Προσδιορισμός της άγνωστης συγκέντρωσης διαλύματος NaOH με τη βοήθεια προχοΐδας και οξέος γνωστής συγκέντρωσης (οξυμετρία)

Transcript

1 ΔΙΔΑΚΤΙΚO ΣΕΝΑΡΙO ΣΤΟ «IRYDIUM CHEMISTRY LAB» ΟΓΚΟΜΕΤΡΗΣΗ - ΟΞΥΜΕΤΡΙΑ ΣΤΟ ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ «IRYDIUM» 1. ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΣΕΝΑΡΙΟΥ 1.1. ΤΙΤΛΟΣ ΔΙΔΑΚΤΙΚΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ Προσδιορισμός της άγνωστης συγκέντρωσης διαλύματος NaOH με τη βοήθεια προχοΐδας και οξέος γνωστής συγκέντρωσης (οξυμετρία) 1.2. ΕΜΠΛΕΚΟΜΕΝΕΣ ΓΝΩΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ Χημεία - Ενότητα: Οξέα, βάσεις και άλατα ΤΑΞΕΙΣ ΣΤΙΣ ΟΠΟΙΕΣ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΑΠΕΥΘΥΝΕΤΑΙ Γ Λυκείου: Χημεία Θετικής κατεύθυνσης 1.4. ΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕ ΤΟ ΑΝΑΛΥΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ Στο Αναλυτικό Πρόγραμμα Σπουδών Χημείας Θετικής κατεύθυνσης Γ' Λυκείου προβλέπεται η διδασκαλία του μαθήματος «Ογκομέτρηση, Οξυμετρία Αλκαλιμετρία» ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΗΣ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ ΚΑΙ ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ ΥΛΙΚΟΤΕΧΝΙΚΗ ΥΠΟΔΟΜΗ Εφόσον οι μαθητές εργαστούν σε ομάδες 2-3 ατόμων, απαιτείται κατάλληλος αριθμός Η/Υ και το μάθημα μπορεί να γίνει στην αίθουσα Πληροφορικής. Εναλλακτικά, το μάθημα μπορεί να γίνει στην αίθουσα διδασκαλίας με ένα υπολογιστή και ένα βιντεοπροβολέα. Λογισμικό: Οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες των δύο ατόμων. Κάθε ομάδα παραλαμβάνει ένα ΦΕ. Κάθε ομάδα έχει στη διάθεσή της ένα υπολογιστή με εγκατεστημένα τα λογισμικά «Εικονικό εργαστήριο Χημείας, IrYdium» και Microsoft Excel. Στην τάξη υπάρχει διαδραστικός πίνακας (ΔΠ) ΔΙΔΑΚΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ Να μπορούν οι μαθητές, εργαζόμενοι σε συνθήκες εικονικού εργαστηρίου, να προσδιορίζουν τη συγκέντρωση αγνώστου διαλύματος NaOH με ογκομέτρησή του με πρότυπο διάλυμα HCl γνωστής συγκέντρωσης (οξυμετρία). Να μπορούν να κατασκευάζουν καμπύλες ογκομέτρησης με βάση πειραματικά δεδομένα και το πρόγραμμα Excel. Να εξοικειωθούν με τη χρήση των παραπάνω λογισμικών και του Διαδραστικού Πίνακα ΕΚΤΙΜΩΜΕΝΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ Μία διδακτική ώρα. Ογκομέτρηση Οξυμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του «IrYdium» 1

2 2. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ Στον ΔΠ ο εκπαιδευτικός ανοίγει την εφαρμογή «Εικονικό εργαστήριο Χημείας, IrYdium» με διπλό κλικ στο αρχείο «Vlab.exe» και από το μενού «Αρχείο -> Άνοιγμα εργασίας» επιλέγει «Χημικοί Υπολογισμοί» και «Ογκομέτρηση, Οξυμετρία - Αλκαλιμετρία». Εμφανίζεται στην οθόνη η εφαρμογή. Το ίδιο γίνεται και στους υπολογιστές των μαθητών. Ο εκπαιδευτικός περιγράφει τα βασικά εργαλεία και λειτουργίες του λογισμικού επισημαίνοντάς τα στο ΔΠ, όπως φαίνεται παρακάτω. Επίσης, εκτελεί βασικές πειραματικές διαδικασίες, όπως επιλογή διαλύματος από τα αντιδραστήρια, προσθήκη διαλύματος σε κενή φιάλη, μέτρηση ph, κ.λπ. και προτείνει στους μαθητές να εκτελέσουν τις ίδιες διαδικασίες στους υπολογιστές τους. Ο εκπαιδευτικός θέτει το ερώτημα ποιο θα είναι το ph ενός διαλύματος που θα προκύψει από την ανάμιξη ίσων όγκων διαλυμάτων ΝαΟΗ και HCl. Οδηγεί τους μαθητές να προτείνουν την κατάλληλη πειραματική προσέγγιση ή τους προτείνει τη μέθοδο ανάλογα με το επίπεδο της τάξης. Πείραμα 1. Εκτελείται στο ΔΠ από τον εκπαιδευτικό ή ένα μαθητή ένα απλό πείραμα ανάμιξης 40 ml δ. 0,1Μ NaOH και 40 ml δ. 0,1M HCl. Οι μαθητές καλούνται να εκτελέσουν το ίδιο πείραμα με ίσους πάντα όγκους από τα δύο διαλύματα (20, 30, 50 ml). ml από κάθε διάλυμα ph Ανάλυση αποτελεσμάτων πειράματος 1. Γίνεται συζήτηση και συνοψίζονται τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα στον ΔΠ, όπως παρακάτω: Ογκομέτρηση Οξυμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του «IrYdium» 2

