Kompetencje matematyczne i podstawowe kompetencje naukowo techniczne.

Transkrypt

1 39. Z JAKICH DWÓCH SOLI SK ADA SIÊ TZW. KAMIEÑ KOT OWY? 1. Realizowane treœci podstawy programowej Przedmiot Matematyka Chemia Realizowana treœæ podstawy programowej Uczeñ: 8.4 interpretuje dane przedstawione za pomoc¹ tabel, diagramów s³upkowych i ko³owych, wykresów Uczeñ: 4.4 pisze równania reakcji otrzymywania: tlenu, wodoru i tlenku wêgla(iv) 4.9 planuje i wykonuje doœwiadczenie pozwalaj¹ce wykryæ CO 2 w powietrzu wydychanym z p³uc 7.5 wyjaœnia pojêcie reakcji str¹ceniowej; projektuje i wykonuje doœwiadczenie pozwalaj¹ce otrzymywaæ sole w reakcjach str¹ceniowych, pisze odpowiednie równania reakcji w sposób cz¹steczkowy i jonowy; na podstawie tabeli rozpuszczalnoœci soli i wodorotlenków wnioskuje o wyniku reakcji str¹ceniowej 9.5 bada i opisuje w³aœciwoœci kwasu octowego (reakcja dysocjacji elektrolitycznej, reakcja z zasadami, metalami i tlenkami metali) 2. Kszta³cone kompetencje Kompetencje matematyczne i podstawowe kompetencje naukowo techniczne. 3. Cele zajêæ blokowych Doœwiadczalne zbadanie sk³adu kamienia kot³owego. 4. Oczekiwane osi¹gniêcia ucznia pos³uguje siê sprzêtem i szk³em laboratoryjnym, odczytuje informacje zawarte w tabeli rozpuszczalnoœci, planuje eksperyment, przeprowadza reakcjê wytr¹cania osadu nierozpuszczalnych soli, wykrywa tlenek wêgla (IV). strona Przyk³adowe rozwi¹zania Uczniowie powinni byæ podzieleni na grupy 3 lub 4 osobowe. Poni ej przedstawiono wykaz pomocy dla jednej grupy.

2 1. Wykaz pomocy dydaktycznych dla jednej grupy uczniów Lp. Pomoc dydaktyczna do przeprowadzenia eksperymentu Iloœæ sztuk 1 probówki 4 2 kolba sto kowa 1 3 zlewka lub kubeczek 1 4 korek z wê ykiem (zestaw do wykrywania CO 2 ) 1 5 zestaw do s¹czenia 1 6 ocet % lub roztwór kwasu solnego (4 5%) 20 cm 3 7 wodorotlenek wapnia 5 g 8 kamieñ kot³owy (osad z czajnika) do prezentacji 9 sztuczny kamieñ kot³owy (przygotowany wczeœniej przez nauczyciela) 5 g tablica rozpuszczalnoœci (ewentualnie skrócona wersja z materia³ów dla 1 nauczyciela) 11 r-r Na 2 SO 4 lub K 2 SO 4 (wysoko stê ony) 5 cm 3 12 r-r Na 2 CO 3 lub K 2 CO 3 5cm 3 2. Proponowany przebieg zajêæ z rozliczeniem czasowym Lp. Opis kolejnych dzia³añ Uwagi do realizacji dla nauczyciela Czas trwania w min 1 Podzielenie uczniów na grupy, przypomnienie przepisów BHP, Regulaminu Pracowni. 2 Przygotowanie wody wapiennej. 3 Zbadanie, czy wydzielaj¹cy siê gaz powoduje mêtnienie wody wapiennej. 4 Roztwarzanie osadu Wytr¹canie osadu wêglanu wapnia i magnezu oraz zapis obserwacji i wniosków. 6 Wytr¹canie osadu siarczanu(vi) wapnia i zapis obserwacji oraz wniosków. 7 Napisanie ostatecznego wniosku i wzorów soli, jakie wchodz¹ w sk³ad kamienia kot³owego, oraz reakcje roztwarzania tych soli w kwasie solnym. 8 Kalkulacja kosztów, ankiety, sprz¹tanie. 15 Ca³kowity czas trwania bloku 90 strona 125

