Zeitplan und inhaltliche Beschreibung EXCEL-Kurs WS

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0-3_EXCEL-Kurs-Regeln-Inhalt-Zeitplan.doc
Ruess
Rechner-Kurs Tabellenkalkulation
Gehaltsgrößen und Stöchiometrie;
Berechnung von Säure-Base-Gleichgewichten,
Speziesverteilungen (α-pH-Diagramme)
und Titrationskurven.
Zeitplan für die Übungen und Heimübungen WS 2008/09 ,
Regeln für die Bildung von Übungsgruppen
und
für die Anfertigung und Korrektur von Heimübungen,
Kurzbeschreibungen der Inhalte der Übungen
und
Kopien der Ausdruckseiten der Kursübungen.
Hinweise und Erläuterungen zur Durchführung der Abschluss-Präsentation
und der Abschluss-Klausur.
Von
Dr. Klaus-Peter Rueß
Institut für Analytische Chemie, Chemo- und Biosensorik
Universität Regensburg
Als Manuskript veröffentlicht im Oktober 2008.
Alle Nachdruckrechte vorbehalten.
Ruess
Dr. Klaus-Peter Ruess
Institut für Analytische Chemie
Universität Regensburg
Universitätsstr. 31
93040 REGENSBURG
Tel (dienstl): 0941/ 943-4050
Tel (priv):
0941/ 91603
e-mail: [email protected]
Erfreuliche Vorbemerkung:
Equilibrium calculations are easier than you think,
but you do have to think!
E. Weltin, Journal of Chemical Education, 70, 569 (1993)
Betrübliche aber realistische Einschränkung der erfreulichen Vorbemerkung:
"Das Denken ist allen Menschen erlaubt,
aber es bleibt vielen erspart."
(Goethe)
Die Grundlagen des Berechnungsverfahrens, das in diesem Manuskript für Säure-Base-Gleichgewichte dargestellt bzw. benutzt wird, sind beschrieben in:
W. B. Guenther "Unified equilibrium calculations"
John Wiley & Sons Inc. New York (1991)
86/VE5800 G927
Das Buch ist für Fortgeschrittene gedacht und wohl auch von diesen nur mit großem
Zeitaufwand zu bewältigen. Es beschäftigt sich auch mit anderen Gleichgewichtssystemen, wie
pH-abhängigen Lösungs- und Komplexgleichgewichten.
Ruess
Regeln für die Bildung von Übungsgruppen
und für die
Erstellung und Bewertung von Heimübungen
1) In den Heimübungen (einschließlich der Präsentation) sind maximal 30 Punkte,
zusammen mit der Klausur (70 Punkte) also maximal 100 Punkte erreichbar.
Der Kurs ist bestanden, wenn insgesamt 60 Punkte (Note 4) erreicht wurden.
Der Wert 60 ist als Richtwert zu betrachten und kann u. U. variiert werden.
2) Bei einigen Heimübungen sind Angaben von Texten und Formeln erforderlich.
Im Notfall dürfen diese Angaben handschriftlich mit mühelos lesbarer Schrift
eingefügt werden. Im Regelfall sollen Texte mit dem Rechner eingegeben
werden. Auch für Formeln sollte der Rechner benutzt werden (Formel Editor).
Geben Sie sich Mühe bei der Gestaltung! Auch das Erscheinungsbild zählt!
Wenn im Ausdruck bestimmte griechische oder mathematische Symbole nicht
oder falsch gedruckt werden (z.B. das Summensymbol Σ) sollten diese falschen
Zeichen nachträglich handschriftlich korrigiert werden.
3) Alle Heimübungen sind so konzipiert, dass ihr Ausdruck auf eine Druckseite
passt. Übungen die mehrere Seiten umfassen, werden nicht korrigiert (0 Pkte).
4) Bei den Übungen ist Gruppenarbeit möglich. Wegen der hohen Anzahl der
Studierenden und der im Dezember zu bildenden 4-er Gruppen für das
Praktikum im 2. Semester ist Gruppenarbeit sogar erwünscht.
Dementsprechend ist die gemeinsame Abgabe identischer Übungen (aber mit
individueller Namensangabe!) in einem Gruppenordner möglich.
Für solche Gruppenübungen gelten Regeln, die streng angewendet werden:
1. Die Gruppenarbeit ist nicht dazu gedacht, den Arbeitsaufwand für ein
einzelnes Gruppenmitglied zu minimieren, sondern dazu, die Qualität durch
gegenseitige Hilfe, Überprüfung und Fehlersuche zu erhöhen.
Gleichzeitig soll der Korrekturaufwand verringert werden.
Deshalb wird bei der Korrektur davon ausgegangen, dass das Ergebnis einer
Gruppenarbeit besser sein sollte, als das Ergebnis einer Einzelarbeit.
• Das gilt für die Hauptinhalte einer Übung, mit der Folge, dass inhaltliche
(Berechnungs)Fehler, zur Abwertung für alle Mitglieder führen!
