Praxis Angabe

Face your challenge,
Be smart
Praktische Prüfung
18. JULI 2013
MOSKAU, RUSSLAND
24725 Zeichen
Allgemeine Hinweise


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
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


Sicherheitsregeln: Befolgen Sie die Sicherheitsregeln, wie sie in den Preparatory Problems
beschrieben sind. Essen und Trinken ist im Labor nicht erlaubt.
Missachtung der Sicherheitsregeln: Sie werden einmal verwarnt, danach disqualifiziert.
Aufgaben-Antwortbogen: 25 Seiten (inkl. Deckblatt und Periodensystem der Elemente) mit 3
Problemen. Beginnen Sie mit Problem 1.
Zeit: 5 Stunden; zusätzlich 15 Minuten zum Lesen vor Beginn. Sie werden informiert, sobald die
Prüfung noch 30 Minuten dauert.
Student Code: Schreiben Sie ihn auf jede Seite.
Antworten: Es werden nur die Antworten innerhalb der Antwortboxen bewertet. Relevante
Berechnungen müssen gezeigt werden.
Verwenden Sie nur den zur Verfügung gestellten Stift, Bleistift und Taschenrechner.
Bürette: Lesen Sie sie so genau wie möglich ab.
Zusätzliche Chemikalien: Fragen Sie Ihren Laborassistenten, falls benötigt. Dafür gibt es keinen
Punktabzug, ausser für: Zusätzlichen Aldehyd, 2,4-Dinitrophenylhydrazin, 50 mL HCL, EDTA
Titriermittel oder Polymerlösung: Jeweils ein Strafpunkt.
Achtung! Zerbrochene Viskosimeter werden nicht ersetzt!
Bei Fragen bezüglich Sicherheit, Geräte, Chemikalien und WC-Pause: Fragen Sie Ihren
Laborassistenten.
Chemikalienabfall: Nur im mit „WASTE“ beschrifteten 800 mL Becherglas entsorgen.
Die Offizielle Englische Version ist auf Verlangen bei Unklarheiten verfügbar. Fragen Sie Ihren
Laborassistenten.
Nach dem Stoppsignal: Legen Sie Ihren Aufgaben-Antwortbogen und sämtliches Millimeterpapier
in den Umschlag (nicht verschliessen) und lassen Sie diesen auf Ihrem Tisch liegen.
Sie müssen Ihre Arbeit unmittelbar nach dem Stoppsignal beenden. Bei mehr als 5 Minuten
Verzug wird die zuletzt bearbeitete Aufgabe mit null Punkten bewertet.
Während der Praktischen Prüfung sollen einige Glas- und Plastikwaren mehrfach verwendet
werden. Reinigen Sie sie sorgfältig.
2
Chemikalienliste
Chemikalie
Menge
Gefäss
Beschriftung
Problem 1
Je 200 mg,
Gläschen mit
2,42,4-Dinitrophenylhydrazin
2 Gläschen
Schraubverschluss
dinitrophenylhydrazine
Je 1 mL,
Plastikröhrchen mit
Schwefelsäure, konzentriert
H2SO4 concentrated
2 Röhrchen
Schraubverschluss
Je 4 mL,
30 mL Fläschchen
Aldehyde 1 und
Aldehydlösung, 1 mmol in Ethanol
2 Fläschchen
mit Glasstopfen
Aldehyde 2
Fläschchen mit
Ethanol
30 mL
Ethanol
Glasstopfen
NaOH-Lösung
60 mL Fläschchen
27 mL
NaOH 2M
(verwendet in Aufgabe 1 und 2)
mit Glasstopfen
Braunglas Gläschen
Aceton
30 mL
mit
Acetone
Schraubverschluss
Problem 2
125 mL Fläschchen
EDTA, 0,0443 M* Standardlösung
70 mL
EDTA 0.05M
mit Glasstopfen
125 mL Fläschchen
HCl, 0,0535 M* Standardlösung
70 mL
HCl
mit Glasstopfen
Methylorange, 0,1% in Wasser
25 mL
Tropfflasche
Methyl orange
Murexid-Indikator, fest, Mischung mit in 10 mL
Gläschen mit
Murexide
NaCl (1:250 Massenverhältnis)
Gläschen
Schraubverschluss
Wasserprobe
500 mL
0,5 L Plastikgefäss
Water sample
Problem 3
Braunglas Gläschen
Je 40 mL,
Polyvinylalkohol
mit
P1, P2, P3, P4 und X
5 Gläschen
Schraubverschluss
In allen Aufgaben benötigt
Destilliertes Wasser
500 mL
Plastikspritzflasche
H2O
Für alle Schüler auf dem Gemeinschaftstisch
Natriumhydrogencarbonat
800 mL
800 mL Becherglas
NaHCO3
Sicherheit
H228, H302
H314
H319 und
H302
H225
H314
H225, H319,
H336
H319
H314, H335
H301
*Die auf der Beschriftung angegebene Konzentration ist nicht präzise. Der exakte Wert ist in der Tabelle vermerkt.
