TEST 2. Team: A B (bitte einkreisen)

Transkript

1 TEST 2 Land Team: A B (bitte einkreisen) Name : Name : Name : 1

2 TEST 2 DIESER TEST BESTEHT AUS ZWEI UNTERSCHIEDLICHEN AUFGABEN: MESSUNG DER CO 2 -PRODUKTION WÄHREND DER ATMUNG (Aufgabe 1) BERECHNUNG DES VOLUMENS EINES HÜHNCHENS MIT HILFE DES BOYLESCHEN GESETZES (Aufgabe 2) Achtung: Tragt während der Durchführung der Experimente zu jeder Zeit Schutzbrillen! Falls Ihr einen Spritzer einer der Lösungen auf die Haut bekommt, spült diese Hautpartie sofort und gründlich unter fließendem Wasser ab. Ihr habt 3 Kopien der Aufgabenbögen erhalten, die jeweils auch Platz für Antworten (keine Antwortbögen) enthalten, 2 davon sind nur als Arbeitsmaterial gedacht. Die 3. Kopie der Aufgabenbögen soll Eure endgültigen Antworten enthalten. Diese endgültige Version wird am Ende der Klausur zusammen mit dem bzw. den Graphen in den Umschlag mit der Aufschrift Answer Sheets gelegt. Ausschließlich diese 3. endgültige Version wird zur Bewertung herangezogen. Aufgabe 1: 50 Punkte Aufgabe 2: 50 Punkte (Teilaufgabe A: 35 ; Teilaufgabe B : 15) 2

3 Aufgabe 1 MESSUNG DER CO 2 PRODUKTION DURCH ATMUNG Die Produktion von CO 2, das bei der Atmung von Sojasprossen entsteht, wird mit einer sehr einfachen Apparatur gemessen. Die Apparatur ermöglicht CO 2 freie Luft über Sojasprossen zu leiten und zu überprüfen, wie viel CO 2 durch die Atmung der Sojasprossen entstanden ist. Achtung: Tragt Schutzbrillen während der gesamten Zeit im Labor! Falls ihr euch mit irgendeiner Lösung begießt, wascht sie euch mit Leitungswasser ab! A. Geräte/Chemikalien 1. Eine Saugflasche (gekennzeichnet mit A) mit einem Volumen von ca. 1 Liter, halb gefüllt mit Glasperlen und Kaliumhydroxid-Lösung der Konzentration 20% (Massenprozent). Die Flasche ist mit einem Stopfen und einem Glasrohr verschlossen und hat an einer Seite einen Ausgang. (siehe Zeichnung) 2. 4 Erlenmeyer-Kolben (gekennzeichnet mit B bis E) mit einem Volumen von 250 ml. Jeder Kolben ist mit einem Zwei-Lochstopfen und einer Glasrohrkonstruktion verschlossen: Ein langes Glasrohr als Einlassöffnung und ein kurzes Glasrohr als Auslassöffnung. 3. Eine Saugflasche (gekennzeichnet mit F) identisch zu Saugflasche A 4. Sojasprossen in einem Becher 5. Eine Bariumhydroxidlösung Ba(OH) 2 der ungefähren Konzentration 0,11%. Die genaue Konzentration soll später mittels Titration bestimmt werden. 6. Eine vorbereitete Oxalsäure-Lösung, die hergestellt wurde durch Lösen von 3,81g (COOH) 2. 2H 2 O in 1 Liter Lösung. 7. Zwei 50mL Büretten (eine für Bariumhydroxidlösung und eine für die Oxalsäure) sowie zwei Glastrichter. 8. Ein Erlenmeyer-Kolben für die Titration von Bariumhydroxidlösung (gekennzeichnet mit G). 9. Eine Uhr (an der Wand oder Eure Armbanduhr) 10. Eine Tropfflasche mit Phenolphtalein-Lösung 11. Magnetrührer und Rührfisch 12. Waage 13. Parafilm 14. Eine Spritzflasche mit demineralisierten Wasser 15. Ein Becherglas (250 ml) 16. Filterpapier 3

