Questa sessione di laboratorio è progettata per quantificare il volume di gas prodotto dalla reazione tra magnesio in polvere e acido cloridrico a diverse concentrazioni. Attraverso questa procedura, gli studenti approfondiranno i principi della stechiometria chimica, della cinetica di reazione e dell'influenza della concentrazione dei reagenti sulla velocità di reazione.
Obiettivi Educativi
- Stechiometria e produzione di gas: Gli studenti esploreranno le relazioni stechiometriche tra reagenti solidi e prodotti gassosi nelle reazioni chimiche, migliorando la loro comprensione delle conversioni massa-gas.
- Esplorazione della cinetica chimica: L'esperimento permette di osservare come diverse concentrazioni di acido cloridrico influenzino la velocità di produzione di gas, fornendo un esempio pratico di cinetica di reazione.
- Sviluppo di tecniche sperimentali: I partecipanti affineranno le loro capacità nell'uso di attrezzature di laboratorio per la misurazione di volumi di gas, migliorando la loro metodologia sperimentale.
- Capacità di interpretare i dati: Gli studenti impareranno ad analizzare i risultati sperimentali per ricavare informazioni sulle leggi della cinetica chimica, favorendo la loro capacità di comprendere e applicare i principi chimici.
Partecipando a questo laboratorio, gli studenti acquisiscono una visione pratica dell'impatto della concentrazione dei reagenti sulla velocità delle reazioni chimiche. Imparano a misurare accuratamente la produzione di gas durante una reazione e ad analizzare come diverse variabili influenzano questo processo. L'esperienza rafforza l'importanza di pratiche sperimentali precise e dell'analisi dei dati per comprendere i principi fondamentali della chimica, dotando gli studenti delle competenze necessarie per condurre ricerche sperimentali.
Protocollo
Assemblaggio della buretta di gas
- Riempire un becher da 1 L con almeno 800 mL di acqua di rubinetto.
- Posiziona il becher da 1 L direttamente a destra della piastra riscaldante.
- Fissare una pinza universale alla parte superiore del supporto, sopra il centro del becher da 1 L, per sostenere la buretta per gas.
- Riempire il becher da 250 mL con acqua del rubinetto.
- Riempire la buretta graduata fino all'orlo con acqua dal becher da 250 mL.
- Metti un tappo di gomma sulla buretta del gas.
- Fissare la buretta invertita al morsetto, in modo che l'apertura (estremità con il tappo di gomma) sia vicino al fondo del becher da 1 L.
- Rimuovere il tappo di gomma (la buretta deve essere immersa nel becher).
Se l'acqua gocciola dalla buretta, significa che c'è poca acqua nel becher o la buretta è troppo alta. Se così fosse, ripetere i passaggi da 4 a 8.
- Posizionare il connettore di plastica blu in modo che la sua apertura a forma di J si trovi al di sotto dell'apertura della buretta per gas.
Misurazione della reazione
- Posiziona il pallone di Erlenmeyer sulla piastra riscaldante. Non accendere l'elemento riscaldante.
- Inserire l'agitatore magnetico nell'erlenmeyer.
- Versare 150 mL di acido cloridrico (HCl) 0,3 M nell'erlenmeyer.
- Usando la spatola, prelevare una piccola quantità di polvere di magnesio (Mg) e depositarla sulla barchetta di pesata al fine di misurare una quantità di circa 0,2 g.
- Versare la polvere di magnesio nell'erlenmeyer contenente la soluzione di acido cloridrico.
- Posiziona il tappo a due fori, accoppiato al gomito di vetro, sul pallone di Erlenmeyer.
- Assicurarsi che il raccordo a gomito in vetro del pallone Erlenmeyer sia allineato (collegato) al connettore in plastica attaccato alla buretta per gas.
- Avvia il cronometro.
- Avvia l'agitatore magnetico.
- Prendi una lettura del volume di gas nella buretta ogni 10 secondi fino a 2 minuti.
I risultati sono disponibili anche in forma grafica nella tab Risultati. / Volume vs. Tempo
- Dopo 2 minuti, fermare il cronometro e l'agitatore magnetico.
- Rimuovere il tappo dal pallone di Erlenmeyer e rimuovere l'agitatore magnetico.
- Rimuovere il connettore di plastica blu dalla buretta.
- Svuotare il contenuto del pallone Erlenmeyer nel becher di recupero e sciacquarlo con acqua distillata.
- Ripristina il cronometro.
- Ripetere i passaggi da 4 a 20 con la soluzione di acido cloridrico 0,2 M.
- Ripetere i passaggi da 4 a 20 usando la soluzione di acido cloridrico 0,5 M.
Si noti che la reazione è accelerata di 10 volte.
Risultati Previsti
- 0,2076 g di Mg(s) sono 0,085 moli, che produrranno 0,085 moli di H2.
- 0.085 moli di H2 occuperà un volume di circa 204 mL.
- La reazione sarà completata in circa 120-180 secondi.
- La reazione sarà completata più velocemente con la soluzione da 0,5M, poi quella da 0,3M e infine più lentamente con la soluzione da 0,2M.
Riepilogo del compito per intervallo di voti
Classi 3-5 (Età 8-10)
- ConcentratiIntroduzione di base ai concetti di velocità di reazione e produzione di gas.
- AttivitàOsservazione della produzione di gas da reazioni di magnesio in polvere con diverse concentrazioni di acido cloridrico, semplici discussioni su come la concentrazione influenza la velocità della reazione, istruzioni di base sulla sicurezza.
Scuola secondaria di primo grado (11-13 anni)
- Concentrati: Comprensione intermedia della stechiometria, della cinetica di reazione e della produzione di gas.
- AttivitàCondurre reazioni con magnesio in polvere e diverse concentrazioni di acido cloridrico, misurare il volume di gas prodotto, osservare come la concentrazione influisce sulla velocità di reazione, seguire protocolli di sicurezza dettagliati.
Scuola superiore (14-18 anni)
- ConcentratiComprensione avanzata della stechiometria, della cinetica di reazione e dell'interpretazione dei dati.
- AttivitàCondurre accuratamente reazioni con magnesio in polvere e diverse concentrazioni di acido cloridrico, misurare e registrare il volume di gas prodotto, analizzare l'impatto della concentrazione dei reagenti sulla velocità di reazione, registrazione e interpretazione dettagliata dei risultati, rispetto di protocolli di sicurezza avanzati, rafforzamento dei concetti di cinetica chimica e stechiometria.
Materiale essenziale di laboratorio
Strumenti
- Becher (500 ml, 1000 ml)
- Bilancia elettronica
- Cappuccio con foro a gomito
- Erle
- Gaz burette
- Cilindri graduati (250 ml)
- Piastra riscaldante
- Supporto da laboratorio e morsetti
- Agitatore magnetico
- Connettore in plastica
- Spatola
- Tappo
- Termometri
- Timer
Prodotti
- HCl 0,2 M (soluzione)
- HCl 0,3 M (soluzione)
- HCl 0,5 M (soluzione)
- Magnesio (polvere)