Aquesta sessió de laboratori està dissenyada per aprofundir en els principis de la termoquímica mitjançant l'exploració de la reacció exotèrmica entre el magnesi (Mg) i l'àcid clorhídric (HCl).
Els participants es dedicaran a mesurar els canvis de temperatura resultants d'aquesta reacció química, utilitzant aquestes mesures per debatre conceptes com l'entalpia i la conservació de l'energia.
Objectius educatius
- Comprendre les reaccions exotèrmiques: Els estudiants observaran l'augment de temperatura que caracteritza les reaccions exotèrmiques, on l'energia s'allibera en forma de calor, proporcionant un exemple tangible d'aquest tipus de reacció química.
- Aplicació de la llei de conservació de l'energia: L'experiment serveix com a il·lustració pràctica de la llei de conservació de l'energia, demostrant com l'energia es transforma d'una forma a una altra, en aquest cas, de l'energia química a l'energia tèrmica.
- Càlcul de l'entalpia: Mesurant els canvis de temperatura durant la reacció, els estudiants aprendran a calcular l'entalpia de la reacció, oferint una visió quantitativa de l'energia alliberada o absorbida durant un procés químic.
- Precisió experimental: Enfatitza la importància de la precisió en el pesatge dels reactius, la mesura dels volums i les temperatures per aconseguir resultats fiables i reproduïbles.
- Protocols de seguretat: Ressalta la necessitat d'adherir-se als protocols de seguretat en el maneig de substàncies reactives i corrosives com ara l'HCl i el magnesi, i l'ús d'equips de protecció individual com ara ulleres de seguretat, guants i bates de laboratori.
Aquest laboratori ofereix una oportunitat pràctica per explorar reaccions exotèrmiques i els principis fonamentals de la termoquímica. Mitjançant l'anàlisi dels canvis de temperatura durant la reacció entre el magnesi i l'àcid clorhídric, els estudiants adquireixen una comprensió completa de l'entalpia de reacció i la conservació de l'energia en els processos químics. Aquesta sessió no només reforça els principis fonamentals de la química, sinó que també millora les habilitats dels estudiants en precisió experimental i seguretat, contribuint a la seva competència general en experimentació científica.
Protocol
- Mesura 100 ml d'àcid clorhídric (HCl) 0.2 M utilitzant el cilindre graduat.
- Aboca el contingut del cilindre graduat al calorímetre.
- Submergeix la punta del termòmetre digital al líquid per prendre'n la temperatura.
- La temperatura inicial de l'aigua apareixerà a la taula de resultats.
- Peseu aproximadament 0,2 g de pols de magnesi (Mg).
- Aboca el contingut del vaixell de pesada dins del calorímetre.
- Poseu la tapa al calorímetre.
- Introduïu el termòmetre digital a la tapa del calorímetre.
- Inicia el cronòmetre.
- Activa el botó verd de l'agitador a la tapa del calorímetre.
- El gràfic de la temperatura en funció del temps està a la tauleta (pestanya de gràfics).
- Tingues en compte la temperatura final quan acabi la reacció (entre 3 i 4 minuts).
- Atura el cronòmetre.
- Els resultats es troben a la pestanya de resultats de la tauleta.
- Atura l'agitador prement el botó vermell.
- Retira el termòmetre de la tapa del calorímetre.
- Treu la tapa del calorímetre.
- Buidar el contingut del calorímetre al contenidor de recuperació.
- Esbandiu el calorímetre amb aigua destil·lada i buideu-ne el contingut a la paperera de recuperació.
- Esbandiu el cilindre graduat amb aigua destil·lada i buideu el seu contingut al dipòsit de recuperació.
Nota: la reacció s'accelera 10 vegades més ràpidament per observar més fàcilment la reacció completa.
Resultats previstos
- 0,2076 g de Mg(s) són 0,0085 mols, que produiran 440 kJ/mol de Mg.
- En HCl 0.2M, l'increment de temperatura serà de 8℃, en uns 225 segons.
Resum de tasques per rang de qualificació
Cursos 3-5 (Edats 8-10)
- EnfocamentIntroducció bàsica a les reaccions exotèrmiques i els canvis de temperatura.
- Activitats: Observació de l'augment de temperatura durant la reacció entre el magnesi i l'àcid clorhídric, discussions senzilles sobre alliberament d'energia, instruccions bàsiques de seguretat.
Cursos 6è-8è (Edats 11-13 anys)
- EnfocamentComprensió intermèdia de les reaccions exotèrmiques, la conservació de l'energia i la mesura de la temperatura.
- Activitats: Realització de la reacció entre magnesi i àcid clorhídric, mesurant canvis de temperatura, comprenent la transformació d'energia, seguint protocols de seguretat detallats.
Cursos 9-12 (Edats 14-18)
- Enfocament: Comprensió avançada de la termoquímica, l'entalpia de reacció i la precisió experimental.
- Activitats: Realitzar la reacció amb precisió, mesurar i registrar els canvis de temperatura, calcular l'entalpia, analitzar la conservació de l'energia, enregistrament detallat i interpretació dels resultats, adherir-se a protocols de seguretat avançats, reforçar els conceptes de termoquímica i conservació de l'energia.
Equipament de laboratori
Instruments
- Anàlisi (1000ml)
- Calorímetre
- Balança electrònica
- Cilindres graduats (70 ml i 250 ml)
- Espàtules
- Termòmetres
- Temporitzador
- Pinces
Productes
- HCl 0,2 M (dissolució)
- Magnesi (en pols)