Praktikum Virtual Tanda Silang Menghilang: Laju Reaksi

Praktikum virtual tanda silang menghilang ini sesuai dengan metode kedua dalam praktikum wajib AQA GCSE Chemistry tentang laju reaksi: mengikuti reaksi dari perubahan kekeruhan. Siswa mencampur natrium tiosulfat dengan asam klorida di atas tanda silang yang digambar di kertas dan mengukur waktu sampai belerang menutupinya. Mereka mengulang pada lima konsentrasi, memplot 1/t terhadap konsentrasi, lalu menaikkan suhu. Mode kolorimeter mencakup praktikum kinetika kristal violet AP Chemistry (lihat Pengayaan).

Keterkaitan dengan kurikulum

• AQA GCSE Chemistry 4.6.1.2 (faktor yang memengaruhi laju reaksi kimia) dan praktikum wajibnya tentang pengaruh konsentrasi terhadap laju, dengan memakai perubahan kekeruhan. Dalam Combined Science: Trilogy, materi yang sama adalah 5.6.1.2. Untuk metode volume gas dari praktikum yang sama, lihat praktikum virtual laju reaksi.
• AP Chemistry Unit 5, topik 5.1 Reaction Rates, 5.2 Introduction to Rate Law, dan 5.3 Concentration Changes Over Time (reaksi orde satu dan ln A terhadap waktu).
• NGSS HS-PS1-5 (standar AS): menjelaskan pengaruh perubahan konsentrasi atau suhu terhadap laju reaksi.

Simulic tidak berafiliasi dengan College Board maupun AQA dan tidak didukung oleh keduanya.

Sebelum praktikum (5 menit)

Minta siswa menetapkan prediksi, di kertas atau sebagai pertanyaan 1 pada tautan kelas:

"Pada 20 °C, 50 mL larutan natrium tiosulfat membuat tanda silang menghilang dalam sekitar 25 detik. Anda memakai 25 mL tiosulfat dan 25 mL air sebagai gantinya. Berapa lama tanda silang akan menghilang?"

Sebagian siswa menjawab "waktunya sama, karena volumenya sama". Jangan dikoreksi dulu.

Langkah kerja dalam simulasi

Setiap percobaan memakai labu baru: volume Na₂S₂O₃ 0,15 M yang dipilih, ditambah air sampai 50 mL, ditambah 10 mL HCl 2 M.

1. Atur Metode ke "Tanda silang menghilang", Suhu ke 20 °C, dan Kecepatan waktu ke ×2.
2. Atur Na₂S₂O₃ 0,15 M ke 50 mL. Tekan Tuang HCl, mulai.
3. Amati lingkaran "Tampak atas". Tekan Silang hilang – stop (atau ketuk gambar) begitu Anda tidak lagi melihat tanda silang.
4. Ulangi dua kali lagi dan hitung waktu rata-ratanya. Ukur otomatis mengukur waktu satu percobaan untuk Anda, dengan sebaran sekitar 3%, seperti pengamat yang teliti.
5. Ulangi untuk 40, 30, 20, dan 10 mL tiosulfat. Airnya ditambahkan otomatis.
6. Hitung 1/t untuk setiap rata-rata. Tekan 1/t – konsentrasi untuk melihat grafiknya.
7. Kembalikan volume ke 50 mL dan ulangi pada 30 °C dan 40 °C. Tekan 1/t – suhu.

V Na₂S₂O₃ (mL)	V air (mL)	[S₂O₃²⁻] (M)	t₁ (s)	t₂ (s)	t₃ (s)	Rata-rata t (s)	1/t (s⁻¹)
50	0	0,125
40	10	0,100
30	20	0,075
20	30	0,050
10	40	0,025

Hasil yang diharapkan

Setelah setiap percobaan, simulasi menampilkan waktu modelnya, yaitu saat tanda silang benar-benar menghilang. Percobaan tunggal tersebar sekitar 3% di sekitarnya. Pada 20 °C:

V Na₂S₂O₃ (mL)	50	40	30	20	10
Waktu model t (s)	25,2	31,6	42,2	63,8	130
1/t (s⁻¹)	0,0397	0,0317	0,0237	0,0157	0,0077

• 1/t sebanding dengan konsentrasi tiosulfat: titik-titiknya berada pada garis yang melalui titik asal. Membagi dua konsentrasi (50 menjadi 25 mL) menggandakan waktu, dari 25,2 s menjadi 50,8 s.
• Percobaan nyata tersebar: pengukuran otomatis kami pada 50 mL memberi 26,3, 25,4, dan 25,5 s.
• Suhu, 50 mL: 52,0 s pada 10 °C, 25,2 s pada 20 °C, 12,8 s pada 30 °C, dan 6,8 s pada 40 °C. Setiap kenaikan 10 °C kira-kira menggandakan 1/t.

