. Wymień zalety i wady uzdatniania wody fosforanami. Napisz odpowiednie reakcje chemiczne.

17. Na czym polega „szczepienie kwasem” wody do celów chłodniczych i jakie mogą wywołać zagrożenia?

18. Jakie są najważniejsze właściwości jonitów, stosowanych do uzdatniania wody?

19. Czym wg Ciebie różni się uzdatnianie od odsalania wody?

20. Czym różni się woda uzdatniona na kationicie wodorowym od wody po kationicie sodowym?

21. Czym można zregenerować kationity aby pracowały w cyklu wodorowym lub sodowym?

22. Napisz reakcje jakie zachodzą podczas pracy kationitu wodorowego i sodowego, gdy w wodzie znajduje się tylko chlorek wapnia (CaCl₂)?

23. Dlaczego często w technice jest ważne aby kationity pracowały w cyklu sodowym a potem wodorowym? Uzasadnij, pisząc odpowiednie reakcje chemiczne.

24. W jaki prosty sposób otrzymałbyś wodę destylowaną?

25. Napisz reakcje wymiany jonowej podczas demineralizacji wody. Zawierającej twardość węglanową (lub siarczanową) na kationicie wodorowym i anionicie wodorotlenowym.

26. Jakie zalety posiadają jonitowe złoża mieszane do odsalania wody?

Odpowiedzi w rozdziale 8

1. Na czym polega analiza miareczkowa?

2. Co to jest punkt równoważnikowy i w jaki sposób można go wyznaczyć?

3. W jaki sposób można wyznaczyć punkt równoważnikowy podczas miareczkowania kompleksometrycznego?

4. Jaką rolę pełni wskaźnik w oznaczeniach twardości ogólnej wody?

5. Jakie składniki wody mogą przeszkadzać podczas oznaczania twardości ogólnej wody wersenianem i w jaki sposób należy prowadzić analizę aby je wyeliminować?

Ćwiczenie nr 4

1. Elektrochemia – teoria (rozdział 13).

Zadanie doświadczalne –Pomiary pH roztworów oraz wyznaczanie stałej dysocjacji słabego kwasu

(odpowiedzi w rozdziale 13.11 dla IBN).

1. Jakie znasz przewodniki elektryczności?

2. Przedstaw na rysunku jak powstaje potencjał elektryczny na płytce cynkowej , zanurzonej w roztworze siarczanu cynku.

3. Jaki jest ogólny wzór na potencjał elektrody (wzór Nernsta)?

4. Podaj trzy różne rodzaje elektrod i napisz wzory na ich potencjał.

5. Jaką rolę pełni w elektrochemii standardowa elektroda wodorowa? Jak jest zbudowana?

6. Wyjaśnij jakie funkcje spełniają elektrody wskaźnikowe i porównawcze – podaj przykłady.

7. Co to jest szereg elektrochemiczny metali i jakie informacje można z niego odczytać.

8. Ogniwo galwaniczne – jak można je zbudować i w jakim celu służy?

9. Co to jest SEM ogniwa i w jaki sposób można wyznaczyć – podaj ogólny wzór.

10. Co to jest i kiedy występuje polaryzacja ogniwa?

11. Podaj przykłady wykorzystania ogniw w technice.

12. Uzgodnij reakcje redoks, np. a) Sn⁴⁺ + J^- = Sn²⁺ + J, b) H₂O₂ + MnO₄^- = O₂ + Mn²⁺

13. Oblicz potencjał elektrody np. chlorowej (lub wodorowej), zanurzonej do roztworu HCl

o stężeniu ... M. Standardowy potencjał elektrody chlorowej w Tablicy VII.

1. Oblicz równowagowe napięcie ogniwa zbudowanego np. ze standardowej elektrody wodorowej i elektrody a) miedziowej, zanurzonej do ... M roztworu siarczanu miedzi (II). b) żelazowej zanurzonej do ... M roztworu siarczanu żelaza(II). c) srebrowej, zanurzonej do ... M roztworu siarczanu srebra (I). (potencjały standardowe Π^o – tabela 13.2).

