Zagadnienia do kolokwiów

Ćwiczenie 1.

1. Wymień potencjalne rodzaje zagrożeń dla zdrowia i życia występujące w laboratorium chemicznym:

• zatrucia lub poparzenia substancjami chemicznymi,

• pożar w laboratorium,

• porażenie prądem elektrycznym,

• zranienie będące powodem nieostrożnego obchodzenia się z aparaturą szklaną.

1. Jakie środki bezpieczeństwa należy przedsięwziąć podczas ogrzewania mieszanin reakcyjnych?

• Należy ogrzewać mieszaniny tylko pod zamkniętym i pracującym wyciągiem

• Założyć gumowe rękawice oraz okulary ochronne

• Powolnie wlewać stężony kwas do wody, przy równoczesnym mieszaniu, nigdy odwrotnie

• Wylot probówki skierować tak aby ewentualnie wyrzucona ciecz nie oblała eksperymentującego i innych, przy badaniu zapachu należy uważać, by ciecz nie oparzyła twarzy i oczy (w przypadku oparzenia natychmiast spłukać miejsce oparzone silnym strumieniem wody z wodociągu, przy oparzeniach oczu skorzystać z płuczek do oczu)

• Czynności, podczas których wydzielają się szkodliwe dla zdrowia pary lub gazy wykonywać pod zamkniętym i działającym wyciągiem

• Ogrzewanie cieczy wykonywać na stołach laboratoryjnych jedynie w takim przypadku, gry ulatnia się para wodna, wolna od lotnych kwasów zasad lub przykrych zapachów

• Nigdy nie badać zapachu bezpośrednio przez wdychanie, czynność tę wykonywać przez wąchanie korka lub skierowanie powietrza znad naczynia z próbką ku nosowi przez wachlowanie dłonią

1. Co to jest wyciąg (dygestorium) i w jakich sytuacjach należy „pracować pod wyciągiem”?

Dygestorium to obudowany w górę i częściowo oszklony stół laboratoryjny z doprowadzonym oświetleniem, gazem, wodą oraz umieszczonym nad nim mechanicznym wyciągiem i podnoszoną przednią szybą, używany do pracy z substancjami toksycznymi, żrącymi, łatwo palnymi itp. Jego podstawowym zadaniem jest zapobieganie wydostawania się do atmosfery laboratorium szkodliwych substancji (trucizn, nieprzyjemnie pachnących gazów itp.), a także ochrona przed ewentualnymi pożarami i eksplozjami. Doświadczenia z palnymi gazami, jak np. wodorem, prowadzone w aparaturze szklanej muszą być wykonywane pod wyciągiem.

1. Jakimi drogami może nastąpić wprowadzenie szkodliwych substancji chemicznych do organizmu człowieka?

• Przez drogi oddechowe (pary i pyły)

• Przez skórę (brom, fenol, fosfor)

• Przez przewód pokarmowy

• Do krwioobiegu w przypadku zranienia

1. Jak należy postępować w wypadku oblania się roztworem kwaśnej substancji żrącej?

W wypadku oparzenia kwasem lub ługami należy natychmiast spłukać miejsce oparzone silnym strumieniem wody z wodociągu. Tak samo należy postępować przy zanieczyszczeniu oczu (korzystając np. z płuczek do oczu).

1. Podaj podstawowe przeznaczenie probówek, cylindrów i kolb miarowych.

• Probówki- ogrzewanie roztworu w probówce

• Cylindry stosuje się w celu odmierzenia większych ilości roztwory

• Kolby miarowe służą do przygotowania roztworów o dokładnym stężeniu, tzn. takich roztworów, w których dokładnie odważona substancja została rozpuszczona w dokładnie odmierzonej objętości roztworu

1. Do czego służy i jakie są podstawowe rodzaje pipet? Co to jest biureta i do czego służy?

• Pipety służą do jednorazowego dokładnego odmierzenia określonej objętości roztworu (jednomiarowa, wielomiarowa)

• Biureta jest to sprzęt laboratoryjny o kształcie zazwyczaj długiej i cienkiej rurki szklanej, z precyzyjną skalą objętości, która jest od dołu zakończona kranikiem i precyzyjnie wykonanym „dzióbkiem”. Stosuje się ją do dokładnego dozowania roztworów. Biurety maja podziałkę zazwyczaj co 0,1 cm³.

