061 – Wpływ powierzchni kontaktu na szybkość reakcji 1

Niniejsze ćwiczenie laboratoryjne ma na celu porównanie reaktywności i zachowania magnezu w dwóch różnych formach – proszku i taśmy – podczas reakcji z kwasem solnym (HCl). Poprzez pomiar czasu reakcji i zmian temperatury, studenci mogą zgłębić pojęcia powierzchni reakcji, szybkości reakcji i energii aktywacji.

Cele edukacyjne

  • Powierzchnia i szybkość reakcji: Uczniowie dowiedzą się, jak różnica w powierzchni styku między proszkiem magnezu a taśmą wpływa na szybkość reakcji, przy czym większa powierzchnia styku proszku zazwyczaj prowadzi do szybszej reakcji.
  • Energia aktywacji: Eksperyment podkreśla rolę energii aktywacji w reakcjach chemicznych i pokazuje, jak forma fizyczna reagentów może wpływać na ten krytyczny próg energetyczny.
  • Kontrola reakcji chemicznych: Podkreśla znaczenie kontrolowania zmiennych eksperymentalnych w celu dokładnego porównania reaktywności różnych form magnezu z HCl.
  • Termodynamika i kinetyka: Poprzez pomiary temperatury, uczniowie zgłębią koncepcje termodynamiki i kinetyki chemicznej, obserwując wydzielanie ciepła i szybkość, z jaką zachodzą reakcje.

Przeprowadzając analizę porównawczą reakcji proszku magnezu i taśmy magnezowej z kwasem solnym, uczniowie zdobywają wiedzę na temat czynników wpływających na szybkość reakcji. To ćwiczenie laboratoryjne podkreśla znaczenie powierzchni reakcji, energii aktywacji oraz precyzyjnej kontroli i pomiarów w badaniu reakcji chemicznych, pogłębiając tym samym zrozumienie przez uczniów podstawowych zasad chemii.

Protokół

Część 1: Reakcja proszku magnezu z kwasem solnym

  1. Odm.
  2. Przelej zawartość cylindra miarowego do kalorymetru.
  3. Zanurz końcówkę cyfrowego termometru w płynie, aby zmierzyć jego temperaturę.
  4. Początkowa temperatura wody pojawi się w tabeli wyników.
  5. Odmierzyć około 0,6 g proszku magnezu (Mg).
  6. Wsyp zawartość łódki wagowej do kalorymetru.
  7. Załóż pokrywę kalorymetru.
  8. Włóż termometr cyfrowy w wieczko kalorymetru.
  9. Uruchom stoper.
  10. Naciśnij zielony przycisk mieszadła na pokrywie kalorymetru.
  11. Wykres temperatury w funkcji czasu znajduje się na tablecie (zakładka wykres).
  12. Odnotuj końcową temperaturę po zakończeniu reakcji (po około 30 do 60 sekundach).
  13. Zatrzymaj stoper.
  14. Wyniki znajdują się w zakładce wyniki na tablecie.
  15. Zatrzymaj agitator, naciskając czerwony przycisk.
  16. Wyjmij termometr z pokrywy kalorymetru.
  17. Zdejmij pokrywę kalorymetru.
  18. Opróżnij zawartość kalorymetru do zbiornika odzyskowego.
  19. Przepłucz kalorymetr wodą destylowaną i wylej jego zawartość do zbiornika odzyskowego.
  20. Przepłucz cylinder miarowy wodą destylowaną i opróżnij jego zawartość do zbiornika odzyskowego.
  21. Zresetuj stoper.