Ruess
• Das gilt auch für Nebenaspekte und für die Gestaltung einer Heimübung,
z.B. Angabe überflüssiger Kommastellen bei Dezimalzahlen, unpassende
Formate, abgeschnittene Zeilen und Spalten usw.
Fehler dieser Art zeigen, dass sich Gruppenmitglieder auf das Kopieren von
Dateien beschränken und führen zur Abwertung für alle Mitglieder.
2. Gruppen-Übungen müssen geschlossen in einem Ordner abgegeben werden.
Jedes Mitglied liefert ein in der Kopfzeile mit Namen, Datum und Uhrzeit
gekennzeichnetes Übungsblatt. Bitte keine Einsteckfolien benutzen!
3. Wenn Übungen gemeinsam durchgeführt oder gar kopiert werden, trotzdem
aber als Einzelblätter abgegeben werden und dann bei der Korrektur als
(nahezu) identisch auffallen, werden die Blätter mit 0 Punkten bewertet.
Das gilt natürlich auch, wenn unterschiedliche Gruppen (nahezu) identische
Übungsblätter abliefern, die durch Kopieren entstanden sind.
4. Die maximale Anzahl von Gruppenmitgliedern ist vier.
Die Namen der an einer Gruppe beteiligten Personen müssen auf einem
gesonderten Deckblatt in der Mappe angegeben werden.
Dieses Deckblatt wird in der Heimübung 1a selbst erstellt. Auf ihm findet
man auch die Abgabetermine für die Heimübungen und die Anzahl der in
jeder Heimübung zu erzielenden Punkte.
Die Gruppennummer, die nach der Korrektur der ersten Gruppenübung
vergeben wird, muss außen auf der Mappe deutlich angegeben werden.
5. Gruppen mit anfänglich nur zwei oder drei Mitgliedern können sich im
Laufe des Kurses bis auf vier Mitglieder komplettieren. Dann aber soll die
Zusammensetzung einer Gruppe für alle Übungen gleich bleiben und darf
nur nach Rücksprache geändert werden.
Übungen von Studierenden, die im Verlauf der Übung zwischen verschiedenen Gruppen vagabundieren, werden nicht gewertet.
5) Die in diesem Manuskript enthaltene Auflistung von Kurs- und Heim-Übungen
mit inhaltlichen Kurzbeschreibungen, die zeitliche Reihenfolge der Übungen
und die Abgabetermine für die Heimübungen, findet man auch im Internet zum
Download als pdf-Datei:
"0-3_EXCEL-Kurs-Regeln-Inhalt-Zeitplan"
In dieser Datei findet man auch die Namen der EXCEL-Dateien, die als Vorlagen zum Download bereitstehen und die Namen der in den Dateien enthaltenen und zu bearbeitenden bzw. zu erzeugenden Tabellenblätter.
• 1. Stunde
Woche 42
Ruess
(3.Woche Okt.)
Dateiname:
1-5_EXCEL-Kurs-Stoech-Vor
Name der Arbeitsblätter:
Stoech-1-2-Groeszen
(1. Hälfte)
Heimueb-1a-Deckblatt
Heimueb-1b-Anzahl
Kursinhalte der 1. Stunde:
Größen und Größengleichungen.
Einheiten und Einheitengleichungen
o Stöchiometrische Thematik:
Größen und ihre Symbole, Größenwerte und Größengleichungen;
Stoffportion, Masse, Volumen, Teilchenzahl, Stoffmenge;
Definitionsgleichungen: molare Masse und Avogadro-Konstante;
Additivität von Massen und Stoffmengen: Massen und Stoffmengen-Bilanzen;
Gehaltsgrößen und ihre Einheiten:
Massenkonzentration und Dichte, Stoffmengenkonzentration.
Einheiten der genannten Größen und Umrechnungen von Einheiten;
Einheitengleichungen.
o EXCEL-Thematik:
Grundübungen und Einführung in die Heimübung 1.
Zelladressen; Texteingabe in Zellen; Eingabe von Zahlen und Formeln als Text;
Text-Formatierung und Formatierung von Zellen, Spalten und Zeilen;
Druckansicht und Gestaltung von Ausdruckseiten; Menue Extras-Optionen;
Eingabe und Formatierung von Dezimal-Zahlen; benutzerdefinierte Zahlenformate;
Rechnungen mit den mathematischen Operatoren: +, -, /, * ;
Rechnen mit der einfachen Funktion SUMME.
Rechnen mit Formeln und Größenwerten (dimensionslos / dimensionsbehaftet):
absolute und relative Zellbezüge; Anzeigen von Formeln: shortcut Strg + #.
Kopieren nur von Zellinhalten und Einfügen in andere Zellen;
Kopieren von gesamten Zellen mit relativen und absoluten Zellbezügen;
Einfügen mit und ohne Formate. Übertragung von Formaten.
Heimübung 1a: Gestaltung eines Deckblattes für Gruppenübungen.