1. Podaj przykłady porcelanowego i metalowego sprzętu laboratoryjnego i omów przeznaczenie jednego z nich.

• Porcelana: moździerze do rozcierania substancji na proszek, parownice do odparowywania roztworów i prażenia substancji, łyżki i łopatki do nabierania substancji stałych, wkładki do eksykatorów, tygle do stapiania i spopielania substancji, trójkąty do tygli, lejki Büchnera (lejki Büchnera służą do odfiltrowywania dużych ilości osadu)

• Metal: podstawy statywów, palników, łączniki, trójnogi, pręty do statywów, łapy, trójkąty, siatki druciane, szczypce (szczypce służą do trzymania gorących naczyń laboratoryjnych lub naczyń które podstawia się pod palnik)

1. Jakie są stopnie czystości odczynników chemicznych i do jakich celów odczynnik o danej czystości jest stosowany?

• Odczynniki czyste (oznaczone na opakowaniu skrótem „cz”) (w zastosowaniach laboratoryjnych wykorzystywane są jako substancje pomocnicze lub jako substraty do syntez)

• Odczynniki czyste do analizy („cz.d.a.”) (do prowadzenia analiz chemicznych, są one najbardziej uniwersalne pod względem zastosowania w codziennej pracy laboratorium)

• Odczynniki chemicznie czyste („ch.cz.”)

• Odczynniki techniczne („techn.”)

• Odczynniki „spektralnie czyste”

1. Jakie informacje powinny być zawarte na etykiecie opakowania z odczynnikiem?

Na etykiecie umieszcza się nazwę chemiczną związku (ewentualnie nazwę potoczną) oraz wzór chemiczny i datę przygotowania roztworu. W przypadku roztworów należy także nieodzownie umieścić na etykiecie wartość stężenia roztworu.

1. Elektrolit mocny – zdefiniuj pojęcie i podaj 5 przykładów.

Elektrolit mocny- elektrolit o roztworach wodnych. Elektrolity mocne są całkowicie zdysocjowane na jony w roztworach, niezależnie od stężenia, czyli ich stopień dysocjacji jest praktycznie równy jedności, aczkolwiek istnieją oddziaływania elektrostatyczne pomiędzy jonami.

Przykłady: (i) wszystkie sole, (ii) kwas siarkowy(VI)- H₂SO₄, kwas solny- HCl, kwas bromowodorowy- HBr, kwas jodowodorowy- Hl, kwas azotowy(V)- HNO₃

1. Elektrolit słaby- zdefiniuj pojęcie i podaj 5 przykładów.

Elektrolit słaby- elektrolit o roztworach wodnych, częściowo zdysocjowany na jony w roztworach.

Przykłady: kwas węglowy- H₂CO_3, kwas ortoborowy- H₃BO₃, kwas azotowy(III)- HNO₂, kwas siarkowy(IV)- H₂SO_3, kwas chlorowy(I)- HCIO

1. Wyjaśnij na czym polega hydratacja.

Hydratacja to otoczenie danego jonu cząsteczkami wody, które mają charakter dipolowy. W stronę kationów dipole wody zwrócone są swymi ujemnymi biegunami, do anionów zaś biegunami dodatnimi. Wywołana przez dipole wody hydratacja ułatwia hydratację elektrolityczną. (Uwodnienie, reakcja przyłączenia cząsteczek wody do innego związku.)

