061 – L'influenza della superficie di contatto sulla velocità di reazione 1

Questa sessione di laboratorio è progettata per confrontare la reattività e il comportamento del magnesio in due diverse forme – polvere e nastro – quando reagisce con l'acido cloridrico (HCl). Misurando il tempo di reazione e le variazioni di temperatura, gli studenti possono approfondire i concetti di area superficiale di reazione, velocità di reazione ed energia di attivazione.

Obiettivi Educativi

  • Superficie e velocità di reazione: Gli studenti impareranno come la differenza nell'area superficiale di contatto tra polvere e nastro di magnesio influenzi la velocità della reazione, con la maggiore area superficiale della polvere che solitamente si traduce in una reazione più rapida.
  • Energia di attivazione: L'esperimento evidenzia il ruolo dell'energia di attivazione nelle reazioni chimiche e dimostra come la forma fisica dei reagenti possa influenzare questa soglia energetica critica.
  • Controllo delle reazioni chimiche: Sottolinea l'importanza di controllare le variabili sperimentali per confrontare accuratamente la reattività di diverse forme di magnesio con HCl.
  • Termodinamica e cinetica: Attraverso misurazioni di temperatura, gli studenti esploreranno concetti di termodinamica e cinetica chimica, osservando il rilascio di calore e la velocità con cui avvengono le reazioni.

Conducendo un'analisi comparativa della polvere e del nastro di magnesio che reagiscono con l'acido cloridrico, gli studenti acquisiscono informazioni sui fattori che influenzano le velocità di reazione. Questo esperimento sottolinea l'importanza dell'area superficiale, dell'energia di attivazione e del controllo e misurazione precisi nello studio delle reazioni chimiche, migliorando la comprensione dei principi fondamentali della chimica da parte degli studenti.

Protocollo

Parte 1: Reazione della polvere di magnesio con acido cloridrico

  1. Misurare 100 mL di acido cloridrico (HCl) 1M usando il cilindro graduato.
  2. Versare il contenuto del cilindro graduato nel calorimetro.
  3. Immergi la punta del termometro digitale nel liquido per misurarne la temperatura.
  4. La temperatura iniziale dell'acqua apparirà nella tabella dei risultati.
  5. Pesare circa 0,6 g di polvere di magnesio (Mg).
  6. Versare il contenuto della barchetta di pesata nel calorimetro.
  7. Metti il coperchio sul calorimetro.
  8. Inserire il termometro digitale nel coperchio del calorimetro.
  9. Avvia il cronometro.
  10. Attiva il pulsante verde dell'agitatore sul coperchio del calorimetro.
  11. Il grafico della temperatura in funzione del tempo si trova sul tablet (scheda grafico).
  12. Annotare la temperatura finale quando la reazione termina (dopo circa 30-60 secondi).
  13. Ferma il cronometro.
  14. I risultati si trovano nella scheda risultati del tablet.
  15. Ferma l'agitatore premendo il pulsante rosso.
  16. Rimuovere il termometro dal coperchio del calorimetro.
  17. Togliere il coperchio del calorimetro.
  18. Svuotare il contenuto del calorimetro nella vasca di recupero.
  19. Sciacquare il calorimetro con acqua distillata e svuotarne il contenuto nel serbatoio di recupero.
  20. Sciacquare il cilindro graduato con acqua distillata e versarne il contenuto nel serbatoio di recupero.
  21. Ripristina il cronometro.

Parte 2: Reazione del nastro di magnesio con acido cloridrico

  1. Misurare 100 mL di acido cloridrico (HCl) 1M usando il cilindro graduato.
  2. Versare il contenuto del cilindro graduato nel calorimetro.
  3. Immergi la punta del termometro digitale nel liquido per misurarne la temperatura.
  4. La temperatura iniziale dell'acqua apparirà nella tabella dei risultati.
  5. Pesare approssimativamente 0,6 g di nastro di magnesio (Mg).
  6. Versare il contenuto della barchetta di pesata nel calorimetro.
  7. Metti il coperchio sul calorimetro.
  8. Inserire il termometro digitale nel coperchio del calorimetro.
  9. Avvia il cronometro.
  10. Attiva il pulsante verde dell'agitatore sul coperchio del calorimetro.
  11. Il grafico della temperatura in funzione del tempo si trova sul tablet (scheda grafico).
  12. Osservare la temperatura finale quando la reazione finisce (a circa 3 minuti) fermare il cronometro.
  13. Ferma il cronometro.
  14. I risultati si trovano nella scheda risultati del tablet.
  15. Ferma l'agitatore premendo il pulsante rosso.
  16. Rimuovere il termometro dal coperchio del calorimetro.
  17. Togliere il coperchio del calorimetro.
  18. Svuotare il contenuto del calorimetro nella vasca di recupero.
  19. Sciacquare il calorimetro con acqua distillata e svuotarne il contenuto nel serbatoio di recupero.
  20. Sciacquare il cilindro graduato con acqua distillata e versarne il contenuto nel serbatoio di recupero.
  21. Ripristina il cronometro.
  22. Annotare il tempo necessario fino alla fine della reazione, determinato dalla stabilizzazione della temperatura. Confrontare con la reazione della parte 1 eseguita con polvere di magnesio.

Risultati Previsti

Parte 1

  • 0,63 g di Mg(s) in polvere produrrà 440 kJ/mole di Mg.
  • In HCl 1 M, l'aumento di temperatura sarà di 25℃, in circa 84 secondi.

Parte 2

  • 0.55 g di nastro Mg(s) produrrà 440 kJ/mole di Mg.
  • In HCl 1 M, l'aumento di temperatura sarà di 22℃, in circa 140 secondi.

Riepilogo del compito per intervallo di voti

Classi 3-5 (Età 8-10)

  • ConcentratiIntroduzione di base ai concetti di velocità di reazione e area superficiale.
  • AttivitàOsservazione delle reazioni della polvere e del nastro di magnesio con acido cloridrico, annotazione di semplici differenze nella velocità di reazione, istruzioni di sicurezza di base.

Scuola secondaria di primo grado (11-13 anni)

  • ConcentratiComprensione intermedia degli effetti della superficie sulla velocità di reazione e termodinamica di base.
  • Attività: Esecuzione di reazioni con polvere e nastro di magnesio in acido cloridrico, misurazione dei tempi di reazione e delle variazioni di temperatura, confronto della reattività di diverse forme di magnesio, seguendo protocolli di sicurezza dettagliati.

Scuola superiore (14-18 anni)

  • Concentrati: Comprensione avanzata della cinetica di reazione, degli effetti dell'area superficiale e della termodinamica.
  • Attività: Condurre accuratamente reazioni con polvere e nastro di magnesio, misurare e registrare i tempi di reazione e le variazioni di temperatura, analizzare l'impatto dell'area superficiale sulla velocità di reazione e sull'energia di attivazione, registrazione e interpretazione dettagliata dei risultati, adesione a protocolli di sicurezza avanzati, rafforzamento dei concetti di cinetica chimica e termodinamica.

Materiale essenziale di laboratorio

Strumenti

  • Becher (1000ml)
  • Calorimetro
  • Bilancia elettronica
  • Cilindri graduati (da 70 ml e 250 ml)
  • Spatole
  • Termometri
  • Timer
  • Pinzetta.

Prodotti

  • HCl 1 M (soluzione)
  • Magnesio (polvere)
  • Magnesio (nastro)
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