Eksperimen: Kesan kepekatan terhadap kadar tindak balas

Kepekatan ialah faktor pertama yang ditemui kebanyakan pelajar dalam bab Kadar Tindak Balas Tingkatan 4, dan ia amali Kertas 3 yang menjadi kegemaran. Siasatan ini mudah disediakan, memberi keputusan yang jelas, dan membolehkan anda berlatih setiap kemahiran proses sains yang dihargai dalam pentaksiran amali, menyatakan hipotesis, mengenal pasti pemboleh ubah, menjadualkan keputusan dan melukis hubungan kadar melawan kepekatan. Panduan ini menyusun kaedah, pemerhatian yang harus anda jangka, dan kemahiran yang dicari pemeriksa.

Tujuan

Untuk menyiasat bagaimana kepekatan asid hidroklorik mempengaruhi kadar tindak balas antara asid dan marmar (kalsium karbonat), diukur melalui betapa cepat gas karbon dioksida dihasilkan.

Radas dan bahan

• Kelalang kon
• Picagari gas, atau buret dan besen untuk mengumpul gas melalui air
• Salur penghantar dengan penyumbat yang muat pada kelalang kon
• Jam randik
• Silinder penyukat (contohnya 50 cm³)
• Neraca elektronik
• Ketulan marmar (kalsium karbonat) yang bersaiz hampir sama
• Asid hidroklorik cair dengan dua atau lebih kepekatan yang diketahui
• Air suling

Prosedur

1. Sukat isi padu tetap asid hidroklorik cair kepekatan pertama ke dalam kelalang kon menggunakan silinder penyukat.
2. Timbang jisim tetap ketulan marmar yang bersaiz hampir sama dan catat jisimnya.
3. Masukkan ketulan marmar ke dalam asid, segera pasang penyumbat dan salur penghantar yang disambung ke picagari gas, dan mulakan jam randik serta-merta.
4. Catat isi padu karbon dioksida yang terkumpul dalam picagari gas pada sela masa tetap, contohnya setiap 30 saat.
5. Teruskan sehingga tindak balas berhenti dan tiada lagi gas terkumpul.
6. Cuci kelalang dan ulang langkah 1 hingga 5 menggunakan asid kepekatan seterusnya, dengan mengekalkan isi padu asid, jisim dan saiz ketulan marmar, serta suhu yang sama.
7. Bagi setiap kepekatan, plot isi padu gas melawan masa pada paksi yang sama, dan bandingkan kecuraman lengkung.

Pemerhatian yang dijangka

Dalam setiap larian, pembuihan (gelembung) kelihatan apabila karbon dioksida dibebaskan, ketulan marmar perlahan-lahan mengecil, dan omboh picagari gas bergerak keluar. Dengan asid yang lebih pekat, pembuihan lebih rancak pada permulaan, gas terkumpul dengan lebih cepat, dan lengkung isi padu gas melawan masa lebih curam pada bahagian awalnya. Kerana jisim marmar yang sama digunakan setiap kali, tindak balas akhirnya menghasilkan isi padu gas akhir yang sama dalam setiap larian, asid yang lebih pekat sekadar mencapai isi padu itu lebih awal.

Inferens dan kesimpulan

Semakin curam lengkung pada permulaan, semakin cepat kadar tindak balas. Kepekatan asid yang lebih tinggi memberi lengkung yang lebih curam, jadi kepekatan yang lebih tinggi memberi kadar awal yang lebih cepat. Ini diterangkan oleh teori perlanggaran: asid yang lebih pekat mempunyai lebih banyak zarah asid dalam isi padu yang sama, jadi zarah berlanggar dengan permukaan marmar dengan lebih kerap, memberi lebih banyak perlanggaran berkesan setiap saat. Kesimpulannya, kadar tindak balas meningkat apabila kepekatan asid meningkat, manakala isi padu gas akhir bergantung hanya pada amaun marmar yang bertindak balas.

Kemahiran proses sains (gaya Kertas 3)

Menyatakan hipotesis. Apabila kepekatan asid meningkat, kadar tindak balas meningkat. Hipotesis yang baik menyatakan hubungan antara pemboleh ubah dimanipulasi dan bergerak balas.