3
Glaswaren und Ausstattung
Gegenstand
Menge
Am Arbeitsplatz
5 mL Plastikröhrchen mit Schraubverschluss, Beschriftung: „1“ und Student Code
5 mL Plastikröhrchen mit Schraubverschluss, Beschriftung: „2“ und Student Code
Stativ
50 mL Becherglas
25 mL Becherglas
25 oder 50 mL Becherglas
Magnetrührer
Magnetrührstab
Glasfilter
Adapter
50 mL Rundkolben
Wasserstrahlpumpe
2 mL Pipette
5 mL Pipette
Pipettierhilfe
Spatel
500 mL Plastikspritzflasche
800 mL Becherglas für Abfall („Waste“)
10 mL Messzylinder
Filterpapier, rund
Schere
Filterpapier
Glasstab
pH Indikatorpapier (im Plastikbeutel)
Viskosimeter
Stoppuhr
30 mL Saugball
Lineal
Filzstift
25 mL Bürette
25 mL Pipette
Plastiktrichter
Erlenmeyerkolben
Teststreifen zur Bestimmung der Gesamtmenge gelöster Feststoffe (im Plastikbeutel)
Papiertüchlein (am Rand des Arbeitsplatzes, wird von 3 Teilnehmern geteilt)
Plastikkorb
Millimeterpapier
pH Skala (im Plastikbeutel)
Auf dem Gemeinschaftstisch
Filterpapier, rund
Filterpapier
Handschuhe
Waagen
Flasche, beschriftet mit „H2O dist.“
Thermometer, eingetaucht in H2O
100 mL Messzylinder
pH-Meter
*Bei Bedarf, finden Sie weiteres Filterpapier auf dem Gemeinschaftstisch
4
1
1
1
2
2
1
1
2
2
1
1
1
2
2
1
2
1
1
1
2
1
2
1
3
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1 Packung
1
4 Bögen
1
Problem
1
Studentencode________
Aufgabe
1
2
3
4
5
Total
Teilpunkte
3,5
1,5
1
3
35
44
Problem 1. Synthese von 2,4-Dinitrophenylhydrazonen (13% der Gesamtpunkte)
Hydrazone gehören zur Klasse der Imine. Diese enthalten eine Stickstoff-StickstoffEinfachbindung benachbart zu einer Kohlenstoff-Stickstoff-Doppelbindung. Hydrazone
entstehen, wenn ein Hydrazin mit einer NH2-Gruppe unter geeigneten Bedingungen mit
Aldehyden oder Ketonen reagiert. Hydrazon-Derivate von Carbonylverbindungen sind oft
stabil, kristallin und intensiv gefärbt, daher werden Sie zur Identifizierung von Aldehyden und
Ketonen verwendet.
In dieser Aufgabe müssen Sie zwei substituierte Benzaldehyde (siehe unten) identifizieren,
indem Sie deren Reaktionsprodukte mit 2,4-Dinitrophenylhydrazin untersuchen.
O
O
CH3
O
O
H3C
OH
Arbeitsvorschrift zur Herstellung von 2,4-Dinitrophenylhydrazonen
Achtung! Führen Sie die beiden Synthesen nicht gleichzeitig aus, sonst könnte ein
Becherglas vom Magnetrührer fallen, und Sie könnten Ihre Reaktionsmischung verlieren.
Geben Sie einen Magnetrührstab in ein 50 mL Becherglas.
Fixieren Sie das Becherglas auf dem Magnetrührer mit dem Metallring am Stativ.
Überführen Sie den Inhalt eines Gläschens (enthält 200 mg 2,4-Dinitrophenylhydrazin) in das
Becherglas und beginnen Sie vorsichtig zu Rühren
Nur unter Aufsicht des Laborassistenten: Gießen Sie vorsichtig den Inhalt eines PlastikRöhrchens konzentrierter Schwefelsäure (1 mL) auf den Feststoff.
Geben Sie mit Hilfe von Pipetten 1,6 mL Wasser und 4 mL Ethanol zur Reaktionsmischung.
Geben Sie dann mit einer Pipette tropfenweise den Inhalt einer Aldehyd-Lösung zu (entweder
“Aldehyd 1” oder “Aldehyd 2”, enthält jeweils 1,00 mmol Aldehyd). Es entsteht sofort ein
gefärbter Niederschlag. Rühren Sie die Mischung 10 Minuten lang nach, geben Sie dann 10 mL
Wasser zu und rühren Sie weitere 3 Minuten.
Isolierung und Reinigung des Produktes
Schneiden Sie mit Hilfe einer Schere ein kreisrundes Filterpapier so zu, dass der Durchmesser
ca. 1 cm größer ist als der Durchmesser der Glasfritte. Geben Sie das Filterpapier in die
Glasfritte und befeuchten Sie es mit Wasser. Das Filterpapier sollte fest und dicht anliegen.
Hinweis: Sie können ggf. weitere Filterpapiere vom Gemeinschaftstisch nehmen und
ausschneiden.
5
Problem
1
Studentencode________
Aufgabe
1
2
3
4
5
Total
Teilpunkte
3,5
1,5
1
3
35
44
Bauen Sie ihre Filtrationsapparatur zusammen, entfernen Sie den Magnetrührstab aus dem
Becherglas (mit Hilfe eines Spatels) und überführen Sie das Reaktionsprodukt auf den Filter.
Drehen Sie die Wasserstrahlpumpe auf (Bitten Sie bei Schwierigkeiten ggf. den
Laborassistenten um Hilfe) und filtrieren Sie den Niederschlag.
Geben Sie eine kleine Menge Wasser in das Becherglas um restliches Produkt auf den Filter zu
überführen.
Waschen Sie den Feststoff auf dem Filter mit Wasser, bis der pH-Wert des Waschwassers
neutral ist. (Entleeren Sie den Rundkolben ggf. in das “WASTE”-Gefäß).
