Protokół doświadczenia scripted inquiry IV etap SZKOŁA PONADGIMNAZJALNA ZADANIE 2

Transkrypt

1 1. Odniesienie do Podstawy Programowej a) Cele kształcenia Protokół doświadczenia scripted inquiry IV etap SZKOŁA PONADGIMNAZJALNA ZADANIE 2 Wykorzystanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. (P): Uczeń korzysta z chemicznych tekstów źródłowych, pozyskuje, analizuje, ocenia i przetwarza informacje pochodzące z różnych źródeł, ze szczególnym uwzględnieniem mediów i Internetu. (R): Uczeń korzysta z chemicznych tekstów źródłowych, biegle wykorzystuje nowoczesne technologie informatyczne do po zyskiwania, przetwarzania, tworzenia i prezentowania informacji. Krytycznie odnosi się do pozyskiwanych informacji. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. (P): Uczeń zdobywa wiedzę chemiczną w sposób badawczy obserwuje, sprawdza, weryfikuje, wnioskuje i uogólnia; wykazuje związek składu chemicznego, budowy i właściwości substancji z ich zastosowaniami; posługuje się zdobytą wiedzą chemiczną w życiu codziennym w kontekście dbałości o własne zdrowie i ochrony środowiska naturalnego. (R): Uczeń rozumie podstawowe pojęcia, prawa i zjawiska chemiczne; opisuje właściwości najważniejszych pierwiastków i ich związków chemicznych; dostrzega zależność pomiędzy budową substancji a jej właściwościami fizycznymi i chemicznymi; stawia hipotezy dotyczące wyjaśniania problemów chemicznych i planuje eksperymenty dla ich weryfikacji; na ich podstawie samodzielnie formułuje i uzasadnia opinie i sądy. Opanowanie czynności praktycznych. (P,R): Uczeń bezpiecznie posługuje się sprzętem laboratoryjnym i odczynnikami chemicznymi; projektuje i przeprowadza doświadczenia chemiczne. Przyroda PGm. Rozumienie metody naukowej, polegającej na stawianiu hipotez i ich weryfikacji za pomocą obserwacji i eksperymentów. b) Treści nauczania Uczeń: 5.1(P): podaje przykłady surowców naturalnych wykorzystywanych do uzyskiwania energii; 5.4(P): proponuje alternatywne źródła energii - analizuje możliwości ich zastosowań (biopaliwa, wodór, energia słoneczna, wodna, jądrowa, geotermalne itd.); 5.5(P): analizuje wpływ różnorodnych sposobów uzyskiwania energii na stan środowiska przyrodniczego. 4.1(R): definiuje termin: szybkość reakcji (jako zmiana stężenia reagenta w czasie); 4.5(R): przewiduje wpływ: stężenia substratów, obecności katalizatora, stopnia rozdrobnienia substratów i temperatury na szybkość reakcji; planuje i przeprowadza odpowiednie doświadczenia; 5.11(R): projektuje i przeprowadza doświadczenia pozwalające otrzymać różnymi metodami kwasy, wodorotlenki i sole; 8.12(R): opisuje typowe właściwości chemiczne kwasów, w tym zachowanie wobec metali, tlenków metali, wodorotlenków i soli kwasów o mniejszej mocy; planuje i przeprowadza odpowiednie doświadczenia (formułuje obserwacje i wnioski); ilustruje je równaniami reakcji. 1 S t r o n a