Pertanyaan untuk siswa

1. (Prediksi, ditanyakan lagi setelah praktikum) Bagaimana waktunya berubah jika Anda memakai 25 mL tiosulfat dan 25 mL air, bukan 50 mL tiosulfat?
2. Mengapa air ditambahkan agar volumenya menjadi 50 mL di setiap percobaan?
3. Dengan 20 mL tiosulfat dan 30 mL air pada 20 °C, berapa waktu rata-rata sampai tanda silang menghilang?
4. Dengan 50 mL tiosulfat, berapa kali lebih besar 1/t pada 30 °C dibandingkan pada 20 °C?
5. Mengapa 1/t dapat dipakai sebagai laju, dan bagaimana pengukuran waktunya dapat dibuat lebih akurat?

Jawaban untuk guru: (1) Kira-kira dua kali lipat, dari 25 s menjadi 51 s. (2) Agar volume total, dan tebal cairan yang Anda lihat dari atas, tetap sama, sehingga hanya konsentrasi tiosulfat yang berubah. (3) Sekitar 64 s (terima 59–69 s). (4) Sekitar 2,0 (terima 1,75–2,2). (5) Setiap percobaan berhenti saat jumlah belerang yang sama telah terbentuk, jadi lajunya adalah jumlah tetap dibagi t, yang sebanding dengan 1/t. Titik akhirnya ditentukan dengan penilaian, jadi pakai pengamat, tanda silang, dan pencahayaan yang sama, ulangi dan rata-ratakan, atau pakai sensor cahaya untuk mendeteksi titik akhir.

Miskonsepsi umum

• "Volume totalnya sama, jadi konsentrasinya sama." Menambahkan air sebagai pengganti tiosulfat menurunkan konsentrasi pereaksi.
• "Waktu yang lebih lama berarti reaksi yang lebih cepat." Waktu dan laju berbanding terbalik, karena itulah grafiknya memakai 1/t.
• "Pemanasan hanya membuat partikel lebih sering bertumbukan." Pengaruh yang lebih besar adalah makin banyak tumbukan yang memiliki energi cukup untuk bereaksi.

Pengayaan

• AP: kolorimetri kristal violet. Ganti Metode ke "Kolorimeter", atur [OH⁻] ke 0,02 M dan 25 °C, lalu tekan Mulai mengukur. Bandingkan grafik A – t, ln A – t, dan 1/A – t: hanya ln A – t yang lurus (R² 0,9999), jadi reaksinya berorde satu terhadap zat warna. Kami memperoleh k' = 4,0×10⁻³ s⁻¹ dan t½ = 173 s. Pada OH⁻ 0,04 M, k' menjadi dua kali lipat, 8,0×10⁻³ s⁻¹ (R² 0,9996 untuk ln A, 0,88 untuk dua grafik lainnya), jadi reaksinya juga berorde satu terhadap OH⁻, dengan k = 0,200 M⁻¹ s⁻¹.

Pertanyaan umum

Mengapa tidak menjalankan praktikum nyata saja?

Reaksi nyata melepaskan belerang dioksida, yang beracun dan dapat memicu asma. Simulasi memberi kumpulan data lengkap dengan aman, dengan pengulangan dalam hitungan detik. Pakai sebelum praktikum nyata atau sebagai penggantinya.

Mengapa waktu saya sedikit berbeda dari tabel?

Setiap percobaan diukur waktunya dengan mata, atau dengan Ukur otomatis yang memiliki sebaran sekitar 3%. Karena itulah siswa mengulang setiap percobaan dan memakai rata-ratanya.

Apakah ini menggantikan metode volume gas?

Tidak. Praktikum AQA meminta kedua metode: satu yang mengukur volume gas dan satu yang mengikuti perubahan warna atau kekeruhan. Metode volume gas ada di praktikum virtual laju reaksi, jadi kedua paket bersama-sama mencakup seluruh praktikum.

Simulasi dan panduan terkait

Mengukur volume gas terhadap waktu – laju reaksi rata-rata dan sesaat Laju reaksi – model tumbukan (konsentrasi, suhu, katalis, luas permukaan)

Untuk kegiatan kimia lainnya, lihat ide pelajaran kimia interaktif. Untuk menjalankan prediksi sebagai satu siklus penuh, lihat Predict–Observe–Explain dengan simulasi.