Tato laboratorní cvičení jsou navržena tak, aby kvantifikovala objem plynu vzniklého reakcí práškového hořčíku a kyseliny chlorovodíkové při různých koncentracích. Prostřednictvím tohoto postupu se studenti seznámí s principy chemické stechiometrie, kinetiky reakcí a vlivu koncentrace reaktantů na rychlost reakce.
Vzdělávací cíle
- Stechiometrie a produkce plynů: Studenti prozkoumají stechiometrické vztahy mezi pevnými reaktanty a plynnými produkty v chemických reakcích a prohloubí tak své pochopení převodů hmoty na plyn.
- Průzkum chemické kinetiky: Experiment umožňuje pozorování vlivu měnících se koncentrací kyseliny chlorovodíkové na rychlost produkce plynu, což poskytuje praktický příklad kinetiky reakcí.
- Vývoj experimentálních technik: Účastníci si zdokonalí své dovednosti v používání laboratorního vybavení pro měření objemů plynů a zlepší svou experimentální metodologii.
- Dovednosti interpretace dat: Studenti se naučí analyzovat výsledky experimentů pro odvození poznatků o zákonech chemické kinetiky, což podpoří jejich schopnost chápat a aplikovat chemické principy.
Zapojením do této laboratoře získají studenti praktický vhled do vlivu koncentrace reaktantů na rychlost chemických reakcí. Naučí se přesně měřit produkci plynů během reakce a analyzovat, jak různé proměnné tento proces ovlivňují. Zkušenost posiluje důležitost přesných experimentálních postupů a analýzy dat při porozumění základním principům chemie, čímž vybavuje studenty dovednostmi nezbytnými pro provádění experimentálního výzkumu.
Protokol
Montáž plynové byrety
- Naplňte 1 L kádinku minimálně 800 ml vody z kohoutku.
- Umístěte 1 l kádinku přímo napravo od plotýnky.
- Připojte univerzální držák k horní části stojanu nad středem 1L kádinky, abyste podepřeli plynovou byretu.
- Napl.
- Naplňte plynovou byretu po okraj vodou z 250 ml kádinky.
- Nasaďte gumovou zátku na plynovou byretu.
- Zajistěte převrácenou plynovou byretu na svorce tak, aby otvor (konec s gumovou zátkou) byl blízko dna 1litrového kádinku.
- Sejměte gumovou zátku (byreta musí být ponořena do kádinky).
Pokud voda vytéká z byrety, je to proto, že v kádince není dostatek vody nebo je byreta příliš vysoko. V takovém případě restartujte kroky 4 až 8.
- Umístěte modrý plastový konektor tak, aby jeho otvor ve tvaru písmene J směřoval pod otvor plynové byrety.
Měření reakce
- Položte Erlenmeyerovu baňku na topnou desku. Nezapínejte topný prvek.
- Vložte magnetickou míchací tyčinku do Erlenmeyerovy baňky.
- Nalijte 150 ml 0,3 M kyseliny chlorovodíkové (HCl) do Erlenmeyerovy baňky.
- Pomocí stěrky naberte malé množství práškového hořčíku (Mg) a vložte ho do vážící lodičky, abyste navážili přibližně 0,2 g.
- Vsypte práškový hořčík do Erlenmeyerovy baňky s roztokem kyseliny chlorovodíkové.
- Nasaďte zátko s dvěma otvory, spojenou se skleněným kolenem, na Erlenmeyerovu baňku.
- Ujistěte se, že skleněné kolínko na Erlenmeyerově baňce je vyrovnáno (připojeno) k plastové spojce připevněné ke kapalinové byretě.
- Spusťte stopky.
- Zapni magnetické míchadlo.
- Odečítejte objem plynu v byretě každých 10 sekund po dobu až 2 minut.
Výsledky jsou rovněž dostupné v grafické podobě v záložce Výsledky. / Objem vs. Čas
- Po 2 minutách zastavte stopky a magnetické míchadlo.
- Odstraňte zkumavku z Erlenmeyerovy baňky a vyjměte magnetické míchadlo.
- Odstraňte modrý plastový konektor z byrety.
- Vysypte obsah Erlenmeyerovy baňky do sběrné kádinky a propláchněte ji destilovanou vodou.
- Vynulovat stopky.
- Zopakujte kroky 4 až 20 s 0,2 M roztokem kyseliny chlorovodíkové.
- Zopakujte kroky 4 až 20 s 0,5 M roztokem kyseliny chlorovodíkové.
Poznámka: Reakce je 10x zrychlená.
Předvídané výsledky
- 0,2076 g Mg(s) je 0,085 mol, což vyprodukuje 0,085 mol H2.
- 0,085 mol H2 zabere objem přibližně 204 ml.
- Reakce bude dokončena přibližně za 120 až 180 sekund.
- Reakce bude rychlejší s roztokem 0,5 M, pak 0,3 M a nejpomalejší s roztokem 0,2 M.
Shrnutí úkolů podle věkové kategorie
3.–5. třída (věk 8–10 let)
- FokusZákladní úvod do konceptů reakčních rychlostí a produkce plynů.
- AktivityPozorování produkce plynu při reakcích práškového hořčíku s různými koncentracemi kyseliny chlorovodíkové, jednoduché diskuse o vlivu koncentrace na rychlost reakce, základní bezpečnostní pokyny.
6.–8. ročník (věk 11–13 let)
- Fokus: Středoškolské porozumění stechiometrii, kinetice reakcí a produkci plynů.
- AktivityProvádění reakcí s práškovým hořčíkem a různými koncentracemi kyseliny chlorovodíkové, měření objemu produkovaného plynu, pozorování vlivu koncentrace na rychlost reakce, dodržování podrobných bezpečnostních pokynů.
Třídy 9–12 (věk 14–18 let)
- Fokus: Pokročilé porozumění stechiometrii, kinetice reakcí a interpretaci dat.
- AktivityPřesné provádění reakcí s práškovým hořčíkem a různými koncentracemi kyseliny chlorovodíkové, měření a zaznamenávání objemu vznikajícího plynu, analýza vlivu koncentrace reaktantů na rychlost reakce, podrobné zaznamenávání a interpretace výsledků, dodržování pokročilých bezpečnostních protokolů, upevnění konceptů chemické kinetiky a stechiometrie.
Laboratorní potřeby
Nástroje
- Kádinka (500 ml, 1000 ml)
- Elektronická váha
- Víčko s dírkou na loket
- jelínek
- Plynová byreta
- Odmerné valce (250 ml)
- Plotýnka
- Stojan a svorky
- Magnetické míchadlo
- Plastový konektor
- Obracečka
- Zátka
- Teploměry
- Časovač
Produkty
- HCl 0,2 M (roztok)
- HCl 0,3 M (roztok)
- HCl 0,5 M (roztok)
- Hořčík (prášek)