Część 2: Reakcja taśmy magnezowej z kwasem solnym

  1. Odm.
  2. Przelej zawartość cylindra miarowego do kalorymetru.
  3. Zanurz końcówkę cyfrowego termometru w płynie, aby zmierzyć jego temperaturę.
  4. Początkowa temperatura wody pojawi się w tabeli wyników.
  5. Odmierzyć około 0,6 g magnezu (Mg) w postaci wstążki.
  6. Wsyp zawartość łódki wagowej do kalorymetru.
  7. Załóż pokrywę kalorymetru.
  8. Włóż termometr cyfrowy w wieczko kalorymetru.
  9. Uruchom stoper.
  10. Naciśnij zielony przycisk mieszadła na pokrywie kalorymetru.
  11. Wykres temperatury w funkcji czasu znajduje się na tablecie (zakładka wykres).
  12. Odnotuj końcową temperaturę po zakończeniu reakcji (około 3 minut), zatrzymaj stoper.
  13. Zatrzymaj stoper.
  14. Wyniki znajdują się w zakładce wyniki na tablecie.
  15. Zatrzymaj agitator, naciskając czerwony przycisk.
  16. Wyjmij termometr z pokrywy kalorymetru.
  17. Zdejmij pokrywę kalorymetru.
  18. Opróżnij zawartość kalorymetru do zbiornika odzyskowego.
  19. Przepłucz kalorymetr wodą destylowaną i wylej jego zawartość do zbiornika odzyskowego.
  20. Przepłucz cylinder miarowy wodą destylowaną i opróżnij jego zawartość do zbiornika odzyskowego.
  21. Zresetuj stoper.
  22. Zanotuj czas potrzebny do zakończenia reakcji, określony poprzez stabilizację temperatury. Porównaj z reakcją z części 1 przeprowadzoną z użyciem proszku magnezu.

Przewidywane wyniki

Część 1

  • 0,63 g Mg(s) w proszku wyprodukuje 440 kJ/mol Mg.
  • W HCl 1 M wzrost temperatury wyniesie 25℃, w około 84 sekundy.

Część 2

  • 0,55 g wstążki Mg(s) wyprodukuje 440 kJ/mol Mg.
  • W 1 M HCl wzrost temperatury wyniesie 22℃, w około 140 sekund.

Podsumowanie zadania według zakresu ocen

Klasy 3-5 (wiek 8-10 lat)

  • SkupieniePodstawowe wprowadzenie do koncepcji szybkości reakcji i powierzchni.
  • Aktywności: Obserwacja reakcji proszku i taśmy magnezowej z kwasem solnym, zanotowanie prostych różnic w szybkości reakcji, podstawowe instrukcje bezpieczeństwa.

Klasy 6-8 (wiek 11-13 lat)

  • Skupienie: Pośrednie zrozumienie wpływu powierzchni reakcji na jej szybkość oraz podstawy termodynamiki.
  • AktywnościPrzeprowadzanie reakcji z proszkiem i taśmą magnezu w kwasie solnym, mierzenie czasu reakcji i zmian temperatury, porównywanie reaktywności różnych form magnezu, przestrzeganie szczegółowych protokołów bezpieczeństwa.

Klasy 9-12 (Wiek 14-18 lat)

  • Skupienie: Zaawansowane zrozumienie kinetyki reakcji, wpływu powierzchni właściwej i termodynamiki.
  • Aktywności: Dokładne przeprowadzanie reakcji z proszkiem i wstążką magnezu, mierzenie i rejestrowanie czasów reakcji oraz zmian temperatury, analiza wpływu powierzchni na szybkość reakcji i energię aktywacji, szczegółowe rejestrowanie i interpretacja wyników, przestrzeganie zaawansowanych protokołów bezpieczeństwa, utrwalanie koncepcji kinetyki chemicznej i termodynamiki.

Podstawowe wyposażenie laboratorium

Instrumenty

  • Zlewka (1000ml)
  • Kalorymetr
  • Waga elektroniczna
  • Cylindry miarowe (70ml i 250ml)
  • Szpatułki
  • Termometry
  • Minutnik
  • Pęseta.

Produkty

  • HCl 1 M (roztwór)
  • Magnez (proszek)
  • Magnez (wstążka)
<< powrót do listy