Kompetencje matematyczne i podstawowe kompetencje naukowo techniczne. Sporz¹dzenie wykresu zale noœci oporu elektrycznego od stê enia soli

Transkrypt

1 29. JAK ZMIENIA SIÊ OPÓR ELEKTRYCZNY ROZTWORÓW SOLI W ZALE NOŒCI OD ICH STÊ ENIA? 1. Realizowane treœci podstawy programowej Przedmiot Matematyka Fizyka Chemia Realizowana treœæ podstawy programowej Uczeñ: 5.4 stosuje obliczenia procentowe do rozwi¹zywania problemów w kontekœcie praktycznym 8.1 zaznacza w uk³adzie wspó³rzêdnych na p³aszczyÿnie punkty o danych wspó³rzêdnych 8.4 odczytuje i interpretuje informacje przedstawione za pomoc¹ wykresów funkcji (w tym wykresów opisuj¹cych zjawiska wystêpuj¹ce w przyrodzie, gospodarce, yciu codziennym) 4.9 pos³uguje siê pojêciem oporu elektrycznego 4.12 buduje proste obwody elektryczne 8.8 sporz¹dza wykres na podstawie danych z tabeli (oznaczenie wielkoœci i skali na osiach), a tak e odczytuje dane z wykresu 5.6 prowadzi obliczenia z wykorzystaniem pojêæ: stê enie procentowe, masa substancji, masa rozpuszczalnika, masa roztworu, gêstoœæ 2. Kszta³cone kompetencje Kompetencje matematyczne i podstawowe kompetencje naukowo techniczne. 3. Cele zajêæ blokowych Sporz¹dzenie wykresu zale noœci oporu elektrycznego od stê enia soli 4. Oczekiwane osi¹gniêcia ucznia pos³uguje siê wag¹, sprzêtem i szk³em laboratoryjnym, wykonuje roztwory o œciœle okreœlonym stê eniu procentowym, wykonuje pomiary z zastosowaniem miernika (multimetru), przedstawia wyniki pomiarów w formie wykresu, interpretuje wykres. strona Przyk³adowe rozwi¹zania Uczniowie powinni byæ podzieleni na grupy 2 lub 3 osobowe. Poni ej przedstawiono wykaz pomocy dla jednej grupy

2 1. Wykaz pomocy dydaktycznych Lp. Pomoc dydaktyczna Iloœæ sztuk 1 waga (co najmniej 1 dla wszystkich) 1 2 miernik elektroniczny omomierz z przewodami 1 3 chlorek potasu KCl 10 g 4 woda destylowana lub demineralizowana ok. 1 dm 3 5 cylinder miarowy 100 cm kolbki miarowe 100 cm 3 lub inne naczynka zale y od metodologii przyjêtej przez uczniów 7 szt. 7 pisak do szk³a 1 szt. 8 zlewki 2 szt. 9 krystalizator 1 szt. 10 elektrody grafitowe lub inne 2 szt. 11 bagietka 1 szt. 12 drobny sprzêt: spinacze, abki po 2 szt. 13 statyw 1 szt. 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 Zad.1.Budowanaczynkapomiarowegoistworzenie uk³adu pomiarowego z miernikiem. 3 Zad. 2. Przygotowanie serii roztworów o ró nych stê eniach KCl Zad. 3. Pomiar oporu poszczególnych roztworów Zad. 4. Sprz¹tanie stanowiska pomiarowego Zad. 5. Narysowanie wykresu zale noœci oporu od stê enia badanego elektrolitu. 7 Zad. 6. Interpretacja wykresu, kalkulacja kosztów. 10 Ca³kowity czas trwania bloku strona 35

