Questa sessione di laboratorio è progettata per approfondire i principi della termochimica attraverso l'esplorazione della reazione esotermica tra magnesio (Mg) e acido cloridrico (HCl).
I partecipanti si impegneranno nella misurazione delle variazioni di temperatura derivanti da questa reazione chimica, utilizzando tali misurazioni per discutere concetti quali l'entalpia e la conservazione dell'energia.
Obiettivi Educativi
- Comprendere le reazioni esotermiche: Gli studenti osserveranno l'aumento di temperatura che caratterizza le reazioni esotermiche, dove l'energia viene rilasciata sotto forma di calore, fornendo un esempio tangibile di questo tipo di reazione chimica.
- Applicazione della legge di conservazione dell'energia: L'esperimento serve come illustrazione pratica della legge di conservazione dell'energia, dimostrando come l'energia si trasformi da una forma all'altra, in questo caso, dall'energia chimica all'energia termica.
- Calcolo dell'entalpia: Misurando le variazioni di temperatura durante la reazione, gli studenti impareranno a calcolare l'entalpia della reazione, offrendo una visione quantitativa dell'energia rilasciata o assorbita durante un processo chimico.
- Precisione sperimentale: Sottolinea l'importanza della precisione nella pesata dei reagenti, nella misurazione dei volumi e delle temperature per ottenere risultati affidabili e riproducibili.
- Protocolli di sicurezza: Sottolinea la necessità di rispettare i protocolli di sicurezza durante la manipolazione di sostanze reattive e corrosive come HCl e magnesio, e l'uso di dispositivi di protezione individuale come occhiali di sicurezza, guanti e camici da laboratorio.
Questo laboratorio offre un'opportunità pratica per esplorare le reazioni esotermiche e i principi fondamentali della termochimica. Analizzando le variazioni di temperatura durante la reazione tra magnesio e acido cloridrico, gli studenti acquisiscono una comprensione completa dell'entalpia di reazione e della conservazione dell'energia nei processi chimici. Questa sessione non solo rafforza i principi fondamentali della chimica, ma migliora anche le capacità degli studenti in termini di precisione sperimentale e sicurezza, contribuendo alla loro competenza generale nella sperimentazione scientifica.
Protocollo
- Misura 100 mL di acido cloridrico (HCl) 0,2 M usando il cilindro graduato.
- Versare il contenuto del cilindro graduato nel calorimetro.
- Immergi la punta del termometro digitale nel liquido per misurarne la temperatura.
- La temperatura iniziale dell'acqua apparirà nella tabella dei risultati.
- Pesare circa 0,2 g di magnesio (Mg) in polvere.
- Versare il contenuto della barchetta di pesata nel calorimetro.
- Metti il coperchio sul calorimetro.
- Inserire il termometro digitale nel coperchio del calore.
- Avvia il cronometro.
- Attiva il pulsante verde dell'agitatore sul coperchio del calorimetro.
- Il grafico della temperatura in funzione del tempo si trova sul tablet (scheda grafico).
- Annota la temperatura finale quando la reazione termina (tra 3 e 4 minuti).
- Ferma il cronometro.
- I risultati si trovano nella scheda risultati del tablet.
- Ferma l'agitatore premendo il pulsante rosso.
- Rimuovere il termometro dal coperchio del calorimetro.
- Rimuovere il coperchio del calorimetro.
- Svuotare il contenuto del calorimetro nel contenitore di recupero.
- Sciacquare il calorimetro con acqua distillata e svuotare il suo contenuto nel contenitore di recupero.
- Sciacquare il cilindro graduato con acqua distillata e versarne il contenuto nel serbatoio di recupero.
Nota: la reazione è accelerata 10 volte più velocemente, per osservare più facilmente la reazione completa.
Risultati Previsti
- 0,2076 g di Mg(s) corrispondono a 0,0085 moli, che produrranno 440 kJ/mole di Mg.
- In HCl 0,2M, l'aumento di temperatura sarà di 8℃, in circa 225 secondi.
Riepilogo del compito per intervallo di voti
Classi 3-5 (Età 8-10)
- Concentrati: Introduzione di base alle reazioni esotermiche e ai cambiamenti di temperatura.
- Attività: Osservazione dell'aumento di temperatura durante la reazione tra magnesio e acido cloridrico, semplici discussioni sul rilascio di energia, istruzioni di sicurezza di base.
Scuola secondaria di primo grado (11-13 anni)
- ConcentratiComprensione intermedia delle reazioni esotermiche, della conservazione dell'energia e della misurazione della temperatura.
- AttivitàCondurre la reazione tra magnesio e acido cloridrico, misurare le variazioni di temperatura, comprendere la trasformazione energetica, seguire protocolli di sicurezza dettagliati.
Scuola superiore (14-18 anni)
- Concentrati: Comprensione avanzata della termochimica, dell'entalpia di reazione e della precisione sperimentale.
- AttivitàCondurre accuratamente la reazione, misurare e registrare le variazioni di temperatura, calcolare l'entalpia, analizzare la conservazione dell'energia, registrare e interpretare dettagliatamente i risultati, attenersi a protocolli di sicurezza avanzati, rafforzare i concetti di termochimica e conservazione dell'energia.
Materiale essenziale di laboratorio
Strumenti
- Becher (1000ml)
- Calorimetro
- Bilancia elettronica
- Cilindri graduati (da 70 ml e 250 ml)
- Spatole
- Termometri
- Timer
- Pinzette
Prodotti
- HCl 0,2 M (soluzione)
- Magnesio (polvere)