1. Wyjaśnij (zapisując równania reakcji) dysocjację mocnych i słabych kwasów, np. HNO₃ i H₂CO_3.

Mocne kwasy:

• HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

• H₂CO₃ → 2H⁺ + CO₃^2-

Słabe kwasy:

• HNO₃ →

• H₂CO₃ →

1. Zdefiniuj stopień dysocjacji elektrolitycznej (α).

Stopień dysocjacji elektrolitycznej (α) definiuje się jako stosunek liczby moli substancji, która ulega dysocjacji do liczby moli tej substancji wprowadzonej do roztworu.

1. Dysocjacja soli- podaj 3 przykłady zapisując równania chemiczne (M_aR_{b →} aM^b+ + bR^a-).

• Al₂(SO₄)₃ → 2Al³⁺ + 3SO^2-₄

• CaCo₃ → Ca²⁺ + 2CO^2-₃

• K₂SO₄ → 2K⁺ + SO^2-₄
  

1. Zdefiniuj wielkości: pH, pOH, K_w.

• pH to ujemny logarytm dziesiętny z wartości stężenia jonów wodorowych
  pH= -log[H⁺] (skala kwasowości)

• pOH= -log[OH^-] (skala zasadowości)

• K_w ( iloczyn jonowy wody)- iloczyn stężenia jonów wodorowych i wodorotlenowych, w określonej temperaturze posiada wartość stałą.

K_W= K_H2O ·55,5 = [H⁺][OH^-] = 10^-14

1. Metody pomiaru odczynu i pH roztworów.

• Odczyn roztworu określa się, zanurzając pasek bibuły w badanym roztworze i porównując uzyskany kolor z barwą dołączonej skali.

• pH roztworów: metoda galwanometryczna, pehametryczna (potencjometryczną), miareczkowania potencjometrycznego

1. pomiar pH roztworu metodą pehametryczną- kalibracja elektrody szklanej.

Ponieważ każdy egzemplarz elektrody ma swoje charakterystyczne parametry pracy, aby pehametr mógł prawidłowo obliczać pH konieczne jest uprzednie skalibrowanie przyrządu. Odbywa się to w ten sposób, że dokonujemy wstępnie pomiaru roztworu buforowego o dokładnie znanym pH (wzorzec) i odpowiednimi elementami regulacyjnymi doprowadzamy do prawidłowych wskazań pehametru. Taką kalibrację pehametru należy wykonać nie tylko przed rozpoczęciem pomiarów nową elektrodą, ale także po pewnym okresie jej pracy (najczęściej po paru dniach), bowiem parametry pracy elektrody cały czas powoli, ale systematycznie ulegają zmianom (mówimy popularnie, że elektroda się starzeje).

1. Wymień 4 typowe wskaźniki pH oraz charakterystyczne barwy ich roztworów.

• Czerwień metylowa- czerwona 4,2-6,3 żółta

• Oranż metylowy- czerwona 3,1-4,4 żółta

• Błękit bromotymolowy- żółta 6,0-7,6 niebieska

• Fenoloftaleina- bezbarwna 8,3-10,0 purpurowa

1. Stężenie procentowe i molowe należą do podstawowych. Wymień znane inne stężenia roztworów i zdefiniuj jedno z nich.

• Stężenie normalne

• Stężenie molalne (molarność)

• Ułamek molowy

• Stosunki objętościowe

• Miano roztworu- masa substancji rozpuszczonej zawarta w 1 cm³ roztworu. Miano roztworu wyraża się najczęściej w gramach (lub miligramach) na 1 cm³ roztworu.

Pojęcie miano roztworu jest używane też czasem na określenie dokładnie wyznaczonego stężenia molowego roztworu (jako wyniku jego mianowania).

1. Opisz przewodnictwo właściwe roztworu.

Przewodnictwem właściwym (konduktywność) charakteryzującym zdolność przewodników do przewodzenia prądu elektrycznego nazywa się odwrotność oporu właściwego. Jest to przewodnictwo słupa elektrolitu o długości 1cm i o przekroju 1cm². Stosunek l/A nazywa się stałą naczyńka konduktometrycznego lub pojemnością oporową naczynia k, a zatem: k= 1/A → κ= k/R.