Waschen Sie anschließend den Niederschlag zweimal mit Ethanol. Verwenden Sie pro EthanolWäsche nicht mehr als 3 mL (Hinweis: Hydrazone sind in Ethanol etwas löslich). Saugen Sie
das Produkt trocken. Lockern Sie von Zeit zu Zeit mit Hilfe des Glasstabes den Filterkuchen auf
und drücken Sie ihn wieder fest an.
Überführen Sie nach ca. 20-30 Minuten das getrocknete Produkt vorsichtig eine selbst gefaltete
Filterpapierbox zur weiteren Trocknung an der Luft. Stellen Sie die Papierbox mit ihrem
Produkt an einen sicheren Ort (z. B. in das Regal).
Stellen Sie die Wasserstrahlpumpe ab wenn Sie sie nicht benötigen! Wiegen Sie Ihre
Produkte, sobald diese trocken genug sind (um Warteschlangen an der Waage zu vermeiden).
Überführen Sie ihre Produkte zur Abgabe in die vorgesehenen Plastikröhrchen (beschriftet mit
Ihrem Studentencode). Füllen Sie die unten stehende Antwortbox aus.
Hinweis: Ihre hergestellten Produkte werden durch das Laborpersonal weiter untersucht.
Wiederholen Sie die obige Vorschrift für den zweiten Aldehyd.
Plastik-Röhrchen 1
m(leeres Röhrchen)
_________ mg
Plastik-Röhrchen 2
m(leeres Röhrchen)
_________ mg
m(Röhrchen mit Produkt) __________ mg m(Röhrchen mit Produkt) __________ mg
m(Produkt)
__________ mg m(Produkt)
Lassen Sie sich ihre Wägevorgänge vom Laborassistenten abzeichnen!
Lab assistant signature _____________________________
6
__________ mg
Problem
1
Studentencode________
Aufgabe
1
2
3
4
5
Total
Teilpunkte
3,5
1,5
1
3
35
44
1.1. Zeichnen Sie die Strukturformeln von 2,4-Dinitrophenylhydrazin und den beiden
Produkten.
1.2. Welche Art von Stereoisomerie (falls überhaupt) ist für diese Hydrazone möglich?
Kreuzen Sie das entsprechende Kästchen an!
 R/S
 E/Z
 threo/erythro
 manno/gluco
 D/L
2.1.
Was ist die Funktion von Schwefelsäure bei der
Dinitrophenylhydrazonen? Kreuzen Sie das entsprechende Kästchen an!
 stöchiometrisches Reagenz
 Reduktionsmittel
Bildung
von
2,4-
 Katalysator
 Oxidationsmittel
2.2. Wie würde sich die Reaktionsgeschwindigkeit ändern, wenn die Reaktion in neutralem
Medium durchgeführt würde? Kreuzen Sie das entsprechende Kästchen an!
 starke Erhöhung
 geringfügige Erhöhung
 unverändert
 die Reaktion würde sehr langsam ablaufen
2.3. Wie würde sich die Reaktionsgeschwindigkeit ändern, wenn die Reaktion in alkalischem
Medium durchgeführt würde? Kreuzen Sie das entsprechende Kästchen an!
 starke Erhöhung
 geringfügige Erhöhung
 unverändert
 die Reaktion würde nicht ablaufen
7
Problem
1
Studentencode________
Aufgabe
1
2
3
4
5
Total
Teilpunkte
3,5
1,5
1
3
35
44
Charakterisierung
Geben Sie von beiden Produkten jeweils eine kleine Menge (“Spatelspitze”) in jeweils ein
25 mL Becherglas. Geben Sie jeweils 10 mL Aceton zu.
Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn die Farbe und Farbintensität der
entstehenden Lösungen in beiden Bechergläsern ähnlich gelb sind. Geben Sie 5 mL
NaHCO3 Lösung in jedes Becherglas. Rühren Sie die beiden Lösungen mit dem Glasstab um
(verwenden Sie hierbei beide Enden des Glasstabes).
3.1. Welche Farbänderungen beobachten Sie? Kreuzen Sie das entsprechende Kästchen an!
 Keine Farbänderung in beiden Bechergläsern
 Deutliche Farbänderung in beiden Bechergläsern
 Deutliche Farbänderung nur in einem Becherglas
Geben Sie nun 2 mL NaOH Lösung in jedes Becherglas (Lösung die in 3.1 erhalten wurde).
Rühren Sie die beiden Lösungen mit dem Glasstab um.
3.2. Welche Farbänderungen beobachten Sie? Kreuzen Sie das entsprechende Kästchen an!
 Keine Farbänderung in beiden Bechergläsern
 Deutliche Farbänderung in beiden Bechergläsern
 Deutliche Farbänderung nur in einem Becherglas
4.1. Welcher Strukturteil im Produkt erklärt den Farbwechsel bei Zugabe von NaHCO3?
Kreuzen Sie das entsprechende Kästchen an!
 Anwesenheit einer MeO-Gruppe in 4-Stellung im Benzen-Ring;
 Anwesenheit einer MeO-Gruppe in 3-Stellung im Benzen-Ring;
 Anwesenheit einer OH-Gruppe in 4-Stellung im Benzen-Ring;
 Anwesenheit von MeO- und OH-Gruppen.
