Badanie procesów fizykochemicznych

1

Zaprojektuj doświadczenie ilustrujące elektrochemiczny sposób ochrony żelaza przed korozją. W opisie uwzględnij sprzęt i odczynniki, czynności, spostrzeżenia oraz wnioski.

• Sprzęt i odczynniki: dwie zlewki, dwie płytki żelazne, kawałek folii aluminiowej oraz woda.
• Opis czynności: do obu zlewek nalewamy wodę. Do jednej zlewki wkładamy płytkę żelazną, zaś do drugiej drugą płytkę żelazną zawiniętą w folię aluminiową. Obie zlewki pozostawiamy na tydzień.
• Obserwacje: po tygodniu żelazo, które nie zostało owinięte w folię aluminiową pokryło się czerwonobrązowym nalotem. W drugiej zlewce żelazo pozostało bez zmian, zaś folia aluminiowa pokryła się białym nalotem.
• Wnioski: powstanie brązowego osadu świadczy o korozji żelaza. Osad ten jest mieszaniną uwodnionych tlenków i wodorotlenków żelaza. Biały nalot to wodorotlenek glinu. Folia aluminiowa pełniła w ogniwie żelazo-aluminiowym funkcję anody i ochrony żelaza przed korozją.

2

Zaprojektuj doświadczenie pokazujące zależność rozpuszczalności tlenku węgla(IV) w wodzie od temperatury. W opisie uwzględnij sprzęt i odczynniki, czynności, spostrzeżenia oraz wnioski.

• Sprzęt i odczynniki: mała butelka gazowanej wody mineralnej, palnik, dwie zlewki
• Opis czynności: do dwóch zlewek nalewamy takie same objętości wody gazowanej. Jedną ze zlewek ogrzewamy przez chwilę nad palnikiem.
• Obserwacje: podczas ogrzewania zlewki na ściankach pojawiło się znacznie więcej pęcherzyków gazu, niż na nieogrzewanej zlewce
• Wnioski: pojawienie się zwiększonej liczby pęcherzyków gazu świadczy o tym, że rozpuszczalność tlenku węgla(VI) w wodzie jest zależna od temperatury. Im wyższa temperatura tym mniejsza rozpuszczalność tego gazu.

3

Zaprojektuj ogniwo, w którym funkcję katody będzie pełniło półogniwo zbudowane z płytki miedzianej zanurzonej w roztworze siarczanu(VI) miedzi(II). Podaj sprzęt i odczynniki niezbędne do skonstruowania ogniwa. Narysuj ogniwo i wyjaśnij w jaki sposób doświadczalnie wykażesz, że ogniwo pracuje.

• Sprzęt i odczynniki: dwie zlewki, klucz elektrolityczny, płytka miedziana i cynkowa, roztwór siarczanu(VI) miedzi(II) oraz siarczanu(VI) cynku. Woltomierz bądź żarówka.
• Doświadczalne wykazanie, że skonstruowane ogniwo jest ogniwem pracującym może polegać na podpięciu woltomierza do ogniw lub niewielkiej żarówki o bardzo niskim napięciu.
  

4

Zaprojektuj doświadczenie wykazujące zależność temperaturową szybkości reakcji chemicznej. W opisie uwzględnij sprzęt i odczynniki, czynności, spostrzeżenia oraz wnioski.

• Sprzęt i odczynniki: probówka, kwas solny, żelazo, palnik, drewniana łapa do probówek.
• Opis czynności: do probówki nalewamy kwas siarkowy, a następnie wrzucamy kilka wiórków żelaznych. Obserwujemy zachodzący proces i po chwili ogrzewamy probówkę nad palnikiem.
• Obserwacje: przed ogrzaniem na powierzchni żelaza powoli pojawiały się nieliczne pęcherzyki bezbarwnego gazu. Po ogrzaniu proces ten zaczął zachodzić znacznie szybciej.
• Wnioski: w probówce zaszła reakcja według następującego równania: \[ Fe + 2 HCl → FeCl_{2} + H_{2}↑ \] Wydzielający się gaz to wodór. Doświadczenie jednoznacznie pokazuje, że wyższa temperatura powoduje przyspieszenie reakcji chemicznej.

5

Zaprojektuj doświadczenie, w którym elektrolitycznie otrzymasz srebro. W opisie uwzględnij sprzęt i odczynniki, czynności, spostrzeżenia oraz wnioski.

• Sprzęt i odczynniki: zlewka, dwie elektrody grafitowe, bateria, kable, roztwór azotanu(V) srebra.
• Opis czynności: do zlewki wlewamy azotan(V) srebra i wkładamy dwie elektrody grafitowe połączone z baterią.
• Obserwacje: na elektrodzie, którą połączyliśmy z ujemnym biegunem baterii pojawia się metaliczny osad. Na drugiej elektrodzie można zaobserwować wydzielanie się pęcherzyków gazu.
• Wnioski: otrzymaliśmy elektrolitycznie srebro. Zachodzący proces opisują następujące równania: \[ Katoda: Ag^{+} + e^{-} → Ag\\ Anoda: 2 H_{2}O → 4 H^{+} + O_{2} + 4 e^{-} \] Z powyższych równań widać, że nalot na katodzie to srebro, zaś gaz wydzielający się na anodzie to tlen.