Výukové materiály
Název: Décomposition thermique de l’hydrogénocarbonate de sodium (bilan de matière) Autor: RNDr. Markéta Bludská Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy Předmět, mezipředmětové vztahy: chemie a její aplikace, matematika, fyzika Ročník: 4. (2. ročník vyššího gymnázia, bilingvní sekce) Tématický celek: Měření v chemii, fyzikální veličiny spojené s látkovým množstvím, molární objem plynů, aplikace a průběh chemické reakce. Stručná anotace: Výukový materiál má sloužit k určení průběhu chemické reakce za využití kvantitativních poměrů reaktantů a produktů. Z pěti nabídnutých rovnic pro tepelný rozklad hydrogenouhličitanu sodného (jedlé sody) má žák určit tu, která této reakci skutečně odpovídá. Svůj odhad žák ověří – či vyvrátí - experimentem. Využije přitom nejen kvalitativní důkaz produktů reakce, nýbrž i kvantitativní měření a výpočet. Teprve správný výpočet látkového množství z objemu vznikajícího plynu může definitivně potvrdit správnou rovnici reakce.
Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu Přírodní vědy prakticky a v souvislostech ‒ inovace výuky přírodovědných předmětů na Gymnáziu Jana Nerudy (číslo projektu CZ.2.17/3.1.00/36047) financovaného z Operačního programu Praha - Adaptabilita.
Výukové materiály Teorie: Stechiometrické faktory v rovnici chemické reakce vyjadřují kvantitativní poměr reaktantů a vznikajících produktů reakce. Při známém látkovém množství výchozí látky tepelného rozkladu, jedlé sody, a při známém objemu plynu, který reakcí vzniká a jehož objem se zjistí provedením experimentu, lze tedy určit, v jakém kvantitativním poměru výchozí látka a plynný produkt jsou a z toho odvodit i rovnici reakce rozkladu jedlé sody. Potvrzení správných produktů reakce pomůžou kvalitativní důkazy vznikajících produktů. Klíčová slova: quantité de matière, masse molaire, masse volumique, concentration molaire, équation d’état, volume molaire, état initial, état final, réactif limitant, réactif en excès, avancement, avancement maximal, tableau d’avancement Metodický pokyn pro učitele pro práci s VM: Po rozdání pracovních listů necháme žáky přemýšlet nad rovnicemi, které jsou v úvodu pracovních listů uvedeny pro tepelný rozklad jedlé sody. Řekneme žákům, že jen jeden zápis reakce z uvedených pěti je správný, a že jejich úkolem bude ho určit. Žáci diskutují možnosti ve dvojicích. Po uplynutí 5-10 minut uvedou jednotlivé skupiny žáků svůj odhad a zdůvodní ho. První rovnici by měli žáci vyloučit již podle jejího zápisu, další dvě na základě jednoduchých pokusů kvalitativní analýzy. Mezi zbývajícími dvěma rovnicemi již nelze rozhodnout snadno, je zapotřebí provést experiment doplněný kvantitativním měřením (zjištění objemu vzniklého plynu). Žáci se tak zároveň učí sestavit správně aparaturu na vývoj plynu. Po provedení experimentu a následných výpočtech žáci ověří, zda jejich počáteční odhad byl správný či nikoliv. Výsledkem bude určení správné rovnice rozkladu. Pro výpočty z rovnice je vhodné využít tabulku „d’avancement“, jejíž používání by již žáci měli znát. Další aplikace, možnosti, rozšíření, zajímavosti…: V rámci procvičování chemických výpočtů lze dále spočítat hmotnost vznikajícího druhého produktu, sody. Pro výpočet látkového množství lze také použít stavovou rovnici ideálního plynu, pak je možné porovnat výsledek s výsledkem vypočítaným pomocí molárního objemu plynu.
LP je možné doplnit i kvalitativním důkazem vznikajícího oxidu uhličitého testem s vápennou vodou, která se v jeho přítomnosti zakalí. Pomůcky (seznam potřebného materiálu): Zkumavky, skleněná trubice na vyvíjení plynu, odměrný válec, skleněná vana, stojan, držák a křížová svorka, kahan, navažovací lodička, váhy. Hydrogenuhličitan sodný.
Pracovní list pro žáka
Décomposition thermique de l’hydrogénocarbonate de sodium (bilan de matière) TP n°:………
Nom:…………………………………………… Classe:………….
Date:…………….
Objectif: Montrer la nécessité de disposer de différentes techniques de mesures. Décrire l’évolution des quantités de matière d’un système chimique. L’analyse quantitative. I. Introduction On propose cinq équations de réaction pour la décomposition thermique de l’hydrogénocarbonate de sodium. Il convient de déterminer, à partir de conclusions expérimentales, celle qui est associée à la transformation chimique. L’hydrogénocarbonate de sodium (bicarbonate de sodium) est un solide anhydre. II. Equations proposées A.
NaHCO3 (s) → NaOH (s) + CO2 (g)
B.
NaHCO3 (s) → 2 NaOH (s) + H2O (l)
C.
NaHCO3 (s) → Na2O (s) + 2 O2 (g) + 2 C (s) + H2O (l)
D.
NaHCO3 (s) → Na2O (s) + 2 CO2 (g) + H2O (l)
E.
NaHCO3 (s) → Na2CO3 (s) + CO2 (g) + H2O (l)
III. Analyse préliminaire A la lecture de ces équations, peut-on déjà éliminer une ou plusieurs d’entre elles? Justifier. ………………………………………………………………………………………………. Le chauffage d’un produit anhydre peut-il produire de l’eau? ……………………..
Mettre un peu du produit anhydre dans un tube à essais, le chauffer fortement. Observation: …………………………………………………………………………………………….... Peut-on éliminer une autre équation? Justifier. ……………………………………………………………………………………
IV. Choix de la mesure D’après les propositions d’équations restantes quelles sont les grandeurs physiques mesurables liées aux produits de ces réactions que l’on peut utiliser pour établir un tableau d’avancement de quantité de matières, afin de trouver le bon bilan réactionnel. V. Protocole expérimental Réaliser le montage expérimental suivant en prenant soin de noter la masse du tube à essais vide. La réaction de décomposition étant lente, il faut chauffer suffisamment longtemps pour décomposer la masse m d’hydrogénocarbonate de sodium contenue dans le tube à essais. Pour cela il faut chauffer jusqu’à la constance du volume de gaz dégagé. Mettre dans le tube à essais m = 1,00 g d’hydrogénocarbonate de sodium.
L’objectif est de déterminer la masse résiduelle en produit solide dans le tube à essais ainsi que le volume gazeux qui se dégage au cours de la réaction. mrésiduelle = …………………
Vgaz =………..............
VI. Conclusion Pour chaque équation restante prévoir à l’aide d’un tableau d’avancement la masse résiduelle du contenu du tube à essais ainsi que le volume du dégagement gazeux prévisibles si l’on considère toutes ces réactions totales. Donner l’équation bilan de la décomposition thermique de l’hydrogénocarbonate de sodium.
