Eksperimen: Formula empirik magnesium oksida

Menentukan formula empirik magnesium oksida ialah eksperimen klasik untuk menukar konsep mol menjadi keputusan makmal. Dengan menggabungkan logam dengan oksigen dan menimbang sebelum dan selepas, anda mengukur jisim yang bertindak balas dan menukarkannya kepada nisbah mol, iaitu tepatnya maksud formula empirik. Ia salah satu amali yang paling banyak diperiksa dalam bab Konsep Mol, Formula dan Persamaan Kimia. Panduan ini menyusun kaedah, pemerhatian, dan kemahiran Kertas 3 yang dihargai dalam pentaksiran amali.

Tujuan

Untuk menentukan formula empirik magnesium oksida dengan mencari nisbah bilangan mol atom magnesium kepada bilangan mol atom oksigen yang bergabung apabila magnesium dipanaskan dalam udara.

Radas dan bahan

• Pita magnesium
• Mangkuk pijar dengan penutup
• Segi tiga tanah liat
• Kaki tripod dan penunu Bunsen
• Angkup
• Neraca elektronik
• Kertas pasir (atau kertas emeri)
• Tikar tahan haba

Prosedur

1. Bersihkan sepanjang pita magnesium dengan kertas pasir untuk membuang lapisan oksida, kemudian gulungkannya secara longgar.
2. Timbang mangkuk pijar kosong bersama penutupnya dan catat jisimnya.
3. Letakkan magnesium yang digulung ke dalam mangkuk pijar, timbang mangkuk pijar, penutup dan magnesium, dan catat jisimnya.
4. Letakkan mangkuk pijar di atas segi tiga tanah liat pada tripod dan panaskannya dengan kuat.
5. Apabila magnesium mula terbakar, guna angkup untuk mengangkat penutup sedikit pada sela masa untuk membenarkan lebih banyak udara masuk, kemudian gantikannya dengan cepat untuk menghalang asap putih terlepas.
6. Teruskan pemanasan sehingga semua magnesium bertindak balas dan hanya abu putih tinggal.
7. Biarkan mangkuk pijar menyejuk, kemudian timbang mangkuk pijar, penutup dan kandungannya dan catat jisimnya.
8. Panaskan mangkuk pijar sekali lagi selama beberapa minit, sejukkannya, dan timbang semula.
9. Ulang pemanasan, penyejukan dan penimbangan sehingga jisim tidak lagi berubah (jisim malar), dan catat jisim akhir.

Pemerhatian yang dijangka

Pita magnesium terbakar dengan nyalaan putih yang terang dan menyilaukan serta membebaskan asap putih. Pita kelabu berkilat digantikan oleh serbuk atau abu putih yang lembut, iaitu magnesium oksida. Jisim kandungan selepas pembakaran lebih besar daripada jisim magnesium pada mulanya, kerana oksigen daripada udara telah bergabung dengan magnesium.

Inferens dan kesimpulan

Pertambahan jisim ialah jisim oksigen yang telah bergabung dengan magnesium. Jisim magnesium dicari daripada perbezaan sebelum pemanasan, dan jisim oksigen daripada pertambahan jisim selepas pemanasan. Membahagikan setiap jisim dengan jisim atom relatifnya memberikan bilangan mol atom magnesium dan atom oksigen; menyatakannya sebagai nisbah nombor bulat termudah memberikan formula empirik. Nisbah itu menghasilkan satu mol magnesium kepada satu mol oksigen, jadi formula empirik magnesium oksida ialah MgO, terbentuk mengikut persamaan 2Mg + O₂ → 2MgO.

Kemahiran proses sains (gaya Kertas 3)

Membuat hipotesis. Apabila magnesium dipanaskan dalam udara ia bergabung dengan oksigen pada nisbah tetap, jadi jisim magnesium yang tetap sentiasa bergabung dengan jisim oksigen yang sama.

