062 – L'influence de la surface de contact sur la vitesse de réaction 2

Cette séance de laboratoire vise à examiner comment la concentration de l'acide et la forme physique du carbonate de calcium (CaCO3) influencent les vitesses de réaction.

Grâce à des expériences utilisant divers acides à différentes concentrations et en comparant la réactivité des formes solides et en poudre de CaCO3, les étudiants acquerront une compréhension de la cinétique chimique et de la réactivité des acides.

Objectifs Éducatifs

  • Compréhension de la cinétique chimique : Les élèves exploreront comment la surface de contact et la concentration des réactifs affectent la vitesse de réaction, démontrant ainsi les principes fondamentaux de la cinétique chimique.
  • Comparaison de la réactivité des acides : L'expérience permet aux élèves d'observer les réactivités variées entre des acides comme l'acide chlorhydrique et l'acide éthanoïque, soulignant l'impact du type d'acide sur la réaction.
  • Application des principes de la chimie : Grâce aux résultats expérimentaux, les élèves approfondiront leur compréhension des concepts chimiques clés, notamment la cinétique des réactions, la concentration des solutions et la nature des réactifs.
  • Compétences pratiques / Compétences d'application pratique L'expérience de laboratoire enseigne aux étudiants comment manipuler et contrôler efficacement les réactions chimiques, offrant des perspectives précieuses applicables dans les milieux expérimentaux comme industriels.

En étudiant les effets de la concentration de l'acide et de l'état physique du carbonate de calcium sur les vitesses de réaction, les étudiants amélioreront leur compréhension des principes qui régissent la vitesse des réactions chimiques. Cette compréhension est cruciale pour prédire et contrôler les réactions dans diverses applications scientifiques et industrielles, enrichissant les connaissances et les compétences pratiques des étudiants en chimie.

Protocole

Préparation

  1. Remplissez à moitié les béchers de la manière suivante :
  • Bécher A : acide chlorhydrique (HCl) à 2 M (2 mol/L)
  • Bécher B : acide éthanoïque (CH3COOH) à 2 M (2 mol/L)
  • Bécher C : acide chlorhydrique (HCl) à 2 M (2 mol/L)
  • Bécher D : acide chlorhydrique (HCl) à 1 M (1 mol/L)

Expérience 1

  1. À l’aide de la balance, pesez exactement “ TARE ” avant).
  2. Placez le bécher A (acide chlorhydrique 2 M) sur la plaque chauffante.
  3. Placez l'agitateur magnétique dans le bécher sur la plaque chauffante.
  4. Démarrez l'agitateur magnétique à l'aide du bouton sur la plaque chauffante.
  5. Démarrez le chronomètre pour mesurer la durée de la réaction.
  6. Déposez les échantillons de carbonate de calcium dans le bécher A.
  7. Observez la durée de la réaction dans le bécher A. Arrêtez le chronomètre lorsque la réaction est terminée.
  8. Arrêtez l'agitateur magnétique.
  9. Retirez le bâtonnet magnétique du bécher.
  10. Videz le contenu du bécher A dans le bac de récupération. S'il reste de la poudre au fond du bécher, inclinez-le davantage au-dessus du plateau. S'il reste des morceaux solides, placez-les dans le bac de récupération à l'aide de la pince.
  11. Réinitialiser le chronomètre.
  12. Répétez les étapes 1 à 10, en utilisant le bécher B (acide éthanoïque à 2 M)
  13. Comparez les résultats obtenus entre le bécher A (acide chlorhydrique 2 M) et le bécher B (acide éthanoïque 2 M).

Expérience 2

  1. Pesez un morceau de carbonate de calcium de 2,9 g dans le plateau de pesée.
  2. Placez le bécher C (acide chlorhydrique à 2 M) sur la plaque chauffante.
  3. Placez l'agitateur magnétique dans le bécher sur la plaque chauffante.
  4. Démarrez l'agitateur magnétique à l'aide du bouton sur la plaque chauffante.
  5. Démarrez le chronomètre pour mesurer la durée de la réaction.
  6. Déposez l'échantillon de carbonate de calcium dans le bécher C.
  7. Observez la durée de la réaction dans le bécher C. Arrêtez le chronomètre lorsque la réaction est terminée.
  8. Arrêtez l'agitateur magnétique.
  9. Retirez le bâtonnet magnétique du bécher.
  10. Videz le contenu du bécher C dans le bac de récupération. S'il reste de la poudre au fond du bécher, inclinez-le davantage au-dessus du plateau. S'il reste des morceaux solides, déposez-les dans le bac de récupération à l'aide de la pince.
  11. Réinitialiser le chronomètre.
  12. Comparer les résultats obtenus entre le bécher A (2,71 g de CaCO₃3(s) en poudre) et bécher C (2,9 g CaCO3(par lots).

Expérience 3

  1. À l'aide de la balance, pesez exactement 2,71 g de carbonate de calcium en poudre à l'aide du plateau de pesée.
  2. Place le bécher D sur la plaque chauffante.
  3. Placez l'agitateur magnétique dans le bécher sur la plaque chauffante.
  4. Démarrez l'agitateur magnétique à l'aide du bouton sur la plaque chauffante.
  5. Démarrez le chronomètre pour mesurer la durée de la réaction.
  6. Déposez l'échantillon de carbonate de calcium dans le bécher D.
  7. Observez la durée de la réaction dans le bécher D. Arrêtez le chronomètre lorsque la réaction est terminée.
  8. Arrêtez l'agitateur magnétique à l'aide du bouton sur la plaque chauffante.
  9. Retirez l'agitateur magnétique du bécher.
  10. Videz le contenu du bécher D dans le bac de récupération. S'il reste de la poudre au fond du bécher, inclinez-le davantage au-dessus du plateau. S'il reste des morceaux solides, placez-les dans le bac de récupération à l'aide de la pince.
  11. Comparez les résultats : (bécher A) acide chlorhydrique à 2 M contre (bécher D) acide chlorhydrique à 1 M.