2 2. Słowa kluczowe terminy, które Uczeń: a) powinien znać przystępując do zajęć: elektrolit, kwas tlenowy, zasada, sól kwasu tlenowego i mocnego wodorotlenku, przewodnictwo elektryczne, wodór, tlen, spalanie, problem badawczy, hipoteza, wniosek, warunki doświadczenia, próba kontrolna, próba badawcza. b) przyswoi w czasie zajęć: elektroliza, reakcja endo- i egzoenergetyczna, prąd stały, Przykład myślenia krytycznego IBSE Wodór w roli paliwa sprawdza się doskonale. Można z niego uzyskać znacznie więcej energii niż z benzyny, a jego spalanie jest neutralne dla środowiska. Dotychczas jednak nie było procesu, który pozwoliłby go tanio pozyskiwać. Naukowcy z Glasgow wpadli na rozwiązanie. Wodór można uzyskać w procesie elektrolizy wody. Energia elektryczna przerywa wiązania między atomami tlenu i wodoru przekształcając oba pierwiastki w stan gazowy. Obecnie najważniejszymi badaniami jest dobranie stosowanego elektrolitu do procesu rozkładu (szuka się spośród kwasów, zasad i ich soli rozpuszczonych w wodzie). Całość istoty otrzymywania wodoru sprowadza się do równania reakcji: 2H 2 O 2 H 2 + O 2. Natomiast komora silnika ma spalać otrzymane gazy w sposób odwrotny. Jacek Krywko, Znaleźliśmy paliwo przyszłości? Przełom w produkcji wodoru, dostępne w Internecie: Przelom_w_produkcji.html, [dostępność: r.] Czy roztwór wodorotlenku sodu, kwas siarkowego(vi) i sól powstała z ich połączenia da takie same efekty energetyczne podczas rozkładu prądem stałym? Jakie pytania badawcze i procedury doświadczalne pozwoliłyby Ci odpowiedzieć na to pytanie? Przykładowe pytania: Jakie doświadczenia można wykonać w celu przeprowadzenia rozkładu roztworu wodorotlenku, kwasu i soli? Jakie doświadczenia można przeprowadzić celem porównania efektywności energetycznej spalania produktów rozkładu elektrolitycznego mocnego kwasu tlenowego, zasady i roztworu soli mocnego wodorotlenku i kwasu tlenowego? Inne:. Przykładowe doświadczenia: Elektroliza roztworu kwasu siarkowego(vi). Elektroliza roztworu wodorotlenku sodu. Elektroliza roztworu siarczanu(vi) sodu. Spalanie produktów gazowych elektrolizy kwasu tlenowego, zasady oraz roztworu soli mocnego wodorotlenku i kwasu tlenowego. Inne:. 2 S t r o n a

3 Protokół Scripted Inquiry imię i nazwisko uczestnika zajęć: Karta pracy ucznia Czy wszystko kopa da tak jak elektrownia węglowa? 1. Wprowadzenie Wodór w roli paliwa sprawdza się doskonale. Można z niego uzyskać znacznie więcej energii niż z benzyny, a jego spalanie jest neutralne dla środowiska. Dotychczas jednak nie było procesu, który pozwoliłby go tanio pozyskiwać. Naukowcy z Glasgow wpadli na rozwiązanie. Wodór można uzyskać w procesie elektrolizy wody. Energia elektryczna przerywa wiązania między atomami tlenu i wodoru przekształcając oba pierwiastki w stan gazowy. Obecnie najważniejszymi badaniami jest dobranie stosowanego elektrolitu do procesu rozkładu (szuka się spośród kwasów, zasad i ich soli rozpuszczonych w wodzie). Całość istoty otrzymywania wodoru sprowadza się do równania reakcji: 2H 2 O 2 H 2 + O 2. Natomiast komora silnika ma spalać otrzymane gazy w sposób odwrotny. Jacek Krywko, Znaleźliśmy paliwo przyszłości? Przełom w produkcji wodoru, dostępne w Internecie: Przelom_w_produkcji.html, [dostępność: r.] Uwaga: należy pracować w ubraniu ochronnym z zastosowaniem regulaminu BHP pracowni chemicznej. 2. Problem badawczy doświadczenia Czy rozkład roztworów: kwasu siarkowego(vi), wodorotlenku sodu i siarczanu(vi) sodu pod wpływem prądu stałego pozwoli otrzymać takie same produkty? 3. Możliwa/e hipoteza/e 4. Przebieg doświadczenia a) przygotuj sprzęt i materiał do doświadczenia Materiał badawczy (dla grupy): pipety wypełnione w około ¾ roztworami: H 2 SO 4, NaOH, Na 2 SO 4 (ok. 10%-owymi). 3 S t r o n a

4 Sprzęt i odczynniki: Rozkład wodnego roztworu mocnego elektrolitu wywołany prądem stałym: 2 szpilki, 2 przewody zakończone krokodylkami, bateria 9V, szalka Petriego, mydło, woda, zapałki, palnik, łuczywo. b) procedura Rozkład wodnego roztworu mocnego elektrolitu wywołany prądem stałym Do szalki Petriego wlej mydło i wodę, tak żeby całe dno naczynia zostało przykryte. Banieczkę pipety Pasteura wypełnionej roztworem elektrolitu przebij dwiema szpilkami, tak żeby były one w stosunku do siebie równoległe (metale muszą znajdować się w roztworze). Do szpilek podłącz przewody zakończone krokodylkami. Zamknij obwód baterią 9V. Wygnij szyjkę pipety i włóż ją do szalki z mydłem. Obserwuj zmiany zachodzące na szpilkach i na szalce. Zbadaj palność powstałej piany. Czynność powtórz przynajmniej 3-4 razy. W razie problemów konstrukcyjnych, spójrz na zdjęcie pomagające zbudować zestaw. Pomiary wykonaj dla roztworów: wodorotlenku sodu, kwasu siarkowego(vi) i siarczanu(vi) sodu. 5. Dokumentacja doświadczenia (pomiary i obserwacje) Odnotuj stosowne obserwacje stanowiące podobieństwa w przeprowadzonych doświadczeniach. Wpisz słowa, tworząc logiczne zdania: Po podłączeniu baterii i zamknięciu obwodu na szpilkach pojawiają się. gazu. Zanurzając szyjkę w mydle powstaje coraz więcej... Zbliżając zapalone łuczywo do substancji gazowych powstałych na szalce słychać S t r o n a