Gestaltung einer Ausdruckseite mit Kopfzeile:
Registername; Name; Datum und Uhrzeit
Heimübung 1b: Berechnung von Anzahl und Stoffmenge kleinster Teilchen sowie von
Anzahlverhältnissen und Stoffmengenverhältnissen.
.Spätester Abgabetermin für Heimübungen 1a und 1b:
Do. Woche 43
• 2. Stunde
Ruess
Woche 43
(4.Woche Okt.)
Dateiname:
Name des Arbeitsblattes:
Stoech-1-2-Größen
(2. Hälfte)
Heimueb-2-Expozahl
(Kurzeinführung)
Rechnen mit Funktionen und
mit Exponentialzahlen und Logarithmen.
Gleichgewichtskonstanten (Beispiele von Säure- und Protonierungskonstanten) sowie
deren Logarithmen, Produkte und Inverswerte.
Rechnungen mit Exponentialzahlen und mit deren Logarithmen
Multiplikation, Division, Wurzeln ziehen, potenzieren und logarithmieren.
Berechnungen von pH-Werten aus Protonenkonzentrationen;
Berechnungen von Protonen- und Hydroxidionenkonzentrationen aus pH-Werten
und der Wasserkonstanten.
o EXCEL-Thematik:
Grundübungen und Einführung in die Heimübung 2.
Formeln anzeigen (Shortcut Strg + #) und Formeltexte dokumentieren;
Eingabe und Formatierung von Exponential-Zahlen; berechnete Exponentialzahlen;
Rechnungen mit dem mathematischen Operator ^;
Rechnen mit Funktionen und mit absoluten und relativen Zellbezügen;
Kopieren von Zellen mit relativen und absoluten Zellbezügen;
Einfügen mit und ohne Formate. Übertragung von Formaten.
Heimübung 2: Fertigstellung der begonnenen Heimübung 2.
Gestaltung einer einzigen Ausdruckseite (nach Vorlage) auf der alle gelösten
Aufgaben dargestellt werden.
Ausdruckseite gestalten mit Kopfzeile: Registername; Name
Datum und Uhrzeit.
Spätester Abgabetermin für Heimübung 2:
Donnerstag, Woche 44
• 3. Stunde
Ruess
Woche 44 (letzte Woche Okt. / 1. Woche Nov.)
Dateiname:
Stoech-3a-Bilanz, Stoech-3b-Gausskurve
Heimueb-3-Einheit-Umrech.
Beschreibung der Zusammensetzung von Gemischen.
Gausskurven und ihre Interpretation.
Zusammensetzung von ionischen Gemischen;
Beschreibung der Zusammensetzung mit Gehaltsgrößen.
Vorgabe: Analyseergebnisse (Ionen-Massen) Bad Emser Sole-Salz;
Berechnung der Massenanteile der Ionen aus den Einzelmassen der Ionen;
Berechnung der Stoffmengen und Stoffmengenanteile der Ionen;
Berechnung der Einwaagen von Salzen zur Herstellung des Gemisches;
Additivität der Stoffmengen von Ionen in Salzlösungen:
Stoffmengenbilanz und Ladungsbilanz.
Berechnung einer Gausskurve und Darstellung des Kurvenverlaufs in einem
vorgefertigten Diagramm. Variation und Interpretation des Kurvenverlaufs bei
Variierung der Standardabweichung und der Anzahl der Messwerte.
In Heimübung-3: Umrechnung von Einheiten und Einheitengleichungen
o EXCEL-Thematik:
Kopieren von Texten und kompletten Text-Zellen; Formatübertragungen;
Einfache Rechnungen mit Formeln und verschiedenen Bezugsarten: relativer,
spaltenfixierter, zeilenfixierter und absoluter Bezug.
Kopieren von Berechnungszellen mit Zellbezügen: relative und absolute Zellbezüge;
Einfüge-Optionen: nur Werte einfügen;
Anwendung der logischen Funktionen WENN und ODER zur Berechnungskontrolle;
Anwendung der Funktionen ANZAHL und MAX
Einblick in die "bedingte Formatierung";
Einblick in die Erzeugung und in den Umgang mit Diagrammen.
Heimübung 3: .
Entwurf und Gestaltung von zwei Tabellen zur Umrechnung von Einheiten bei Massenund Stoffmengenkonzentrationen. Die Anweisungen müssen eingehalten werden.
Gestaltung einer einzigen Ausdruckseite (ohne Vorlage) auf der beide Tabellen
dargestellt werden.
Ausdruckseite mit Kopfzeile: Blatt; Name, Datum und Uhrzeit.
Ruess
• 4. Stunde
Woche 45
(2. Woche Nov.)
Dateiname:
Stoech-4-Statistik
Stoech-5a-M-Metall
Heimueb-4-Bilanz
(Beginn)
Einfache statistische Berechnungen.
Mittelwert, Abweichungsquadrate, Standardabweichung, Vertrauensintervall.
o Analytische und stöchiometrische Thematik:
Eichung von Volumenmessgeräten (Bürette, Pipette) durch Wägung;
Vorgaben:
Ergebnisse von Wägungen; Dichte von Wasser.
