Aquesta sessió de laboratori se centra en la reacció química entre el clorur de calci i l'oxalat d'amoni; centrant-se en la preparació precisa de les solucions reactives i l'observació dels canvis de massa derivats de la seva interacció. L'experiment està dissenyat per a proporcionar una demostració clara del mecanisme de reacció i la formació d'un precipitat; posant de manifest els principis d'estequiometria i la conservació de la massa en reaccions químiques.
Objectius educatius
- Preparació i reacció de solucions químiques: Els participants aprendran a preparar amb precisió solucions de clorur de calci i oxalat d'amoni i a barrejar-les per iniciar una reacció química, posant èmfasi en els aspectes procedimentals de l'experimentació química.
- Observació dels canvis de massa: L'experiment pretén il·lustrar el concepte de conservació de la massa en reaccions químiques mesurant els canvis de massa abans i després de la reacció, proporcionant proves tangibles del resultat de la reacció.
- Comprensió de les reaccions de precipitació: A través de la formació d'un precipitat a partir de la reacció, els participants exploraran els principis de les reaccions de precipitació, incloses les regles de solubilitat i el paper dels compostos iònics en solucions aquoses.
- Desenvolupament d'habilitats analítiques: Aquesta sessió està dissenyada per millorar les habilitats analítiques dels participants en l'observació, documentació i interpretació dels resultats de les reaccions químiques, promovent una comprensió més profunda dels processos químics i els seus aspectes quantitatius.
En participar en aquesta sessió de laboratori, els participants adquiriran experiència pràctica amb la reacció química entre el clorur de calci i l'oxalat d'amoni, des de la preparació de les solucions fins a l'observació dels efectes de la reacció. Aquesta exploració pràctica no només demostrarà els principis de la precipitació i la conservació de la massa, sinó que també proporcionarà una visió valuosa de la naturalesa meticulosa de la realització d'experiments químics. A través d'aquest procés, els participants milloraran la seva comprensió dels conceptes clau de la química, reforçant els seus coneixements i habilitats en la disciplina.
Protocol
- Pesada inicial del vas de precipitats: Pesau un vas de precipitats buit de 50 ml i anoteu la seva massa.
- Pesada inicial del cilindre graduat: Peseu un cilindre graduat buit de 10 ml i anoteu-ne la massa.
- Mesurament de clorur de calci (CaCl₂2) : Utilitzant el tub d'assaig graduat; mesura amb precisió 5 ml de 0,2 M de solució de clorur de calci.
- Transferència del clorur de calci: Aboqui la solució de clorur de calci mesurada dins del vas de precipitats de 50 ml.
- Esbandir el cilindre graduat: Utilitzeu una ampolla de rentat per esbandir el cilindre graduat amb aigua destil·lada.
- Mesurament d'oxalat d'amoni ((NH4)2C204) : Mesura amb precisió 5 mL de solució d'oxalat d'amoni 0.2M utilitzant el mateix tub de graduació.
- Pesar la solució de clorur de calci: Pesi el vas de precipitats que conté la solució de clorur de calci i anoti la massa.
- Pesar la dissolució d'oxalat d'amoni: Peseu el cilindre graduat que conté la dissolució d'oxalat d'amoni i anoteu la massa.
- Utilitzant les dades recopilades en els passos anteriors, calculeu la massa dels dos líquids.
- Combinació de solucions: Aboqueu suaument la solució d'oxalat d'amoni al vas de precipitats que conté la solució de clorur de calci.
- Barrejar: Barrejar suaument les solucions durant 5 segons amb la vareta de vidre. Anotar qualsevol canvi en l'aparença.
- Pesada final: Peseu el matràs que conté la barreja de les dues solucions reactives.
- Utilitzant les dades recollides en els passos 10 a 12, calculeu la massa combinada dels 2 líquids barrejats.
- Compareu la massa dels líquids abans i després de barrejar-los i registreu les vostres observacions.
Resultats previstos
- El got de precipitats de 50 ml pesa 75 grams, i el tub deresar 10 ml pesa 50 grams.
- 5ml CaCl2 0,2M pesaran 5,12g, inclosos 5g de H2O, 0,04g Ca2+ i 0,08 g de Cl–, per un total de 80,12g.