2. Na czym polegają potencjometryczne techniki analityczne.

3. Jakich elektrod należy użyć, aby zmierzyć pH roztworów wodnych? Przedstaw na rysunku.

4. Co to jest pehametr i jakie wielkości można przy jego pomocy zmierzyć?

5. Jakie elektrody stosuje się przy pomiarach pH pehametrem? Od jakich składników roztworu, zależy mierzone w nim pH? Napisz odpowiedni wzór.

6. Oblicz pH i pOH roztworu 0,1 M HCl (lub H₂SO₄, HNO₃, Ca(OH)₂, KOH, NaCl, K₂SO₄).

Odpowiedzi w rozdziale 3.

1. Co to są elektrolity? Podaj po 2 przykłady elektrolitów mocnych oraz słabych i napisz reakcje ich dysocjacji oraz wzory na stałe dysocjacji.

2. Co to są roztwory buforowe i do czego służą w pomiarach pH pehametrem (w potencjometrii)?

3. Wyjaśnij zwięźle jaką rolę pełni bufor w doświadczeniu wyznaczania stałej dysocjacji słabego kwasu. Odpowiedź oprzyj na reakcjach chemicznych.

4. Jakie pH i pOH posiada roztwór kwasu siarkowego o stężeniu np. 2Å10^-3 M?

5. Jakie pH i pOH posiada roztwór np. 5Å10^-2 M zasady wapniowej?

6. Oblicz stężenie molowe kwasu HCl lub H₂SO₄ i potencjał elektrody wodorowej, zanurzonej w roztworze o pH równym 1 – 6.

Ćwiczenie nr 5

1. Elektroliza - teoria (rozdział 14, uzupełnienie wiedzy w rozdziale 13 ).

Zadanie doświadczalne - Elektrolityczne cynkowanie stali (rozdział 14.7 dla IBN).

1. Wyjaśnij co to jest elektroliza i elektrograwimetria.

2. Jakie procesy przebiegają na katodzie a jakie na anodzie w elektrolizerze?

3. Napięcie rozkładowe – jak można wyznaczyć i jakie ma zastosowania w technice?

4. Zinterpretuj matematycznie (wzory z objaśnieniami) I i II prawo elektrolizy.

5. Jakie są zastosowania elektrolizy w technice?

6. Jakie minimalne napięcie należy przyłożyć do elektrolizera, żeby przebiegła elektroliza kwasu H₂SO₄, HNO₃, NH₄OH, NaOH, HCl, HBr na platynowych elektrodach?

7. Dlaczego elektroliza NaCl przebiega inaczej w roztworze i w stanie stopionym?

8. Ile gramów np. srebra ( lub miedzi) wydzieli się na katodzie, jeżeli przez elektrolit np. AgNO₃ (lub siarczan miedzi II) przepłynie prąd o natężeniu ..A i w czasie ... min?

9. Ile wydzieli się srebra, jeżeli w takich samych warunkach prądowych wydzieliło się 352 mg cynku.

10. Co to jest ogniwo galwaniczne?

11. W jakich warunkach można zmierzyć SEM ogniwa?

12. Na czym polega praca ogniwa galwanicznego?

13. Jakie znasz rodzaje ogniw galwanicznych?

14. Podaj zastosowanie ogniw pomiarowych (potencjometria).

15. Napisz reakcje elektrodowe na katodzie i anodzie podczas elektrolizy siarczanu cynku, gdy katodą jest płytka stalowa, a anodą płytka cynkowa. Wykonaj odpowiedni rysunek.

16. Co to jest nadnapięcie i jaką rolę pełni w procesach elektrolizy?

17. Co to jest napięcie rozkładowe i w jaki sposób się je określa?

18. Podaj treść i wzór I i II prawa Faraday’a

19. Co to jest równoważnik elektrochemiczny i w jaki sposób można go obliczyć?

20. Podaj ilość wodoru w gramach i dm³ wydzielona na katodzie podczas elektrolizy H₂SO₄ w ciągu 25 minut, stosując prąd o natężeniu 1A.

