Eksperimen: Natrium tiosulfat dan asid: kadar tindak balas

Tindak balas antara larutan natrium tiosulfat dan asid cair ialah eksperimen kadar klasik Tingkatan 4, kerana ia menghasilkan mendakan sulfur yang terbentuk perlahan yang boleh anda ukur masanya dengan kaedah pangkah dan jam randik yang mudah. Ia amali Kertas 3 yang menjadi kegemaran, kerana ia membolehkan anda mengubah kepekatan dengan kemas, mengukur takat akhir yang jelas, dan mengira kadar. Panduan ini menyusun tujuan, kaedah, pemerhatian dan kemahiran Kertas 3 yang dihargai dalam pentaksiran amali.

Tujuan

Untuk menyiasat bagaimana kepekatan larutan natrium tiosulfat mempengaruhi kadar tindak balasnya dengan asid hidroklorik cair, diukur melalui masa yang diambil mendakan halus sulfur untuk menyembunyikan pangkah yang ditanda di bawah kelalang.

Radas dan bahan

• Kelalang kon
• Kertas putih dengan pangkah (X) dilukis padanya
• Silinder penyukat (contohnya 50 cm³ untuk tiosulfat dan 10 cm³ untuk asid)
• Jam randik
• Termometer
• Larutan natrium tiosulfat dengan kepekatan yang diketahui
• Air suling (untuk mencairkan tiosulfat kepada kepekatan berbeza)
• Asid hidroklorik cair dengan satu kepekatan yang tetap

Prosedur

1. Lukis pangkah pada sekeping kertas putih dan letakkan kelalang kon di atasnya.
2. Sukat isi padu tetap larutan natrium tiosulfat ke dalam kelalang, kemudian tambah air suling untuk membentuk kepekatan pilihan pertama, dengan mengekalkan jumlah isi padu yang sama setiap kali.
3. Catat suhu campuran dengan termometer.
4. Sukat isi padu tetap asid hidroklorik cair, tambahkannya ke dalam kelalang, dan mulakan jam randik serta-merta.
5. Pandang ke bawah menembusi campuran ke arah pangkah dan hentikan jam randik sebaik sahaja pangkah tidak lagi kelihatan.
6. Catat masa yang diambil untuk pangkah hilang.
7. Cuci kelalang dan ulang langkah 2 hingga 6 bagi beberapa kepekatan tiosulfat yang berbeza, dengan mengekalkan jumlah isi padu, isi padu dan kepekatan asid, serta suhu yang sama.
8. Bagi setiap kepekatan, kira kadar sebagai satu dibahagi masa yang diambil, dan plot kadar melawan kepekatan.

Pemerhatian yang dijangka

Apabila asid ditambah, campuran tidak berwarna perlahan-lahan menjadi keruh dan kuning pucat apabila mendakan halus sulfur terbentuk. Memandang ke bawah menembusi kelalang, pangkah menjadi lebih sukar dilihat dan kemudian hilang. Dengan larutan tiosulfat yang lebih pekat, kekeruhan terbentuk lebih awal dan pangkah hilang dalam masa yang lebih singkat. Apabila kepekatan berkurang, masa yang diambil bertambah, jadi kadar yang dikira (satu dibahagi masa) berkurang. Graf kadar melawan kepekatan menaik.

Inferens dan kesimpulan

Semakin singkat masa untuk pangkah hilang, semakin cepat kadar tindak balas. Larutan tiosulfat yang lebih pekat memberi masa yang lebih singkat dan oleh itu kadar yang lebih cepat. Teori perlanggaran menerangkannya: larutan yang lebih pekat mempunyai lebih banyak zarah tiosulfat dalam isi padu yang sama, jadi ia berlanggar dengan zarah asid lebih kerap, memberi lebih banyak perlanggaran berkesan setiap saat. Kesimpulannya, kadar tindak balas meningkat apabila kepekatan natrium tiosulfat meningkat. Kaedah yang sama boleh digunakan untuk mengkaji suhu dengan memanaskan campuran dan bukan menukar kepekatan.