Berechnung: Mittelwert, Abweichungen, Abweichungsquadrate, Standardabweichung,
Standardabweichung des Mittelwertes (besser: Unsicherheit des Mittelwertes)
und Vertrauensintervall;
Angabe der Standardabweichung und Bedeutung der Anzahl der Messwerte;
In Heimübung-4:
Überprüfung der Plausibilität einer Wasseranalyse durch Berechnung der Ladungsbilanz
von Kationen und Anionen.
Vorgabe: Messwerte der Wasseranalyse eines Heilwasser
(Massenkonzentrationen der Ionen) und molare Massen der Ionen;
Berechnung von Stoffmengen- und Äquivalent-Stoffmengenkonzentrationen
aus Massenkonzentrationen;
Ladungsbilanzen von Kationen und Anionen in wässerigen Lösungen von Anionen
und Kationen mit Berücksichtigung des pH-Wertes (Wasserkonstante).
Aufsummierung und Prüfung der Summen auf ausreichende Übereinstimmung.
o EXCEL-Thematik:
Komplexere Berechnungen mit relativen und absoluten Zellbezügen.
Rechnen mit den EXCEL-Funktionen POTENZ, LOG, SUMME, WURZEL,
ANZAHL, MITTELWERT, STABW;
Anwendung von Tabellenentnahme-Funktionen: VERWEIS
Unterschied zwischen dem Wert "Null" und einer leeren Zelle bei diesen Funktionen;
Spezielle benutzerdefinierte Zahlenformate; Zellkommentare.
Heimübung 4: .
Gestaltung der Ausdruckseite (mit Vorlage) mit Kopfzeile: Registername; Name und
Datum und Uhrzeit.
Ruess
• 5. Stunde
Woche 46
(3. Woche Nov.)
Dateiname:
Stoech-5a-M-Metall
(Fortsetzung)
Stoech-5b-Gehalt;
Stoech-5c-Verd
Heimueb-5-molareMasse
Stöchiometrische Berechnungen mit Reaktionsgleichungen;
Berechnung von Gehaltsgrößen und Umrechnungen von Gehaltsgrößen
am Beispiel flüssiger Gemische; Verdünnungsrechnungen.
Berechnung der molaren Masse eines Metalls aus dem gebildeten H2-Volumen bei der
Redoxreaktion mit starker Säure.
Vorgaben: Normalbedingungen und Versuchsbedingungen; Metalleinwaage;
Entwickeltes H2-Volumen; molares Volumen eines idealen Gases.
Umrechnung des gemessenen Volumens auf Normalbedingungen;
Berechnung der molaren Masse des Metalls auf der Basis der mit allgemeinen
stöchiometrischen Koeffizienten formulierten Reaktionsgleichung:
passendes Stoffmengenverhältnis ansetzen, umformen
und nach der gesuchten Größe auflösen
Interpretation unklarer Gehaltsangaben bei flüssigen Gemischen und bei Lösungen von
Gasen in Wasser (konz. HCl und konz. Ammoniak);
Angabe als Massenanteil und Umrechnung in Stoffmengen- und Volumenanteil.
Vorgaben: Massen der Bestandteile des Gemisches.
Angabe als Volumenanteil und Umrechnung in Stoffmengen- und Massenanteil.
Vorgaben: Volumina der Bestandteile des Gemisches.
Angabe als Volumenkonzentration und Umrechnung in Massenanteil.
Vorgaben: Volumina eines Bestandteils und des Gemisches.
Verdünnungsrechnungen:
Stoffmengenbilanzgleichungen für Verdünnungsrechnungen; Verdünnungsfaktoren;.
o EXCEL-Thematik:
Siehe Übung 4.
Heimübung 5:
Selbständige Gestaltung einer Berechnungstabelle (ohne Vorlage) zur Berechnung
molarer Massen von stöchiometrisch unterschiedlich zusammengesetzten
Metalloxiden, -sulfiden und –chloriden und geeigneten Mischverbindungen
für einige frei gewählte Metalle.
Die molaren Massen sollen automatisch berechnet werden bei Eingabe der
jeweiligen stöchiometrischen Koeffizienten.
Eine ansprechende Druckseite soll erstellt werden.
Ruess
• 6. Stunde
Woche 47
(4. Woche Nov.)
Dateiname:
Stoech-6-Kalib;
Heimuebung-6a-Umrech;
Heimuebung-6b-UmEin
Unklare Gehaltsangaben, Umrechnungen
Berechnung von Einwaagen für Standardlösungen;
Erzeugung einer Kalibriergeraden.
Ermittlung unklarer Gehaltsangaben.
Interpretation der unklaren Gehaltsangaben;
Umrechnungen von Gehaltsgrößen:
Vorgegebene Massenkonzentrationen in Stoffmengenkonzentrationen sowie
in Stoffmengen- und Massenanteile.
Vorgegebene Stoffmengenanteile in Stoffmengenverhältnisse und in Massenanteile.
Berechnung von Massenkonzentrationen und Einwaagen aus Massenanteilen.
