Ta sesja laboratoryjna ma na celu zgłębienie zasad termochemii poprzez badanie reakcji egzotermicznej między magnezem (Mg) a kwasem solnym (HCl).
Uczestnicy zaangażują się w pomiar zmian temperatury wynikających z tej reakcji chemicznej, wykorzystując te pomiary do omówienia takich pojęć, jak entalpia i zasada zachowania energii.
Cele edukacyjne
- Zrozumienie reakcji egzotermicznych: Uczniowie zaobserwują wzrost temperatury, który charakteryzuje reakcje egzotermiczne, w których energia jest uwalniana w postaci ciepła, stanowiąc namacalny przykład tego typu reakcji chemicznej.
- Zastosowanie prawa zachowania energii: Eksperyment służy jako praktyczna ilustracja prawa zachowania energii, pokazując, jak energia jest przekształcana z jednej formy w drugą – w tym przypadku z energii chemicznej w energię cieplną.
- Obliczanie entalpii: Mierząc zmiany temperatury podczas reakcji, uczniowie nauczą się obliczać entalpię reakcji, uzyskując ilościowy wgląd w energię uwalnianą lub pochłanianą podczas procesu chemicznego.
- Precyzja eksperymentalna: Podkreśla znaczenie precyzji w ważeniu odczynników, pomiarze objętości i temperatury w celu uzyskania wiarygodnych i powtarzalnych wyników.
- Protokoły bezpieczeństwa: Podkreśla potrzebę przestrzegania protokołów bezpieczeństwa podczas obchodzenia się z substancjami reaktywnymi i żrącymi, takimi jak HCl i magnez, oraz stosowania środków ochrony indywidualnej, takich jak okulary ochronne, rękawice i fartuchy laboratoryjne.
To laboratorium zapewnia praktyczną możliwość zgłębiania reakcji egzotermicznych i podstawowych zasad termochemii. Analizując zmiany temperatury podczas reakcji magnezu z kwasem solnym, studenci uzyskują wszechstronne zrozumienie entalpii reakcji i zachowania energii w procesach chemicznych. Ta sesja nie tylko utrwala podstawowe zasady chemii, ale także rozwija umiejętności studentów w zakresie precyzji eksperymentalnej i bezpieczeństwa, przyczyniając się do ich ogólnych kompetencji w zakresie eksperymentów naukowych.
Protokół
- Odmierz pipetą 100 ml 0,2 M kwasu solnego (HCl).
- Przelej zawartość cylindra miarowego do kalorymetru.
- Zanurz końcówkę cyfrowego termometru w płynie, aby zmierzyć jego temperaturę.
- Początkowa temperatura wody pojawi się w tabeli wyników.
- Odmierzyć około 0,2 g proszku magnezu (Mg).
- Wsyp zawartość łódki wagowej do kalorymetru.
- Załóż pokrywę kalorymetru.
- Włóż cyfrowy termometr do pokrywy kalorymetru.
- Uruchom stoper.
- Nacisnąć zielony przycisk mieszadła na pokrywie kalorymetru.
- Wykres temperatury w funkcji czasu znajduje się na tablecie (zakładka wykres).
- Odnotuj końcową temperaturę po zakończeniu reakcji (między 3 a 4 minutą).
- Zatrzymaj stoper.
- Wyniki znajdują się w zakładce wyniki na tablecie.
- Zatrzymaj agitator, naciskając czerwony przycisk.
- Wyjmij termometr z pokrywy kalorymetru.
- Zdejmij pokrywę kalorymetru.
- Opróżnij zawartość kalorymetru do pojemnika na odpady.
- Przepłucz kalorymetr wodą destylowaną i wylej zawartość do pojemnika na odpady.
- Przepłucz cylinder miarowy wodą destylowaną i opróżnij jego zawartość do zbiornika odzyskowego.
Uwaga: reakcja jest przyspieszona 10-krotnie, aby łatwiej zaobserwować jej całkowity przebieg.
Przewidywane wyniki
- 0,2076 g Mg(s) to 0,0085 mola, które wyprodukują 440 kJ/mol Mg.
- W 0.2M HCl wzrost temperatury wyniesie 8℃, w około 225 sekund.
Podsumowanie zadania według zakresu ocen
Klasy 3-5 (wiek 8-10 lat)
- SkupienieWprowadzenie do reakcji egzotermicznych i zmian temperatury.
- AktywnościObserwacja wzrostu temperatury podczas reakcji magnezu z kwasem chlorowodorowym, proste dyskusje na temat wydzielania energii, podstawowe instrukcje bezpieczeństwa.
Klasy 6-8 (wiek 11-13 lat)
- Skupienie: Średnia znajomość reakcji egzotermicznych, zasady zachowania energii i pomiaru temperatury.
- AktywnościPrzeprowadzanie reakcji między magnezem a kwasem solnym, pomiar zmian temperatury, zrozumienie transformacji energii, przestrzeganie szczegółowych protokołów bezpieczeństwa.
Klasy 9-12 (Wiek 14-18 lat)
- SkupienieZaawansowane zrozumienie termochemii, entalpii reakcji i precyzji eksperymentalnej.
- Aktywności: Dokładne przeprowadzenie reakcji, mierzenie i zapisywanie zmian temperatury, obliczanie entalpii, analiza bilansu energetycznego, szczegółowe zapisywanie i interpretacja wyników, przestrzeganie zaawansowanych protokołów bezpieczeństwa, utrwalenie koncepcji termochemii i bilansu energetycznego.
Podstawowe wyposażenie laboratorium
Instrumenty
- Zlewka (1000ml)
- Kalorymetr
- Waga elektroniczna
- Cylindry miarowe (70ml i 250ml)
- Szpatułki
- Termometry
- Minutnik
- Pęseta
Produkty
- HCl 0,2 M (roztwór)
- Magnez (proszek)