061 – Der Einfluss der Kontaktfläche auf die Reaktionsgeschwindigkeit 1

Diese Laborveranstaltung beschäftigt sich mit dem Vergleich der Reaktivität und des Verhaltens von Magnesium in zwei verschiedenen Formen – Pulver und Band – bei der Reaktion mit Salzsäure (HCl). Durch die Messung der Reaktionszeit und der Temperaturänderungen können die Studierenden sich mit den Konzepten der Reaktionsfläche, der Reaktionsgeschwindigkeit und der Aktivierungsenergie auseinandersetzen.

Bildungsziele

  • Oberfläche und Reaktionsgeschwindigkeit Schüler lernen, wie sich der Unterschied in der Kontaktfläche zwischen Magnesiumpulver und -band auf die Reaktionsgeschwindigkeit auswirkt, wobei die größere Oberfläche des Pulvers in der Regel zu einer schnelleren Reaktion führt.
  • Aktivierungsenergie Das Experiment hebt die Rolle der Aktivierungsenergie bei chemischen Reaktionen hervor und zeigt, wie die physikalische Form der Reaktanten diesen kritischen Energiegrenzwert beeinflussen kann.
  • Kontrolle chemischer Reaktionen: Betont die Bedeutung der Kontrolle experimenteller Variablen, um die Reaktivität verschiedener Magnesiumformen mit HCl genau vergleichen zu können.
  • Thermodynamik und Kinetik Durch Temperaturmessungen werden die Schülerinnen und Schüler thermodynamische und kinetische Konzepte erforschen und die Wärmeabgabe sowie die Geschwindigkeit, mit der Reaktionen ablaufen, beobachten.

Durch die Durchführung einer ver.

Protokoll

Teil 1: Reaktion von Magnesiumpulver mit Salzsäure

  1. Messen Sie 100 ml Salzsäure (HCl) 1M mit dem Messzylinder ab.
  2. Gießen Sie den Inhalt des Messzylinders in den Kalorimeter.
  3. Tauche die Spitze des Digitalthermometers in die Flüssigkeit, um ihre Temperatur zu messen.
  4. Die Ausgangstemperatur des Wassers wird in der Ergebnistabelle angezeigt.
  5. Wiegen Sie ungefähr 0,6 g Magnesium (Mg)-Pulver ab.
  6. Gießen Sie den Inhalt des Wägegläschens in den Kalorimeter.
  7. Setzen Sie den Deckel auf den Kalorimeter.
  8. Stecken Sie das digitale Thermometer in den Deckel des Kalorimeters.
  9. Die Stoppuhr starten.
  10. Aktivieren Sie die grüne Taste des Rührwerks auf dem Kalorimeterdeckel.
  11. Der Graph der Temperatur als Funktion der Zeit befindet sich auf dem Tablet (Graph-Tab).
  12. Notieren Sie die Endtemperatur, wenn die Reaktion endet (nach etwa 30 bis 60 Sekunden).
  13. Stoppen Sie die Stoppuhr.
  14. Die Ergebnisse finden Sie im Reiter „Ergebnisse“ auf dem Tablet.
  15. Stoppen Sie den Anreger durch Drücken des roten Knopfes.
  16. Entfernen Sie das Thermometer aus dem Deckel des Kalorimeters.
  17. Nimm den Kalorimeterdeckel ab.
  18. Entleeren Sie den Inhalt des Kalorimeters in den Rückgewinnungstank.
  19. Spülen Sie den Kalorimeter mit destilliertem Wasser und leeren Sie seinen Inhalt in den Rückgewinnungsbehälter.
  20. Spülen Sie den Messzylinder mit destilliertem Wasser und gießen Sie den Inhalt in den Rückgewinnungstank.
  21. Stoppuhr zurücksetzen.