3 Zadanie 1. Budowa naczynka pomiarowego i stworzenie uk³adu pomiarowego z miernikiem. Nale y zwróciæ uwagê, aby elektrody znajdowa³y siê zawsze w tej samej odleg³oœci od siebie. Mo liwe dwa przyk³adowe rozwi¹zania: 1. elektrody s¹ umocowane na sta³e do naczynka (krystalizatora) za pomoc¹ spinaczy lub klamer do bielizny. 2. elektrody s¹ przymocowane do statywu, jednak e w tym wypadku nale y zadbaæ, aby by³y dobrze odizolowane od czêœci metalowych statywu (mo na zapytaæ uczniów dlaczego). Nale y dopilnowaæ, aby przewody pomiarowe z miernika (omomierza) mia³y bardzo dobry kontakt z elektrodami. Poni ej przedstawiono przyk³adowe zdjêcie rozwi¹zania nr 1. Zadanie 2. Przygotowanie serii roztworów o ró nych stê eniach KCl. Stê enie ka dego kolejnego roztworu jest mniejsze dok³adnie o po³owê. Najprostsz¹ metod¹ uzyskania serii tych roztworów jest rozcieñczanie o po³owê ka dego kolejnego roztworu. Mo liwe dwa przyk³adowe rozwi¹zania: 1. rozcieñczanie przy u yciu wagi (dope³nianie do 100g), 2. rozcieñczanie do objêtoœci 100 cm 3 nale y przedyskutowaæ z uczniami. Stê enie procentowe odnosi siê do masy roztworu, a wiêc wszystkie roztwory powinny byæ wykonane przy u yciu wagi. Jednak e gêstoœci tych roztworów niewiele ró ni¹ siê od jednoœci (patrz tabelka poni ej) i nie pope³ni siê znacz¹cego b³êdu, je eli zamiast uzupe³niaæ wod¹ destylowan¹ do 100g, rozcieñczenie bêdzie wykonane w cylindrze miarowym uzupe³nione wod¹ do 100 cm 3 (zamiast 100g). Stê enie % KCl NaCl 1 1,005 1, ,011 1,012 strona ,031 1, ,063 1,071 Tabela1. Gêstoœæ wodnych roztworów wybranych soli [Z. Dobkowska, K.M. Pazdro, WSiP Warszawa 1986].

4 Zadanie 3. Pomiar oporu poszczególnych roztworów. Uczniowie nie powinni pozostawiaæ zbyt d³ugo w³¹czonego miernika z pod³¹czonymi elektrodami (szczególnie, gdy s¹ one wykonane z metalu), gdy mo e nastêpowaæ elektroliza oraz rozpuszczanie materia³u elektrod. Przy u yciu innych soli, lub wiêkszych stê eñ elektrolitu mo e wyst¹piæ zjawisko ponownego wzrostu oporu elektrycznego dla wysokich stê eñ soli. Mo na zasugerowaæ, aby uczniowie nie p³ukali naczynek wod¹ destylowan¹ pomiêdzy poszczególnymi roztworami, poniewa przy pomiarze od najmniejszego do najwiêkszego stê enia mniejszy b³¹d zostanie wprowadzony, je eli w naczynku pozostanie kilka kropli roztworu o mniejszym stê eniu, ni gdy pozostanie woda destylowana po p³ukaniu (o stê eniu KCl równym 0%). Je eli uczniowie po ka dym pomiarze dok³adnie p³ukali i osuszali naczynko z elektrodami, nale y z nimi teoretycznie rozwa yæ powy szy problem. Zadanie 5. Narysowanie wykresu zale noœci oporu od stê enia badanego elektrolitu. Poni ej zamieszczono przyk³adowy wykres badanej zale noœci Opór elektryczny [kw] strona 37 Stê enie % KCl

5 6. Karta pracy ucznia Drogi Uczniu! Ju wiesz, e czysta woda (woda destylowana lub demineralizowana) nie przewodzi pr¹du elektrycznego. Wiesz tak e, e roztwory wodne kwasów, zasad i soli przewodz¹ pr¹d elektryczny s¹ to tzw. elektrolity. Nie bêdziesz siê uczy³ w gimnazjum o wielkoœci fizycznej, zwanej przewodnictwem (jej jednostk¹ jest simens (s)), jednak e bardzo dobrze znasz ju jej odwrotnoœæ czyli opornoœæ (któr¹ mierzymy w omach ( )). W dzisiejszym æwiczeniu, Twoim zadaniem bêdzie przygotowanie uk³adu pomiarowego oraz serii roztworów soli (np. chlorku potasu KCl) o ró nym stê eniu i pomiar ich oporu elektrycznego. Zadanie 1. Budowa naczynka pomiarowego i stworzenie uk³adu pomiarowego z miernikiem. Do budowy naczynka pomiarowego mo esz u yæ niewielkiego krystalizatora lub zlewki (o pojemnoœci od 50 do 100 cm 3 ). Bêdziesz tak e potrzebowa³ dwóch elektrod (mog¹ byæ to elektrody wykonane z grafitu, miedzi lub elaza). Elektrody musz¹ byæ wzglêdem siebie nieruchome. Na rysunku poni ej przedstawiony jest schemat po³¹czenia przewodów. Spróbuj wykonaæ pomiar opornoœci tak wykonanego uk³adu na maksymalnym zakresie pomiarowym (np k ). Miernik powinien wyœwietliæ nieskoñczonoœæ lub b³¹d pomiaru. Nastêpnie, za pomoc¹ metalowego drucika, po³¹cz na moment ze sob¹ elektrody je eli miernik wska e liczbê blisk¹ zeru lub zero, to Twoje naczynko pomiarowe jest gotowe! strona 38