4.2. Welcher der angegebenen Reaktionstypen ist für den Farbwechsel bei Zugabe von NaOHLösung zu den 2,4-Dinitrophenylhydrazonen verantwortlich? Kreuzen Sie das entsprechende
Kästchen an!
 alkalische Hydrolyse
 Deprotonierung
 Dehydratation
 Dehydrierung
8
 Hydratation
Problem
1
Studentencode________
Aufgabe
1
2
3
4
5
Total
Teilpunkte
3,5
1,5
1
3
35
44
4.3. Zeichnen Sie die Strukturformeln der hauptsächlich vorliegenden organischen Spezies in
beiden Charakterisierungs-Tests.
Verwendeter Aldehyd:
Verwendeter Aldehyd:
O
O
CH3
O
O
H3C
OH
Zugabe von NaHCO3
Zugabe von NaHCO3
Zugabe von NaOH
Zugabe von NaOH
9
Problem
1
Studentencode________
Aufgabe
1
2
3
4
5
Total
Teilpunkte
3,5
1,5
1
3
35
44
5. Ordnen Sie die Nummern 1 oder 2 den jeweiligen Strukturen zu! Berechnen Sie die Ausbeute
beider Hydrazonsynthesen in % der Theorie.
O
O
CH3
O
O
H3C
OH
Nummer:_____________
Nummer:_____________
Ausbeuteberechnung:
Ausbeuteberechnung:
Ausbeuten:
Nummer 1_________________ %
Nummer 2________________ %
Replacement or extra chemicals
(Zusätzlich benötigte
Chemikalien)
______________________
______________________
______________________
Lab assistant signature
(Unterschrift des
Laborassistenten)
_____________________
_____________________
_____________________
10
Penalty (Strafpunkte)
__________
__________
__________
Problem
2
Studentencode
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Total
_______
Teilpunkte
27
0
5
25
0
4
8
1
9
79
Problem 2. Bestimmung des Langelier Sättigungsindex von Schwimmbadwasser
(12% der Gesamtpunkte)
Der Langlier Sättigungsindex (LI) ist ein Maß für die Korrosivität von Schwimmbadwasser
sowie für dessen Fähigkeit Calciumcarbonat aufzulösen oder abzuscheiden. Ist der LI nahe null,
wird das Wasser als „ausbalanciert“ betrachtet. Ist LI positiv, tendiert das Wasser dazu,
Calciumcarbonat abzuscheiden und Ablagerungen zu bilden. Ist LI negativ, ist das Wasser
korrosiv und löst Calciumcarbonat. Der LI ist eine Kombination physikalischer Messwerte
(abzulesen aus Tabelle 1) und kann nach folgender Formel berechnet werden:
LI = pH + FT + FD + FA – FTDS
-0,8
-0,4
Gefahr der
Korrosion
Aggressiv,
Korrosion
metallischer Teile
etc.
-0,1
Akzeptable
Balance
0
0,1
Sehr gute
Balance
0,4
Akzeptable
Balance
pH :
pH-Wert
FT :
Temperaturfaktor
FD :
Faktor für Calciumhärte (Calcium hardness, CH)
FA :
Faktor für Gesamtalkalinität (Total alkalinity, TA)
FTDS :
0,8
Bildung von
Ablagerungen
Gefahr der
Bildung von
Ablagerungen
Faktor für Gesamtmenge gelöster Feststoffe (Total dissolved solids, TDS)
Tabelle 1. Messwerte und entsprechende Faktoren
FT
Calciumhärte
(CH),
mg/L CaCO3
FD
Gesamtalkalinität (TA),
mg/L CaCO3
FA
0
0,0
5
0,3
5
0,7
0
12,0
3
0,1
25
1,0
25
1,4
-
-
8
0,2
50
1,3
50
1,7
1000
12,1
12
0,3
75
1,5
75
1,9
-
-
16
0,4
100
1,6
100
2,0
2000
12,2
19
0,5
150
1,8
125
2,1
-
-
24
0,6
200
1,9
150
2,2
3000
12,25
29
0,7
250
2,0
200
2,3
-
-
34
0,8
300
2,1
300
2,5
4000
12,3
41
0,9
400
2,2
400
2,6
-
-
53
1,0
600
2,35
800
2,9
5000
12,35
-
-
800
2,5
1000
3,0
-
-
-
-
1000
2,6
-
-
6000
12,4
Temperatur,
о
С
11
Gesamtmenge gel.
Feststoffe (TDS), FTDS
mg/L NaCl
Problem
2
Studentencode
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Total
_______
Teilpunkte
27
0
5
25
0
4
8
1
9
79
In dieser Aufgabe werden Sie den LI-Wert einer ausgegebenen Wasserprobe bestimmen.
Beachten Sie, dass die Härte durch die Konzentration einer äquivalenten CaCO3-Lösung
(angegeben in mg/L) ausgedrückt wird. Die Gesamtalkalinität entspricht der Gesamtmenge an
Carbonat und Hydrogencarbonat und wird ebenfalls in mg/L CaCO 3 angegeben. TDS wird in
eine NaCl-Konzentration (mg/L) umgerechnet.
Arbeitsvorschriften
Die Calciumhärte wird durch komplexometrische Titration mit EDTA (Na2H2Y) bestimmt.
Diese wird in stark basischer Lösung durchgeführt, um Magnesium zu maskieren. Große
Mengen Mg2+ stören jedoch wegen der Mitfällung von Calcium mit Mg(OH)2. Der
Komplexindikator kann ebenfalls an Mg(OH)2 adsorbiert werden, was die Beobachtung des
Farbumschlags erschweren würde. Deshalb sollte die Titration unmittelbar nach der Zugabe der
Base erfolgen, um die Abscheidung von CaCO3 zu vermeiden.