- 5 mL de (NH₄)₂C₂O₄ 0,2 M pesaran 5,12 g, incloent 5 g d'H2O, 0,04g NH4+ i 0,08g C2O42-, per un total de 55,12 g.
- La solució final pesarà aproximadament 10,24 g, incloent 10 g de H2O, 0,13 g CaC2O4(s), 0.08g Cl–, 0,04 g NH4+, i quantitat negligible de Ca2+, H+, NH3+, HC2O4, i àcid oxàlic.
La reacció entre el clorur de calci (CaCl₂) i l'oxalat d'amoni en una solució aquosa resulta en la formació d'oxalat de calci i clorur d'amoni. En aquesta reacció, el clorur de calci reacciona amb l'oxalat d'amoni per produir oxalat de calci, que precipita fora de la solució com a sòlid, i clorur d'amoni, que roman en la fase aquosa. L'oxalat de calci és poc soluble en aigua, per això precipita fora de la solució. Aquest tipus de reacció és un exemple de reacció de doble desplaçament, on els cations i anions dels reactius canvien de lloc per formar nous productes.
- Conservació de la massaTot i la reacció química i la formació d'un precipitat (oxalato de calci), la massa total del sistema (solucions, vas de precipitats i cilindre) es manté constant abans i després de la reacció, il·lustrant la llei de conservació de la massa.
- Formació de precipitatsLa formació visible d'oxalat de calci com a precipitats sòlids demostra un canvi químic, mentre que la massa total roman constant.
Lliçons apreses:
- Precisió en la mesuraL'experiment posa èmfasi en la importància de les mesures precises en els experiments científics, des del pesatge d'equips i substàncies fins a la mesura de volums de líquids.
- Observant canvis químicsEls estudiants aprenen a observar i registrar canvis físics (com la formació d'un precipitat) que indiquen que s'ha produït una reacció química.
- Interpretació de resultatsComprendre el concepte de conservació de la massa en el context d'una reacció química, fins i tot quan el sistema experimenta canvis físics visibles.
Principis de química:
- Llei de conservació de la massa: Aquest experiment demostra que en un sistema tancat, la massa roman constant independentment dels processos que hi tinguin lloc. La massa total abans de la reacció química és igual a la massa total després de la reacció.
- Reaccions químiques: La formació d'oxalat de calci i clorur d'amoni a partir de clorur de calci i oxalat d'amoni és un exemple de reacció de doble desplaçament, un tipus comú d'reacció química on els ions intercanvien socis.
- Solubilitat i precipitacióL'experiment demostra com les regles de solubilitat s'apliquen en reaccions químiques, amb l'oxalat de calci sent insoluble en aigua i formant un precipitat, mentre que el clorur d'amoni roman dissolt.
En comparar la massa dels reactius i els productes, els estudiants poden veure de primera mà que la massa es manté constant, reforçant així el principi de conservació de la massa d'una manera tangible i pràctica.
Resum de tasques per rang de qualificació
Cursos 3-5 (Edats 8-10)
- EnfocamentIntroducció bàsica a les reaccions químiques i la conservació de la massa.
- Activitats: Observació de la barreja de solucions, demostració senzilla de conservació de la massa amb balança, instruccions bàsiques de seguretat.
Cursos 6è-8è (Edats 11-13 anys)
- EnfocamentComprensió intermèdia de reaccions químiques, estequiometria i conservació de la massa.
- Activitats: Preparació de solucions de clorur de calci i oxalat d'amoni, mesurament de la massa abans i després de la reacció, observació i registre de la formació d'un precipitat, seguiment de protocols de seguretat detallats.
Cursos 9-12 (Edats 14-18)
- Enfocament: Comprensió avançada d'estequiometria, reaccions de precipitació i la llei de conservació de la massa.
- Activitats: Preparació i barreja acurades de solucions, mesura detallada dels canvis de massa abans i després de la reacció, anàlisi de la formació i composició del precipitat, documentació i interpretació meticulosa dels resultats, compliment de protocols de seguretat avançats.
Equipament de laboratori
Instruments
- Anells (50ml)
- Bastó de vidre
- Gisèle Degrés (10 ml)
- Espàtules
- Balança
Productes
- Solució de (NH4)2C2O4 0,2M
- Dissolució de clorur de calci 0,2M