Herstellung von Analyt-Standardlösungen durch Einwaage von Standardsubstanzen.
Vorgaben: Standardsubstanzen und ihre molaren Massen bzw.
ihre stöchiometrische Zusammensetzung.
Unterer und oberer Konzentrations-Grenzwert der Standardlösungen.
o EXCEL-Thematik:
Erzeugung eines Diagramms für eine (angrenzende) Messreihe mit dem Diagrammassistenten. Diagrammtypen, Diagrammelemente und ihre Formatierung.
Erstellung von Kalibriergeraden und deren Formatierung mit und ohne Nulldurchgang.
Berechnung von Achsenabschnitten und Steigungen mit den Funktionen
ACHSENABSCHNITT bzw. STEIGUNG und RGP b mit und ohne Nulldurchgang;
Möglichkeiten zur Änderung des Datenbereiches.
Lineare Regression: Minimierung von Abweichungsquadraten
Heimuebung-6a-Umrech ; Heimuebung-6b-UmEin (jeweils 1 Blatt)
Erkennung und Umrechnung von Gehaltsgrößen.
Berechnung von Einwaagen.
Spätester Abgabetermin für Heimübungen 6a und 6b:
• 7. Stunde
Ruess
Woche 48 (5. Woche Nov )
Dateiname:
Stoech-7a-Gravimetrie
Stoech-7b-Summenformel
Heimueb-7a-Aci-Tit-Base
Heimueb-7b-Redox-Tit-Per
Kursinhalte der 7. Stunde: Gravimetrie und Titrimetrie;
Verbrennungsanalyse und Berechnung von Summenformeln.
Bedeutung und Berechnung gravimetrischer Faktoren.
Vorgaben: Summenformeln von Wägeformen.
Berechnung von Analyseergebnissen der gravimetrischen Analyse eines Minerals;
Vorgaben: Mineral-Einwaage und Auswaage Wägeform.
Bedeutung der Elementaranalyse und Vorausberechnung des Analyseergebnisses
(Massenanteil der Elemente) bei bekannter bzw. vermuteter Summenformel.
Vorgaben: Summenformel und molaren Massen der Bestandteile.
Berechnung der Massenanteile der Elemente aus den experimentellen Ergebnissen der
Verbrennungsanalyse einer Verbindung mit unbekannter Summenformel.
Vorgaben: Einwaage der Verbindung, molare Massen und Auswaagen der
Verbrennungsprodukte sowie ihre analytischen Faktoren.
Die "Molalität" (Stoffmenge pro Masse) als besondere Gehaltsgröße.
Ermittlung der stöchiometrischen Faktoren der Elemente in der unbekannten
Summenformel aus den zugehörigen Massenanteilen mit Hilfe der "Molalitäten" der
Elemente in der Verbindung.
Berechnung der "Molalitäten" aus Massenanteilen und molaren Massen.der Elemente.
Heimübungen 7a und 7b:
Berechnung von Titrationsergebnissen ausgehend von der Reaktionsgleichung
und den Stoffmengenverhältnissen.
Vorgaben: Art und molare Masse des Analyten, Volumina der Analytlösungen,
Art und Konzentration des Titrators.
o EXCEL-Thematik:
Bedingte Formatierungen, Funktionen SUMMENPRODUKT, MIN und MAX,
Funktion RUNDEN, verschachtelte WENN-Funktionen.
Heimueb-7a-Aci-Tit-Base; Heimueb-7b-Redox-Tit-Per (jeweils1 Blatt):
Berechnung von Titrationsergebnissen für acidimetrische Titrationen und für
Redoxtitrationen
Spätester Abgabetermin Heimübungen 7a und 7b: Donnerstag, Woche 49
• 8. Stunde
Woche 49
Ruess
(1. Woche Dez.)
Dateiname:
8-9_EXCEL-Kurs-SB-Vor
SB-8-pH-C1, SB-8-Dia-pH-C1 (wird selbst erstellt)
Heimueb-8-SB-MWG;
Vergleichende Berechnung von pH-Werten für
1-protonige schwache Säuren mit und ohne Vereinfachungen.
o Mathematische und stöchiometrische, bzw. acidimetrische Thematik:
Lösung von quadratischen Gleichungen;
iterative Lösung einer Gleichung 3. Grades mit Zirkelbezug.
Beurteilung der Ergebnisse der exakten und vereinfachenden Berechnung von pH-Werten
bei 1-protonigen Säuren in Abhängigkeit von Konzentration und pK-Wert.
Heimübungen:
Beispiele für 1-protonige schwache Säuren und ihre Dissoziationsgleichgewichte.
Umformung des MWG-Ausdrucks für das Dissoziationsgleichgewicht;
Berechnung der Konzentrationsverhältnisse von protonierter und unprotonierter
Spezies in Abhängigkeit vom pH-Wert und von der Säurekonstanten.