5 Wypisz wszystkie różnice w doświadczeniach (jeśli takich nie było wpisz BRAK RÓŻNIC ) 6. Analiza wyników Korzystając ze zgromadzonych pomiarów oraz informacji źródłowych zawartych poniżej zapisz równania sumaryczne rozkładu elektrolitów pod wpływem prądu elektrycznego. Pamiętaj, żeby w równaniu nie pozostały takie indywidua jak wolne elektrony. Informacja ogólna: Elektroliza to rozkład związku metodą reakcji utleniania i redukcji. Czynnikiem wywołującym rozpad jest prąd stały. Zawsze na jednej z elektrod (szpilek) zachodzi proces redukcji, a na drugiej utlenianie. Rozkład kwasu siarkowego(vi) W przypadku kwasów tlenowych na jednej z elektrod jon wodorowy jest redukowany do gazowego wodoru. Utlenianie to otrzymywanie gazowego tlenu z wody obecnej w roztworze w myśl równania: Elektroda I: 2 H e - H 2 Elektroda II: 2 H 2 O O e H + Równanie sumaryczne:. Rozkład wodorotlenku sodu Zasady, czyli roztwory mocnych wodorotlenków, na jednej z elektrod redukują wodór obecny w wodzie do gazu, natomiast na drugiej - utleniają jeden z atomów jonu hydroksylowego do cząsteczki dwuatomowej, zgodnie z zapisem: Elektroda I: 2 H 2 O + 2 e - H OH - Elektroda II: 2 OH - O e H + Równanie sumaryczne:. Rozkład siarczanu(vi) sodu Sole pochodzące od kwasu tlenowego i mocnego wodorotlenku sprowadzają się raz do utleniania atomów tlenu z wody, a raz do redukcji atomów wodoru z wody, co przedstawia poniższy zapis: Elektroda I: 2 H 2 O + 2 e - H OH - Elektroda II: 2 H 2 O O e H + Równanie sumaryczne:. 5 S t r o n a

6 Oceń, który z odczynników mógłby stanowić paliwo przyszłości poprzez zaznaczenie w stosownym miejscu: roztwór wodorotlenku sodu [ ] TAK [ ] NIE roztwór kwasu siarkowego(vi) [ ] TAK [ ] NIE roztwór siarczanu(vi) sodu [ ] TAK [ ] NIE Odnieś wnioski do problemu badawczego doświadczenia: 7. Prezentacja i dyskusja nad wynikami Przedstaw uzyskane wyniki. Przedyskutuj wyniki i problem związany z wnioskowaniem z innymi grupami. Czy wyniki innych grup były takie same (podobne) czy inne? [ ] TAKIE SAME [ ] INNE Czy materiał, na którym pracowały grupy był taki sam? [ ] TAKI SAM [ ] INNY Czy to podnosi wiarygodność wyników, czy odwrotnie - zmniejsza ją? [ ] PODNOSI [ ] NIE PODNOSI 8. Wnioskowanie (z doświadczenia i metody jego wykonania) Czy możesz na podstawie analizy wyników wyprowadzić wniosek? [ ] TAK [ ] NIE Jeśli uważasz za możliwe wnioskowanie to sformułuj wniosek/wnioski z tego doświadczenia: 6 S t r o n a

7 9. Ewaluacja pracy Jakie udoskonalenia w procedurze tego doświadczenia wprowadziłabyś/wprowadziłbyś, aby wyniki były wiarygodniejsze, a wnioskowanie bardziej uprawnione? 10. Odniesienie eksperymentu laboratoryjnego do życia codziennego 11. Kryteria oceny na zajęciach wykonanie zadania praca w zespole prezentacja wyników własna zespołu nauczyciela własna zespołu nauczyciela własna zespołu nauczyciela Skala ocen: od 1 do 5, gdzie 1 to najsłabsza, a 5 najwyższa 7 S t r o n a