4 Versuchsaufbau B. Durchführung 1. Benutzt ein Stück Filterpapier um die gegebene Menge Sojasprossen genau zu wiegen. Die ungefähre Masse ist 40g. Ihr sollt jedoch bei eurer Einwaage eine Genauigkeit von 1/100 g erreichen (Waage tarieren). Tragt euer Ergebnis in das entsprechende Feld in der Ergebnistabelle (Abschnitt: C. Ergebnisse des Experimentes) ein. 2. Baut die Apparatur wie folgt zusammen Hinweis: Um jedes Leck zu verhindern, werden die Glasrohrverbindungen sowie die Stopfen zusätzlich mit Parafilm umhüllt und abgedichtet. Die Apparatur muss absolut dicht sein. a) Befüllt Erlenmeyer-Kolben C mit den abgewogenen Sojasprossen. Drückt diese dabei um Himmels Willen nicht zusammen! Die Luft muss die Möglichkeit haben, leicht durch die Sojasprossen zu laufen. b) Gebt in die Erlenmeyer-Kolben B, D und E jeweils 200 ml Bariumhydroxidlösung. Das Volumen ist dabei genau einzuhalten. Benutzt dafür die Bürette, diese muss 4 mal nachgefüllt werden, um das Volumen zu erreichen. Um die Bürette zu befüllen benutzt einen Glastrichter, nehmt diesen aber vor der Titration wieder ab. 4

5 c) Stellt die Erlenmeyerkolben in der Reihenfolge auf, die im Versuchaufbau gegeben ist. d) Verschliesst die Erlenmeyer-Kolben und Saugflaschen mit den Zwei- Lochstopfen, wie im Versuchaufbau dargestellt. Achtet dabei auf festen Sitz der Stopfen und darauf, dass diese gut abdichten. (siehe Versuchsaufbau) (Der Aufbau muss abgenommen werden bevor die Apparatur eingeschaltet wird. Ebenso muss das Einschalten unter Aufsicht erfolgen!) e) Schliesst die Saugflasche F an die Vakuumquelle an. (noch nicht einschalten) Nach der Abnahme durch den Saalassistenten erfolgt die Einstellung der Blasenrate, diese sollte etwa 1 Blase/Sekunde betragen, bezogen auf Saugflasche A. 3. Die Apparatur wird 1,5 Stunden laufen gelassen. 4. Während dieser Zeit solltet ihr die Titration der anfänglichen Bariumhydroxidlösung durchführen: Befüllt eine Bürette mit der Oxalsäurelösung Füllt mit einer zweiten Bürette 200 ml Bariumhydroxidlösung in Erlenmeyer-Kolben G. Gebt wenige Tropfen Phenolphtalein in Erlenmeyer-Kolben G Neutralisiert die Bariumhydroxidlösung, indem ihr Oxalsäurelösung zur Bariumhydroxidlösung tropft, bis die Entfärbung dieser einsetzt. Notiert das Volumen der Oxalsäurelösung, das ihr verbraucht habt, in der folgenden Tabelle (Abschnitt: C. Ergebnisse des Experimentes) unter der Spalte, die mit V 0 gekennzeichnet ist. 5. Schaltet die Vakuumquelle aus und nehmt sie von der Apparatur ab. Beobachtet den Inhalt von Erlenmeyer-Kolben B, D und E. (Zeigt den Zustand der Versuchsapparatur unbedingt den Saalassistenten bevor ihr weiter macht!) 6. Nehmt die Stopfen von den Erlenmeyer-Kolben D und E und bestimmt die verbleibende Konzentration an Bariumhydroxidlösung. Dies macht ihr genauso, wie in Punkt 4 beschrieben. Notiert das Volumen der verbrauchten Oxalsäurelösung in die Ergebnistabelle (Abschnitt: C. Ergebnisse des Experimentes) unter der Spalte V D und V E ( V D ist das Volumen aus Erlenmeyer-Kolben D und V E aus Erlenmeyer-Kolben E. Achtet darauf, die Kolben nicht all zu lange offen stehen zu lassen, bevor ihr titriert). 5

6 C. Ergebnisse des Experimentes Masse der Sojasprossen V 0 V D V E D. Reaktionsgleichungen 1.: Gebt hier die Reaktionsgleichungen der chemischen Reaktionen in den Kolben A bis E an, sofern Reaktionen im jeweiligen Gefäß ablaufen. A.. B.. C.. D.. E.. 2.: Gebt hier die Reaktionsgleichung für die chemische Reaktion während der Titration an.. 6

7 E. Berechnungen 1. Berechnet die Masse CO 2 pro g frischen Ausgangsmaterials, das in einer Stunde entsteht (auf 3 signifikante Stellen genau). 2. Berechnet das entsprechende Volumen CO 2 bei 20,0 C unter normalem atmosphärischen Druck pro g frischen Ausgangsmaterials in einer Stunde. Gebt euer Ergebnis in SI-Einheiten an (auf 3 signifikante Stellen genau).. 7