Exponentialfunktionen zur Berechnung der pH-abhängigen Gehaltsgrößen α0 und α1
(Stoffmengenanteile der protonierten bzw. unprotonierten Form: α-pH-Diagramme)
bei 1-protonigen Säure-Base-Gleichgewichtsgemischen.
Einfluss der Säurekonstante auf den Verlauf der Funktionen;
Ermittlung von Grenzwerten und Schnittpunktskoordinaten.
Vorgaben: mathematische Ausdrücke für die Exponentialfunktionen;
Werte und Wertebereiche für die Säurekonstante und die pH-Variable.
o EXCEL-Thematik:
Iterative Rechnungen mit Zirkelbezügen zur Lösung von Gleichungen höheren Grades.
Erzeugung von Datenreihen mit vorgegebenen Abständen und Begrenzungen;
Benutzung des Ausfüllkästchens.
Erzeugung von Diagrammen mit nicht zusammenhängenden Datenbereichen
Platzierung eines Diagramms als besonderes Diagrammblatt mit Layout.
Einführung von (verknüpften) Textboxen in Diagramme.
Formatierung von Datenreihen: Aus- und Einblenden von Datenreihen;
Heimueb-8-SB-MWG (2 Blätter)
Berechnungen auf der Grundlage des MWG für das Dissoziationsgleichgewicht einer
1-protonigen schwachen Säure HA
Erzeugung und Interpretation eines α-pH-Diagramms für ein 1-protoniges SB-System.
Spätester Abgabetermin Heimübung 8:
Ruess
• 9. Stunde
Woche 50
(2. Woche Dez.)
Dateiname:
8-9_EXCEL-Kurs-SB-Vor
9a-Dia-Exp; 9b-Dia-Exp; (Eigenübungen)
SB-9c_1-prot-a1-a0
Heimuebung-9-Dia-a1-a0
α-pH-Diagramme 1-protoniger Säure-Base-Systeme.
o Mathematische und acidimetrische Thematik:
Graphische Darstellung von Exponentialfunktionen und Wurzelfunktionen.
pKa-Werte von 1-protonigen schwachen Säuren; Beispiele.
Berechnung der H-Funktion und ihre Bedeutung:
Anzahl (Konzentration) der freien Protonen aus Säuren und Wasser!
Bedeutung der α-Funktionen als Gehaltsgrößen: Stoffmengenanteile der Spezies im
Gleichgewichtsgemisch.
Herleitung der Berechnungsgleichungen für α-Funktionen aus den MWG-Ausdrücken.
Schrittweise Berechnung der α-Funktionen aus pH-Werten und Säurekonstante:
Einfluss der Säurekonstanten auf den Verlauf der Funktionen.
Vorgaben:
pH-Liste: Abstand 0,1 Wertebereich 0 – 14; pKa1-Werte bzw. Ka1-Werte.
Bedeutung der Steigung der α-Funktionen: Änderung der Spezieszusammensetzung;
Ermittlung des pH-Wertes der maximalen Steigung und seine Bedeutung:
→ pH-Wert mit maximaler Änderung der Spezieszusammensetzung,
d.h. maximaler Pufferkapazität.
Numerische und algebraische Bildung der 1. Ableitung
o EXCEL-Thematik (Eigenarbeit nötig):
Erzeugung einer Eingabezelle mit Gültigkeitsprüfung, Hinweis und Warnmeldung.
Erzeugung von Wertelisten (Menue Bearbeiten, ausfüllen, Reihe; Ausfüllkästchen).
Numerische Differentation der α-Funktionen; Ermittlung des Maximus der numerischen
Ableitung und Entnahme des zugehörigen pH-Wertes mit einer WENN-Funktion.
Diagrammerstellung (Typ Punkt xy); Bedeutung und Nutzung der Sekundärachse.
Diagrammerstellung (Typ Tortendiagramm)
Einführung in die Nutzung des Solvers: Versuch der Anpassung von Werten an eine
Modell-Wachstumsfunktion durch Minimierung der Abweichunsquadrate.
Heimueb-9-Dia-a1-a0:
α-pH-Diagramm für 1-protonige Säure-Base-Systeme nach Anweisung erstellen und
interpretieren.
Spätester Abgabetermin (nur Diagramm) Heimübung 9: Donnerstag, Woche 51
Ruess
• 10. Stunde
Woche 51
Dateiname:
(3. Woche Dez.)
10_EXCEL-Kurs-SB-Vor
Name der Arbeitsblätter: Berech-Extraktion-neutral
Dia-Extraktion-neutral
Berech-Extraktion-basisch-pH; Dia-Extraktion-basisch-pH
Heimuebung-10_2-prot-a-pH Heimuebung-10_2-prot-Dia-a-pH
Kursinhalte der 10. Stunde (einschließlich der Übungen in der vorlesungsfreien Zeit):
pH-(un)abhängige Verteilungsgleichgewichte, Verteilungskoeffizienten
und Extraktionsverfahren: Berechnung des pH-(un)abhängigen Extraktionsgrades.
