Este protocolo se centra en evaluar cómo la concentración del ácido clorhídrico afecta su tiempo de reacción con magnesio en polvo y los cambios de temperatura resultantes.
A través de este montaje experimental, los estudiantes tendrán la oportunidad de adentrarse en los principios de la cinética química, la termodinámica y la estequiometría.
Objetivos Educativos
- Cinética química: Obtener una comprensión de cómo la concentración del ácido clorhídrico influye en la velocidad de su reacción con el magnesio, proporcionando información sobre las tasas de reacción.
- Termodinámica: Observe y registre los cambios de temperatura durante la reacción para identificar su naturaleza exotérmica o endotérmica, mejorando la comprensión de los cambios de energía en los procesos químicos.
- Habilidades experimentales: Desarrollar precisión en la medición de líquidos y sólidos y en el monitoreo de reacciones químicas, mejorando la técnica experimental y la exactitud.
- Análisis e interpretación: Aprenda a analizar datos de tiempo y temperatura para comprender el impacto de la concentración del reactivo en la reacción, fomentando así las habilidades analíticas e interpretativas en química.
Al investigar el efecto de la concentración del ácido clorhídrico en su reacción con magnesio, esta experiencia ofrece valiosas perspectivas sobre la dinámica de las reacciones químicas.
Los estudiantes no solo observarán de primera mano la influencia de la concentración de reactivos en la velocidad de reacción y los cambios de temperatura, sino que también aplicarán estas observaciones para comprender la interacción entre la cinética y la termodinámica química. Las habilidades y conocimientos adquiridos a través de este laboratorio son fundamentales para el diseño de procesos químicos y para una comprensión más profunda de las reacciones químicas, preparando a los estudiantes para estudios avanzados e investigación en química.
Protocolo
Parte 1: reacción con HCl 1M
- Mide 100 mL de ácido clorhídrico (HCl) 1M usando la probeta graduada.
- Vierte el contenido de la probeta en el calorímetro.
- Sumerja la punta del termómetro digital en el líquido para tomar su temperatura.
- La temperatura inicial del agua aparecerá en la tabla de resultados.
- Pese aproximadamente 0.4g de polvo de magnesio (Mg).
- Vierte el contenido del recipiente de pesaje en el calorímetro.
- Coloca la tapa al calorímetro.
- Inserte el termómetro digital en la tapa del calorímetro.
- Pon en marcha el cronómetro.
- Activa el botón verde del agitador en la tapa del calorímetro.
- El gráfico de temperatura en función del tiempo está en la tableta (pestaña de gráficos).
- Observe la temperatura final cuando la reacción termine (aproximadamente al minuto).
- Detener el cronómetro.
- Los resultados se encuentran en la pestaña de resultados de la tableta.
- Detén el agitador presionando el botón rojo.
- Retira el termómetro de la tapa del calorímetro.
- Retire la tapa del calorímetro.
- Vaciar el contenido del calorímetro en el tanque de recuperación.
- Enjuague el calorímetro con agua destilada y vierta su contenido en el tanque de recuperación.
- Enjuaga la probeta con agua destilada y vacía su contenido en el tanque de recuperación.
- Reinicia el cronómetro.
Parte 2: reacción con HCl 2M
- Repita los pasos 1 a 19 anteriores pero usando ácido clorhídrico (HCl) 2M.
- Observe el tiempo requerido hasta el final de la reacción, determinado por la estabilización de la temperatura. Compare con la reacción de la parte 1 realizada con ácido clorhídrico (HCl) 1M.
Nota: La reacción se acelera 10 veces más rápido, para observar más fácilmente la reacción completa.
Resultados esperados
Parte 1
- 0,42 g de polvo de Mg(s) producirán 440 kJ/mol de Mg.
- En HCl 1 M, el aumento de temperatura será de 17 °C, en unos 50 segundos.
Parte 2
- En HCl 2 M, el aumento de temperatura será de 17℃, en aproximadamente 22 segundos.
Resumen de la asignación por rango de calificación
Grados 3-5 (Edades 8-10)
- Enfoque: Introducción básica a las velocidades de reacción, cambios de temperatura y efectos de concentración.
- ActividadesObservación de las reacciones del magnesio en polvo con ácido clorhídrico a diferentes concentraciones, anotando diferencias simples en la velocidad de reacción y cambios de temperatura, instrucciones básicas de seguridad.
Grados 6-8 (Edades 11-13)
- EnfoqueComprensión intermedia de cinética de reacción, termodinámica y efectos de concentración.
- Actividades: Realización de reacciones con magnesio en polvo y diferentes concentraciones de ácido clorhídrico, midiendo cambios de temperatura, observando cómo la concentración afecta la velocidad de reacción y la temperatura, siguiendo protocolos de seguridad detallados.
Grados 9-12 (Edades 14-18)
- Enfoque: Comprensión avanzada de cinética química, termodinámica y análisis de datos.
- Actividades: Realizar con precisión reacciones con magnesio en polvo y diferentes concentraciones de ácido clorhídrico, midiendo y registrando los cambios de temperatura y los tiempos de reacción, analizando el impacto de la concentración del reactivo en la velocidad de reacción y los cambios térmicos, registro e interpretación detallados de los resultados, adhiriéndose a protocolos de seguridad avanzados, reforzando los conceptos de cinética química, termodinámica y estequiometría.
Esenciales de laboratorio
Instrumentos
- Vaso de precipitados (1000ml)
- Calorímetro
- Balanza electrónica
- Probetas (70ml y 250ml)
- Espátulas
- Termómetros
- Temporizador
- Pinzas
Productos
- HCl 2 M (solución)
- HCl 1 M (disolución)
- Magnesio (en polvo)