Praktische opdracht Scheikunde Redoxreactie puntenslijper metalen Praktische-opdracht door een scholier 1902 woorden 12 oktober 2008 6,3 10 keer beoordeeld Vak Scheikunde De truc van de verdwenen puntenslijper Scheikunde PO 6VWO Titel Metalen van een puntenslijper ( de truc van de verdwenen puntenslijper ) Doel Onderzoeken wat er gebeurt bij de reactie tussen een magnesiumpuntenslijper en een NaCl-oplossing. Inleiding Het hoofddoel van dit onderzoek is om er achter te komen wat er gebeurt bij de reactie tussen een magnesium puntenslijper en een NaCl-oplossing. Om hier achter te komen wordt het onderzoek opgedeeld in drie onderdelen. Allereerst wordt er gekeken naar de invloed van de molariteit van de NaCloplossing op de magnesium puntenslijper. Als tweede wordt er gekeken naar de potentiaalspanning die er is bij het gebruik van een magnesium puntenslijper en het gebruik van een aluminium puntenslijper. En tenslotte wordt er gekeken naar de invloed van het magnesium op het ijzeren mesje. Bij dit onderzoek gelden er de volgende reacties: Halfreacties: Mg(s) Mg2+ + 2 e- 2 H2O (l) + 2 e- H2 (g) + 2 OH- Totaalreactie: Mg(s) + 2 H2O (l) H2 (g) + Mg(OH)2 Halfreacties: Fe(s) Fe2+ + 2 e- Fe2+ Fe3+ + e- Fe(s) Fe3+ + 3 e- (x2) 2 H2O (l) + 2 e- H2 (g) + 2 OH- (x3) Pagina 1 van 5
Totaalreactie: 2 Fe(s) + 6H2O (l) 2 Fe(OH)3 + 3 H2(g) Uitvoering Zoals al in de inleiding staat zijn er 3 verschillende onderdelen die per onderdeel behandeld worden. Voor de uitvoering van alle onderdelen zijn er de volgende spullen nodig. Benodigdheden: - Natriumchloride oplossing - 5 magnesium puntenslijpers - 1 aluminium puntenslijpers - 4 erlenmeyers - Thermometer - Brander - Weegschaal - Natriumchloride - Voltmeter - 2 krokodillenbekjes - Maatcilinders (100 ml en 50 ml) - Afdekfolie - Statief - Klem voor statief - Slangetje met kurk - Glazen bak Onderdeel 1: Invloed van molariteit Er moeten drie oplossingen van NaCl in water worden gemaakt: 2,0 M, 1,0 M en 0,01 M. Voor het maken van de 2,0 M oplossing is nodig: Bereken aantal gram NaCl voor 2,0 M 2,0 mol/l = 0,20 mol/100ml M (NaCl) = 22,99 + 35,45 = 58,44 g/mol m = n * M = 0,20 * 58,44 = 11,688 g = 11,7 g Neem een erlenmeyer en vul die met 100 ml gedestilleerd water. Weeg 11,7 gram NaCl af en lost dit op in het gedestilleerde water door te zwenken. Voor het maken van de 1,0 M oplossing vul je nog een erlenmeyer met 100 ml gedestilleerd water en los je daar 5,8 g NaCl (11,688/2,0 = 5,8) in op. Pipetteer nu 1 ml van de 1,0 M oplossing en doe dat in een andere erlenmeyer. Vul die erlenmeyer bij met gedestilleerd water tot 100 ml. Nu heb je ook een 0,01 M oplossing. Bouw nu de opstelling zoals hiernaast. Vul de glazen bak met water. Vul ook de maatcilinder met water en zet hem met een vlugge beweging op zijn kop in de bak met water zonder dat er water uitloopt. Klem de maatcilinder vast met een klem aan een statief, zodat je hem niet zelf hoeft vast te houden. Neem nu de 2,0 M oplossing en gooi daar de magnesium puntenslijper in. Doe de kurk met slang er op en kijk wat er gebeurd. Doe dit ook bij de andere oplossingen. Onderdeel 2: Potentiaalverschil Bij dit onderdeel wordt er gekeken of er een potentiaalspanning ontstaat bij de reactie van een puntenslijper met het keukenzoutoplossing. De volgende opstelling wordt er gemaakt zoals de tekening hiernaast. Ten eerste wordt het mesje van de puntenslijper geschroefd met een schroevendraaier zodat het ene krokodillenbekje gevestigd kan worden aan het mesje en aan de andere de puntenslijper. Er moet wel voor Pagina 2 van 5