α-pH-Diagramme 2-protoniger Säure-Base-Systeme.
pH-unabhängige und pH-abhängige Extraktionsverfahren für neutrale Substanzen
und für basische Substanzen: pH-unabhängiger und -abhängiger Verteilungskoeffizient;
Berechnung von Extraktionsgraden bei einfacher und mehrfacher Extraktion.
Beispiele für 2-prot. schwache Säuren, ihre Dissoziationsgleichgewichte,
MWG-Ausdrücke und Säurekonstanten sowie pKa-Werte.
Vorgaben:
Liste von pH-Werten (Abstand 0,05, Wertebereich 0 bis 14);
pKa-Werte bzw. Ka-Werte.
Herleitung der Berechnungsgleichung für die R-Funktionen aus umgeformten
MWG-Ausdrücken.
Herleitung der Berechnungsgleichung für die α0-Funktion aus R-Funktionen.
Berechnung der N-Funktion mit α-Funktionen und ihre Bedeutung:
Mittlere Anzahl (Konzentration) der gebundenen Protonen.
Bedeutung der Steigung der N-Funktion: Änderungen der Spezieszusammensetzung;
Ermittlung der beiden pH-Werte mit maximalen Steigungen und die Bedeutung:
→ pH-Werte mit maximalen Änderungen der Spezieszusammensetzung,
d.h. maximalen Pufferkapazitäten.
Numerische Bildung der 1. Ableitung der N-Funktion.
o EXCEL-Thematik:
vgl. 9. Stunde
Heimuebung-10-Dia-a-pH:
Benötigte einfache Berechnungsformeln für die α-Funktionen 2-protoniger Säure-BaseSysteme herleiten.
α-pH-Diagramm für 2-protonige Säure-Base-Systeme nach Anweisung erstellen und
interpretieren.
Spätester Abgabetermin Heimübung 10 (nur Diagramm mit schriftlicher Beantwortung
von Fragen auf der Rückseite):
Donnerstag, Woche 2 (Januar)
• 11. Stunde
Ruess
Woche 2 (Mi Do) / 3 (Mo Di) (2./3. Woche Jan.)
Dateinamen:
11-12_EXCEL-Kurs-SB-1-prot-Vor
SB-11_1-Prot-Spezies-Heimueb-11
Heimueb-11_SB-1-Prot-DiaSpezies
SB-11_1-Prot-Iterat-H
Vereinfachte und exakte Berechnung von pH-Werten 1-protoniger Säure-Base-Systeme
und Berechnung der Spezieszusammensetzung.
Vereinfachte Berechnung von pH-Werten:
Berechnungsgleichungen für 1-protonige Säuren, Basen und Puffergemische.
Exakte Berechnung der Spezieszusammensetzung:
Die C-Größen: Anfangs-Konzentrationen der eingesetzten A-haltigen Komponenten
und der starken Säure bzw. starken Base.
Die potentielle Gesamt-Acidität, die Gesamt-Netto-Acidität und die Gesamt-A-Konz.
Die D-Funktion und ihre Bedeutung: Anzahl (Konzentration) der freien Protonen,
die aus den eingesetzten Säuren stammen und nicht aus Wasser!
Formulierung der beiden Seiten der Gesamt-Bilanzgleichung: 1N- und 2N-Funktion;
Berechnung der 2N-Funktion und ihre Bedeutung: Mittlere Anzahl (Konzentration)
der gebundenen Protonen berechnet aus C-Größen und D-Funktion!
Vorgaben:
Liste von pH-Werten; pKa-Werte bzw. Ka-Werte,
eingesetzte Ausgangskonzentrationen der Komponenten: C-Größen.
Die Ermittlung der pH-Werte und der Spezieszusammensetzung durch Nullstellensuche:
Spaltenorientierte Verfahren mit einfachen Funktionen; graphische Verfahren;
programmierte, iterative Verfahren.
o EXCEL-Thematik:
Verfahren zur Nullstellensuche mit EXCEL-Funktionen.
Einsatz von verschachtelten logischen Funktionen WENN, UND, ODER.
Bedingte Formatierungen zur übersichtlichen Darstellung.
Heimübung 11
Fertigstellung der im Kurs begonnenen Tabellenblätter zur Speziesberechnung und zum
α-pH-Diagramm mit Aufnahme der ∆-Funktion für die graphischer Lösung
Bildung einer 4-er-Gruppe, Wahl eines gemeinsamen Säure-Base-Systems (pKa-Wert);
Für jedes Gruppenmitglied verschiedene Ausgangsbedingungen (Komponenten-Konzentrationen) nach Vorlage wählen.
Abgegeben werden 2 Blätter pro Person (insgesamt also 8 Blätter):
SB-11_1-Prot-Spezies-Heimueb-11 (jeweils nur die 1. Druckseite)
Heimueb-11_SB-1-prot-Dia-Spezies (jeweils nur ein Diagramm)
Donnerstag, Woche 3
• 12. Stunde
Dateiname:
Ruess
Woche 3 (Mi Do) / 4 (Mo Di) (3./4. Woche Jan.)
