HTX 2. år
HTX SUKKERTOPPEN 2.V BIOKEMI
KEMI A MED BODIL MARIANNE BRAUNER
Fremstilling af
jern(II)sulfat heptahydrat
RAPPORT
1
1
Forside foto: http://images.google.dk/images?hl=da&rlz=1R2GGIE_en&um=1&q=Jernsulfat&sa=N&start=0&ndsp=18
Forsøget er udført fra mandag den 14. september 2009 til mandag den 21. september 2009 i samarbejde
med Mikkel Osbæck og Emil A. Thyregod
Side 2 af side 8
Indhold
Formål ............................................................................................................................................................... 3
Hypoteser.......................................................................................................................................................... 3
Teori .................................................................................................................................................................. 3
Materialeliste .................................................................................................................................................... 3
Sikkerhed .......................................................................................................................................................... 4
Fremgangsmåde ............................................................................................................................................... 4
Resultater .......................................................................................................................................................... 5
Resultatbearbejdning ....................................................................................................................................... 6
Fejlkilder og måleusikkerheder ........................................................................................................................ 7
Diskussion ......................................................................................................................................................... 8
Konklusion ........................................................................................................................................................ 8
Perspektivering ................................................................................................................................................. 8
Litteratur ........................................................................................................................................................... 8
Bilag .............................................................................................................. Fejl! Bogmærke er ikke defineret.
Side 3 af side 8
Formål
Formålet med dette forsøg er at fremstille saltet jern(II)sulfat heptahydrat (FeSO
4
∙ 7H
2
O) på fast form.
Hypoteser
Blandes jern (Fe) med en opløsning af svovlsyre (H
2
SO
4
), vil der dannes jernsulfat (FeSO
4
). Tilsættes der
ethanol til denne blanding vil der udfældes turkise salt-krystaller. Frafiltreres vand og ethanol vil
restproduktet være jern(II)sulfat heptahydrat på fast form.
Teori
2
Metallet jern kan, som så mange andre ikke-ædle metaller, opløses i en svovlsyre-opløsning. Følgende
reaktion vil forekomme mellem jern (Fe) og svovlsyre (H
2
SO
4
):
Fe (s) + H
2
SO
4
(aq) FeSO
4
(aq) + H
2
(g)
Ved at tilsætte ethanol til opløsningen forringes opløseligheden. Dermed ”indbygges” 7 vandmolekyler
(H
2
O) (også kaldet krystalvand) i iongitteret på FeSO
4
, og turkise krystaller udfældes.
Den samlede kemiske reaktion mellem jern (Fe) og svovlsyre (H
2
SO
4
) ser således ud:
Fe (s) + H
2
SO
4
(aq) + 7H
2
O (l) FeSO
4
∙ 7H
2
O (s) + H
2
(g)
Ved opvarmning af jern(II)sulfat heptahydrat (FeSO
4
∙ 7H
2
O) ændre krystallet farve. Krystallet ændrer
farve på grund af at krystalvandet fordamper, og dermed fanges lyset i krystallet på en anden måde.
Materialeliste
Apparaturer:
Kemikalier:
Vægt (med 4 decimaler)
Ståluld
Konisk kolbe, 250 ml
Fortyndet svovlsyre, 2M
Måleglas, 100 ml
Ethanol (I sprøjteflaske)
Vat
Stativ med muffe og klemme
Bygmatragt
Filtrerpapir
Bægerglas, 250 ml
Spatel
Udstyr til sugefiltrering (gummislange, sugekolbe og vandhane)
Petriskål
2
http://www.frborg-gymhf.dk/kk/jern(II)sulfat.htm
Side 4 af side 8
Sikkerhed
3
Ståluld:
- Ingen fare
Svovlsyre (<15%):
- C = Ætsende.
- R35 = Alvorlig ætsningsfare.
- S26 = Kommer stoffet i øjnene, skylles straks grundigt med vand og læge kontaktes.
- S30 = Hæld aldrig vand på eller i produktet.
- S45 = Gulvet og tilsmudsede genstande renses med (…) (angives af fabrikken)
Ethanol:
- F = Meget brandfarlig
- R11 = Meget brandfarlig.
- S2 = Opbevares utilgængeligt for børn.
- S7 = Emballagen skal holdes tæt lukket.
- S16 = Holdes væk fra antændelseskilder – Rygning forbudt.