gezorgd worden dat de krokodillenbekjes niet in het water terecht komen. Met de hand worden ze vastgehouden. Dan wordt de meter met ingebouwde batterij aangezet. Deze proef wordt twee keer gedaan. De eerste keer met een aluminiumpuntenslijper en de tweede met een magnesiumpuntenslijper. Onderdeel 3: De puntenslijper zonder mesje Hierbij wordt apart kijken naar de invloed van de NaCl-oplossing op het mesje en op de puntenslijper zonder mesje. Maak net als in onderdeel 1 een oplossing van 1,0 M door 5,8 g NaCl op te lossen in 100 ml water. Doe dit twee keer. Maak met een schroevendraaier het mesje los van de puntenslijper. Doe nu in één van de twee erlenmeyers het mesje en in de andere de puntenslijper. Kijk wat er hierbij gebeurt. Resultaten en waarnemingen Allereerst hebben wij voor de zekerheid gekeken of de puntenslijpers die wij hadden wel van magnesium waren en niet van aluminium. Dichtheid puntenslijper Puntenslijper weegt zonder mesje 7,4 g = 7,4 * 10-3 kg Volume toename 2,5 ml in een maatcilinder = 2,5 cm3 = 2,5 * 10-6 m3 Dichtheid 7,4 * 10-3 /2,5 * 10-6 = 2,96 * 103 kg/m3 = 3,0 * 103 kg/m3 Deze dichtheid is veel te groot voor magnesium, want volgens de Binas is de dichtheid: 1,74 * 103 kg/m3. We hebben een andere puntenslijper gezocht en daarvan klopte de dichtheid veel beter: Puntenslijper weegt zonder mesje 6,9 g = 6,9 * 10-3 kg Volume toename 3,5 ml in een maatcilinder = 3,5 cm3 = 3,5 * 10-6 m3 Dichtheid 6,9 * 10-3 /3,5 * 10-6 = 1,97 * 103 kg/m3 = 2,0 * 103 kg/m3 Onderdeel 1: Invloed van molariteit Bij het bekijken van de reacties zagen wij duidelijk verschillen tussen de molariteiten van de oplossingen: 0.01 M - Vrij zwakke reactie - Er gebeurt wel wat maar het duurt veel langer dan bij een hogere molariteit. - Er is een klein beetje gasontwikkeling te zien in de vorm van kleine belletjes. - Er is wit poeder en schuim ontstaan maar het duurde veel langer voor dit er was en het is ook minder dan bij de twee andere oplossingen. - De oplossing wordt langzaam troebel - De puntenslijper krijgt wat lichte aanslag 1,0 M - Meteen een duidelijk reactie - Veel gasvorming (oplossing bruist heel erg) - Er ontstaat wit poeder en wit schuim en dit ontstaat vrij snel - Oplossing wordt troebel - De puntenslijper wordt lichter. Het begint steeds meer af te brokkelen Pagina 3 van 5
2,0 M - Er was duidelijk meer gasvorming te zien dan bij de andere twee molariteiten. - Snellere vorming van schuim en wit poeder. - Puntenslijper wordt sneller lichter en brokkelt veel meer af en uiteindelijk verdwijnt het. - Er ontstaat sneller meer vaste deeltjes in de oplossing dan bij andere molariteiten. De reactie die plaatsvindt, is bij de molariteiten het heftigst op het grensvlak tussen de magnesium puntenslijper en het ijzeren mesje. Molariteit oplossing Invloed op de puntenslijper Waarnemingen 0,01 Molair oplossing van NaCl in water Het grootste gedeelte van de magnesium puntenslijper is nog in tact. Er is wel duidelijk te zien dat de puntenslijper is aangetast. De puntenslijper is namelijk broos geworden en hij glimt niet meer. Hij is van zilver naar grijs over gegaan. 1,0 Molair oplossing van NaCl in water De gehele puntenslijper is verdwenen. Enkel het ijzeren mesje en schroefje zijn nog over. Er is ook een beetje een zwarte aanslag te zien op het mesje. 