W praktyce wyznacza się stosunek A/l poprzez pomiar oporności elektrolitu, którego przewodnictwo właściwe zostało wyznaczone drogą bezpośrednich, precyzyjnych pomiarów.

1. Scharakteryzuj przewodnictwo równoważnikowe roztworu.

Przewodnictwo równoważnikowe (konduktywność równoważnikowa, ∧- lambda)- jest równe liczbowo przewodnictwu elektrycznemu, jakie wykazuje warstwa elektrolitu w przestrzeni między dwiema elektrodami oddalonymi od siebie o 1cm i o takiej objętości w jakiej zawarty jest 1 gramorównoważnik elektrolitu.

Przewodnictwo równoważnikowe można zatem wyrazić wzorem:

∧ = 1000⋅κ/c_N

1. Ile gramów wodorotlenku potasu (KOH) należy rozpuścić w 400 g wody, aby otrzymać roztwór 20% ?

c_p = m_sub./m_rozt. ⋅100 [%]

20% = m_sub./400g ⋅100 /400g

20% ⋅ 400g = 100 ⋅ m_sub. /100

m_sub. = 8000/100 = 80g

m_sub. = 80g

1. Roztwór 0,05 molowy NaOH rozcieńczono wodą pięciokrotnie. Oblicz jego stężenie molowe oraz pH roztworu.

2. Oblicz pH roztworów :

1. 0,001-molowy HCl

2. 0,001-molowy H₂SO₄

3. 0,01-molowy KOH

1. HCl ↔ H⁺ + Cl^-

[H⁺] = 0,001 mol/dm³, czyli 10^-3

pH = -log[H⁺]

pH = 3

1. H₂SO₄ ↔ 2H⁺ + SO₄^2-

[H⁺] = 2 ⋅ 0,001 = 0,002 mol /dm³, czyli 10

1. KOH ↔ K⁺+OH^-

[OH^-] = 0,001 mol/dm³ , czyli 10^-3

pOH = -log[OH^-] = -log10^-3 = 3

pOH + pH = 14 ⇔ pH = 14 – pOH = 14 – 3 = 11

1. Zmieszano 3 mol Ni(NO₃)₂ z 1 mol K₂SO₄. Oblicz ułamek molowy azotanu(V) niklu(II) w mieszaninie.

x_A = liczba moli substancji A/liczba moli wszystkich składników

x_A = ¾ = 0,75

Na 100 mol wszystkich składników roztworu substancji A jest 75 mol.

Ćwiczenie 2.

1. Opisz położenie metali i niemetali w układzie okresowym i podaj przykłady tych pierwiastków.

• Metale znajdują się w 1, 2 i 13 grupie układu okresowego (grupy główne) oraz w grupach pobocznych (3-12), np. Mg- magnez, Fe- żelazo, Cr- chrom, Cu- miedź, Au- złoto, Ag- srebro, Al- glin. 

• Niemetale:
  Wodór (H) w grupie 1.

Węgiel (C) w grupie 14.

Azot (N), Fosfor (P) w grupie 15.

Tlen (O), Siarka (S) i Selen (Se) w grupie 16.

Wszystkie pierwiastki grupy 17. czyli halogeny

Wszystkie pierwiastki grupy 18. czyli gazy szlachetne

1. Zdefiniuj elektroujemność i podaj jak zmienia się elektroujemność pierwiastka w funkcji jego położenia w układzie okresowym.

Elektroujemność, elektronegatywność- zdolność atomów danego pierwiastka do przyciągania elektronów. Według R.S. Mullikena, wartość elektroujemności jest średnią arytmetyczną z powinowactwa elektronowego i pierwszej energii jonizacji.
Elektroujemność wzrasta w okresach układu okresowego od litowców do fluorowców i maleje w poszczególnych grupach ze wzrostem liczby atomowej.

