Esta sesión de laboratorio está diseñada para comparar la reactividad y el comportamiento del magnesio en dos formas diferentes (polvo y cinta) al reaccionar con ácido clorhídrico (HCl). Midiendo el tiempo de reacción y los cambios de temperatura, los estudiantes pueden profundizar en los conceptos de área superficial de reacción, velocidad de reacción y energía de activación.
Objetivos Educativos
- Superficie y velocidad de reacción: Los estudiantes aprenderán cómo la diferencia en el área de superficie de contacto entre el polvo de magnesio y la cinta afecta la velocidad de reacción, ya que el área de superficie más grande del polvo generalmente resulta en una reacción más rápida.
- Energía de activación El experimento resalta el papel de la energía de activación en las reacciones químicas y demuestra cómo la forma física de los reactivos puede influir en este umbral crítico de energía.
- Control de reacciones químicas: Enfatiza la importancia de controlar las variables experimentales para comparar con precisión la reactividad de diferentes formas de magnesio con HCl.
- Termodinámica y cinética: A través de mediciones de temperatura, los estudiantes explorarán conceptos de termodinámica y cinética química, observando la liberación de calor y la velocidad a la que ocurren las reacciones.
Al realizar un análisis comparativo de polvo y cinta de magnesio reaccionando con ácido clorhídrico, los estudiantes obtienen información sobre los factores que influyen en la velocidad de reacción. Este laboratorio subraya la importancia del área de superficie, la energía de activación y el control y la medición precisos en el estudio de las reacciones químicas, mejorando la comprensión de los principios fundamentales de la química por parte de los estudiantes.
Protocolo
Parte 1: Reacción del polvo de magnesio con ácido clorhídrico
- 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.
- Pesa aproximadamente 0,6 g de magnesio (Mg) en polvo.
- 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.
- Activar el botón verde de la batidora 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 finaliza (después de aproximadamente 30 a 60 segundos).
- 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 de cinta de magnesio con ácido clorhídrico
- 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 0,6 g de cinta 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.
- Activar el botón verde de la batidora en la tapa del calorímetro.
- El gráfico de temperatura en función del tiempo está en la tableta (pestaña de gráficos).
- Tome nota de la temperatura final cuando la reacción termine (aproximadamente a los 3 minutos), detenga el cronómetro.
- 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.
- Observe el tiempo necesario hasta el final de la reacción, determinado por la estabilización de la temperatura. Compare con la reacción de la parte 1 realizada con polvo de magnesio.
Resultados esperados
Parte 1
- 0.63 g de polvo de Mg(s) producirán 440 kJ/mol de Mg.
- En HCl 1 M, el aumento de temperatura será de 25℃, en aproximadamente 84 segundos.
Parte 2
- 0.55 g de cinta de Mg(s) producirán 440 kJ/mol de Mg.
- En HCl 1 M, el aumento de temperatura será de 22 ℃, en aproximadamente 140 segundos.
Resumen de la asignación por rango de calificación
Grados 3-5 (Edades 8-10)
- EnfoqueIntroducción básica a los conceptos de velocidad de reacción y área superficial.
- Actividades: Observación de las reacciones de polvo y cinta de magnesio con ácido clorhídrico, notando diferencias simples en la velocidad de reacción, instrucciones básicas de seguridad.
Grados 6-8 (Edades 11-13)
- Enfoque: Comprensión intermedia de los efectos del área de superficie en la velocidad de reacción y termodinámica básica.
- Actividades: Realizar reacciones con polvo y cinta de magnesio en ácido clorhídrico, medir tiempos de reacción y cambios de temperatura, comparar la reactividad de diferentes formas de magnesio, seguir protocolos de seguridad detallados.
Grados 9-12 (Edades 14-18)
- EnfoqueComprensión avanzada de la cinética de reacción, efectos del área superficial y termodinámica.
- Actividades: Realizar con precisión reacciones con polvo y cinta de magnesio, medir y registrar tiempos de reacción y cambios de temperatura, analizar el impacto del área de superficie en la velocidad de reacción y la energía de activación, registrar e interpretar resultados detalladamente, adherirse a protocolos de seguridad avanzados, reforzar conceptos de cinética y termodinámica química.
Esenciales de laboratorio
Instrumentos
- Vaso de precipitados (1000ml)
- Calorímetro
- Balanza electrónica
- Probetas Graduadas (70 ml y 250 ml)
- Espátulas
- Termómetros
- Temporizador
- Pinzas.
Productos
- HCl 1 M (disolución)
- Magnesio (en polvo)
- Magnesio (cinta)