21. Co wpływa na wydajność prądową procesów elektrochemicznych podczas nakładania powłok cynkowych?

22. Co oznacza pojęcie „mała wgłębność kąpieli galwanicznej” i jaki ma wpływ na jakość powłoki?

23. W jaki sposób oblicza się wydajność prądową elektrolizy?

24. Jak obliczyć grubość powłoki cynkowej o masie m, nałożonej na powierzchni S? Podaj wzór matematyczny.

25. W jakim celu nakłada się powłoki cynkowe na elementy ze stali?

26. Wymień i opisz właściwości ochronne powłok cynkowych.

27. Jakie znaczenie mają powstałe mikroogniwa na uszkodzonych powłokach cynkowych ze stali.

28. Jakie znasz inne niż elektrolityczne metody nakładania powłok cynkowych? Opisz je.

29. Jakie czynniki wpływają na jakość powłoki cynkowej?

Ćwiczenie nr 6

1. Polimery – teoria ( rozdział 15).

Zadanie doświadczalne – ( rozdział 15.9 dla IBN).

1. Jakie znasz rodzaje hybrydyzacji atomu węgla. Jakie mają znaczenie w powstawaniu związków organicznych węgla?

2. W jaki sposób powstają wiązania podwójne pomiędzy dwoma atomami węgla.

3. Podaj przyczynę aktywności chemicznej węglowodorów nienasyconych.

4. Co to są tworzywa sztuczne?

5. Co to są monomery i czym różnią się od merów?

6. Scharakteryzuj krótko proces polimeryzacji łańcuchowej.

7. Czym różnią się polimery od tworzyw sztucznych?

8. Jak dzielą się polimery pod względem właściwości użytkowych?

9. Scharakteryzuj plastomery. Podaj przykłady zastosowań w budownictwie.

10. Opisz sposoby prowadzenia procesów polimeryzacji na skalę techniczną.

11. Dlaczego proces topnienia polimerów nie przebiega w stałej temperaturze?

12. W jaki sposób struktura wewnętrzna polimeru wpływa na jego właściwości mechaniczne?

13. Jakie i w jakim celu stosuje się dodatki do polimerów?

14. Jaki wpływ na właściwości tworzyw ma dodatek stabilizatorów i plastyfikatorów?

15. Wymień podstawowe typy reakcji polimeryzacji pod względem kinetyki i mechanizmów.

16. Napisz przykładową reakcję polimeryzacji addycyjnej. Scharakteryzuj produkt.

17. Na czym polega polikondensacja? Podaj przykłady.

18. Wymień i scharakteryzuj wady i zalety tworzyw sztucznych w zastosowaniach w budownictwie.

19. Czym różni się polimer od tworzywa sztucznego? Podaj przykłady.

20. Scharakteryzuj dodatki do polimerów.

21. Jakie związki są zdolne tworzyć polimery? Podaj przykłady.

22. Jakie znasz rodzaje polireakcji? Krótko je scharakteryzuj.

23. Czym się różni homopolimeryzacja od kopolimeryzacji? Podaj przykłady.

24. Scharakteryzuj polimeryzację łańcuchową. Jaką rolę pełnią katalizatory reakcji?

25. Scharakteryzuj proces polikondensacji. Podaj przykłady.

26. Czym charakteryzują się oligomery? Podaj przykłady.

27. Stopień polimeryzacji w reakcjach łańcuchowych i stopniowych – napisz równania i podaj różnice.

28. Polimery amorficzne i krystaliczne – podaj różnice i zbieżności.

29. Jakie znasz oznakowania tworzyw? – podaj kilka przykładów.

30. Elastomery – scharakteryzuj i podaj przykłady.

31. Scharakteryzuj znane ci plastomery podaj przykłady zastosowania w budownictwie.

32. Scharakteryzuj znane ci polimery kondensacyjne stosowane w budownictwie.

33. Co to są duroplasty – jakie mają zastosowania i właściwości?

34. Co to są polimery inżynierskie – podaj ich przykłady, charakterystykę i zastosowania.

35. Co to jest recykling odpadów polimerowych? Które polimery poddałbyś recyklingowi?

36. Jaki jest tok postępowania podczas identyfikacji tworzyw sztucznych?

37. Na czym polega analiza płomieniowa tworzyw sztucznych?