Această sesiune de laborator este concepută pentru a compara reactivitatea și comportamentul magneziului în două forme diferite – pulbere și panglică – atunci când reacționează cu acid clorhidric (HCl). Prin măsurarea timpului de reacție și a modificărilor de temperatură, studenții pot aprofunda conceptele de suprafață de reacție, viteză de reacție și energie de activare.
Obiective educaționale
- Suprafața de contact și viteza de reacție: Elevii vor învăța cum diferența în suprafața de contact între pudra de magneziu și panglica de magneziu afectează viteza reacției, pudra, având o suprafață mai mare, rezultând de obicei într-o reacție mai rapidă.
- Energia de activare Experimentul subliniază rolul energiei de activare în reacțiile chimice și demonstrează cum forma fizică a reactanților poate influența acest prag critic de energie.
- Controlul reacțiilor chimice: Subliniază importanța controlării variabilelor experimentale pentru a compara în mod precis reactivitatea diferitelor forme de magneziu cu HCl.
- Termodinamica și cinetica: Prin măsurători de temperatură, elevii vor explora concepte de termodinamică și cinetică chimică, observând degajarea de căldură și viteza cu care au loc reacțiile.
Prin efectuarea unei analize comparative a pulberii de magneziu și a panglicii de magneziu care reacționează cu acidul clorhidric, elevii dobândesc informații despre factorii care influențează ratele de reacție. Acest laborator subliniază importanța suprafeței de reacție, a energiei de activare și a controlului și măsurării precise în studiul reacțiilor chimice, îmbunătățind înțelegerea de către elevi a principiilor fundamentale ale chimiei.
Protocol
Partea 1: Reacția magneziului pudră cu acid clorhidric
- Măsurați 100 mL de acid clorhidric (HCl) 1M folosind cilindrul gradat.
- Toarnă conținutul cilindrului gradat în calorimetru.
- Introduceți vârful termometrului digital în lichid pentru a-i măsura temperatura.
- Temperatura inițială a apei va apărea în tabelul de rezultate.
- Cântăriți aproximativ 0,6 g de pulbere de magneziu (Mg).
- Toarnă conținutul capsulei de cântărire în calorimetru.
- Pune capacul calorimetrului.
- Introduceți termometrul digital în capacul calorimetrului.
- Porniți cronometrul.
- Activați butonul verde al agitatorului de pe capacul calorimetrului.
- Graficul temperaturii în funcție de timp se află pe tabletă (fila grafic).
- Notați temperatura finală când reacția se încheie (după aproximativ 30 până la 60 de secunde).
- Oprește cronometrul.
- Rezultatele se găsesc în fila rezultate de pe tabletă.
- Oprește agitatorul apăsând butonul roșu.
- Scoateți termometrul din capacul calorimetrului.
- Scoateți capacul calorimetrului.
- Goliți conținutul calorimetrului în rezervorul de recuperare.
- Clătiți calorimetrul cu apă distilată și goliți conținutul în rezervorul de recuperare.
- Clătiți cilindrul gradat cu apă distilată și goliți conținutul în recipientul de recuperare.
- Resetează cronometrul.
Partea 2: Reacția benzii de magneziu cu acid clorhidric
- Măsurați 100 mL de acid clorhidric (HCl) 1M folosind cilindrul gradat.
- Toarnă conținutul cilindrului gradat în calorimetru.
- Introduceți vârful termometrului digital în lichid pentru a-i măsura temperatura.
- Temperatura inițială a apei va apărea în tabelul de rezultate.
- Cântăriți aproximativ 0,6g de magneziu (Mg) sub formă de panglică.
- Toarnă conținutul capsulei de cântărire în calorimetru.
- Pune capacul calorimetrului.
- Introduceți termometrul digital în capacul calorimetrului.
- Porniți cronometrul.
- Activați butonul verde al agitatorului de pe capacul calorimetrului.
- Graficul temperaturii în funcție de timp se află pe tabletă (fila grafic).
- Notați temperatura finală când reacția se termină (aproximativ la 3 minute), opriți cronometrul.
- Oprește cronometrul.
- Rezultatele se găsesc în fila rezultate de pe tabletă.
- Oprește agitatorul apăsând butonul roșu.
- Scoateți termometrul din capacul calorimetrului.
- Scoateți capacul calorimetrului.
- Goliți conținutul calorimetrului în rezervorul de recuperare.
- Clătiți calorimetrul cu apă distilată și goliți conținutul în rezervorul de recuperare.
- Clătiți cilindrul gradat cu apă distilată și goliți conținutul în recipientul de recuperare.
- Resetează cronometrul.
- Notați timpul necesar până la sfârșitul reacției, determinat de stabilizarea temperaturii. Comparați cu reacția de la punctul 1 efectuată cu pulbere de magneziu.
Rezultate anticipate
Partea 1
- 0,63 g de pulbere de Mg(s) vor produce 440 kJ/mol de Mg.
- În HCl 1 M, creșterea temperaturii va fi de 25℃, în aproximativ 84 de secunde.
Partea 2
- 0,55 g de bandă de Mg(s) vor produce 440 kJ/mol de Mg.
- În HCl 1 M, creșterea temperaturii va fi de 22℃, în aproximativ 140 de secunde.
Rezumatul temei pe intervale de note
Clasele 3-5 (Vârsta 8-10 ani)
- FocusIntroducere de bază în conceptele de viteză de reacție și suprafață de contact.
- ActivitățiObservarea reacțiilor pulberii și panglicii de magneziu cu acid clorhidric, notând diferențe simple în viteza reacției, instrucțiuni de bază de siguranță.
Clasele 6-8 (Vârste 11-13)
- Focus: înțelegere intermediară a efectelor suprafeței specifice asupra vitezei de reacție și a termodinamicii de bază.
- Activități: Realizarea reacțiilor cu pulbere de magneziu și panglică în acid clorhidric, măsurarea timpilor de reacție și a schimbărilor de temperatură, compararea reactivității diferitelor forme de magneziu, respectarea unor protocoale de siguranță detaliate.
Clasele 9-12 (Vârste 14-18)
- FocusÎnțelegere avansată a cineticii reacțiilor, a efectelor suprafeței și a termodinamicii.
- Activități: Realizarea cu acuratețe a reacțiilor cu pulbere și panglică de magneziu, măsurarea și înregistrarea timpilor de reacție și a schimbărilor de temperatură, analiza impactului suprafeței asupra vitezei de reacție și a energiei de activare, înregistrarea și interpretarea detaliată a rezultatelor, respectarea protocoalelor avansate de siguranță, consolidarea conceptelor de cinetică chimică și termodinamică.
Esențiale de laborator
Instrumente
- Pahar Berzelius (1000ml)
- Calorimetru
- Cântar electronic
- Cilindri graduați (70ml și 250ml)
- Spatule
- Termometre
- Cronometru
- Pensetă.
Produse
- HCl 1 M (soluție)
- Magneziu (pulbere)
- Magneziu (bandă)