Ta sesja laboratoryjna jest podzielona na dwie odrębne części, z których każda skupia się na różnych reakcjach z udziałem magnezu, aby zilustrować zasady reakcji chemicznych i termochemii.
- Część 1: polega na reakcji sproszkowanego magnezu z 1M kwasem solnym.
- Część 2: powtarza procedurę zastosowaną w części 1, ale zastępuje magnez proszkiem tlenku magnezu (MgO) w celu zbadania reakcji między MgO a kwasem solnym. To porównanie ma na celu podkreślenie różnic w reaktywności i zmianach termicznych między magnezem a jego tlenkiem podczas reakcji z kwasem solnym.
Cele edukacyjne
Te zajęcia laboratoryjne mają pomóc studentom osiągnąć zestaw postępujących celów edukacyjnych, które są zgodne z ich poziomem nauczania. We wszystkich grupach wiekowych głównym celem jest rozwijanie ciekawości procesów chemicznych, wzmocnienie metod naukowych i kultywowanie bezpiecznych praktyk laboratoryjnych.
- Zrozumienie koncepcyjne: Uczniowie poznają podstawowe zasady reakcji chemicznych, ze szczególnym uwzględnieniem procesów egzotermicznych oraz związku między reagentami, produktami a zmianami energii. Porównując reakcje magnezu i tlenku magnezu z kwasem solnym, uczniowie dostrzegą, jak forma chemiczna i wiązania wpływają na reaktywność i wydzielanie ciepła.
- Umiejętności praktyczne i techniczne: Uczący się zdobędą praktyczne umiejętności laboratoryjne, w tym dokładne odmierzanie reagentów, ostrożne posługiwanie się przyrządami naukowymi oraz systematyczne obserwowanie zmian temperatury w czasie. Aktywność ta wzmacnia znaczenie precyzji, zbierania danych i powtarzalności w naukach eksperymentalnych.
- Myślenie analityczne i krytyczne: Uczniowie przeanalizują różnice w energii termicznej uwalnianej podczas dwóch podobnych, ale odrębnych reakcji. Porównają dane empiryczne z teoretycznymi oczekiwaniami, omówią źródła błędów i rozważą szersze implikacje termochemii w kontekstach świata rzeczywistego, takich jak materiałoznawstwo i zastosowania energetyczne.
- Komunikacja naukowa.
Po zakończeniu sesji studenci powinni nie tylko zrozumieć naukowe zasady leżące u podstaw badanych reakcji, ale także nabrać pewności siebie w stosowaniu umiejętności laboratoryjnych, ocenie danych i zrozumieniu znaczenia termochemii zarówno dla nauki akademickiej, jak i codziennych zjawisk.
Protokół
- Odmierz 100 ml kwasu solnego (HCl) 1 M za pomocą cylindra miarowego.
- Przelej zawartość cylindra miarowego do kalorymetru.
- Załóż pokrywę kalorymetru.
- Włóż termometr w otwór w pokrywie.
- Zważ niewielki kawałek wstążki magnezowej (Mg) (około 0,5 g) za pomocą wagi.
- Otwórz wieczko i umieść kawałek magnezu w kalorymetrze, a następnie zamknij go jak najszybciej.
- Uruchom minutnik.
- Włączyć mieszadło kalorymetru, naciskając zielony przycisk na pokrywie.
- Obserwuj uważnie ewolucję temperatury w tabeli wyników.
- Poczekaj około 3 minut lub do momentu, aż temperatura przestanie rosnąć.
- Zatrzymaj stoper.
- Zresetuj zegar, naciskając przycisk Reset.
- Zatrzymaj wzbudnicę, wciskając czerwony przycisk. Wyjmij termometr, a następnie zdejmij pokrywę kalorymetru.
- Wlej płynną zawartość kalorymetru do czarnego pojemnika na odpady. Wyjmij kawałek wstążki magnezowej za pomocą szczypiec.
- Przepłucz kalorymetr, termometr i mieszadło wodą destylowaną.
- Niech kalorymetr ostygnie przez około 30 sekund.
- Powtórz kroki od 1 do 11 z około 1 g tlenku magnezu w kawałkach.
Reakcja jest przyspieszona 10-krotnie, aby łatwiej zaobserwować jej całkowite zakończenie.
Przewidywane wyniki
- Niewielki kawałek magnezu (około 0,55 g) podniesie temperaturę o około 22℃ w 140 sekund, dla 440 kJ na mol magnezu.
- Mały kawałek MgO (około 1 g) zwiększy temperaturę o około 7℃ w 180 sekund, dla 120 kJ na mol MgO.
Podsumowanie zadania według zakresu ocen
Klasy 3-5 (wiek 8-10 lat)
- Skupienie: Podstawowe wprowadzenie do reakcji chemicznych i zmian temperatury.
- Aktywności: Obserwacja zmian temperatury podczas reakcji, proste porównanie reakcji z udziałem magnezu i tlenku magnezu, podstawowe instrukcje bezpieczeństwa.
Klasy 6-8 (wiek 11-13 lat)
- Skupienie: Pośrednie zrozumienie reakcji chemicznych, technik pomiarowych i termochemii.
- Aktywności: Przeprowadzanie reakcji z magnezem i kwasem solnym, mierzenie zmian temperatury, porównywanie reakcji z tlenkiem magnezu, rozumienie zmian cieplnych w reakcjach, przestrzeganie szczegółowych protokołów bezpieczeństwa.
Klasy 9-12 (Wiek 14-18 lat)
- SkupienieZaawansowane zrozumienie termochemii, precyzyjne techniki pomiarowe i dynamika reakcji.
- Aktywności: Dokładne przeprowadzanie reakcji z magnezem i tlenkiem magnezu w kwasie solnym, pomiar i zapis zmian temperatury, porównanie reaktywności i zmian cieplnych, analiza warunków eksperymentalnych i ich wpływu, szczegółowe zapisywanie i interpretacja wyników, przestrzeganie zaawansowanych protokołów bezpieczeństwa, utrwalenie koncepcji reakcji chemicznych i termochemii.
Podstawowe wyposażenie laboratorium
Instrumenty
- Zlewka (1000ml)
- Kalorymetr
- Waga elektroniczna
- Cylindry miarowe (70 ml i 250 ml)
- Szpatułki
- Termometry
- Minutnik
- Pęseta
Produkty
- HCl 1 M (roztwór)
- Magnez (proszek)
- Tlenek magnezu (proszek)