1.1. Geben Sie die Gleichung für die Reaktion bei der Titration mit Na2H2Y an:
Arbeitsvorschrift für die Calciumbestimmung
a)
b)
c)
d)
Füllen Sie die EDTA-Standardlösung (exakte Konzentration 0,0443 M) in die Bürette.
Pipettieren Sie ein 20mL-Aliquot der Wasserprobe in einen Erlenmeyerkolben.
Fügen Sie mittels des 10mL-Messzylinders 3 mL der 2M NaOH-Lösung hinzu.
Setzen Sie mit dem Spatel Murexid-Indikator gerade so zu, dass die Lösung eine erkennbare
Rosafärbung aufweist.
e) Titrieren Sie die Mischung binnen weniger Minuten mit EDTA bis zum Umschlag von rosa
nach violett.
1.2. Füllen Sie Tabelle 2 aus.
Tabelle 2
Titrationsnr.
Calciumtitration
Startwert an der Bürette, mL
Endwert an der Bürette, mL
Verbrauchtes Volumen, mL
Titrationsvolumen: ________ mL
12
Problem
2
Studentencode
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Total
_______
Teilpunkte
27
0
5
25
0
4
8
1
9
79
2. Berechnen Sie die Härte der Wasserprobe in mg/L CaCO3. Tragen Sie die Ergebnisse in
Tabelle 4 ein (siehe Aufgabenteil 7).
Ihre Berechnung:
Bestimmung des pH-Wertes. Begeben Sie sich zu einem pH-Meter im Labor. Fragen Sie
nötigenfalls Ihren Laborassistenten.
a) Geben Sie etwa 70-90 mL der Wasserprobe in einen sauberen Erlenmeyerkolben.
b) Entfernen Sie die Schutzkappe vom pH-Meter (Stellen Sie die Kappe aufrecht, da sie eine
Lösung enthält).
c) Spülen Sie die Elektrode mit destilliertem Wasser aus einer Spritzflasche.
d) Schalten Sie das pH-Meter ein (ON/OFF Schiebeschalter).
e) Tauchen Sie das Messgerät in die zu testende Lösung und schwenken Sie zur
Durchmischung den Kolben leicht.
f) Stellen Sie den Kolben auf den Tisch und warten Sie bis sich der Messwert stabilisiert hat
(nicht länger als 1 min).
g) Notieren Sie den pH-Wert.
h) Schalten Sie das Gerät aus, spülen Sie die Elektrode mit destilliertem Wasser und setzen
Sie die Schutzkappe auf. Reichen Sie das Gerät gegebenenfalls weiter an den nächsten
Teilnehmer.
3.1. Tragen Sie den pH-Wert in Tabelle 4 ein (siehe Aufgabenteil 7).
3.2. Welche Form der Kohlensäure liegt in Ihrer Wasserprobe hauptsächlich vor? Entscheiden
Sie anhand einer Berechnung und kreuzen Sie ein Kästchen an.
Anmerkung: Die Dissoziationskonstanten von Kohlensäure sind: K1 = 4,5·10–7; K2 = 4,8·10–11.
Ihre Berechnung:
 Carbonat
 Hydrogencarbonat  Kohlensäure
13
Problem
2
Studentencode
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Total
_______
Teilpunkte
27
0
5
25
0
4
8
1
9
79
3.3. Geben Sie für die vorherrschende Reaktion bei der Titration der Wasserprobe mit HCl die
Ionengleichung an.
Zur Bestimmung der Gesamtalkalinität wird die Wasserprobe bis zu H2CO3 titriert. Als
Säure-Base-Indikator wird Methylorange verwendet, dessen Farbumschlag von gelb nach
orange bei einem pH-Wert von etwa 4,5 beginnt.
a) Spülen Sie die Bürette mit destilliertem Wasser und füllen Sie sie mit der HClStandardlösung (exakte Konzentration 0,0535 M).
b) Pipettieren Sie ein Aliquot von 50,0 mL der Wasserprobe in einen Erlenmeyerkolben und
fügen Sie 3 Tropfen der Methylorangelösung hinzu.
c) Ist die Lösung bereits vor der Zugabe von Säure orange, so ist die Gesamtalkalinität null. Ist
die Lösung gelb, titrieren Sie mit der Säurestandardlösung bis zum ersten erkennbaren
Farbwechsel nach orange. Notieren Sie den Verbrauch an Säurelösung.
4.1. Füllen Sie Tabelle 3 aus.
Tabelle 3
Titrationsnr.
Bestimmung der Alkalinität
Startwert an der Bürette, mL
Endwert an der Bürette, mL
Verbrauchtes Volumen, mL
Titrationsvolumen: _________ mL
4.2. Berechnen Sie die Gesamtalkalinität (in mg/L CaCO3). Tragen Sie das Ergebnis in
Tabelle 4 ein (siehe Aufgabenteil 7).
Ihre Berechnung:
14
Problem
2
Studentencode
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Total
_______
Teilpunkte
27
0
5
25
0
4
8
1
9
79
5. Temperaturmessung. Lesen Sie das Thermometer auf dem Gemeinschaftstisch („table of
common use“) ab und tragen Sie den Wert in Tabelle 4 ein (siehe Aufgabenteil 7).