Mengenal pasti pemboleh ubah. Pemboleh ubah dimanipulasi ialah kepekatan asid hidroklorik. Pemboleh ubah bergerak balas ialah kadar tindak balas, diukur sebagai isi padu gas yang terkumpul dalam masa tetap atau masa untuk isi padu gas yang tetap. Pemboleh ubah dimalarkan ialah isi padu asid, jisim dan saiz ketulan marmar, serta suhu.

Menjadualkan data. Lukis jadual dengan lajur untuk masa dan lajur berasingan untuk isi padu gas yang terkumpul pada setiap kepekatan, semua isi padu pada ketepatan yang sama seperti dibenarkan picagari gas. Jadual kedua boleh mencatat kadar awal bagi setiap kepekatan.

Melukis graf. Plot isi padu gas (paksi-y) melawan masa (paksi-x) bagi setiap kepekatan pada paksi yang sama. Lengkung yang lebih curam menunjukkan tindak balas yang lebih cepat. Kecerunan tangen pada permulaan memberi kadar awal.

Membuat definisi secara operasi. Kadar tindak balas ditakrifkan secara operasi sebagai isi padu karbon dioksida yang terkumpul per unit masa, atau sebagai satu dibahagi masa yang diambil untuk mengumpul isi padu gas yang tetap.

Membuat inferens. Asid yang lebih pekat bertindak balas lebih cepat kerana zarahnya lebih sesak dan berlanggar dengan marmar lebih kerap, penggunaan terus teori perlanggaran.

Langkah keselamatan

• Pakai gogal keselamatan, kerana asid hidroklorik cair merengsa dan boleh mencederakan mata jika terpercik.
• Masukkan ketulan marmar dengan berhati-hati dan pasang penyumbat tanpa memaksanya, supaya asid tidak terpercik keluar dan kelalang tidak retak.
• Jangan tutup kelalang sepenuhnya tanpa salur penghantar dipasang, kerana tekanan gas yang dihasilkan boleh terbina.
• Basuh sebarang percikan asid daripada kulit dengan segera menggunakan banyak air, kerana asid merengsa.

Ralat lazim

• Lewat memasang penyumbat. Gas terlepas sebelum picagari disambung, jadi bacaan awal terlalu rendah; masukkan ketulan dan sambung radas dengan cepat, memulakan jam randik ketika ketulan masuk.
• Ketulan marmar bersaiz berbeza. Saiz yang berbeza menukar luas permukaan, iaitu pemboleh ubah kedua; gunakan ketulan bersaiz hampir sama supaya hanya kepekatan berubah.
• Membaca isi padu gas dengan paralaks. Baca picagari pada aras mata supaya isi padu betul.
• Membiarkan suhu berubah. Asid yang lebih panas bertindak balas lebih cepat; kekalkan setiap larian pada suhu bilik yang sama supaya perbandingan adil.
• Membandingkan isi padu akhir dan bukan kadar. Isi padu akhir sama bagi jisim marmar yang sama; bandingkan kecuraman lengkung, bukan tempat ia berakhir.

Cara guru kami menggunakan eksperimen ini

Dalam kelas Kimia SPM satu-ke-satu, diajar dalam bahasa Inggeris dari RM50 sejam, kami menggunakan amali klasik ini untuk melatih perbezaan antara kadar dan amaun, perbezaan yang ramai pelajar kaburkan. Kami menunjukkan mengapa lengkung bagi kepekatan berbeza berakhir pada isi padu yang sama tetapi naik pada kelajuan berbeza, dan kami mengulang penerangan teori perlanggaran dalam perkataan tepat yang dihargai skema pemarkahan. Kerana soalan kadar muncul merentasi Kimia SPM dan ini amali Kertas 3 yang piawai (Kertas 3 ialah Ujian Amali yang menaksir kemahiran proses sains), mengukuhkan kaedah dan penaakulan di sini melindungi markah dalam kertas teori dan ujian amali.