Elektroujemność pierwiastków przejściowych zmienia się nieznacznie i nieregularnie, co związane jest z efektem przesłonowym (ekranowaniem) elektronów (n-1)d. Największą elektroujemnością charakteryzują się F, O, Cl. Najmniejszą Cs, Fr.

1. Podaj przykłady tlenków kwasowych i zasadowych oraz opisz ich podstawowe właściwości chemiczne.

• Tlenki kwasowe- SO₂ – tlenek siarki(IV), SO₃ - tlenek siarki(VI), N₂O₃ – tlenek azotu(III), N₂O₅ - tlenek azotu(V), P₂O₅ – tlenek fosforu(V), CO₂ - tlenek węgla (IV)

Właściwości chemiczne:

-reagują z zasadami z utworzeniem soli,

-reagują z wodą, tworząc kwasy tlenowe (nie wszystkie),

-często niemetale tworzą więcej niż jeden tlenek oraz nie wszystkie tlenki danego niemetalu są kwasotwórcze.

• Tlenki zasadowe- Na₂O - tlenek sodu, MgO - tlenek magnezu, CaO - tlenek wapnia, K₂O - tlenek potasu, BaO - tlenek baru.

Właściwości chemiczne:
-reagują z kwasami, przy czym w reakcji powstają sole,

-tlenki metali grup 1 i 2 (bezprzewodniki zasadowe) reagują z wodą, tworząc wodorotlenki o charakterze zasadowym,

-zasadowe tlenki metali pozostałych grup w ogóle nie reagują z wodą,

-tlenki zasadowe nie reagują z zasadami.

1. Wymień podstawowe właściwości chemiczne wodorotlenków. Podaj przykłady wodorotlenków (wzór, nazwa).

• Wodorotlenki można otrzymać:

-w reakcji metalu z wodą,

-w reakcji tlenku metalu z wodą,

-w reakcji rozpuszczalnej soli danego metalu z wodorotlenkiem o silnych właściwościach zasadowych.

Wodorotlenki reagują z kwasami z utworzeniem soli.

• Przykłady wodorotlenków:
  -wodorotlenek sodu- NaOH,
  -wodorotlenek potasu- KOH,
  -wodorotlenek wapnia- Ca(OH)₂ ,
  -wodorotlenek magnezu- Mg(OH)₂ ,
  -wodorotlenek glinu- Al(OH)₃ ,
  -wodorotlenek żelaza(III)- Fe(OH)₃ ,
  -wodorotlenek miedzi(II)- Cu(OH)₂ .

1. Czym charakteryzują się wodorotlenki amfoteryczne?

Wodorotlenki amfoteryczne reagują z kwasami i z zasadami. Tworzą pierwiastki znajdujące się w środkowej części układu okresowego (Al, Zn, Sn, Pb, As, Sb, Cr i inne).

1. Jakim reakcjom ulegają kwasy? Podaj przykłady zapisując równania reakcji.

Kwasy są to związki o wzorze H_nR, gdzie R oznacza resztę kwasową prostą lub złożoną. Kwasy mogą być beztlenowe lub tlenowe. W zależności od liczby atomów wodoru zdolnych do oddysocjowania rozróżnia się kwasy jednoprotonowe oraz wieloprotonowe (dwuprotonowe, trójprotonowe).

Przykłady:

CO₂ + H₂O ⇔ H₂CO₃ (kwas węglowy)

N₂O₅ + H₂O ⇔ 2 HNO₃ (kwas azotowy(V))

P₂O₅ + 3 H₂O ⇔ 2 H₃PO₄ (kwas fosforowy(V))

1. Co to są sole? Podaj przynajmniej pięć sposobów otrzymywania soli i zapisz równania reakcji.

Sole są to związki chemiczne (zawierające jon metalu lub jon amonowy) składające się z reszty zasadowej i reszty kwasowej. Sole można otrzymywać wieloma sposobami:

1. zasada + kwas → sól + woda 2 HNO₃ + Ca(OH)₂ → Ca(NO₃)₂ + 2 H₂O

H⁺ + OH^- → H₂O

1. metal + kwas → sól + wodór Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂↑

Zn + 2 H⁺ → ZnCl₂ + H₂↑

1. tlenek metalu + kwas → sól + woda CaO + H₂SO₄ → CaSO₄ + H₂O

CaO + 2 H⁺ + SO₄^2- → CaSO₄ + H₂O

1. bezwodnik zasadowy + bezwodnik kwasowy → sól K₂O + SO₃ → K₂SO₄

2. metal + niemetal → sól (sole kwasów beztlenowych) Zn + Cl₂ → ZnCl₂
   

1. Co jest przyczyną istnienia dużej liczby związków organicznych?

Znana jest bardzo duża liczba związków organicznych (kilka milionów) co jest wynikiem szczególnych właściwości węgla, do których należą:

1. zdolność do łączenia się atomów węgla między sobą (katenacja) i tworzenie łańcuchów węglowych prostych i rozgałęzionych oraz struktur pierścieniowych,

2. tendencja do tworzenia stosunkowo trwałych wiązań wielokrotnych (podwójnych i potrójnych),

3. zdolność do tworzenia trwałych kowalencyjnych wiązań z wodorem i innymi pierwiastkami (tlen, azot, siarka, fosfor, fluorowce).

1. Jakie są wspólne cechy związków organicznych?

• Niska odporność termiczna

• Palność

• Niskie temperatury topnienia i wrzenia

• Znaczne liczby atomów tworzących cząsteczkę

1. Podaj nazwy i wzory pięciu dowolnych grup funkcyjnych związków organicznych.

• Hydroksylowa (-OH)

• Aldehydowa ( -CHO)

• Karboksylowa (-COOH)

• Aminowa (-NH₂)

• Nitrowa (-NO₂)

1. Podaj klasyfikację węglowodorów.

• Węglowodory:

1. Alifatyczne:

   1. Nasycone- alkany, cykloalkany

   2. Nienasycone- alkeny, alkiny, dieny

2. Aromatyczne:

   1. Jednopierścieniowe

   2. O pierścieniach skondensowanych

1. Jakim reakcjom ulegają alkany i jakie są główne zastosowania tej grupy związków?

Alkany ulegają reakcjom: spalania, substytucji, pirolizy.

Są stosowane do różnych celów, m.in. jako gazy palne (metan, etan, propan, butan), składniki paliw (benzyna, olej), jako rozpuszczalniki i dodatki do rozpuszczalników, w farbach i barwnikach, gumach, kauczuku. Wykorzystuje się je także w syntezie organicznej.

1. Podaj po dwa przykłady (wzór, nazwa) alkenów i alkinów oraz zapisz przebieg reakcji tych związków z wodorem i wodą.

• Alkeny: eten – C₂H₄ , propen - C₃H₆

• Alkiny: butyn – C₄H₆ , pentyn – C₅H₈
  

1. Jakie są główne zastosowania węglowodorów nienasyconych?

Węglowodory nienasycone i ich pochodne stosowane są szeroko w przemyśle chemicznym do produkcji:

-alkanów,

-tworzyw sztucznych (polimerów)

-alkoholi, chlorowcopochodnych węglowodorów, aldehydów itp. z przeznaczeniem do dalszych syntez lub wykorzystywanych np. jako rozpuszczalniki organiczne.

1. Podaj przykład węglowodoru aromatycznego i podstawowe zastosowania tej grupy związków.

Przykłady: jednopierścieniowe- benzen, toulen, wielopierścieniowe- naftalen, antracen

Zastosowanie: rozpuszczalniki, składniki farb i lakierów, półprodukty w procesach otrzymywania barwników, leków, środków wybuchowych, tworzyw sztucznych, detergentów, pestycydów.

1. Produkty (frakcje) destylacji ropy naftowej i ich zastosowanie.