Det vil være en god ide at iklæde sig kittel, gummihandsker og beskyttelsesbriller, hvis nu uheldet skulle
være ude.
Fremgangsmåde
Forsøget udføres på følgende måde:
- Dannelse af FeSO
4
(aq):
o I en 250 ml konisk kolbe afvejes 3 g ståluld (med 0,01 g nøjagtighed).
o Derefter tilsættes 50 ml fortyndet svovlsyre
o Kolben lukkes med en prop af vat (på grund af urenheder i stålulden kan der udvikles
giftige gasser, for eksempel phosphin PH
3
, desuden dannes der H
2
under reaktionen,
og det er derfor, at kolben skal lukkes med en prop af vat, og stilles i stinkskab).
o Forsøget stilles i stinkskab, og står til næste øvelsesdag.
- Filtreringer:
o Næste øvelsesdag (i vores tilfælde 4 dage efter) iagttages kolbens indhold. Hvis
indholdet består af en ”grøntbrunt” / ”grumset” væske fortsættes forsøget.
o En bygmatragt med filtrerpapir spændes op i et stativ, således at tragtens stilk stikker
ned i et 250 ml bægerglas. Opløsningen filtreres fra kolben til bægerglasset (det sorte
stof der frafiltreres, består hovedsageligt af carbon, men muligvis også andre stoffer
som stålulden har indeholdt).
3
www.mst.dk
Side 5 af side 8
o Der tilsættes herefter 50 ml ethanol til opløsningen i bægerglasset. Der røres grundigt
rundt med en spatel til der dannes bundfald.
o Bundfaldet frafiltreres ved hjælp af sugefiltrering.
o Det frafiltrede stof vaskes grundigt med ethanol (her er det praktisk at anvende en
sprøjteflaske).
o En tom og ren petriskål vejes. Det frafiltrede stof overføres til petriskålen, hvor efter
den stilles til lufttørring i stinkskabet til næste øvelsesdag.
- Praktisk udbytte af FeSO
4
:
o Næste øvelsesdag vejes petriskålen igen for at finde det praktiske udbytte af FeSO
4
.
o Petriskålen sættes herefter ind i et varmeskab i 1 time ved 240
0
C (for at få krystalvand
til at fordampe).
o Tilslut iagttages resultatet i petriskålen.
Resultater
Skema1: Resultater
Masse af Fe (Ståluld):
Vægt af petriskål:
Vægt af petriskål med FeSO
4
:
3,0119 g
43,2153 g
56,3010 g
Praktisk udbytte af FeSO
4
:
56,3010 g – 43,2153 g =
13,0857
Side 6 af side 8
Resultatbearbejdning
Skema2: Stofmængden af Fe
Massen af Fe
Molarmassen af Fe
Stofmængden af Fe
(
)
3,0119 g
55,85 g/mol
Til forsøget anvendte vi 50 ml af en 2 M svovlsyre-opløsning.
Skema3: Anvendt stofmængde af H
2
SO
4
(svovlsyre)
Udregninger
M = mol/L
2 mol/L
V = Volumen (L)
50 ml
n = Stofmængden
(mol)
Ved at se på stofmængden af Fe (0,0539 mol) og stofmængden af H
2
SO
4
(0,1 mol) kan det konstateres,
at mængderne ikke er ækvivalente.
Skema4: Det teoretiske udbytte af FeSO
4
∙ 7H
2
O i gram
Molarmassen af FeSO
4
∙ 7H
2
O:
Stofmængden af FeSO
4
∙ 7H
2
O
Det teoretiske udbytte af
FeSO
4
∙ 7H
2
O
Fe
=
55,85 g/mol
S
=
32,07 g/mol
O
=
16,00 ∙ 11 = 176 g/mol
H
=
1,008 ∙ 14 = 14,112 g/mol
Stofmængden af FeSO
4
∙ 7H
2
O
er den samme som
stofmængden for Fe:
m
=
Masse
n
=
Stofmængde
M
w
=
Molarmasse
I alt:
=
278,032 g/mol
n = 0,0539 mol
14,9859 g
Side 7 af side 8
Skema5: Det praktiske udbytte i procent af det teoretiske udbytte.
Det praktiske udbytte:
Det teoretiske udbytte:
Beregning af det praktiske udbytte i procent af det
teoretiske udbytte:
13,0857 g.
