Această sesiune de laborator este structurată în două părți distincte, fiecare concentrându-se pe reacții diferite care implică magneziul pentru a ilustra principiile reacțiilor chimice și termochimiei.
- Partea 1: implică reacția magneziului sub formă de pulbere cu acid clorhidric (HCl) 1M într-un calorimetru pentru a măsura temperaturile inițială și finală și pentru a observa schimbările termice care au loc. Această parte subliniază natura exotermă a reacției dintre magneziu și acid clorhidric.
- Partea 2: repetă procedura utilizată în Partea 1, dar substituie magneziul cu pulbere de oxid de magneziu (MgO) pentru a explora reacția dintre MgO și acidul clorhidric. Această comparație are ca scop evidențierea diferențelor de reactivitate și a schimbărilor termice dintre magneziu și oxidul său atunci când reacționează cu acidul clorhidric.
Obiective educaționale
Această sesiune de laborator este concepută pentru a ajuta studenții să atingă un set de obiective de învățare progresive, aliniate cu nivelul lor de studiu. La toate grupele de vârstă, scopul principal este de a dezvolta curiozitatea față de procesele chimice, de a consolida metoda științifică și de a cultiva practici sigure de laborator.
- Înțelegere conceptuală: Elevii vor învăța principiile fundamentale ale reacțiilor chimice, cu o atenție deosebită acordată proceselor exoterme și relației dintre reactanți, produși și modificările energetice. Comparând reacțiile magneziului și ale oxidului de magneziu cu acidul clorhidric, elevii vor recunoaște cum forma chimică și legăturile influențează reactivitatea și degajarea de căldură.
- Abilități practice și tehnice: Curățanții vor dezvolta tehnici practice de laborator, inclusiv măsurarea precisă a reactanților, manipularea atentă a instrumentelor științifice și observarea sistematică a schimbărilor de temperatură în timp. Activitatea consolidează importanța preciziei, colectării datelor și reproductibilitatii în știința experimentală.
- Gândire analitică și critică: Studenții vor analiza diferențele de energie termică eliberată de două reacții similare, dar distincte. Vor compara datele empirice cu așteptările teoretice, vor discuta sursele de eroare și vor lua în considerare implicațiile mai largi ale termochimiei în contexte reale, cum ar fi știința materialelor și aplicațiile energetice.
- Comunicare științifică și siguranță: Participanții vor fi încurajați să-și înregistreze clar constatările, să interpreteze rezultatele logic și să le comunice eficient atât în formă scrisă, cât și verbală. La fel de important, vor practica un comportament responsabil în laborator, respectând protocoalele de siguranță și manipulând substanțele chimice cu atenție.
Până la sfârșitul sesiunii, studenții ar trebui nu numai să înțeleagă principiile științifice care stau la baza reacțiilor studiate, ci și să câștige încredere în aplicarea abilităților de laborator, evaluarea datelor și înțelegerea relevanței termochimiei atât pentru învățarea academică, cât și pentru fenomenele cotidiene.
Protocol
- Măsurați 100 ml de acid clorhidric (HCl) 1 M folosind cilindrul gradat.
- Toarnă conținutul cilindrului gradat în calorimetru.
- Pune capacul calorimetrului.
- Introduceți termometrul în gaura capacului.
- Cântăriți o bucată mică de magneziu (Mg) sub formă de panglică (aproximativ 0,5 g) folosind balanța.
- Deschide capacul și așează bucata de magneziu în calorimetru și închide-l din nou cât mai repede posibil.
- Activează cronometrul.
- Activați agitatorul calorimetrului apăsând butonul verde de pe capac.
- Observați cu atenție evoluția temperaturii în tabelul de rezultate.
- Așteaptă aproximativ 3 minute sau până când temperatura nu mai crește.
- Oprește cronometrul.
- Resetează cronometrul apăsând butonul Reset.
- Opriți agitatorul apăsând butonul roșu. Scoateți termometrul apoi scoateți capacul calorimetrului.
- Vărsați conținutul lichid al calorimetrului în recipientul negru de deșeuri. Scoateți bucata de bandă de magneziu cu ajutorul pensetei.
- Clătiți calorimetrul, termometrul și agitatorul cu apă distilată.
- Lasă calorimetrul să se răcească timp de aproximativ 30 de secunde.
- Repetați pașii de la 1 la 11 cu aproximativ 1 g de oxid de magneziu sub formă de bucăți.
Reacția este accelerată de 10 ori, pentru a observa mai ușor reacția completă.
Rezultate anticipate
- Un mic fragment de Mg (aproximativ 0,55g) va crește temperatura cu aproximativ 22℃ în 140 sec, pentru 440 kJ pe mol de Mg.
- O bucată mică de MgO (aproximativ 1 g) va crește temperatura cu aproximativ 7℃ în 180 secunde, pentru 120 kJ pe mol de MgO.
Rezumatul temei pe intervale de note
Clasele 3-5 (Vârsta 8-10 ani)
- FocusIntroducere de bază despre reacțiile chimice și schimbările de temperatură.
- ActivitățiObservarea schimbărilor de temperatură în timpul reacțiilor, comparații simple ale reacțiilor care implică magneziu și oxid de magneziu, instrucțiuni de bază de siguranță.
Clasele 6-8 (Vârste 11-13)
- Focus: Înțelegere intermediară a reacțiilor chimice, tehnicilor de măsurare și termochimiei.
- Activități: Efectuarea reacțiilor cu magneziu și acid clorhidric, măsurarea schimbărilor de temperatură, compararea reacțiilor cu oxid de magneziu, înțelegerea schimbărilor de căldură în reacții, urmarea unor protocoale de siguranță detaliate.
Clasele 9-12 (Vârste 14-18)
- Focus: Înțelegere avansată a termochimiei, tehnici precise de măsurare și dinamica reacțiilor.
- Activități: Desfășurarea cu acuratețe a reacțiilor cu magneziu și oxid de magneziu în acid clorhidric, măsurarea și înregistrarea schimbărilor de temperatură, compararea reactivității și a variațiilor de căldură, analiza condițiilor experimentale și a efectelor acestora, înregistrarea și interpretarea detaliată a rezultatelor, respectarea protocoalelor avansate de siguranță, consolidarea conceptelor de reacții chimice și termochimie.
Esențiale de laborator
Instrumente
- Pahar Berzelius (1000ml)
- Calorimetru
- Cântar electronic
- Cilindri gradati (70ml & 250ml)
- Spatule
- Termometre
- Cronometru
- Pensetă
Produse
- HCl 1 M (soluție)
- Magneziu (pulbere)
- Oxid de magneziu (praf)