Kemahiran proses sains (gaya Kertas 3)

Menyatakan hipotesis. Apabila kepekatan natrium tiosulfat meningkat, kadar tindak balas meningkat. Hipotesis mengaitkan pemboleh ubah dimanipulasi dengan pemboleh ubah bergerak balas.

Mengenal pasti pemboleh ubah. Pemboleh ubah dimanipulasi ialah kepekatan larutan natrium tiosulfat. Pemboleh ubah bergerak balas ialah kadar tindak balas, diperoleh daripada masa untuk pangkah hilang. Pemboleh ubah dimalarkan ialah jumlah isi padu campuran, isi padu dan kepekatan asid, serta suhu.

Menjadualkan data. Lukis jadual dengan lajur untuk kepekatan tiosulfat, masa untuk pangkah hilang, dan kadar (satu dibahagi masa), mencatat masa pada ketepatan jam randik.

Melukis graf. Plot kadar (paksi-y) melawan kepekatan (paksi-x). Trend menaik menunjukkan kadar naik dengan kepekatan. Graf satu dibahagi masa melawan kepekatan memberi garis lurus melalui asalan, satu semakan yang berguna.

Membuat definisi secara operasi. Kadar tindak balas ditakrifkan secara operasi sebagai satu dibahagi masa yang diambil untuk pangkah menjadi tidak kelihatan menembusi campuran.

Membuat inferens. Tindak balas lebih cepat pada kepekatan yang lebih tinggi kerana zarah tiosulfat lebih sesak dan berlanggar dengan asid lebih kerap, penaakulan teori perlanggaran yang dihargai pemeriksa.

Langkah keselamatan

• Pakai gogal keselamatan, kerana asid hidroklorik cair merengsa dan boleh mencederakan mata jika terpercik.
• Jalankan eksperimen di kawasan yang berpengudaraan baik atau kebuk wasap, kerana tindak balas membebaskan gas sulfur dioksida, yang mencekik dan merengsa paru-paru.
• Jangan mencondong terus di atas kelalang untuk menghidu gas; jauhkan muka ke tepi, supaya sulfur dioksida tidak disedut.
• Basuh sebarang percikan asid daripada kulit dengan segera menggunakan banyak air, kerana asid merengsa.

Ralat lazim

• Menukar jumlah isi padu antara larian. Jika jumlah isi padu tiosulfat campur air berbeza, kepekatan tidak dikawal secara adil; sentiasa jadikan jumlah isi padu sama dengan menambah amaun air yang betul.
• Menilai takat akhir secara tidak konsisten. Orang berbeza memutuskan pangkah telah hilang pada saat berbeza; gunakan pemerhati yang sama dan kedudukan pandangan yang sama setiap kali.
• Kedalaman cecair yang berbeza. Lapisan yang lebih dalam atau cetek menukar betapa awal pangkah tersembunyi; kekalkan jumlah isi padu, dan oleh itu kedalaman, yang sama.
• Membiarkan suhu berubah. Campuran yang lebih panas bertindak balas lebih cepat; kekalkan setiap larian pada suhu yang sama supaya hanya kepekatan berubah.
• Mengelirukan masa dengan kadar. Masa yang lebih singkat bermakna kadar yang lebih cepat; plot kadar (satu dibahagi masa), bukan masa, apabila soalan meminta kadar melawan kepekatan.

Cara guru kami menggunakan eksperimen ini

Dalam kelas Kimia SPM satu-ke-satu, diajar dalam bahasa Inggeris dari RM50 sejam, kami menggunakan eksperimen pangkah hilang untuk mengajar seluruh kit kadar sekali gus: ujian adil dengan satu pemboleh ubah, takat akhir operasi yang jelas, menukar masa kepada kadar, dan penerangan teori perlanggaran dalam perkataan tepat yang dikehendaki skema pemarkahan. Kami juga menekankan perkara keselamatan sulfur dioksida, yang mudah dilupakan. Kerana kepekatan dan kadar diperiksa merentasi Kimia SPM dan ini amali Kertas 3 yang klasik (Kertas 3 ialah Ujian Amali yang menaksir kemahiran proses sains), kaedah yang kemas dan penaakulan yang tepat di sini melindungi markah dalam kertas teori dan ujian amali.