Remarque : la réaction est accélérée 10 fois plus, pour observer plus facilement la réaction complète

Résultats attendus

Expérience 1 :

Temps de réaction : le carbonate de calcium (CaCO₃) réagit avec l'acide chlorhydrique (HCl) 2 M en environ 50 secondes, et avec l'acide éthanoïque (CH₃COOH) 2 M en environ 150 secondes.

Observation : Le HCl réagit plus rapidement avec le CaCO₃ que le CH₃COOH en raison de sa nature acide plus forte, ce qui facilite une libération plus rapide du gaz.

Il est aussi possible que la chaux réagisse positivement à cause de l'équation CaCO3​+CH3​COOH→Ça2++CH3​Directeur des opérations−+H2​O+CO2​↑. Lorsque le CO₂ de cette réaction est bullé à travers de l'eau de chaux (une solution de Ca(OH)₂), il provoque le blanchiment de l'eau de chaux en raison de la formation d'un précipité de carbonate de calcium.

Conclusion : la réaction rapide avec HCl comparée à celle avec CH₃COOH illustre l'impact de la force de l'acide sur les vitesses de réaction.

Expérience 2 :

Temps de réaction : le CaCO₃ sous forme de poudre réagit en environ 50 secondes, tandis qu'en morceaux, cela prend environ 115 secondes.

Observation: la surface accrue de CaCO₃ en poudre accélère la réaction, permettant à davantage de molécules d'acide d'interagir avec le carbonate.

Conclusion : cette expérience souligne l'importance de la surface de contact pour déterminer la vitesse des réactions chimiques.

Expérience 3 :

Temps de réaction : le CaCO₃ réagit avec le HCl 2M en environ 50 secondes, et avec le HCl 1M en environ 105 secondes.

Observation : une solution de HCl plus concentrée donne une vitesse de réaction plus rapide en raison de la plus grande disponibilité des ions H+.

Conclusion : démontre comment la concentration des réactifs influence la vitesse de réaction, des concentrations plus élevées facilitant des réactions plus rapides.

Leçons apprises :

Effet de surface: La vitesse de réaction varie considérablement avec la surface des réactifs, démontrant l'importance de l'état physique en cinétique chimique.

Force des acidesLa force intrinsèque d'un acide détermine sa réactivité, les acides plus forts catalysant des réactions plus rapides.

Le rôle de la concentrationLa concentration des réactifs est directement proportionnelle à la vitesse de réaction, soulignant l'importance des interactions moléculaires dans les processus chimiques.

Compétences d'observationLes observations précises et l'enregistrement des données sont essentiels pour tirer des conclusions valides des résultats expérimentaux.

Vitesse de réaction : Les expériences mettent collectivement en évidence comment divers facteurs tels que la nature des réactifs, leur état physique et leur concentration régissent la vitesse des réactions chimiques.

Réaction acido-basique : L'interaction entre un acide et une base pour produire du sel, de l'eau et du dioxyde de carbone illustre les réactions acido-basiques fondamentales.

Théorie des collisions : Conformément à la théorie des collisions, ces expériences illustrent que la fréquence et l'intensité des collisions entre réactifs influencent les vitesses de réaction.

Conclusion générale : Les expériences fournissent des aperçus pratiques précieux sur la cinétique des réactions, renforçant la compréhension de la façon dont différentes variables influencent la vitesse des réactions chimiques.

Résumé du devoir par tranche d'âge

Niveaux 3-5 (âges 8-10)

  • Concentre-toi: Introduction aux concepts de base des vitesses de réaction, de la surface et de la concentration.
  • Activités: Observation des réactions du carbonate de calcium solide et en poudre avec différents acides, en notant les différences simples de vitesse de réaction, instructions de sécurité de base.

De la 6e à la 8e année (11-13 ans)

  • Concentre-toiCompréhension intermédiaire des effets de la surface, des effets de concentration et de la réactivité des acides.
  • ActivitésRéaliser des réactions avec du carbonate de calcium solide et en poudre en utilisant différentes concentrations d'acide chlorhydrique et d'acide éthanoïque, mesurer les temps de réaction, comparer la réactivité des différents acides et formes de CaCO3, en respectant des protocoles de sécurité détaillés.

Secondaire 3-5 (14-18 ans)

  • Concentre-toi: Compréhension avancée de la cinétique chimique, des effets de surface et des effets de concentration sur les vitesses de réaction.
  • Activités: Conduire avec précision des réactions avec diverses formes de carbonate de calcium et d'acides, mesurer et enregistrer les temps de réaction et comparer l'impact de différentes concentrations et types d'acides, analyser les résultats expérimentaux pour comprendre l'influence de la surface et de la concentration sur les vitesses de réaction, enregistrement et interprétation détaillés des résultats, respect des protocoles de sécurité avancés, renforcement des concepts de cinétique chimique et des compétences d'application pratique.

Essentiels de laboratoire

Instruments

  • Béchers (50ml, 100ml, 500ml et 1000ml)
  • Balance électronique
  • Éprouvettes graduées (70 ml et 100 ml)
  • Plaque chauffante
  • Support de laboratoire et pinces
  • Agitateur magnétique
  • Spatules
  • Éprouvettes
  • Thermomètres
  • Minuteur
  • Pince à épiler

Produits

  • CH3COOH 2 M
  • Carbonate de calcium (morceaux)
  • Carbonate de calcium (poudre)
  • HCl 2 M (solution)
  • HCl 1 M (solution)
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