061 – Vliv povrchu kontaktu na rychlost reakce 1

Tato laboratorní hodina je navržena tak, aby porovnala reaktivitu a chování hořčíku ve dvou odlišných formách – prášku a proužku – při reakci s kyselinou chlorovodíkovou (HCl). Měřením reakční doby a změn teplot mohou studenti proniknout do konceptů povrchové plochy reakce, rychlosti reakce a aktivační energie.

Vzdělávací cíle

  • Plocha povrchu a rychlost reakce: Studenti se naučí, jak rozdíl v ploše povrchu kontaktu mezi hořčíkovým práškem a hoblinkami ovlivňuje rychlost reakce, přičemž větší povrch prášku typicky vede k rychlejší reakci.
  • Aktivační energie: Experiment zdůrazňuje roli aktivační energie v chemických reakcích a ukazuje, jak fyzikální forma reaktantů může ovlivnit tuto kritickou energetickou mez.
  • Řízení chemických reakcí: Zdůrazňuje význam kontroly experimentálních proměnných pro přesné porovnání reaktivity různých forem hořčíku s HCl.
  • Termodynamika a kinetika: Prostřednictvím měření teploty si studenti prozkoumají koncepty termodynamiky a chemické kinetiky, přičemž budou pozorovat uvolňování tepla a rychlost, jakou reakce probíhají.

Provedením srovnávací analýzy hořečnatého prášku a pásku reagujících s kyselinou chlorovodíkovou získají studenti vhled do faktorů ovlivňujících rychlost reakce. Tato laboratorní práce zdůrazňuje význam povrchu, aktivační energie a přesného řízení a měření při studiu chemických reakcí, čímž zvyšuje porozumění studentů základním chemickým principům.

Protokol

Část 1: Reakce hořčíkového prášku s kyselinou chlorovodíkovou

  1. Odměřte 100 ml 1M kyseliny chlorovodíkové (HCl) pomocí odměrného válce.
  2. Nalijte obsah odměrného válce do kalorimetru.
  3. Ponořte špičku digitálního teploměru do tekutiny, abyste odebrali její teplotu.
  4. Počáteční teplota vody bude uvedena v tabulce výsledků.
  5. Navážte přibližně 0,6 g práškového hořčíku (Mg).
  6. Nalejte obsah váženky do kalorimetru.
  7. Nasaďte víko na kalorimetr.
  8. Vložte digitální teploměr do víka kalorimetru.
  9. Spusťte stopky.
  10. Aktivujte zelené tlačítko míchadla na víku kalorimetru.
  11. Graf teploty jako funkce času je v tabletu (záložka grafu).
  12. Poznamenejte si konečnou teplotu po ukončení reakce (přibližně po 30 až 60 sekundách).
  13. Zastav stopky.
  14. Výsledky se nacházejí na kartě výsledky na tabletu.
  15. Zastavte agitátor stisknutím červeného tlačítka.
  16. Vyjměte teploměr z víka kalorimetru.
  17. Otevřete víko kalorimetru.
  18. Vyjádřete obsah kalorimetru do sběrné nádrže.
  19. Propláchněte kalorimetr destilovanou vodou a vylijte jeho obsah do sběrné nádrže.
  20. Opláchněte odměrný válec destilovanou vodou a vylijte jeho obsah do sběrné nádoby.
  21. Vynulovat stopky.

Část 2: Reakce hořčíkové pásky s kyselinou chlorovodíkovou

  1. Odměřte 100 ml 1M kyseliny chlorovodíkové (HCl) pomocí odměrného válce.
  2. Nalijte obsah odměrného válce do kalorimetru.
  3. Ponořte špičku digitálního teploměru do tekutiny, abyste odebrali její teplotu.
  4. Počáteční teplota vody bude uvedena v tabulce výsledků.
  5. Navážku 0,6 g hořčíkových (Mg) planžet.
  6. Nalejte obsah váženky do kalorimetru.
  7. Nasaďte víko na kalorimetr.
  8. Vložte digitální teploměr do víka kalorimetru.
  9. Spusťte stopky.
  10. Aktivujte zelené tlačítko míchadla na víku kalorimetru.
  11. Graf teploty jako funkce času je v tabletu (záložka grafu).
  12. Poznamenejte si konečnou teplotu po skončení reakce (přibližně po 3 minutách) a zastavte stopky.
  13. Zastav stopky.
  14. Výsledky se nacházejí na kartě výsledky na tabletu.
  15. Zastavte agitátor stisknutím červeného tlačítka.
  16. Vyjměte teploměr z víka kalorimetru.
  17. Otevřete víko kalorimetru.
  18. Vyjádřete obsah kalorimetru do sběrné nádrže.
  19. Propláchněte kalorimetr destilovanou vodou a vylijte jeho obsah do sběrné nádrže.
  20. Opláchněte odměrný válec destilovanou vodou a vylijte jeho obsah do sběrné nádoby.
  21. Vynulovat stopky.
  22. Poznamenejte si čas potřebný do konce reakce, určený stabilizací teploty. Porovnejte s reakcí z části 1 provedenou s hořčíkovým práškem.

Předvídané výsledky

Část 1

  • 0,63 g prášku Mg(s) vyvolá 440 kJ/mol Mg.
  • V 1M HCl dojde ke zvýšení teploty o 25 ℃ přibližně za 84 sekund.

Část 2

  • 0,55 g Mg(s) pásku vyprodukuje 440 kJ/mol Mg.
  • V HCl 1 M bude zvýšení teploty 22 ℃ asi za 140 sekund.

Shrnutí úkolů podle věkové kategorie

3.–5. třída (věk 8–10 let)

  • FokusZákladní úvod do konceptů reakční rychlosti a povrchu.
  • Aktivity: Pozorování reakcí prášku a pásku z hořčíku s kyselinou chlorovodíkovou, zaznamenání jednoduchých rozdílů v rychlosti reakce, základní bezpečnostní pokyny.

6.–8. ročník (věk 11–13 let)

  • Fokus: Středně pokročilé porozumění vlivu povrchové plochy na rychlost reakce a základní termodynamika.
  • AktivityProvádění reakcí s práškovým hořčíkem a hořčíkovou páskou v kyselině chlorovodíkové, měření doby reakce a změn teploty, porovnání reaktivity různých forem hořčíku, dodržování podrobných bezpečnostních protokolů.

Třídy 9–12 (věk 14–18 let)

  • FokusPokročilé porozumění kinetice reakcí, vlivu povrchu a termodynamice.
  • AktivityPřesné provádění reakcí s práškovým a pásovým hořčíkem, měření a zaznamenávání reakčních časů a změn teploty, analýza vlivu povrchu na reakční rychlost a aktivační energii, detailní záznam a interpretace výsledků, dodržování pokročilých bezpečnostních protokolů, upevnění konceptů chemické kinetiky a termodynamiky.

Laboratorní potřeby

Nástroje

  • Kádinka (1000ml)
  • kalorimetr
  • Elektronická váha
  • Odmerné valce (70 ml a 250 ml)
  • Stěrky
  • Teploměry
  • Časovač
  • Pinzeta.

Produkty

  • HCl 1 M (roztok)
  • Hořčík (prášek)
  • Hořčík (proužek)
zpět na seznam