3 Ζητείται τώρα από τους μαθητές να προτείνουν την κατάλληλη πειραματική διαδικασία, ώστε να βρεθεί η μοριακότητα, Μ, του άγνωστου διαλύματος NaOH ή τους προτείνεται η μέθοδος της ογκομέτρησης ανάλογα με το επίπεδο της τάξης. τους. Πείραμα 2. Εκτελείται στο ΔΠ από τον εκπαιδευτικό ή ένα μαθητή το πείραμα της ογκομέτρησης. Οι μαθητές καλούνται να εκτελέσουν το πείραμα στους υπολογιστές Ογκομέτρηση Οξυμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του «IrYdium» 3

4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΑΓΝΩΣΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ NaOH ΜΕ ΟΞΥ ΓΝΩΣΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ (ΟΞΥΜΕΤΡΙΑ) ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1 Η 1. Εισάγετε στην επιφάνεια εργασίας το διάλυμα HCl 0,1M και το διάλυμα NaOH άγνωστης συγκέντρωσης, Χ,ΧΜ NaOH. 2. Εισάγετε ένα σιφώνιο πληρώσεως των 25 ml και μία προχοΐδα από το μενού Εργαλεία - Υαλικά. 3. Αναρροφήστε από το διάλυμα του NaOH με τη βοήθεια του σιφωνίου πληρώσεως 25 ml και τοποθετήστε τα σε κωνική φιάλη των 250 ml. 4. Γεμίστε την προχοΐδα των 50 ml με διάλυμα του HCl 0,1M και συμπληρώστε με ακρίβεια μέχρι τη χαραγή. (Η επιπλέον ποσότητα διαλύματος απαιτείται για την πλήρωση του ακροφύσιου της προχοΐδας.) Προσοχή: Κατά την πληκτρολόγηση δεκαδικών αριθμών είναι απαραίτητη η χρήση τελείας (.) και όχι κόμματος (,). Η εικόνα του εικονικού εργαστηρίου είναι η παρακάτω: ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2 Η 5. Ενεργοποιήστε την εφαρμογή Microsoft Excel και διευθετήστε με τη βοήθεια του ΔΠ τα Ογκομέτρηση Οξυμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του «IrYdium» 4

5 παράθυρα των εφαρμογών, ώστε να είναι ορατά και τα δύο. 6. Δημιουργήστε στο Excel ένα πίνακα με τη μορφή που βλέπετε δίπλα. Αυτό μπορεί να γίνει είτε από το χρήστη του διαδραστικού πίνακα με τη χρήση εικονικού πληκτρολογίου, αν ο ΔΠ διαθέτει κατάλληλο λογισμικό, είτε από κάποιον βοηθό, ενδεχόμενα μαθητή, που θα χειρίζεται το πληκτρολόγιο του Η/Υ. 7. Προσθέστε, ακολουθώντας αναλυτικά τις οδηγίες χρήσης, αρχικά κάθε φορά 2 ml διαλύματος HCl και κατόπιν 1 ml διαλύματος HCl, (όσο παρατηρούμε ότι η μεταβολή του ph μεταβάλλεται σημαντικά) και καταγράψτε το αντίστοιχο ph στο Excel. Επαναλάβετε τη διαδικασία, ώστε συνολικά να προστεθούν 50 ml διαλύματος HCl. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 3 Η 8. Δημιουργήστε με κατάλληλους χειρισμούς του Excel στο ΔΠ ένα διάγραμμα παρόμοιο με το διάγραμμα της παρακάτω σελίδας και προσδιορίστε το ισοδύναμο σημείο, δηλ. το ακριβές σημείο κατά το οποίο το διάλυμα της βάσης θα έχει αντιδράσει πλήρως με το οξύ. Το ισοδύναμο σημείο προσδιορίζεται με τη γραφική μέθοδο. Στην περίπτωσή μας το ισοδύναμο σημείο είναι το σημείο μέχρι το οποίο έχουν χρησιμοποιηθεί 22,5 ml προτύπου διαλύματος HCl και αντιστοιχεί σε ph = Με τη βοήθεια του τύπου C HCl V HCl = C NaOH V NaOH, υπολογίστε στο ΔΠ τη συγκέντρωση του αγνώστου διαλύματος. Η μορφή του ΔΠ μετά την εκτέλεση του πειράματος και των υπολογισμών δίνεται παρακάτω. Ογκομέτρηση Οξυμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του «IrYdium» 5