Tento protokol se soustředí na hodnocení vlivu koncentrace kyseliny chlorovodíkové na její reakční dobu s práškovým hořčíkem a výsledné změny teploty.
Prostřednictvím této experimentální aparatury budou mít studenti příležitost ponořit se do principů chemické kinetiky, termodynamiky a stechiometrie.
Vzdělávací cíle
- Chemická kinetika Získejte porozumění tomu, jak koncentrace kyseliny chlorovodíkové ovlivňuje rychlost její reakce s hořčíkem, a získejte tak přehled o rychlostech reakcí.
- Termodynamika: Sledujte a zaznamenávejte změny teploty během reakce, abyste určili její exotermickou nebo endotermickou povahu a prohloubili tak porozumění energetickým změnám v chemických procesech.
- Experimentální dovednosti: Rozvíjet přesnost při měření kapalin a pevných látek a při sledování chemických reakcí, zlepšovat experimentální techniku a přesnost.
- Analýza a interpretace: Naučte se analyzovat časová a tepelná data, abyste pochopili vliv koncentrace reaktantů na reakci, čímž si rozvinete analytické a interpretační dovednosti v chemii.
Zkoumáním vlivu koncentrace kyseliny chlorovodíkové na její reakci s hořčíkem nabízí tento pokus cenné poznatky o dynamice chemických reakcí.
Studenti nejen na vlastní oči uvidí vliv koncentrace reaktantů na rychlost reakce a změny teploty, ale také tyto poznatky uplatní k pochopení vzájemného působení chemické kinetiky a termodynamiky. Dovednosti a znalosti získané prostřednictvím této laboratoře jsou zásadní pro návrh chemických procesů a pro hlubší porozumění chemickým reakcím, čímž studenty připraví na pokročilé studium a výzkum v chemii.
Protokol
Část 1: Reakce s 1M HCl
- Odměřte 100 ml 1M kyseliny chlorovodíkové (HCl) pomocí odměrného válce.
- Nalijte obsah odměrného válce do kalorimetru.
- Ponořte špičku digitálního teploměru do tekutiny, abyste odebrali její teplotu.
- Počáteční teplota vody bude uvedena v tabulce výsledků.
- Navážka přibližně 0,4 g práškového hořčíku (Mg).
- Nalejte obsah váženky do kalorimetru.
- Nasaďte víko na kalorimetr.
- Vložte digitální teploměr do víka kalorimetru.
- Spusťte stopky.
- Aktivujte zelené tlačítko míchačky na víku kalorimetru.
- Graf teploty jako funkce času je v tabletu (záložka grafu).
- Poznamenejte si konečnou teplotu po skončení reakce (přibližně po 1 minutě).
- Zastav stopky.
- Výsledky se nacházejí na kartě výsledky na tabletu.
- Zastavte agitátor stisknutím červeného tlačítka.
- Vyjměte teploměr z víka kalorimetru.
- Otevřete víko kalorimetru.
- Vyjádřete obsah kalorimetru do sběrné nádrže.
- Propláchněte kalorimetr destilovanou vodou a vylijte jeho obsah do sběrné nádrže.
- Opláchněte odměrný válec destilovanou vodou a vylijte jeho obsah do sběrné nádoby.
- Vynulovat stopky.
Část 2: Reakce s 2M HCl
- Zopakujte kroky 1 až 19 výše, ale s použitím 2M kyseliny chlorovodíkové (HCl).
- Poznamenejte si čas potřebný do ukončení reakce, určený stabilizací teploty. Porovnejte s reakcí z části 1 provedenou s 1M kyselinou chlorovodíkovou (HCl).
Poznámka: Reakce je 10krát urychlena, aby bylo možné snadněji pozorovat kompletní reakci.
Předvídané výsledky
Část 1
- 0,42 g Mg(s) prášku vyprodukuje 440 kJ/mol Mg.
- V 1 M HCl se teplota zvýší o 17 ℃ přibližně za 50 sekund.
Část 2
- V 2M HCl se teplota zvýší o 17 °C přibližně za 22 sekund.
Shrnutí úkolů podle věkové kategorie
3.–5. třída (věk 8–10 let)
- FokusZákladní úvod do rychlosti reakcí, změn teploty a vlivu koncentrace.
- Aktivity: Sledování reakcí práškového hořčíku s kyselinou chlorovodíkovou při různých koncentracích, zaznamenání jednoduchých rozdílů v rychlosti reakce a změnách teploty, základní bezpečnostní pokyny.
6.–8. ročník (věk 11–13 let)
- FokusStřední znalost reakční kinetiky, termodynamiky a vlivu koncentrace.
- AktivityProvádění reakcí s práškovým hořčíkem a různými koncentracemi kyseliny chlorovodíkové, měření změn teploty, pozorování vlivu koncentrace na rychlost reakce a teplotu, dodržování podrobných bezpečnostních protokolů.
Třídy 9–12 (věk 14–18 let)
- FokusPokročilé znalosti chemické kinetiky, termodynamiky a analýzy dat.
- AktivityPřesné provádění reakcí s práškovým hořčíkem a různými koncentracemi kyseliny chlorovodíkové, měření a zaznamenávání změn teploty a dob reakcí, analýza vlivu koncentrace reaktantů na rychlost reakce a tepelné změny, podrobné zaznamenávání a interpretace výsledků, dodržování pokročilých bezpečnostních protokolů, upevňování konceptů chemické kinetiky, termodynamiky a stechiometrie.
Laboratorní potřeby
Nástroje
- Kádinka (1000ml)
- kalorimetr
- Elektronická váha
- Odmerné valce (70 ml a 250 ml)
- Stěrky
- Teploměry
- Časovač
- Pinzeta
Produkty
- HCl 2 M (roztok)
- HCl 1 M (roztok)
- Hořčík (prášek)