6. TDS-Bestimmung der Wasserprobe mittels Teststreifen.
a) Füllen Sie ein Becherglas etwa 3 cm hoch mit der Wasserprobe. Tauchen Sie den
Teststreifen in das Wasser. Stellen Sie sicher, dass die gelbe Linie im oberen Teil des
Streifens die Flüssigkeit nicht berührt.
b) Warten Sie 3-4 Minuten bis die gelbe Linie vollständig braun geworden ist. Lesen Sie
gemäß untenstehender Abbildung auf eine Dezimalstelle genau ab.
c) Notieren Sie den abgelesenen Wert:
d) Ermitteln Sie die TDS-Konzentration in mg/L NaCl mittels der Tabelle im rechten Teil der
Abbildung.
e) Tragen Sie die NaCl-Konzentration in Tabelle 4 ein (siehe Aufgabenteil 7).
Skala
(„Reading”)
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
4,2
4,4
4,6
4,8
5,0
15
NaCl
mg/L
360
370
420
430
470
530
590
660
730
800
880
960
1050
1140
1240
1340
1450
1570
1700
Problem
2
Studentencode
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Total
_______
Teilpunkte
27
0
5
25
0
4
8
1
9
79
7. Füllen Sie alle freien Zellen in Tabelle 4 aus. Berechnen Sie den Wert für LI und tragen Sie
das Ergebnis in Tabelle 4 ein. Verwenden Sie dabei die Faktoren mit zwei Dezimalstellen.
Ihre Berechnung:
Tabelle 4. LI-Berechnung für die Wasserprobe
Nummer der Wasserprobe ______
CH,
TA,
T, C
mg/L CaCO3 mg/L CaCO3
pH
TDS,
mg/L NaCl
LI
FD
FA
FT
FTDS
Theoretische Fragestellungen – Korrektur der Wasserbalance.
Wenn LI von null signifikant abweicht, ist es nötig ihn auf null einzustellen.
Stellen Sie sich vor, Sie erhalten eine Probe von Schwimmbadwasser. Die Ergebnisse einer
Analyse, wie Sie sie durchgeführt haben, seien: CH = 550 mg/L, FD = 2,31, TA = 180 mg/L,
FA = 2,26, T = 24˚C, FT = 0,6; TDS = 1000 mg/L , FTDS = 12,1, pH = 7,9, LI = 0,97.
16
Problem
2
Studentencode
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Total
_______
Teilpunkte
27
0
5
25
0
4
8
1
9
79
Ein Pooltechniker versetzt je 200 mL dieser Wasserprobe mit 10 mL einer der folgenden
0,0100 M Reagenzlösungen: NaHCO3, NaOH, NaHSO4, CaCl2, EDTA (Dinatriumsalzdihydrat)
oder HCl (ein Reagenz für eine Probe).
8. Entscheiden Sie, ob sich CaSO4 bei Zusatz von NaHSO4 abscheidet.
Anmerkung: Das Löslichkeitsprodukt von CaSO4 beträgt 5·10–5. Nehmen Sie an, dass bei keiner
der genannten Reagenzzugaben ein CaCO3-Niederschlag auftritt.
Ihre Berechnung:
Antwort: Ja □
Nein
□
9. Tragen Sie in Tabelle 5 die Trends der Änderungen, die nach Zugabe eines jeden Reagenzes
zu dieser speziellen Wasserprobe auftreten, ein. Schreiben Sie „+” für Zunahme, „–“ für
Abnahme, und „0” für Konstanz des entsprechenden Faktors.
Tabelle 5
Reagenz
pH
FA
FD
FTDS
LI
NaHCO3
NaOH
NaHSO4
CaCl2
Na2H2Y
HCl
Replacement or extra chemicals
(Zusätzlich benötigte
Chemikalien)
______________________
______________________
______________________
Lab assistant signature
(Unterschrift des
Laborassistenten)
_____________________
_____________________
_____________________
17
Penalty (Strafpunkte)
__________
__________
__________
Problem
3
Studentencode
________
Aufgabe
Teilpunkte
1
2 3
4
5
6
7
8
9
Total
3
2 0
27,5
5
0
19,5
4
1
62
Problem 3. Bestimmung der Molekülmasse durch Viskosimetrie
(15 % der Gesamtpunkte)
Der Viskositätskoeffizient ist ein Maß für den Fließwiderstand einer Flüssigkeit.
Er kann durch Messung der Fließgeschwindigkeit durch eine dünne Kapillare bestimmt werden.
Die Viskosität einer Polymerlösung steigt mit zunehmender Konzentration. Lässt man die
Konzentration gleich, dann wirkt sich eine stärkere Lösungsmittel-Polymer-Wechselwirkung
unter Entstehung stärker entfalteter Polymermoleküle aus und daher steigt die Viskosität.
Unter der Annahme, dass die Dichten der verdünnten Lösung und des Lösungsmittels gleich
sind, ist die reduzierte Viskosität ηred der Polymerlösung mit der Konzentration c (g/mL) wie
folgt definiert:
t  t0
[ mL / g ] ,
 red 
t0  c
dabei sind t und t0 die Fließzeiten der Lösung bzw. des Lösungsmittel.
Die reduzierte Viskosität einer Polymerlösung hängt von der Konzentration ab:
 red (c)     k  c
k ist ein Parameter mit der Einheit (mL2/g2) und [η] die intrinsische Viskosität (mL/g). Die
intrinsische Viskosität [η] erhält man durch Extrapolation der reduzierten Viskosität auf die
Polymerkonzentration 0 g/mL. Die intrinsische Viskosität hängt über die Mark-Kuhn-HouwinkGleichung von der Molekülmasse M des Polymers ab:
   K  M 
K und α sind Konstanten für eine bestimmte Kombination Lösungsmittel und Polymer bei einer
bestimmten Temperatur.