2,0 Molair oplossing van NaCl in water Ook bij 2,0 Molair is de gehele puntenslijper verdwenen. Enkel het mesje en het schroefje zijn nog over. Verder is er heel duidelijk een zwarte aanslag te zien op het mesje. Deze aanslag is veel erger dan bij de 1,0 oplossing. Nadat we de oplossingen met de puntenslijpers ongeveer vijf dagen hebben laten staan hebben we gekeken welke invloed de verschillende molariteiten op de puntenslijpers hadden. Bij de verschillende molariteiten van de oplossingen hebben we steeds het ontstane gas opgevangen. Maar de hoeveelheid gas die er ontstond was heel erg klein. En ook bij het gebruik van een kleinere maatcilinder lukte het ons niet om aan te tonen welk gas het was. We hebben geprobeerd het kleine beetje ontstane gas aan te steken maar er was niet het kenmerkende geluid te horen wat hoort te ontstaan bij waterstof (volgens de reactie moest dit gas ontstaan). Onderdeel 2: Potentiaalverschil Er was te zien dat als de positieve kant van de voltmeter aangesloten werd op de magnesium puntenslijper en de negatieve kant op het ijzeren mesje, dat er een spanning gaat lopen. Bij de aluminiumpuntenslijper en het mesje daarvan werd een spanning van 0,40 V gemeten.bij de magnesiumpuntenslijper en het mesje daarvan werd 1,40 V gemeten. Er waren veel minder belletjes te zien dan wanneer de potentiaalspanning niet gemeten werd. Onderdeel 3: De puntenslijper zonder mesje Bij het experiment met alleen het mesje zijn er de volgende verschillen te zien; ten eerste zijn er in de oplossing oranje/bruine vaste deeltjes te zien die onder op de bodem liggen. Door de erlenmeyer te zwenken, bewegen de oranje/bruine deeltjes zich door de oplossing, ze blijven vast van vorm en lossen niet op. Bij het mesje is aan de ene kant aanslag, te zien en aan de andere kant niet. De aanslag die is te zien is zowel zwart als bruin van kleur. De vaste deeltjes en aanslag aan het mesje zijn Fe(OH)3 (s). Deze stof ontstaat door de redoxreactie die je ziet staan in de inleiding. Bij het experiment met alleen de magnesiumpuntenslijper is ongeveer hetzelfde te zien als bij het gewone experiment van de puntenslijper met mesje. De reactie was echter wel minder heftig dan bij de reactie met Pagina 4 van 5
mesje en puntenslijper. Er was ook meer over van de puntenslijper dan bij het experiment met het mesje en puntenslijper. Foutendiscussie Bij het experiment is er gebruik gemaakt van verschillende soorten puntenslijpers, de samenstelling kan dus verschillend zijn en dit zou invloed kunnen hebben op de resultaten. Uit de resultaten bij de verschillende puntenslijpers waren echter geen ongewone verschillen te zien, dus de samenstelling zal dus ongeveer gelijk zijn geweest. Bij het meten van het benodigde aantal gram NaCl voor de benodigde molariteit was er 11,7 gram nodig. Er is dus 11,7 gram afgemeten met een weegschaal die een nauwkeurigheid had van 0,05 gram (0,43% meetfout). Het gewicht kan namelijk liggen tussen de 11,65 en 11,75. Voor de 1,0 M oplossing was 5,8 gram nodig. Hier was de meetfout 1,0%. Het gewicht kan namelijk liggen tussen de 5,75 gram en 5,85 gram. De erlenmeyers moesten steeds gevuld worden tot 100 ml, dit is met het oog afgelezen. Dit was op 0,5 ml nauwkeurig volgens de gebruikte maatcilinder (0,5% meetfout). Conclusie Het hoofddoel van dit onderzoek was om er achter te komen wat er gebeurt bij de reactie tussen een magnesium puntenslijper en een NaCl-oplossing. Allereerst hebben we gekeken naar de invloed van de molariteit van de NaCl oplossing. Dit had duidelijk invloed op de reactie. Het versnelt het proces en het is dus een katalysator. Ook werkt het bij het meten van de potentiaalspanning als elektrolyt. Verder hebben we gekeken naar de invloed van magnesium op het mesje. Bij het aparte mesje ontstond Fe(OH)3. Deze stof ontstaat niet wanneer je de magnesium puntenslijper en het mesje samen hebt. Bij de meting van de potentiaalspanning is het magnesium aangesloten op de positieve kant van de voltmeter. Dat betekent dat magnesium meer elektronen opneemt dan ijzer. Het is dus de sterkste reductor. Het magnesium is de sterkste reductor en offert zich op voor het ijzeren mesje. Hierdoor vindt er geen redoxreactie plaats bij het ijzer. Pagina 5 van 5