Cette séance de laboratoire est structurée en deux parties distinctes, chacune axée sur différentes réactions impliquant le magnésium pour illustrer les principes des réactions chimiques et de la thermochimie.
- Partie 1: implique la réaction du magnésium en poudre avec de l'acide chlorhydrique (HCl) 1M dans un calorimètre pour mesurer les températures initiale et finale et observer les changements thermiques qui se produisent. Cette partie souligne la nature exothermique de la réaction entre le magnésium et l'acide chlorhydrique.
- Partie 2: répète la procédure utilisée dans la Partie 1 mais substitue le magnésium par de l'oxyde de magnésium (MgO) en poudre pour explorer la réaction entre le MgO et l'acide chlorhydrique. Cette comparaison vise à souligner les différences de réactivité et les changements thermiques entre le magnésium et son oxyde lors de leur réaction avec l'acide chlorhydrique.
Objectifs Éducatifs
Cette séance de laboratoire est conçue pour aider les étudiants à atteindre un ensemble d'objectifs d'apprentissage progressifs qui correspondent à leur niveau d'études. Pour tous les groupes d'âge, l'objectif principal est de développer la curiosité pour les processus chimiques, de renforcer la méthode scientifique et de cultiver des pratiques de laboratoire sûres.
- Compréhension conceptuelle : Les élèves apprendront les principes fondamentaux des réactions chimiques, en portant une attention particulière aux processus exothermiques et à la relation entre les réactifs, les produits et les changements d'énergie. En comparant les réactions du magnésium et de l'oxyde de magnésium avec l'acide chlorhydrique, les élèves reconnaîtront comment la forme chimique et la liaison influencent la réactivité et la libération de chaleur.
- Compétences pratiques et techniques : Les apprenants développeront des techniques de laboratoire pratiques, notamment la mesure précise des réactifs, la manipulation soigneuse des instruments scientifiques et l'observation systématique des changements de température au fil du temps. L'activité renforce l'importance de la précision, de la collecte de données et de la reproductibilité en sciences expérimentales.
- Pensée analytique et critique : Les étudiants analyseront les différences d'énergie thermique libérée par deux réactions similaires mais distinctes. Ils compareront les données empiriques aux attentes théoriques, discuteront des sources d'erreur et examineront les implications plus larges de la thermochimie dans des contextes du monde réel tels que la science des matériaux et les applications énergétiques.
- Communication scientifique et sécurité : Il sera encouragé aux participants d'enregistrer clairement leurs découvertes, d'interpréter les résultats de manière logique et de les communiquer efficacement par écrit et oralement. Tout.
À la fin de la séance, les étudiants devraient non seulement saisir les principes scientifiques sous-jacents aux réactions étudiées, mais aussi acquérir de la confiance dans l'application des compétences de laboratoire, l'évaluation des données et la compréhension de la pertinence de la thermochimie à la fois pour l'apprentissage académique et les phénomènes de la vie quotidienne.
Protocole
- Mesurer 100 mL d'acide chlorhydrique (HCl) 1 M à l'aide de la éprouvette graduée.
- Versez le contenu de la éprouvette graduée dans le calorimètre.
- Mettez le couvercle sur le calorimètre.
- Insérez le thermomètre dans le trou du couvercle.
- Pesez un petit morceau de ruban de magnésium (Mg) (environ 0,5 g) à l'aide de la balance.
- Ouvrez le couvercle, placez le morceau de magnésium dans le calorimètre et refermez-le le plus rapidement possible.
- Active le minuteur.
- Activez l'agitateur du calorimètre en appuyant sur le bouton vert situé sur le couvercle.
- Observez attentivement l'évolution de la température dans le tableau des résultats.
- Attendez environ 3 minutes ou jusqu'à ce que la température cesse d'augmenter.
- Arrêtez le chronomètre.
- Réinitialisez le minuteur en appuyant sur le bouton Reset.
- Arrêtez l'agitateur en appuyant sur le bouton rouge. Retirez le thermomètre, puis retirez le couvercle du calorimètre.
- Versez le contenu liquide du calorimètre dans le bac à déchets noir. Retirez le morceau de ruban de magnésium à l'aide des pinces.
- Rincer le calorimètre, le thermomètre et l'agitateur à l'eau distillée.
- Laissez le calorimètre refroidir pendant environ 30 secondes.
- Répétez les étapes 1 à 11 avec environ 1 g d'oxyde de magnésium en morceaux.
La réaction est accélérée d'un facteur 10, afin de pouvoir observer plus facilement son déroulement complet.
Résultats attendus
- Un petit morceau de Mg (environ 0,55 g) augmentera la température d'environ 22 ℃ en 140 secondes, pour 440 kJ par mole de Mg.
- Un petit morceau de MgO (environ 1 g) augmentera la température d'environ 7 ℃ en 180 secondes, pour 120 kJ par mole de MgO.
Résumé du devoir par tranche d'âge
Niveaux 3-5 (âges 8-10)
- Concentre-toiIntroduction de base aux réactions chimiques et aux changements de température.
- Activités: Observation des changements de température pendant les réactions, comparaisons simples des réactions impliquant du magnésium et de l'oxyde de magnésium, instructions de sécurité de base.
De la 6e à la 8e année (11-13 ans)
- Concentre-toi: Compréhension intermédiaire des réactions chimiques, des techniques de mesure et de la thermochimie.
- Activités: Réaliser des réactions avec du magnésium et de l'acide chlorhydrique, mesurer les changements de température, comparer des réactions avec de l'oxyde de magnésium, comprendre les changements de chaleur dans les réactions, suivre des protocoles de sécurité détaillés.
Secondaire 3-5 (14-18 ans)
- Concentre-toi: Connaissances approfondies en thermochimie, en techniques de mesure de précision et en dynamique des réactions.
- Activités: Réaliser avec précision des réactions avec du magnésium et de l'oxyde de magnésium dans de l'acide chlorhydrique, mesurer et enregistrer les changements de température, comparer la réactivité et les changements de chaleur, analyser les conditions expérimentales et leurs effets, enregistrer et interpréter les résultats en détail, respecter des protocoles de sécurité avancés, renforcer les concepts de réactions chimiques et de thermochimie.
Essentiels de laboratoire
Instruments
- Bécher (1000ml)
- Calorimètre
- Balance électronique
- Éprouvettes graduées (70 ml et 250 ml)
- Spatules
- Thermomètres
- Minuteur
- Pince à épiler
Produits
- HCl 1 M (solution)
- Magnésium (poudre)
- Oxyde de magnésium (poudre)