3 strona 126 Przygotowanie sztucznego kamienia kot³owego. Je eli w pracowni znajduje siê wêglan wapnia oraz wêglan magnezu, wystarczy zmieszaæ ze sob¹ obydwie substancje. Nale y za³o yæ, e w sk³ad kamienia kot³owego wchodz¹ przede wszystkim ww. wêglany, przy czym wiêcej jest wêglanu wapnia (proponuje siê wykonanie mieszanki tych substancji np. w stosunku wagowym 2:1). Je eli w pracowni nie ma wêglanu magnezu, nauczyciel musi go przygotowaæ przed zajêciami. W praktyce, w szkolnym laboratorium mo na otrzymaæ wy³¹cznie tzw. zasadowy wêglan magnezu, któremu mo na przypisaæ wzór: 3MgCO 3 Mg(OH) 2 3H 2 O, w niniejszym æwiczeniu nie ma jednak znaczenia zastosowanie ww. zwi¹zku, zamiast wêglanu magnezu. Aby otrzymaæ zasadowy wêglan magnezu, nale y zmieszaæ ze sob¹ roztwory wodne rozpuszczalnej soli magnezu np. siarczanu (VI) magnezu z wêglanem sodu. Otrzymany osad nale y ods¹czyæ, nastêpnie dok³adnie wysuszyæ, przep³ukaæ wod¹ destylowan¹, zdekantowaæ i ods¹czyæ, a nastêpnie ponownie wysuszyæ (p³ukanie ma na celu usuniêcie pozosta³oœci wêglanu sodu). Mo liwe jest przeprowadzenie procedury bez pierwszego suszenia, wtedy od razu przep³ukujemy osad wod¹, jednak e nale y siê liczyæ wtedy z trudnoœciami przy s¹czeniu (osad jest bardzo drobny). Analogicznie mo na otrzymaæ wêglan wapnia, stosuj¹c chlorek wapnia i wêglan sodu. Uczniowie, wykonuj¹c to æwiczenie, powinni mieæ ju zrealizowany z chemii pkt 7.5 podstawy programowej lub zrealizowane zajêcia Interbloku dla 1 roku pt. Wytr¹canie osadów nierozpuszczalnych soli, a tak e znaæ przynajmniej teoretyczne podstawy wykrywania tlenku wêgla (IV) za pomoc¹ wody wapiennej. Æwiczenie opiera siê na przygotowaniu wody wapiennej i przeprowadzeniu 3 doœwiadczeñ. Efektem ka dego z doœwiadczeñ musz¹ byæ prawid³owo wyci¹gniête wnioski, dotycz¹ce metalu lub reszty kwasowej wystêpuj¹cej w solach, wchodz¹cych w sk³ad kamienia kot³owego, oraz zapis zachodz¹cych reakcji. Pierwsz¹ czynnoœci¹, jak¹ uczniowie powinni wykonaæ, jest przeprowadzenie reakcji kwasu octowego (lub solnego) z kamieniem kot³owym. Zaobserwuj¹, i w wyniku reakcji wydziela siê gaz. Aby go zidentyfikowaæ, musz¹ przygotowaæ wodê wapienn¹ (wymieszaæ wodorotlenek wapnia z wod¹ i otrzymany roztwór/zawiesinê przes¹czyæ). Probówkê lub kolbê, w której zachodzi reakcja kwasu z kamieniem, nale y zatkaæ korkiem z rurk¹ odprowadzaj¹c¹, której koniec zanurzony jest w wodzie wapiennej. Zmêtnienie wody wapiennej œwiadczy o obecnoœci CO 2 w produktach reakcji, a tym samym, e kamieñ kot³owy sk³ada siê z wêglanów. Uczniowie zapisuj¹ reakcje zachodz¹c¹ podczas mêtnienia wody wapiennej. Poniewa nie wiedz¹ jeszcze, jakie metale wystêpuj¹ w kamieniu kot³owym, nie mog¹ zapisaæ jego reakcji z kwasem reakcjê tê zapisuj¹ na koñcu zajêæ. Do dalszych doœwiadczeñ musz¹ maksymalnie du o osadu roztworzyæ w kwasie. Gdy z roztwarzanego osadu przestan¹ wydzielaæ siê banieczki gazu, otrzymany roztwór nale y zdekantowaæ lub przes¹czyæ. Nastêpnie, z otrzymanym roztworem, nale y przeprowadziæ dwie reakcje: a) w jednej próbówce z roztworem wêglanu sodu (lub potasu), b) w drugiej probówce z roztworem siarczanu (VI) sodu (lub potasu).

