059 – Reaktionsgeschwindigkeit und Enthalpie

Diese Laborsitzung soll die Prinzipien der Thermochemie durch die Untersuchung der exothermen Reaktion zwischen Magnesium (Mg) und Salzsäure (HCl) vertiefen.

Die Teilnehmer werden Temperaturänderungen messen, die aus dieser chemischen Reaktion resultieren, und diese Messungen verwenden, um Konzepte wie Enthalpie und Energieerhaltung zu diskutieren.

Bildungsziele

  • Verständnis exothermer Reaktionen: Die Schüler werden die Temperaturerhöhung beobachten, die exotherme Reaktionen kennzeichnet, bei denen Energie als Wärme freigesetzt wird, und erhalten so ein greifbares Beispiel für diesen Reaktionstyp.
  • Anwendung des Energieerhaltungsgesetzes: Das Experiment dient als praktische Veranschaulichung des Energieerhaltungssatzes und zeigt, wie Energie von einer Form in eine andere umgewandelt wird – in diesem Fall von chemischer in thermische Energie.
  • Berechnung der Enthalpie: Durch die Messung von Temperaturänderungen während der Reaktion lernen die Schüler, die Reaktionsenthalpie zu berechnen, was einen quantitativen Überblick über die bei einem chemischen Prozess freigesetzte oder aufgenommene Energie bietet.
  • Experimentelle Präzision: Betont die Bedeutung von Genauigkeit beim Abwiegen von Reagenzien sowie beim Messen von Volumina und Temperaturen, um zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.
  • Sicherheitsprotokolle: Hebt die Notwendigkeit hervor, Sicherheitsprotokolle beim Umgang mit reaktiven und ätzenden Substanzen wie HCl und Magnesium sowie die Verwendung persönlicher Schutzausrüstung wie Schutzbrillen, Handschuhe und Laborkittel zu beachten.

Dieses Labor bietet eine praktische Möglichkeit, exotherme Reaktionen und die grundlegenden Prinzipien der Thermochemie zu erforschen. Durch die Analyse der Temperaturänderungen während der Reaktion zwischen Magnesium und Salzsäure gewinnen Studenten ein umfassendes Verständnis der Reaktionsenthalpie und der Energieerhaltung in chemischen Prozessen. Diese Sitzung festigt nicht nur grundlegende Chemieprinzipien, sondern verbessert auch die Fähigkeiten der Studenten in Bezug auf experimentelle Genauigkeit und Sicherheit, was zu ihrer allgemeinen Kompetenz in wissenschaftlichen Experimenten beiträgt.

Protokoll

  1. Messen Sie mit dem Messzylinder 100 ml Salzsäure (HCl) 0,2 M.
  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 0,2 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. Aktiviere den grünen Knopf des Rührers auf dem Deckel des Kalorimeters.
  11. Der Graph der Temperatur als Funktion der Zeit befindet sich auf dem Tablet (Graph-Tab).
  12. Beachten Sie die Endtemperatur, wenn die Reaktion endet (zwischen 3 und 4 Minuten).
  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. Entfernen Sie den Deckel des Kalorimeters.
  18. Leeren Sie den Inhalt des Kalorimeters in den Rückgewinnungsbehälter.
  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.

Hinweis: Die Reaktion wird 10-mal schneller beschleunigt, um die vollständige Reaktion leichter beobachten zu können.

Erwartete Ergebnisse

  • 0,2076 g Mg(s) sind 0,0085 Mol, was 440 kJ/Mol Mg ergibt.
  • In HCl 0,2M, wird die Temperatursteigerung etwa 8℃ in ungefähr 225 Sekunden betragen.

Zusammenfassung der Aufgaben nach Klassenstufen

Klassen 3-5 (Alter 8-10)

  • Fokus: Einführung in exotherme Reaktionen und Temperaturänderungen.
  • AktivitätenBeobachtung der Temperaturerhöhung während der Reaktion zwischen Magnesium und Salzsäure, einfache Diskussionen über Energieabgabe, grundlegende Sicherheitshinweise.

Klassen 6-8 (Alter 11-13)

  • FokusFortgeschrittene Kenntnisse von exothermen Reaktionen, Energieerhaltung und Temperaturmessung.
  • AktivitätenDie Reaktion zwischen Magnesium und Salzsäure durchführen, Temperaturänderungen messen, Energieumwandlung verstehen, detaillierte Sicherheitsprotokolle befolgen.

Klassen 9-12 (Alter 14-18)

  • Fokus: Fortgeschrittenes Verständnis von Thermochemie, Reaktionsenthalpie und experimenteller Präzision.
  • Aktivitäten: Genaue Durchführung der Reaktion, Messung und Aufzeichnung von Temperaturänderungen, Berechnung der Enthalpie, Analyse der Energieerhaltung, detaillierte Aufzeichnung und Interpretation der Ergebnisse, Einhaltung fortgeschrittener Sicherheitsprotokolle, Festigung von Konzepten der Thermochemie und Energieerhaltung.

Labor-Grundausstattung

Instrumente

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

Produkte

  • HCl 0,2 M (Lösung)
  • Magnesium (Pulver)
<< zurück zur Auflistung