6 Zadanie 2. Przygotowanie serii roztworów o ró nych stê eniach KCl. Maj¹c do dyspozycji: wagê, cylindry miarowe, kolby miarowe (o V 100 cm 3 ), drobny sprzêt laboratoryjny (szkie³ka zegarkowe, naczynka wagowe, lejki, bagietki), wodê destylowan¹ oraz sta³y (krystaliczny) chlorek potasu (KCl), wykonaj 7 roztworów o nastêpuj¹cych stê eniach soli: 10%, 5%, 2,5%, 1,25%, 0,62%, 0,31%, 0,16%. Zwróæ uwagê, e stê enie ka dego kolejnego roztworu jest mniejsze dok³adnie o po³owê! Wykorzystaj to!! Zadanie 3. Pomiar oporu poszczególnych roztworów. Zacznij pomiar od wody destylowanej, a nastêpnie zmierz opornoœæ poszczególnych roztworów w kolejnoœci od roztworu o najni szym stê eniu. Pamiêtaj, zaznacz na naczynku pomiarowym pisakiem, do jakiej wysokoœci nalewasz roztwory! Dla wszystkich pomiarów wysokoœæ cieczy w naczynku musi byæ identyczna! Wyniki zanotuj w tabeli poni ej. W trakcie pomiarów staraj siê nie zmieniaæ zakresu pomiarowego miernika. Je eli wielkoœæ wyœwietlana na mierniku nie bêdzie stabilna (bêdzie zmienia³a siê w czasie) zapisuj wartoœæ po up³ywie np. 10 sekund od nalania do naczynka danego roztworu. Stê enie % Opór elektryczny Woda destylowana 0,16 0,31 0,62 1,25 2, Zadanie 4. Sprz¹tanie stanowiska pomiarowego. Zakoñczy³eœ ju wszystkie pomiary. Posprz¹taj teraz dok³adnie swoje stanowiska pracy, rozmontuj naczynko pomiarowe i umyj szk³o laboratoryjne, którego u ywa³eœ. strona 39

7 Zadanie 5. Narysowanie wykresu zale noœci oporu od stê enia badanego elektrolitu. Narysuj poni ej wykres zale noœci oporu od stê enia badanego elektrolitu. Na osi x (odciêtych) nanieœ wartoœci stê enia badanych soli (dla wody destylowanej przyjmij stê enie równe 0), a na osi y (rzêdnych) nanieœ wartoœci oporu otrzymane z pomiarów. Po³¹cz zaznaczone punkty lini¹. strona 40 Zadanie 6. Interpretacja wykresu, kalkulacja kosztów. Patrz¹c na wykres powy ej, napisz odpowiedÿ na poni sze pytania: a) Czy otrzymany wykres jest prostoliniowy? b) Czy wraz ze wzrostem stê enia soli opór roœnie czy te maleje? c) Spróbuj swoimi s³owami opisaæ zale noœæ przedstawion¹ na wykresie. d) Czy p³uka³eœ naczynko i elektrody wod¹ destylowan¹ pomiêdzy nalewaniem poszczególnych roztworów? Je eli ich nie p³uka³eœ, to post¹pi³eœ prawid³owo. Wyjaœnij, dlaczego takie dzia³anie by³o w tym wypadku s³uszne. Mo esz siê skonsultowaæ z nauczycielem.

8 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 1 Budowa naczynka pomiarowego. 2 Przygotowanie serii roztworów o ró nych stê eniach KCl. 3 Pomiar oporu. 4 Pozosta³e dzia³ania. Suma: strona 41