4 W obu probówkach wytr¹ci siê osad, jednak e w probówce a bêdzie go wiêcej. W probówce a wytr¹c¹ siê wêglany wapnia i magnezu, natomiast w probówce b siarczan wapnia. Uwaga: Siarczan wapnia czêsto nie wytr¹ca siê natychmiast, nale y odczekaæ kilkanaœcie sekund! Zmêtnienie pojawia siê stopniowo, przechodz¹ce w dobrze widoczny osad, stopniowo opadaj¹cy na dno. Wapñ i magnez to jedyne, dwuwartoœciowe metale o masach atomowych z zakresu u do 43 u, którymi zachodz¹ powy sze reakcje. Pytanie badawcze jest tak skonstruowane, e dociekliwy uczeñ od razu wska e metale Mg i Ca, mimo to uczeñ musi to wykazaæ doœwiadczalnie. Nale y dopilnowaæ, aby uczniowie nie doszli do b³êdnego przekonania, e wêglanu magnezu jest w kamieniu kot³owym wiêcej, ni wêglanu wapnia. Uczniowie powinni zapisaæ trzy reakcje, zachodz¹ce w probówkach. Je eli ju potrafi¹, powinni tak e wspomniane reakcje zapisaæ jonowo, oraz w postaci jonowej skróconej. Je eli stosowano kwas octowy, nale y wyt³umaczyæ zasady zapisywania wzoru i równañ reakcji kwasu octowego, lub zezwoliæ na zapisywanie reakcji tak, jakby zachodzi³a z kwasem solnym. Na + K + Mg 2+ Ca 2+ Cu 2+ Ag + Zn 2+ Al 3+ OH N TR N x N N Cl N I x N SO 4 N TR NO 3 CO 3 N N x N N x CrO 4 TR N TR N substancja rozpuszczalna N substancja praktycznie nierozpuszczalna TR substancja trudno rozpuszczalna x zachodz¹ skomplikowane reakcje strona 127

5 Karta pracy ucznia Drogi Uczniu! Na dzisiejszych zajêciach zbadasz sk³ad tzw. kamienia kot³owego. Kamieñ kot³owy to, w g³ównej mierze, mieszanina dwóch soli, które wytr¹caj¹ siê podczas podgrzewania i gotowania wody. Bardzo czêsto osadzaj¹ siê one na grza³kach i rurach, tworz¹c na nich tward¹ skorupê. Poniewa w pracowni nie ma wystarczaj¹cych zapasów naturalnego kamienia kot³owego, nauczyciel przygotowa³ dla Ciebie substancje o identycznym sk³adzie. Zanim dokonasz analizy sk³adu kamienia kot³owego, musisz wiedzieæ e: a) kamieñ kot³owy sk³ada siê z dwóch soli, b) obydwie substancje to sole tego samego (dobrze Ci zreszt¹ znanego) kwasu (a wiêc maja one identyczn¹ resztê kwasow¹), c) metale tworz¹ce tak pierwsz¹ jak i drug¹ sól s¹ zawsze dwuwartoœciowe, d) masa atomowa tych metali mieœci siê w zakresie pomiêdzy a 43 unitów. Wszystkie potrzebne odczynniki oraz szk³o laboratoryjne zosta³y przygotowane przez nauczyciela i masz je teraz przed sob¹ na stole. Przedyskutuj z nauczycielem, jakie doœwiadczenia chcesz wykonaæ. Obserwacje i wnioski z ka dego doœwiadczenia, wraz z zapisem reakcji, odnotuj poni ej. Kalkulacja kosztów wykonania eksperymentu Lp. Pomoc dydaktyczna Iloœæ sztuk Suma kosztów Cena jednostkowa Cena ³¹czna Oszacowanie kosztów pracy Lp. Zadanie Czas wykonania (h) Liczba osób ¹cznie osobogodzin pracy Cena osobogodziny pracy (z³) Koszt strona Suma: