Cette séance de laboratoire est conçue pour approfondir les principes de la thermochimie par l'exploration de la réaction exothermique entre le magnésium (Mg) et l'acide chlorhydrique (HCl).
Les participants s'engageront dans la mesure des changements de température résultant de cette réaction chimique, en utilisant ces mesures pour discuter de concepts tels que l'enthalpie et la conservation de l'énergie.
Objectifs Éducatifs
- Comprendre les réactions exothermiques : Les élèves observeront l'augmentation de température qui caractérise les réactions exothermiques, où l'énergie est libérée sous forme de chaleur, fournissant ainsi un exemple tangible de ce type de réaction chimique.
- Application de la loi de conservation de l'énergie : L'expérience sert d'illustration pratique de la loi de conservation de l'énergie, démontrant comment l'énergie se transforme d'une forme à une autre, dans ce cas, de l'énergie chimique à l'énergie thermique.
- Calcul de l'enthalpie : En mesurant les changements de température pendant la réaction, les étudiants apprendront à calculer l'enthalpie de la réaction, offrant ainsi une vision quantitative de l'énergie libérée ou absorbée lors d'un processus chimique.
- Précision expérimentale : Souligne l'importance de la précision dans la pesée des réactifs, la mesure des volumes et des températures pour obtenir des résultats fiables et reproductibles.
- Protocoles de sécurité : Souligne la nécessité de respecter les protocoles de sécurité lors de la manipulation de substances réactives et corrosives comme le HCl et le magnésium, ainsi que l'utilisation d'équipements de protection individuelle tels que des lunettes de sécurité, des gants et des blouses de laboratoire.
Ce laboratoire offre une opportunité pratique d'explorer les réactions exothermiques et les principes fondamentaux de la thermochimie. En analysant les changements de température lors de la réaction entre le magnésium et l'acide chlorhydrique, les étudiants acquièrent une compréhension approfondie de l'enthalpie de réaction et de la conservation de l'énergie dans les processus chimiques. Cette séance renforce non seulement les principes fondamentaux de la chimie, mais améliore également les compétences des étudiants en matière de précision expérimentale et de sécurité, contribuant ainsi à leur compétence globale en matière d'expérimentation scientifique.
Protocole
- Mesurer 100 mL d'acide chlorhydrique (HCl) 0,2 M 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 0,2 g de poudre 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 (entre 3 et 4 minutes).
- 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.
- Retirer le couvercle du calorimètre.
- Vider le contenu du calorimètre dans le bac de récupération.
- Rincer le calorimètre à l'eau distillée et vider son contenu dans le bac de récupération.
- Rincez l'éprouvette graduée à l'eau distillée et videz son contenu dans le réservoir de récupération.
Note : la réaction est accélérée 10 fois plus rapidement, pour observer plus facilement la réaction complète.
Résultats attendus
- 0,2076 g de Mg(s) correspondent à 0,0085 mole, ce qui produira 440 kJ/mole de Mg.
- Dans HCl 0,2M, l'augmentation de température sera de 8℃, en environ 225 secondes.
Résumé du devoir par tranche d'âge
Niveaux 3-5 (âges 8-10)
- Concentre-toiIntroduction de base aux réactions exothermiques et aux changements de température.
- Activités: Observation de l'augmentation de la température lors de la réaction entre le magnésium et l'acide chlorhydrique, discussions simples sur la libération d'énergie, instructions de sécurité de base.
De la 6e à la 8e année (11-13 ans)
- Concentre-toiCompréhension intermédiaire des réactions exothermiques, de la conservation de l'énergie et de la mesure de la température.
- ActivitésRéalisation de la réaction entre le magnésium et l'acide chlorhydrique, mesure des changements de température, compréhension de la transformation de l'énergie, suivi de protocoles de sécurité détaillés.
Secondaire 3-5 (14-18 ans)
- Concentre-toi: Compréhension avancée de la thermochimie, de l’enthalpie de réaction et de la précision expérimentale.
- Activités: Réaliser précisément la réaction, mesurer et enregistrer les changements de température, calculer l'enthalpie, analyser la conservation de l'énergie, enregistrer et interpréter en détail les résultats, respecter des protocoles de sécurité avancés, renforcer les concepts de thermochimie et de conservation de l'énergie.
Essentiels de laboratoire
Instruments
- Bécher (1000ml)
- Calorimètre
- Balance électronique
- Éprouvettes graduées (70 ml et 250 ml)
- Spatules
- Thermomètres
- Minuteur
- Pince à épiler
Produits
- HCl 0,2 M (solution)
- Magnésium (poudre)