Daher kann M aus dem experimentell bestimmten [η] und Literaturdaten für K und α ermittelt
werden.
Wie man das Viskosimeter benutzt:
1 – Auffanggefäß
2, 3 – Viskosimeterrohre
4 – Messgefäß
5 – Sicherheitsgefäß
6 – Ablesemarken
7 - Kapillare
18
Problem
3
Studentencode
________
Aufgabe
Teilpunkte
1
2 3
4
5
6
7
8
9
Total
3
2 0
27,5
5
0
19,5
4
1
62
a) Befestigen Sie das Viskosimeter so, dass das Viskosimeterrohr (3) senkrecht ist und das
Auffanggefäß (1) auf der Stativplatte steht. Fixieren Sie die Klemme so tief wie möglich.
b) Füllen Sie 10 mL der zu analysierenden Lösung mit einer Pipette durch das
Viskosimeterrohr (2) in das Auffanggefäß (1).
c) Setzen Sie die Pipettierhilfe oder den Saugball auf das Viskosimeterrohr (3) und saugen Sie
die Flüssigkeit in das Messgefäß (4) und darüber hinaus auch etwas in das Sicherheitsgefäß
(5). Der Meniskus sollte etwa 10 mm über der oberen Ablesemarke (6) liegen. Achten Sie
darauf, dass keine Luftbläschen in der Kapillare (7) und den Gefäßen (4, 5) vorhanden sind,
da dies zu deutlichen Messfehlern führen kann.
d) Stellen Sie die Stoppuhr auf null. Entfernen Sie die Pipettierhilfe bzw. den Saugball vom
Viskosimeterrohr (3). Die Flüssigkeit fließt jetzt in das Auffanggefäß (1).
e) Messen Sie die Fließzeit: Starten Sie die Stoppuhr, wenn der Flüssigkeitsmeniskus die
obere Marke (6) erreicht und stoppen Sie sie, wenn er die untere Marke (6) passiert.
ACHTUNG: Gehen Sie mit dem Viskosimeter vorsichtig um!
Es gibt keinen Ersatz für ein zerbrochenes Viskosimeter!
Holen Sie den Laborassistenten, falls Sie es dennoch zerbrechen.
Sie können in diesem Fall versuchen, das Experiment mit der 25 mLPipette und einem Becherglas anstatt des Viskosimeters durchzuführen.
Bevor Sie eine neue Polymerlösung einfüllen reinigen Sie das Viskosimeter zuerst dreimal mit
Leitungswasser und dann einmal mit destilliertem Wasser. Es ist nicht notwendig das
Viskosimeter mit der neuen Polymerlösung zu spülen, da ein möglicher Messfehler
vernachlässigbar ist.
Sie müssen NICHT ALLE Felder der Tabelle in der Antwortbox ausfüllen. Führen Sie so viele
Messungen durch, wie Sie für nötig erachten, um einen genauen Mittelwert zu erhalten.
Arbeitsvorschrift
Es stehen Ihnen verschiedene wässrige Lösungen von Polymeren (0,01 g/mL, Stammlösungen)
zur Verfügung. Drei der vier Lösungen P1-P4 enthalten Polvinylalkohol, die vierte Lösung
enthält teilweise hydrolysiertes Polyvinylacetat, in dem etwa 10% der Einheiten nicht
hydrolysiert sind.
Sie wissen allerdings nicht, welche der Lösungen P1-P4 das teilweise hydrolysierte
Polyvinylacetat enthält. Die Polymeren in P1-P4 haben folgende Molekülmassen.
Mittlere Molekülmasse
26650
50850
65300
91900
Probennummer
P2
P1
P4
P3
Die Probe X enthält einen Polyvinylalkohol mit unbekannter Molekülmasse.
19
Problem
3
Aufgabe
Teilpunkte
Studentencode
________
1
2 3
4
5
6
7
8
9
Total
3
2 0
27,5
5
0
19,5
4
1
62
In dieser Aufgabe sollen Sie die Lösung des teilweise hydrolysierten Polyvinylacetats einer der
Proben P1-P4 zuordnen und die Molekülmasse des Polymers X bestimmen.
1. Vervollständigen Sie das Reaktionsschema der Polyvinylalkohol-Herstellung durch
Hydrolyse von Polyvinylacetat.
Reaktionsschema:
n
O
H2O, H+
O
2. Welches der Polymeren zeigt die stärkere Wechselwirkung mit Wasser? Kreuzen Sie die
richtige Antwort an.
Vergleichen Sie die Viskositäten der wässrigen Lösungen des vollständig und des teilweise
hydrolysierten Polyvinylacetats. Nehmen Sie dabei an, dass die Konzentrationen der
Lösungen und die Molekülmassen der Polymeren gleich sind.
Polyvinylalkohol
Teilweise hydrolysiertes Polyvinylacetat


Viskositätsvergleich:
 Polyvinylalkohol _____  teilweise hydrolysiertes Polyvinylacetat
(Alternativen: <, >, oder ≈)
3. Messen Sie die Fließzeiten des Lösungsmittels (destilliertes Wasser). Sie müssen nicht alle
Felder ausfüllen.