11-12_EXCEL-Kurs-SB-1-prot-Vor
SB-12_1-Prot-Titsb-Heimueb-12
Heimueb-12_SB-1-Prot-Dia-Titsb
SB-12_1-prot-Tit-Daten
Titrationskurven 1-protoniger SB-Systeme
Berechnungsgleichungen für die Berechnung von Titrationskurven von sauren
1-protonigen Säuren-Base-Systemen beliebiger Zusammensetzung mit starker Base.
Vorgaben: Liste von pH-Werten; pKa-Wert bzw. Ka-Wert,
eingesetzte Ausgangskonzentrationen und Volumina der Komponenten.
Berechnung der eingesetzten titrierbaren Protonen-Stoffmenge und Vorausberechnung
des zu erwartenden Titrationsvolumens, d.h. der Lage des Äquivalenzpunktes.
Abschätzung des Verlaufs von Titrationskurven 1-protoniger Systeme:
Anfangs-pH-Wert, pH-Wert am Äquivalenzpunkt und am Halb-Äquivalenzpunkt.
Verlauf der Titrationskurven in Abhängigkeit
a) von der Art der eingesetzten Komponenten, d.h. nur Säure HA eingesetzt, nur Base A
eingesetzt, Säure HA und starke Säure eingesetzt und andere Kombinationen.
b) vom pKa-Wert des Säure-Base-Systems.
Identifizierung und Ausprägung von Puffer- und pH-Sprungbereich durch Berechnung
der (inversen) Steigungsfunktion.
EXCEL-Thematik:
Erstellung von Diagrammen aus Berechnungsergebnissen, die teilweise unsinnig sein
können, durch automatisches, variables Ausblenden von unsinnigen Daten,
z.B. hier: negative Titrationsvolumina vor Beginn der Titration
oder sehr große Titrationsvolumina in der Nähe von Unstetigkeitsstellen;
→ Verwendung der EXCEL-Funktion NV()
Konstruktion eines Tabellenblattes zur Aufnahme von experimentell erhaltenen
Titrationsdaten (Messwerte: zugegebene Titratorvolumina und gemessene
pH-Werte) für mehrere Titrations-Experimente.
Aufnahme der Messwerte in das Diagramm mit der berechneten Titrationskurve
und Anpassung der berechneten Titrationskurve an die jeweiligen Messwerte.
Heimübung 12:
Fertigstellung der im Kurs begonnenen Tabellenblätter zur Berechnung und Darstellung
von Titrationskurven 1-protoniger Säure-Base-Systeme.
Bildung einer 4-er-Gruppe, Wahl eines gemeinsamen Säure-Base-Systems (pKa-Wert);
Für jedes Gruppenmitglied verschiedene Ausgangsbedingungen nach Vorlage wählen.
Abgegeben werden 2 Blätter pro Person (insgesamt also 8 Blätter):
SB-12_1-Prot-Titsb-Heimueb-12 (jeweils nur die 1. Druckseite; mindestens
3 Zeilen mit dem Beginn der berechneten Titrationskurve müssen sichtbar sein);
Heimueb-12_SB-1-Prot-Dia-Titsb (jeweils ein individuelles TitrationsDiagramm).
Donnerstag, Woche 4
Ruess
• 13 und 14. Stunde Wochen 4 + 5 (4.+5. Woche Jan + 1. W. Feb)
Dateiname:
SB-13_2-Prot-Spezies-Berech
SB-13_2-Prot-Titsb
SB-14_3-Prot-Spezies-Berech
SB-14_3-Prot-Titsb
13_EXCEL-Kurs-SB-2-prot-Vor
14_EXCEL-Kurs-SB-3-prot-Vor
SB-13_2-Prot-apH-Dia
SB-13_Dia-2-Prot-Titsb
SB-14_3-Prot-apH-Dia
SB-14_Dia-3-Prot-Titsb
SB-13_2-Prot-Tit-Daten
SB-14_3-Prot-Tit-Daten
Kursinhalte der Stunden:
Spezies-Zusammensetzung und Titrationskurven
2- und 3-protoniger Säure-Base-Systeme
o Stöchiometrische und acidimetrische Thematik:
Siehe Thematik der 11. und 12. Stunde analog für 2- und 3-protonige Säure-BaseSysteme.
o EXCEL-Thematik:
Siehe 11. und 12. Stunde.
Heimübungen:
Fertigstellung der im Kurs begonnenen Tabellenblätter nach Belieben ohne Korrektur.
Die durch Eigenleistung erstellten Tabellenblätter für Berechnung und Darstellung von
Titrationskurven 2-protoniger Säure-Base-Systeme:
SB-13_2-Prot-Titsb, SB-13_Dia-2-Prot-Titsb, SB-13_2-Prot-Tit-Daten
können anschließend für die "Präsentation" benutzt werden.
Hinweise und Erläuterungen zur "Präsentation" findet man in der pdf-Datei
"0-4_EXCEL-Kurs-Praes"

Zeitplan und inhaltliche Beschreibung EXCEL-Kurs WS

Transcription

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