8 Aufgabe 2 BERECHNUNG DES VOLUMENS EINES HUHNES MIT HILFE DES BOYLESCHEN GESETZES Theorie und Hintergrund Das BOYLEsche Gesetz besagt, dass für ein Gas bei konstanter Temperatur der Druck invers proportional zum Volumen ist: p V = konstant oder p 1 V 1 = p 2 V 2 (BOYLEsches Gesetz) Diese Gesetzmäßigkeit wird in der Industrie zur Bestimmung des Volumens von Hühnern verwendet. Ein Huhn wird dazu in eine mit Luft gefüllte Kammer gesteckt, die dann mit einem Kolben verschlossen wird. Anschließend werden das Volumen der Kammer und der Druck in der Kammer gemessen. Durch geringfügiges Verschieben des Kolbens wird das Luftvolumen in der Kammer verringert und der Druck in dieser erhöht. Erneut werden dann das Volumen und der Druck bestimmt. Aus diesen Daten lässt sich dann das Volumen des Huhnes mit Hilfe des BOYLEschen Gesetzes bestimmen. Ihr sollt in diesem Experiment dieses Vorgehen mit einer Spritze (Kammer mit Kolben) und einem kleinen roten Objekt ( Huhn ) unter der Annahme simulieren, dass das BOYLEsche Gesetz auch für Luft gültig ist. Bei der Anwendung des BOYLEschen Gesetzes tritt dabei ein weiteres Problem auf. Wie in der Abbildung zu sehen, entspricht die Volumenangabe auf der Spritze nicht dem gesamten Volumen. Der Verbindungsschlauch und der Sensor enthalten auch eine nicht vernachlässigbare Menge an Luft. Dieses zusätzliche Volumen wird internes Volumen genannt und mit (V i ) bezeichnet und muss von Euch daher zuerst bestimmt werden. 8

9 Vorgehen und Aufgaben Material (Fotos im Anhang) Kleines Objekt (rot) Spritze 20 ml Plastikschlauch Gasdrucksensor (Messbereich kpa ) CBL2 (Interface) und Ti 84 Plus (Taschenrechner) auf einem Halter und mit einem Kabel verbunden Lineal, mm-papier, Bleistift, Radiergummi Teilaufgabe A: Bestimmung des internen Volumens V i bei konstanter Temperatur 1. Verbindet den Sensor mit Kanal 1 (CH1) des CBL2. Überprüft auch, ob das CBL2 mit dem TI-84 Plus verbunden ist. Zieht 10 ml Luft in die Spritze auf und verbindet dann Anschluss A des Schlauches mit der Spritze (fest, aber nicht zu fest, denn nach ganz fest kommt ganz lose ). Vergewissert Euch, dass die Verbindung luftdicht ist. Befestigt die andere Seite (B) des Schlauches am Sensor (fest, aber nicht zu fest). Ihr habt damit nun eine feste Menge Gas (Luft) während des Experimentes. Bittet einen Assistenten, Euren Aufbau abzunehmen Unterschrift / Kommentar des Assistenten: 2. Schaltet den TI-84 Plus (Taschenrechner) ein und drückt den [APPS] Knopf. Wählt die Option 4:DATAMATE, um die Anwendung zu starten. Einige Sekunden später sollte der unten abgebildete Bildschirm erscheinen (bittet einen Assistenten, Euch zu helfen, falls dies nicht geschieht) 9

10 Überzeugt Euch davon, dass folgende Dinge auf dem Schirm zu sehen sind: a. CH1: PRESS (KPA) Anfänglich muss der Druck dem Atmosphärendruck entsprechen. b. MODE : EVENTS WITH ENTRY (bittet einen Assistenten, Euch zu helfen, falls dies nicht geschieht) Euer Versuchsaufbau ist nun für die Datenaufnahme bereit. 3. Wählt Option 2 : START (eine orangenes LED-Lämpchen blinkt oben an dem CBL2-Interface) Ihr benötigt mindestens 10 Messungen. Führt keine Messung außerhalb des Messbereichs des Sensors durch (0 200 kpa). a. Zieht den Kolben auf 15 ml oder mehr. b. Haltet die Position des Kolbens in der Spritze. c. Drückt [ENTER], um die Daten des Sensors zu speichern (in diesem Moment wird der Druck gemessen). d. Gebt nun das Volumen (in ml) ein, wie es von der Skala der Spritze abzulesen ist und drückt [ENTER], um weiterzumachen. e. Die Daten für die nächste Druckmessung werden angezeigt und ändern sich, wenn Ihr das Volumen in der Spritze verändert. Stellt den Kolben auf ein anderes Volumen ein und haltet ihn fest! f. Drückt [ENTER], um die Daten des Sensors zu speichern (in diesem Moment wird der Druck gemessen). g. Gebt wiederum das Volumen (in ml) ein, wie es von der Skala der Spritze abzulesen ist und drückt [ENTER], um weiterzumachen. (Der zuvor eingegebene Wert erscheint unten auf dem Bildschirm.) h. Die Punkte, die auf dem Bildschirm erscheinen, bauen sich zu einem Graphen der bisherigen Messungen auf. i. Wiederholt den Vorgang wie in e. f. und g. beschrieben. Ihr braucht mindestens 10 Messungen. Führt keine Messung außerhalb des Messbereichs des Sensors durch (0 200 kpa). j. Drückt [STO], um den Messvorgang zu beenden. k. Beantwortet folgende Fragen zum Graphen auf dem Bildschirm: Welche Größe ist auf der x-achse aufgetragen?. Einheit. Welche Größe ist auf der y-achse aufgetragen?. Einheit. 10

