061 – La influència de la superfície de contacte en la velocitat de reacció 1

Aquesta sessió de laboratori està dissenyada per comparar la reactivitat i el comportament del magnesi en dues formes diferents: en pols i en cinta, quan reacciona amb àcid clorhídric (HCl). En mesurar el temps de reacció i els canvis de temperatura, els estudiants poden aprofundir en els conceptes d'àrea superficial de reacció, velocitat de reacció i energia d'activació.

Objectius educatius

  • Superfície i velocitat de reacció: Els alumnes aprendran com la diferència en la superfície de contacte entre el pols de magnesi i la cinta afecta la velocitat de la reacció, resultant generalment una reacció més ràpida amb la superfície més gran del pols.
  • Energia d'activació L'experiment destaca el paper de l'energia d'activació en les reaccions químiques i demostra com la forma física dels reactius pot influir en aquest llindar crític d'energia.
  • Control de reaccions químiques: Emfatitza la importància de controlar les variables experimentals per comparar amb precisió la reactivitat de diferents formes de magnesi amb HCl.
  • Termodinàmica i cinètica: A través de mesures de temperatura, els estudiants exploraran conceptes de termodinàmica i cinètica química, observant l'alliberament de calor i la velocitat a la qual es produeixen les reaccions.

Mitjançant la realització d'una anàlisi comparativa del magnesi en pols i en cinta reaccionant amb àcid clorhídric, els estudiants obtenen una visió dels factors que influeixen en la velocitat de reacció. Aquest laboratori subratlla la importància de la superfície, l'energia d'activació, i un control i mesurament precisos en l'estudi de les reaccions químiques, millorant la comprensió dels estudiants dels principis fonamentals de la química.

Protocol

Part 1: Reacció de pols de magnesi amb àcid clorhídric

  1. Mesura 100 mL d'àcid clorhídric (HCl) 1M utilitzant el cilindre graduat.
  2. Aboca el contingut del cilindre graduat al calorímetre.
  3. Submergeix la punta del termòmetre digital al líquid per prendre'n la temperatura.
  4. La temperatura inicial de l'aigua apareixerà a la taula de resultats.
  5. Peseu aproximadament 0,6 g de pols de magnesi (Mg).
  6. Aboca el contingut del vaixell de pesada dins del calorímetre.
  7. Poseu la tapa al calorímetre.
  8. Introduïu el termòmetre digital a la tapa del calorímetre.
  9. Inicia el cronòmetre.
  10. Activa el botó verd de l'agitador a la tapa del calorímetre.
  11. El gràfic de la temperatura en funció del temps està a la tauleta (pestanya de gràfics).
  12. Anoteu la temperatura final quan la reacció s'aturi (després d'aproximadament 30 a 60 segons).
  13. Atura el cronòmetre.
  14. Els resultats es troben a la pestanya de resultats de la tauleta.
  15. Atura l'agitador prement el botó vermell.
  16. Retira el termòmetre de la tapa del calorímetre.
  17. Retireu la tapa del calorímetre.
  18. Buidar el contingut del calorímetre al dipòsit de recuperació.
  19. Esbandiu el calorímetre amb aigua destil·lada i buideu-ne el contingut al dipòsit de recuperació.
  20. Esbandiu el cilindre graduat amb aigua destil·lada i buideu el seu contingut al dipòsit de recuperació.
  21. Reinicia el cronòmetre.

Part 2: Reacció del sulfur de magnesi amb àcid clorhídric

  1. Mesura 100 mL d'àcid clorhídric (HCl) 1M utilitzant el cilindre graduat.
  2. Aboca el contingut del cilindre graduat al calorímetre.
  3. Submergeix la punta del termòmetre digital al líquid per prendre'n la temperatura.
  4. La temperatura inicial de l'aigua apareixerà a la taula de resultats.
  5. Peseu aproximadament 0,6 g de cinta de magnesi (Mg).
  6. Aboca el contingut del vaixell de pesada dins del calorímetre.
  7. Poseu la tapa al calorímetre.
  8. Introduïu el termòmetre digital a la tapa del calorímetre.
  9. Inicia el cronòmetre.
  10. Activa el botó verd de l'agitador a la tapa del calorímetre.
  11. El gràfic de la temperatura en funció del temps està a la tauleta (pestanya de gràfics).
  12. Anoteu la temperatura final quan acabi la reacció (aproximadament als 3 minuts) atureu el cronòmetre.
  13. Atura el cronòmetre.
  14. Els resultats es troben a la pestanya de resultats de la tauleta.
  15. Atura l'agitador prement el botó vermell.
  16. Retira el termòmetre de la tapa del calorímetre.
  17. Retireu la tapa del calorímetre.
  18. Buidar el contingut del calorímetre al dipòsit de recuperació.
  19. Esbandiu el calorímetre amb aigua destil·lada i buideu-ne el contingut al dipòsit de recuperació.
  20. Esbandiu el cilindre graduat amb aigua destil·lada i buideu el seu contingut al dipòsit de recuperació.
  21. Reinicia el cronòmetre.
  22. Tingues en compte el temps necessari fins al final de la reacció, determinat per l'estabilització de la temperatura. Compara-ho amb la reacció de l'apartat 1 portada a terme amb pols de magnesi.

Resultats previstos

Part 1

  • 0,63 g de pols de Mg(s) produirà 440 kJ/mol de Mg.
  • A l'HCl 1 M, l'increment de temperatura serà de 25℃, en uns 84 segons.

Part 2

  • 0,55 g de cinta de Mg(s) produiran 440 kJ/mol de Mg.
  • A l'HCl 1 M, l'augment de temperatura serà de 22℃, en uns 140 segons.

Resum de tasques per rang de qualificació

Cursos 3-5 (Edats 8-10)

  • Enfocament: Introducció bàsica als conceptes de velocitat de reacció i àrea superficial.
  • Activitats: Observació de les reaccions de pols i cinta de magnesi amb àcid clorhídric, anotant diferències senzilles en la velocitat de reacció, instruccions bàsiques de seguretat.

Cursos 6è-8è (Edats 11-13 anys)

  • Enfocament: Comprensió intermèdia dels efectes de la superfície en la velocitat de reacció i la termodinàmica bàsica.
  • Activitats: Realització de reaccions amb pols i cinta de magnesi en àcid clorhídric, mesurant temps de reacció i canvis de temperatura, comparant la reactivitat de diferents formes de magnesi, seguint protocols de seguretat detallats.

Cursos 9-12 (Edats 14-18)

  • Enfocament: Comprensió avançada de cinètica de reaccions, efectes de l'àrea superficial i termodinàmica.
  • Activitats: Realitzar amb precisió reaccions amb pols i cinta de magnesi, mesurar i registrar els temps de reacció i els canvis de temperatura, analitzar l'impacte de l'àrea superficial en la velocitat de reacció i l'energia d'activació, registre i interpretació detallats dels resultats, aplicació de protocols de seguretat avançats, reforç dels conceptes de cinètica i termodinàmica química.

Equipament de laboratori

Instruments

  • Anàlisi (1000ml)
  • Calorímetre
  • Balança electrònica
  • Cilindres graduats (70 ml i 250 ml)
  • Espàtules
  • Termòmetres
  • Temporitzador
  • Pinces.

Productes

  • HCl 1 M (dissolució)
  • Magnesi (en pols)
  • Magnesi (cinta)
<< tornar a la llista