Øvelse 4.5: Ståluld på vægten
Ståluld er næsten rent jern. Når jern brænder, reagerer det med oxygen fra luften og bliver til et jernoxid, som er et fast stof. I øvelsen regner du med, at der dannes jern(II)oxid, FeO.
2 Fe(s) + O2(g) → 2 FeO(s)
Apparatur og kemikalier: porcelænsskål, vægt, trefod med trådnet, bunsenbrænder, digeltang og 1 til 2 g ståluld.
Brug sikkerhedsbriller, og sæt langt hår op. Stålulden kan sende gnister ud, så fjern papir og andet, der kan brænde, fra bordet. Skålen er meget varm længe efter, at stålulden er holdt op med at gløde, og må kun flyttes med digeltangen.
Fremgangsmåde
- Skriv først dit gæt i skemaet: Bliver massen større, mindre eller uændret, når stålulden brænder?
- Vej den tomme porcelænsskål. Træk en tot ståluld på 1 til 2 g lidt fra hinanden, læg den i skålen, og vej igen.
- Stil skålen på trefoden, og hold flammen skråt ned på stålulden, til den gløder (figur 1). Vend stålulden med digeltangen, så flammen når ind alle steder, og bliv ved i et par minutter.
- Lad skålen køle af i mindst 5 minutter, og vej den igen på den samme vægt.
- Skriv ned, hvordan stålulden så ud før og efter.
- Smid den brændte ståluld i den beholder, din lærer viser dig, når skålen er helt kold.
Resultater
| Måling | Masse |
|---|---|
| Tom skål | g |
| Skål med ståluld før forsøget | g |
| Skål med indhold efter forsøget | g |
| Det skrev jeg ned | |
|---|---|
| Mit gæt: større, mindre eller uændret masse? | |
| Stålulden før forsøget | |
| Stålulden efter forsøget |
Efterbehandling
Beregn massen af stålulden før forsøget.
\[ m(\text{ståluld}) = m(\text{skål med ståluld}) - m(\text{skål}) = \boxed{\phantom{00{,}00}}\ \mathrm{g} - \boxed{\phantom{00{,}00}}\ \mathrm{g} = \boxed{\phantom{00{,}00}}\ \mathrm{g} \]
Beregn massen af det stof, der ligger i skålen efter forsøget.
\[ m(\text{efter}) = m(\text{skål med indhold}) - m(\text{skål}) = \boxed{\phantom{00{,}00}}\ \mathrm{g} - \boxed{\phantom{00{,}00}}\ \mathrm{g} = \boxed{\phantom{00{,}00}}\ \mathrm{g} \]
Blev massen større eller mindre? Passede dit gæt?
Reaktionsskemaet viser, at jernet har reageret med et stof fra luften. Hvilket stof er det?
Beregn, hvor mange gram jern(II)oxid der kan dannes af din ståluld, hvis alt jernet reagerer. Skriv først massen af din ståluld i skemaet. Regn så ned, på tværs og op med de fire beregninger under skemaet, og skriv tallene i skemaet undervejs.
| 2 Fe(s) | + O2(g) | → 2 FeO(s) | |
|---|---|---|---|
| m i g | – | ||
| M i g/mol | 55,85 | – | |
| n i mol | – |
\[ n(\mathrm{Fe}) = \frac{m(\mathrm{Fe})}{M(\mathrm{Fe})} = \frac{\boxed{\phantom{00{,}00}}\ \mathrm{g}}{55{,}85\ \mathrm{g/mol}} = \boxed{\phantom{0{,}0000}}\ \mathrm{mol} \]
\[ n(\mathrm{FeO}) = n(\mathrm{Fe}) = \boxed{\phantom{0{,}0000}}\ \mathrm{mol} \]
\[ M(\mathrm{FeO}) = 55{,}85\ \mathrm{g/mol} + 16{,}00\ \mathrm{g/mol} = \boxed{\phantom{00{,}00}}\ \mathrm{g/mol} \]
\[ m(\mathrm{FeO}) = n(\mathrm{FeO}) \cdot M(\mathrm{FeO}) = \boxed{\phantom{0{,}0000}}\ \mathrm{mol} \cdot \boxed{\phantom{00{,}00}}\ \mathrm{g/mol} = \boxed{\phantom{00{,}00}}\ \mathrm{g} \]
Beregn afvigelsen mellem den masse, du målte efter forsøget, og den beregnede masse af jern(II)oxid. Den beregnede masse er den forventede værdi.
\[ \text{afvigelse} = \frac{\text{målt værdi} - \text{forventet værdi}}{\text{forventet værdi}} \cdot 100\ \% \]
\[ \text{afvigelse} = \frac{\boxed{\phantom{00{,}00}}\ \mathrm{g} - \boxed{\phantom{00{,}00}}\ \mathrm{g}}{\boxed{\phantom{00{,}00}}\ \mathrm{g}} \cdot 100\ \% = \boxed{\phantom{00{,}0}}\ \% \]
- Beregn massen af stålulden før forsøget og massen af det stof, der ligger i skålen efter forsøget. Passede dit gæt?
- Forklar med reaktionsskemaet, hvorfor massen ændrede sig.
- Beregn, hvor mange gram jern(II)oxid der kan dannes af din ståluld, hvis alt jernet reagerer. Stil beregningen op i et mængdeberegningsskema.
- Beregn afvigelsen mellem den masse, du målte, og den beregnede masse, og giv to mulige forklaringer på afvigelsen.
- Jern kan også danne jern(III)oxid, Fe2O3. Afstem reaktionsskemaet for den reaktion, og undersøg med en beregning, om din måling passer bedre med Fe2O3 end med FeO.