Aquesta sessió de laboratori està estructurada en dues parts ben diferenciades, cadascuna centrada en reaccions diferents que involucren el magnesi per il·lustrar els principis de les reaccions químiques i la termoquímica.
- Part 1: implica la reacció de magnesi en pols amb àcid clorhídric (HCl) 1M en un calorímetre per mesurar les temperatures inicial i final i observar els canvis tèrmics que es produeixen. Aquesta part emfatitza la naturalesa exotèrmica de la reacció entre el magnesi i l'àcid clorhídric.
- Part 2: repeteix el procediment utilitzat a la Part 1 però substitueix el magnesi per pols d'òxid de magnesi (MgO) per explorar la reacció entre l'MgO i l'àcid clorhídric. Aquesta comparació té com a objectiu destacar les diferències en la reactivitat i els canvis tèrmics entre el magnesi i el seu òxid quan reaccionen amb l'àcid clorhídric.
Objectius educatius
Aquesta sessió de laboratori està dissenyada perquè els estudiants assolixin un conjunt d'objectius d'aprenentatge progressius que s'alineen amb el seu nivell d'estudi. A totes les edats, l'objectiu principal és desenvolupar la curiositat pels processos químics, reforçar el mètode científic i cultivar pràctiques de laboratori segures.
- Comprensió conceptual: Els estudiants aprendran els principis fonamentals de les reaccions químiques, amb especial atenció als processos exotèrmics i la relació entre reactius, productes i canvis energètics. Comparant les reaccions del magnesi i l'òxid de magnesi amb l'àcid clorhídric, els estudiants reconeixeran com la forma química i els enllaços influeixen en la reactivitat i l'alliberament de calor.
- Habilitats pràctiques i tècniques: Els alumnes desenvoluparan tècniques de laboratori pràctiques, incloent la mesura precisa dels reactius, el maneig acurat d'instruments científics i l'observació sistemàtica dels canvis de temperatura al llarg del temps. L'activitat reforça la importància de la precisió, la recollida de dades i la reproductibilitat en la ciència experimental.
- Pensament analític i crític: els estudiants analitzaran les diferències en l'energia tèrmica alliberada per dues reaccions similars però distintes. Compararan les dades empíriques amb les expectatives teòriques, discutiran les fonts d'error i consideraran les implicacions més àmplies de la termoquímica en contextos del món real, com ara la ciència dels materials i les aplicacions energètiques.
- Comunicació científica i seguretat: S'animarà els participants a registrar clarament les seves troballes, interpretar els resultats lògicament i comunicar-los de manera efectiva tant per escrit com verbalment. Igualment important, practicaran una conducta de laboratori responsable adherint-se als protocols de seguretat i manipulant els productes químics amb cura.
Al final de la sessió, els estudiants no només haurien de comprendre els principis científics que sustenten les reaccions estudiades, sinó que també haurien d'adquirir confiança en l'aplicació d'habilitats de laboratori, l'avaluació de dades i la comprensió de la rellevància de la termoquímica tant per a l'aprenentatge acadèmic com per als fenòmens quotidians.
Protocol
- Mesura 100 mL d'àcid clorhídric (HCl) 1 M utilitzant el cilindre graduat.
- Aboca el contingut del cilindre graduat al calorímetre.
- Poseu la tapa al calorímetre.
- Introduïu el termòmetre al forat de la tapa.
- Peseu un petit tros de cinta de magnesi (Mg) (aproximadament 0,5 g) utilitzant la balança.
- Obriu la tapa i poseu el tros de magnesi al calorímetre i torneu-la a tancar tan ràpidament com sigui possible.
- Activa el temporitzador.
- Activeu l'agitador del calorímetre prement el botó verd de la tapa.
- Observeu atentament l'evolució de la temperatura a la taula de resultats.
- Espereu uns 3 minuts o fins que la temperatura deixi d'augmentar.
- Atura el cronòmetre.
- Reinicia el temporitzador prement el botó Reiniciar.
- Atureu l'agitador prement el botó vermell. Traieu el termòmetre i, a continuació, la tapa del calorímetre.
- Aboca el contingut líquid del calorímetre al contenidor de residus negre. Retira el tros de cinta de magnesi amb les pinces.
- Esbandiu el calorímetre, el termòmetre i l'agitador amb aigua destil·lada.
- Deixa refredar el calorímetre durant uns 30 segons.
- Repetiu els passos 1 a 11 amb aproximadament 1 g d'òxid de magnesi en trossos.
La reacció s'acc.
Resultats previstos
- Un petit tros de Mg (uns 0,55 g) augmentarà la temperatura aproximadament 22℃ en 140 segons, per 440 kJ per mol de Mg.
- Un petit fragment de MgO (aproximadament 1 g) augmentarà la temperatura aproximadament 7℃ en 180 segons, per 120 kJ per mol de MgO.
Resum de tasques per rang de qualificació
Cursos 3-5 (Edats 8-10)
- Enfocament: Introducció bàsica a les reaccions químiques i els canvis de temperatura.
- Activitats: Observació dels canvis de temperatura durant les reaccions, comparacions senzilles de reaccions que involucren magnesi i òxid de magnesi, instruccions bàsiques de seguretat.
Cursos 6è-8è (Edats 11-13 anys)
- Enfocament: Comprensió intermèdia de reaccions químiques, tècniques de mesura i termoquímica.
- Activitats: Realitzar reaccions amb magnesi i àcid clorhídric, mesurar canvis de temperatura, comparar reaccions amb òxid de magnesi, comprendre els canvis de calor en les reaccions, seguir protocols de seguretat detallats.
Cursos 9-12 (Edats 14-18)
- Enfocament: Comprensió avançada de termoquímica, tècniques de mesura precises i dinàmica de reaccions.
- Activitats: Realitzar amb precisió reaccions amb magnesi i òxid de magnesi en àcid clorhídric, mesurar i registrar els canvis de temperatura, comparar la reactivitat i els canvis de calor, analitzar les condicions experimentals i els seus efectes, un registre detallat i interpretació dels resultats, adhering to protocols de seguretat avançats, reforçant conceptes de reaccions químiques i termoquímica.
Equipament de laboratori
Instruments
- Anàlisi (1000ml)
- Calorímetre
- Balança electrònica
- Cilicindres graduats (70ml i 250ml)
- Espàtules
- Termòmetres
- Temporitzador
- Pinces
Productes
- HCl 1 M (dissolució)
- Magnesi (en pols)
- Òxid de magnesi (en pols)