Teil 2: Reaktion von Magnesiumband mit Salzsäure

  1. Messen Sie 100 ml Salzsäure (HCl) 1M mit dem Messzylinder ab.
  2. Gießen Sie den Inhalt des Messzylinders in den Kalorimeter.
  3. Tauche die Spitze des Digitalthermometers in die Flüssigkeit, um ihre Temperatur zu messen.
  4. Die Ausgangstemperatur des Wassers wird in der Ergebnistabelle angezeigt.
  5. Wiegen Sie etwa 0,6 g Magnesium (Mg)-Band ab.
  6. Gießen Sie den Inhalt des Wägegläschens in den Kalorimeter.
  7. Setzen Sie den Deckel auf den Kalorimeter.
  8. Stecken Sie das digitale Thermometer in den Deckel des Kalorimeters.
  9. Die Stoppuhr starten.
  10. Aktivieren Sie die grüne Taste des Rührwerks auf dem Kalorimeterdeckel.
  11. Der Graph der Temperatur als Funktion der Zeit befindet sich auf dem Tablet (Graph-Tab).
  12. Notieren Sie die Endtemperatur, wenn die Reaktion beendet ist (nach etwa 3 Minuten), stoppen Sie die Stoppuhr.
  13. Stoppen Sie die Stoppuhr.
  14. Die Ergebnisse finden Sie im Reiter „Ergebnisse“ auf dem Tablet.
  15. Stoppen Sie den Anreger durch Drücken des roten Knopfes.
  16. Entfernen Sie das Thermometer aus dem Deckel des Kalorimeters.
  17. Nimm den Kalorimeterdeckel ab.
  18. Entleeren Sie den Inhalt des Kalorimeters in den Rückgewinnungstank.
  19. Spülen Sie den Kalorimeter mit destilliertem Wasser und leeren Sie seinen Inhalt in den Rückgewinnungsbehälter.
  20. Spülen Sie den Messzylinder mit destilliertem Wasser und gießen Sie den Inhalt in den Rückgewinnungstank.
  21. Stoppuhr zurücksetzen.
  22. Notieren Sie die benötigte Zeit bis zum Reaktionsende, bestimmt durch die Stabilisierung der Temperatur. Vergleichen Sie mit der Reaktion aus Teil 1, die mit Magnesiumpulver durchgeführt wurde.

Erwartete Ergebnisse

Teil 1

  • 0,63 g Mg(s)-Pulver ergeben 440 kJ/Mol Mg.
  • In 1 M HCl wird der Temperaturanstieg etwa 84 Sekunden betragen, 25℃.

Teil 2

  • 0,55 g Mg(s)-Band ergeben 440 kJ/mol Mg.
  • In 1 M HCl, die Temperaturerhöhung wird 22℃ in etwa 140 Sekunden betragen.

Zusammenfassung der Aufgaben nach Klassenstufen

Klassen 3-5 (Alter 8-10)

  • Fokus: Grundlegende Einführung in die Konzepte Reaktionsgeschwindigkeit und Oberfläche.
  • AktivitätenBeobachtung der Reaktionen von Magnesiumpulver und -band mit Salzsäure, Feststellung einfacher Unterschiede in der Reaktionsgeschwindigkeit, grundlegende Sicherheitshinweise.

Klassen 6-8 (Alter 11-13)

  • Fokus: Grundlegendes Verständnis von Oberflächeneffekten auf die Reaktionsgeschwindigkeit und grundlegende Thermodynamik.
  • Aktivitäten: Durchführung von Reaktionen mit Magnesiumpulver und -band in Salzsäure, Messung von Reaktionszeiten und Temperaturänderungen, Vergleich der Reaktivität verschiedener Magnesiumformen, Befolgung detaillierter Sicherheitsprotokolle.

Klassen 9-12 (Alter 14-18)

  • FokusFortgeschrittenes Verständnis von Reaktionskinetik, Oberflächeneffekten und Thermodynamik.
  • AktivitätenAkkurates Durchführen von Reaktionen mit Magnesiumpulver und -band, Messen und Aufzeichnen von Reaktionszeiten und Temperaturänderungen, Analyse des Einflusses der Oberfläche auf die Reaktionsgeschwindigkeit und Aktivierungsenergie, detaillierte Aufzeichnung und Interpretation der Ergebnisse, Einhaltung fortgeschrittener Sicherheitsprotokolle, Vertiefung von Konzepten der chemischen Kinetik und Thermodynamik.

Labor-Grundausstattung

Instrumente

  • Becher (1000 ml)
  • Kalorimeter
  • Elektronische Waage
  • Messzylinder (70 ml und 250 ml)
  • Spatel
  • Thermometer
  • Timer
  • Pinzette.

Produkte

  • HCl 1 M (Lösung)
  • Magnesium (Pulver)
  • Magnesium (Band)
<< zurück zur Auflistung