14,9859 g
87,3201
Skema6: Volumen af H
2
der dannedes ved reaktionen (20
o
C, 1 bar)
p
n
R
T
p = trykket (bar)
n = stofmængden (mol)
R =
gaskonstanten
T = temperaturen (
o
K)
1 bar
0,0539 mol
0,0831
(0
0
C = 273,15
o
K)
20
o
C + 273,15
o
K =
293,15
o
K
Idealgasligningen:
Fejlkilder og måleusikkerheder
Følgende fejlkilder og måleusikkerheder kan have haft indflydelse på vores resultat:
- Når vi har overført blandingen, for eksempel, fra kolbe til bægerglas under den første filtrering,
er det højst sandsynligt, at der har været en lille smule FeSO
4
tilbage i kolben og tragten.
- Ved afmåling af svovlsyre og ethanol er der også en hvis usikkerhed, på grund af de måleglas/
bæger vi anvender. Desuden kan det være svært at hælde helt præcist op – også selv om man
koncentrere sig.
- Derud over anvendte vi denatureret ethanol, som indeholder andre kemikalier. Dette kan også
medvirke til, at det praktiske og teoretiske resultat afviger fra hinanden.
- Under afvejningen af petriskålen, der indeholdte FeSO
4
∙ 7H
2
O og også en hvis del ethanol, blev
vægten af petriskålen med jernsulfaten ved med at falde og falde, fordi etanolen fordampede.
Dette har også givet en afvigelse, da alt ethanolen ikke har været fordampet, da vi aflæste
vægten.
- Den vægt vi anvendte var med fire decimaler, og derfor relativ præcis, alligevel må der være en
lille måleusikkerhed.
- Ved for ”kraftig” opvarmning i varmeskabet omdannes en del af jern(II)sulfat (FeSO
4
) til
jern(III)sulfat (Fe(SO
4
)
3
)
.
Side 8 af side 8
Diskussion
Som beregnet i resultatbearbejdningen er det praktiske udbytte af det teoretiske udbytte 87,32 %. Dette tal
afviger noget fra 100 %, som det i teorien skulle have givet. Dette skyldes sandsynligvis, at en del fejlkilder
har spillet ind. Disse fejlkilder er nærmere beskrevet i forrige afsnit. Jeg vil mene, at det er fejlkilder som at
ethanolen fordampede under aflæsningen af vægten, at vi har anvendt denatureret ethanol, og at der
sandsynligvis har været lidt rester tilbage i glassene, da vi overførte blandingen fra én beholder til en
anden, der har haft størst betydning for resultatets udfald. At opvarmningen i varmeskabet var for
voldsom, og der således dannedes jern(III)sulfat (Fe(SO
4
)
3
)
i stedet for jern(II)sulfat (FeSO
4
), har helt sikkert
også haft en stor indflydelse på resultatet. Ved omdannelse fra jern(II)sulfat (FeSO
4
) til jern(III)sulfat
(Fe(SO
4
)
3
), fordamper krystalvandet, og farven på stoffet ændres dermed fra turkis til gulligbrun, hvilket
vores stof var.
Konklusion
Resultatet af forsøget og min opstillede hypotese stemmer overens. Jeg havde forventet, at der ville
dannes jern(II)sulfat heptahydrat (FeSO
4
∙ 7H
2
O) – hvilket der også gjorde.
Formålet med at fremstille jern(II)sulfat heptahydrat (FeSO
4
∙ 7H
2
O) på fast form lykkedes. Dog endte vi i
sidste ende op med både jern(II)sulfat (FeSO
4
) og jern(III)sulfat (Fe(SO
4
)
3
) på grund af opvarmning.
Perspektivering
Hvis forsøget skal forbedres vil følgende medvirke til at afvigelsen mindskes:
- Efter at have tilsat og vasket jern(II)sulfat heptahydrat (FeSO
4
∙ 7H
2
O), bør alt ethanol have lov
at fordampe inden vægten aflæses.
- Desuden kunne beholdere som opløsningen har været opbevaret i skylles med ethanol.
Ethanolen kunne derefter filtreres gennem bygmatragten som resten af opløsningen. Dermed
ville man få de sidste rester af opløsningen i glasset med.
Litteratur
Forside foto:
http://images.google.dk/images?hl=da&rlz=1R2GGIE_en&um=1&p=jernsulfat&sa=N&start=O&ndsp=18
R – og S – sætninger:
www.mst.dk
Teori:
http://www.frborg-gymhf.dk/kk/jern(II)sulfat.htm