11 l. Drückt [ENTER], um zum folgenden Bildschirm zurückzukehren. m. Drückt [6], um den Vorgang zu beenden. n. Die nächste Bildschirmanzeige zeigt an, wo die Daten gespeichert wurden. EVENTS IN L1 bedeutet, dass die eingegebenen Volumina in der Liste L1 zu finden sind. CH1 IN L2 bedeutet, dass die gemessenen Daten des Drucksensors in der Liste L2 zu finden sind (falls der Sensor an Kanal 1 angeschlossen ist). o. Drückt [ENTER], um die Anwendung zu beenden. Jetzt könnt Ihr den TI-84 Plus auch als Taschenrechner benutzen. 11

12 4. Drückt [STAT] and wählt die Option 1:EDIT, um die Daten der Listen L1 und L2 anzusehen. Übertragt die Daten in die Tabelle. 5. Beschreibt die graphische Methode das interne Volumen (V i ) (des Sensors und des Schlauches) zu bestimmen und gebt in Euren Erklärungen die entsprechenden Gleichungen an. 12

13 6. Erstellt eine neue Liste in Eurer Tabelle mit dem TI-84 plus a. Wählt L3 auf dem Bildschirm mit den Datenlisten durch Bewegen des Cursors an diese Stelle und drücken von [ENTER] b. Unten könnt Ihr dort eine Formel (L3=.... ) eingeben; Falls Ihr dazu die Daten der Listen L1 und L2 benötigt könnt Ihr Sie durch [2ND] [1] oder [2ND] [2] abrufen. c. Fügt Eurer obigen Tabelle eine weitere Spalte hinzu und tragt die bestimmten Daten ein. BITTET EINEN ASSISTENTEN EURE DATEN IN EINEM COMPUTER ZU SPEICHERN Unterschrift / Kommentar des Assistenten: 7. Zeichnet den entsprechenden Graphen und markiert mit einem Pfeil auf dem mm-papier, an welcher Stelle / welchen Stellen Ihr das interne Volumen bestimmt habt. (Ihr könnt mehr Papier bekommen, falls notwendig) 8. Ergebnis: das interne Volumen beträgt (in ml): V i = ml 13

14 Teilaufgabe B: Bestimmung des Volumens des roten Objekts V x (Simulation eines Huhnes) bei konstanter Temperatur 1. Löst den Schlauch und zieht den Kolben heraus. 2. Legt das Objekt in die Spritze ein und verschließt diese wieder mit dem Kolben. (Die Position des Kolbens sollte zwischen den Markierungen für 10 ml und 20 ml auf der Skala der Spritze liegen.) 3. Befestigt den Schlauch wieder. Jetzt könnt Ihr mit dem Experiment beginnen. 4. Drückt den [APPS] Knopf und wählt die Option 4:DataMate um die Anwendung zu starten. Einige Sekunden später sollte die unten abgebildete Anzeige erscheinen. (wenn nicht fragt einen Assistenten um Hilfe beim Starten der Anwendung) An diesem Punkt könnt Ihr Euch eine von zwei Vorgehensweisen auswählen: * Entweder lest Ihr lediglich die Werte für den Druck ab, wie sie oben rechts auf dem Bildschirm angezeigt werden und notiert diese Daten unten (dafür solltet Ihr nicht auf 2 zum Start der Datenaufnahme drücken.) * Oder beginnt das Vorgehen wie in Teilaufgabe A, Abschnitt 3 angegeben. Die neuen Daten werden in den Listen L1 und L2 gespeichert (die vorher erhobenen Daten in L1 und L2 werden überschrieben, aber in den anderen Listen bleiben die Ergebnisse Eurer vorherigen Messungen erhalten.) Führt nun die Messungen durch. Führt keine Messung außerhalb des Messbereichs des Sensors durch (0 200 kpa). 14

15 Tragt alle Messwerte in die Tabelle ein. Ermittelt das Volumen des roten Objekts so genau wie möglich. 5. Erläutert Eure Berechnung des Volumens des Objekts. Notiert die mathematischen Gleichungen in allen Schritten auf diesem Blatt (notfalls auf der Rückseite). 6. Ergebnis (auf eine Stelle hinter dem Komma genau): Volumen (in ml): V x = ml 15