Mengenal pasti pemboleh ubah. Pemboleh ubah dimanipulasi ialah jisim magnesium yang digunakan; pemboleh ubah bergerak balas ialah jisim magnesium oksida yang terbentuk; pemboleh ubah dimalarkan termasuk bekalan udara dan pemanasan sehingga jisim malar.

Menjadualkan data. Lukis jadual bagi jisim mangkuk pijar dan penutup, jisim mangkuk pijar, penutup dan magnesium, dan jisim mangkuk pijar, penutup dan magnesium oksida, supaya jisim magnesium dan jisim oksigen boleh dikira melalui penolakan.

Membuat inferens. Terangkan mengapa mengangkat penutup pada sela masa perlu: ia membenarkan oksigen masuk supaya tindak balas lengkap, sementara menggantikan penutup menghalang asap putih magnesium oksida terlepas dan merendahkan jisim yang diukur.

Definisi secara operasi. Tindak balas ditakrifkan secara operasi sebagai lengkap apabila pemanasan berulang tidak lagi menukar jisim mangkuk pijar dan kandungannya.

Langkah keselamatan

• Jangan pandang terus magnesium yang terbakar, kerana cahaya putih yang kuat boleh mencederakan mata.
• Pakai gogal keselamatan dan kendalikan mangkuk pijar yang panas hanya dengan angkup, untuk mengelakkan melecur.
• Letakkan mangkuk pijar yang panas di atas tikar tahan haba dan jangan sekali-kali terus di atas meja, untuk mengelakkan kerosakan dan melecur.
• Sediakan penutup berdekatan sepanjang masa, supaya magnesium yang terbakar boleh ditutup jika tindak balas menjadi terlalu ganas.

Ralat lazim

• Membuka penutup terlalu lebar atau terlalu kerap. Ini membenarkan asap putih magnesium oksida terlepas, jadi jisim oksigen yang dicatat terlalu kecil dan nisbah salah.
• Tidak membersihkan pita. Lapisan oksida menokok jisim yang bukan magnesium tulen, menukar nisbah yang dikira.
• Berhenti sebelum jisim malar. Jika pemanasan berhenti ketika sebahagian magnesium belum bertindak balas, jisim oksigen terlalu kecil.
• Mengabaikan magnesium nitrida. Sebahagian magnesium bertindak balas dengan nitrogen; mengekalkan aliran udara dan memanaskan sepenuhnya mengurangkan tindak balas sampingan ini.

Menghubungkan amali dengan pengiraan

Kekuatan eksperimen ini terletak pada langkah pengiraan selepas penimbangan. Mula-mula, cari jisim magnesium dengan menolak jisim mangkuk pijar dan penutup daripada jisim mangkuk pijar, penutup dan magnesium. Kemudian cari jisim oksigen dengan menolak jisim magnesium daripada jisim magnesium oksida akhir. Bahagikan jisim magnesium dengan jisim atom relatifnya dan jisim oksigen dengan jisim atom relatifnya untuk mendapat bilangan mol setiap atom. Akhir sekali, bahagikan kedua-dua nilai mol dengan yang terkecil untuk memperoleh nisbah nombor bulat termudah, yang memberikan formula empirik. Menyusun kerja secara kemas begini memastikan setiap langkah boleh diikuti dan disemak dalam skema pemarkahan.

Cara guru kami menggunakan eksperimen ini

Dalam kelas Kimia SPM satu-ke-satu, diajar dalam bahasa Inggeris dari RM50 sejam, kami menggunakan eksperimen ini untuk menyambung amali dengan pengiraan: pelajar yang memahami mengapa penutup diangkat dan mengapa pemanasan diteruskan sehingga jisim malar juga boleh menyusun kerja nisbah mol yang memperoleh markah penuh. Kerana soalan formula empirik berulang merentasi Kimia SPM dan kaedah ini amali Kertas 3 yang piawai (Kertas 3 ialah Ujian Amali yang menaksir kemahiran proses sains), menguasai kedua-dua teknik dan pengiraan di sini melindungi markah dalam Kertas 2 juga.