Gewählter Wert: ___________ s
4. Messen Sie die Fließzeiten der Polymerlösungen P1-P4 und von Lösung X. Berechnen sie die
reduzierten Viskositäten.
Sie müssen NICHT alle Felder der Tabelle in der Antwortbox ausfüllen. Führen Sie so viele
Messungen durch, wie Sie für nötig erachten, um einen genauen Mittelwert zu erhalten.
Probe→
P2 (26650)
P1 (50850)
P4 (65300)
20
P3 (91900)
X
Problem
3
Aufgabe
Teilpunkte
Studentencode
________
1
2 3
4
5
6
7
8
9
Total
3
2 0
27,5
5
0
19,5
4
1
62
Fließzeit, s
Gewählte
_____ s
Fließzeit:
Berechnungen:
Probe→
P2 (26650)
_____ s
_____ s
_____ s
_____ s
P1 (50850)
P4 (65300)
P3 (91900)
X
ηred, mL/g
5. Kreisen Sie die Lösung ein, die das teilweise hydrolysierte Polyvinylacetat enthält.
Hinweis: Beachten Sie die gegebenen Molekülmassen der Polymeren in P1-P4.
P1
VERWENDEN SIE
AUFGABENTEIL .
P2
DIESE
P3
POLYMERLÖSUNG
P4
NICHT
IM
NÄCHSTEN
6. Wählen Sie die zwei Polymerlösungen mit unterschiedlichen Molekülmassen (einkreisen),
die am besten geeignet sind, um die Parameter der Mark-Kuhn-Houwink-Gleichung und
somit die unbekannte Molekülmasse von X zu bestimmen. Nehmen Sie dabei an, dass der
Absolutfehler in der Bestimmung der intrinsischen Viskosität nicht von der Molekülmasse
abhängt.
P1
P2
P3
P4
7. Stellen Sie von Lösung X und den zwei von Ihnen gewählten Polymerlösungen von Punkt 6.
eine Serie von Verdünnungen her, indem Sie geeignete volumetrische Gefäße verwenden.
Messen Sie die Fließzeiten aller Lösungen und berechnen Sie die reduzierten Viskositäten.
Nehmen Sie bei Ihren Berechnungen an, dass die Dichten von Wasser und Lösungen gleich
sind.
Bestimmen Sie graphisch die intrinsischen Viskositäten der drei Proben. Geben Sie die
verwendeten Millimeterpapiere zusammen mit dem Aufgaben-Antwortbogen ab.
Hinweis: Verwenden Sie klar unterscheidbare Symbole für jeden Datensatz, wenn Sie alle
drei Graphen in ein Diagramm zeichnen.
Sie müssen NICHT alle Felder der Tabelle in der Antwortbox ausfüllen.
21
Problem
3
Studentencode
________
Aufgabe
Teilpunkte
1
2 3
4
5
6
7
8
9
Total
3
2 0
27,5
5
0
19,5
4
1
62
Probe: ___
Konzentration,
g/mL:
Stammlösung,
mL
Wasser, mL
Fließzeit, s:
Gewählte
Fließzeit, s
ηred, mL/g
Intrinsische Viskosität [], mL/g
Probe: ___
Konzentration,
g/mL:
Stammlösung,
mL
Wasser, mL
Fließzeit, s:
Gewählte
Fließzeit, s
ηred, mL/g
Intrinsische Viskosität [], mL/g
Probe: ___
22
Problem
3
Studentencode
________
Aufgabe
Teilpunkte
1
2 3
4
5
6
7
8
9
Total
3
2 0
27,5
5
0
19,5
4
1
62
Konzentration,
g/mL:
Stammlösung,
mL
Wasser, mL
Fließzeit, s:
Gewählte
Fließzeit, s
ηred, mL/g
Intrinsische Viskosität [], mL/g
Zusammenfassung der Ergebnisse (tragen Sie nur die gemessenen Werte ein)
Probe→
Konzentration (c), g/mL:
P__
P__
X
0,01
0,01
0,01
Reduzierte Viskosität (ηred), mL/g
c (erste Verdünnung), g/mL:
ηred, mL/g
c (zweite Verdünnung), g/mL:
ηred, mL/g
c (dritte Verdünnung), g/mL:
ηred, mL/g
c (vierte Verdünnung), g/mL:
ηred, mL/g
c (fünfte Verdünnung), g/mL:
ηred, mL/g
8. Schreiben Sie die die Gleichungsform auf, die Sie verwenden um K und  zu berechnen.
23
Problem
3
Studentencode
________
Aufgabe
Teilpunkte
1
2 3
4
5
6
7
8
9
Total
3
2 0
27,5
5
0
19,5
4
1
62
Berechnen Sie K und α für eine wässrige Lösung von Polyvinylalkohol.
 = __________
K = _________ mL/g
9. Verwenden Sie die erhaltenen Werte für K,  und die intrinsische Viskosität der Lösung X,
um die Molekülmasse des Polymers X zu berechnen. Sollten Sie keine Werte für K und α
erhalten haben, verwenden Sie K = 0,1 mL/g und α = 0,5.
Berechnungen:
M (X) = ______________
Replacement or extra chemicals
(Zusätzlich benötigte
Chemikalien)
Zerbrochenes Viskosimeter
______________________
______________________
Lab assistant signature
(Unterschrift des
Laborassistenten)
_____________________
_____________________
_____________________
24
Penalty (Strafpunkte)
0__________
__________
__________
25