Cette séance de laboratoire est conçue pour comparer la réactivité et le comportement du magnésium sous deux formes différentes—poudre et ruban—lorsqu'il réagit avec de l'acide chlorhydrique (HCl). En mesurant le temps de réaction et les changements de température, les étudiants peuvent approfondir les concepts de surface de réaction, de vitesse de réaction et d'énergie d'activation.
Objectifs Éducatifs
- Aire de surface et vitesse de réaction : Les élèves apprendront comment la différence de surface de contact entre la poudre et le ruban de magnésium affecte la vitesse de réaction, la plus grande surface de la poudre entraînant généralement une réaction plus rapide.
- Énergie d'activation L'expérience met en évidence le rôle de l'énergie d'activation dans les réactions chimiques et démontre comment la forme physique des réactifs peut influencer ce seuil d'énergie critique.
- Contrôle des réactions chimiques : Souligne l'importance du contrôle des variables expérimentales pour comparer avec précision la réactivité de différentes formes de magnésium avec du HCl.
- Thermodynamique et cinétique : Grâce à des mesures de température, les étudiants exploreront les concepts de thermodynamique et de cinétique chimique, en observant la chaleur dégagée et la vitesse à laquelle les réactions se produisent.
En réalisant une analyse comparative de la poudre et du ruban de magnésium réagissant avec l'acide chlorhydrique, les élèves acquièrent des connaissances sur les facteurs qui influencent la vitesse des réactions. Ce laboratoire souligne l'importance de la surface, de l'énergie d'activation, ainsi que du contrôle et de la mesure précis dans l'étude des réactions chimiques, améliorant ainsi la compréhension des principes fondamentaux de la chimie par les élèves.
Protocole
Partie 1 : Réaction de la poudre de magnésium avec l'acide chlorhydrique
- Mesurez 100 mL d'acide chlorhydrique (HCl) 1M à l'aide de la éprouvette graduée.
- Versez le contenu de la éprouvette graduée dans le calorimètre.
- Immergez l'extrémité du thermomètre numérique dans le liquide pour en prendre la température.
- La température initiale de l'eau apparaîtra dans le tableau des résultats.
- Peser environ 0,6 g de magnésium (Mg) en poudre.
- Versez le contenu de la nacelle de pesée dans le calorimètre.
- Mettez le couvercle sur le calorimètre.
- Insérez le thermomètre numérique dans le couvercle du calorimètre.
- Démarrez le chronomètre.
- Activez le bouton vert de l'agitateur sur le couvercle du calorimètre.
- Le graphique de la température en fonction du temps se trouve sur la tablette (onglet graphique).
- Notez la température finale lorsque la réaction se termine (après environ 30 à 60 secondes).
- Arrêtez le chronomètre.
- Les résultats se trouvent dans l'onglet résultats sur la tablette.
- Arrêtez l'agitateur en appuyant sur le bouton rouge.
- Retirez le thermomètre du couvercle du calorimètre.
- Retirez le couvercle du calorimètre.
- Videz le contenu du calorimètre dans le réservoir de récupération.
- Rincer le calorimètre à l'eau distillée et en vider le contenu dans le réservoir de récupération.
- Rincez l'éprouvette graduée à l'eau distillée et videz son contenu dans le réservoir de récupération.
- Réinitialiser le chronomètre.
Partie 2 : Réaction du ruban de magnésium avec l'acide chlorhydrique
- Mesurez 100 mL d'acide chlorhydrique (HCl) 1M à l'aide de la éprouvette graduée.
- Versez le contenu de la éprouvette graduée dans le calorimètre.
- Immergez l'extrémité du thermomètre numérique dans le liquide pour en prendre la température.
- La température initiale de l'eau apparaîtra dans le tableau des résultats.
- Peser environ 0,6 g de ruban de magnésium (Mg).
- Versez le contenu de la nacelle de pesée dans le calorimètre.
- Mettez le couvercle sur le calorimètre.
- Insérez le thermomètre numérique dans le couvercle du calorimètre.
- Démarrez le chronomètre.
- Activez le bouton vert de l'agitateur sur le couvercle du calorimètre.
- Le graphique de la température en fonction du temps se trouve sur la tablette (onglet graphique).
- Notez la température finale lorsque la réaction se termine (à environ 3 minutes), arrêtez le chronomètre.
- Arrêtez le chronomètre.
- Les résultats se trouvent dans l'onglet résultats sur la tablette.
- Arrêtez l'agitateur en appuyant sur le bouton rouge.
- Retirez le thermomètre du couvercle du calorimètre.
- Retirez le couvercle du calorimètre.
- Videz le contenu du calorimètre dans le réservoir de récupération.
- Rincer le calorimètre à l'eau distillée et en vider le contenu dans le réservoir de récupération.
- Rincez l'éprouvette graduée à l'eau distillée et videz son contenu dans le réservoir de récupération.
- Réinitialiser le chronomètre.
- Notez le temps nécessaire jusqu'à la fin de la réaction, déterminé par la stabilisation de la température. Comparez à la réaction de la partie 1 réalisée avec de la poudre de magnésium.
Résultats attendus
Partie 1
- 0,63 g de poudre de Mg(s) produiront 440 kJ/mole de Mg.
- Dans HCl 1 M, l'augmentation de température sera de 25℃, en environ 84 secondes.
Partie 2
- 0,55 g de ruban de Mg(s) produiront 440 kJ/mole de Mg.
- Dans HCl 1 M, l'augmentation de température sera de 22℃, en environ 140 secondes.
Résumé du devoir par tranche d'âge
Niveaux 3-5 (âges 8-10)
- Concentre-toiIntroduction de base aux concepts de vitesse de réaction et de surface.
- Activités: Observation des réactions de la poudre et du ruban de magnésium avec l'acide chlorhydrique, constatation de différences simples dans la vitesse de réaction, instructions de sécurité de base.
De la 6e à la 8e année (11-13 ans)
- Concentre-toi: Compréhension intermédiaire des effets de la surface sur la vitesse de réaction et de la thermodynamique de base.
- Activités: Réaliser des réactions avec de la poudre et du ruban de magnésium dans de l'acide chlorhydrique, mesurer les temps de réaction et les changements de température, comparer la réactivité de différentes formes de magnésium, suivre des protocoles de sécurité détaillés.
Secondaire 3-5 (14-18 ans)
- Concentre-toi: Compréhension avancée de la cinétique des réactions, des effets de surface et de la thermodynamique.
- Activités: Réaliser des réactions avec de la poudre et du ruban de magnésium avec précision, mesurer et enregistrer les temps de réaction et les changements de température, analyser l'impact de la surface sur la vitesse de réaction et l'énergie d'activation, enregistrer et interpréter les résultats en détail, respecter des protocoles de sécurité avancés, renforcer les concepts de cinétique chimique et de thermodynamique.
Essentiels de laboratoire
Instruments
- Bécher (1000ml)
- Calorimètre
- Balance électronique
- Éprouvettes graduées (70 ml et 250 ml)
- Spatules
- Thermomètres
- Minuteur
- Pinces à épiler.
Produits
- HCl 1 M (solution)
- Magnésium (poudre)
- Magnésium (ruban)