ΔΙΔΑΚΤΙΚO ΣΕΝΑΡΙO ΣΤΟ «IRYDIUM CHEMISTRY LAB» ΟΓΚΟΜΕΤΡΗΣΗ - ΑΛΚΑΛΙΜΕΤΡΙΑ ΣΤΟ ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ «IRYDIUM» 1. ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΣΕΝΑΡΙΟΥ 1.1. ΤΙΤΛΟΣ ΔΙΔΑΚΤΙΚΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ Προσδιορισμός της άγνωστης συγκέντρωσης διαλύματος CH 3 COOH με τη βοήθεια προχοΐδας και βάσης γνωστής συγκέντρωσης (αλκαλιμετρία) 1.2. ΕΜΠΛΕΚΟΜΕΝΕΣ ΓΝΩΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ Χημεία - Ενότητα: Οξέα, βάσεις και άλατα. 1.3. 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». 1.5. 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 έναν υπολογιστή και έναν βιντεοπροβολέα. Λογισμικό: Οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες των 2 ατόμων. Κάθε ομάδα παραλαμβάνει ένα ΦΕ και έχει στη διάθεσή της υπολογιστή με εγκατεστημένα τα λογισμικά «Εικονικό εργαστήριο Χημείας, IrYdium» και Microsoft Excel. Στην τάξη υπάρχει διαδραστικός πίνακας (ΔΠ). 1.6. ΔΙΔΑΚΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ Να μπορούν οι μαθητές, εργαζόμενοι σε συνθήκες εικονικού εργαστηρίου, να προσδιορίζουν τη συγκέντρωση αγνώστου διαλύματος CH 3 COOH με ογκομέτρησή του με πρότυπο διάλυμα NaOH γνωστής συγκέντρωσης (αλκαλιμετρία). 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. 1.7. ΕΚΤΙΜΩΜΕΝΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ Μία διδακτική ώρα. Ογκομέτρηση Αλκαλιμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του «IrYdium» 1
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 θέτει το ερώτημα ποιο θα είναι το ph ενός διαλύματος που θα προκύψει από την ανάμιξη ίσων όγκων αλλά διαφορετικών συγκεντρώσεων διαλυμάτων CH 3 COOH και ΝαOH. Οδηγεί τους μαθητές να προτείνουν την κατάλληλη πειραματική προσέγγιση ή τους προτείνει τη μέθοδο ανάλογα με το επίπεδο της τάξης. Πείραμα 1. Εκτελείται στον ΔΠ από τον εκπαιδευτικό ή ένα μαθητή ένα πείραμα ανάμιξης των παρακάτω διαλυμάτων: 40 ml διαλύματος ΝαOH 1 Μ 0,1 Μ 40 ml διαλύματος CH 3 COOH 1 Μ 0,1 Μ ph 9,22 8,72 Ανάλυση αποτελεσμάτων πειράματος 1. Γίνεται συζήτηση και συνοψίζονται τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα στο ΔΠ, όπως παρακάτω: Ζητείται τώρα από τους μαθητές να προτείνουν την κατάλληλη πειραματική διαδικασία, ώστε να βρεθεί η μοριακότητα, Μ, του άγνωστου διαλύματος CH 3 COOH ή τους προτείνεται η μέθοδος της ογκομέτρησης ανάλογα με το επίπεδο της τάξης. Πείραμα 2. Το πείραμα της ογκομέτρησης εκτελείται στον ΔΠ από τον Ογκομέτρηση Αλκαλιμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του «IrYdium» 2
εκπαιδευτικό ή ένα μαθητή και από τους μαθητές στους υπολογιστές τους. Στο ΦΕ οι διαδικασίες του εικονικού εργαστηρίου που πρέπει να εκτελεστούν περιγράφονται σχετικά περιληπτικά. Οι αναλυτικές οδηγίες υπάρχουν στις αντίστοιχες «Οδηγίες χρήσης» του λογισμικού (σελ. Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.). Ογκομέτρηση Αλκαλιμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του «IrYdium» 3
ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΑΓΝΩΣΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ CH 3 COOH ΜΕ ΒΑΣΗ ΓΝΩΣΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ (ΑΛΚΑΛΙΜΕΤΡΙΑ) ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1 Η 1. Εισάγετε στην επιφάνεια εργασίας το διάλυμα NaOH 0,1M και το διάλυμα άγνωστης συγκέντρωσης, Χ,ΧΜ CH 3 COOH. 2. Εισάγετε ένα σιφώνιο πληρώσεως των 25 ml και μία προχοΐδα από το μενού Εργαλεία - Υαλικά. 3. Αναρροφήστε από το διάλυμα του CH 3 COOH 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 NaOH 0,1M και συμπληρώστε με ακρίβεια μέχρι την 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 παράθυρα των εφαρμογών, ώστε να είναι ορατά και τα δύο. Ογκομέτρηση Αλκαλιμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του «IrYdium» 4
6. Δημιουργήστε στο Excel ένα πίνακα με τη μορφή που βλέπετε δίπλα. Αυτό μπορεί να γίνει είτε από τον χρήστη του ΔΠ 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 NaOH και κατόπιν 1 ml διαλύματος NaOH (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 NaOH. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 3 Η 8. Δημιουργήστε, με κατάλληλους χειρισμούς του Excel, στον ΔΠ ένα διάγραμμα παρόμοιο με το διάγραμμα της παρακάτω εικόνας 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 25 ml προτύπου διαλύματος NaOH και αντιστοιχεί σε ph = 8,72. 9. Με τη βοήθεια του τύπου C NaOH.. V NaOH = C CH3COOH V CH3COOH,, υπολογίστε στον ΔΠ τη συγκέντρωση του αγνώστου διαλύματος. Η μορφή του ΔΠ μετά την εκτέλεση του πειράματος και των υπολογισμών δίνεται παρακάτω. Ογκομέτρηση Αλκαλιμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του «IrYdium» 5
Φ ΥΛΛΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Επιλέξτε τη σωστή απάντηση στις παρακάτω ερωτήσεις χωρίς τη βοήθεια του λογισμικού: είναι: Ερώτηση Κατά την ογκομέτρηση ισχυρού οξέος με ισχυρή βάση, το ph του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο Απάντηση ph>7. ph=7. ph<7. Κατά την ογκομέτρηση αγνώστου διαλύματος CH 3 COOH με ισχυρή βάση, το ph του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο είναι: Σύμφωνα με τα παραπάνω, κατά την ογκομέτρηση αγνώστου διαλύματος NH 3 με HCl, το ph του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο είναι: Κατά την ογκομέτρηση αγνώστου διαλύματος CH 3 COOH με ισχυρή βάση, το ph του διαλύματος από την έναρξη της ογκομέτρησης μέχρι το ισοδύναμο σημείο είναι: Κατά την ογκομέτρηση αγνώστου διαλύματος CH 3 COOH με ισχυρή βάση, το ph του διαλύματος μετά το ισοδύναμο σημείο είναι: Κατά την ογκομέτρηση αγνώστου διαλύματος μιας βάσης με διάλυμα ισχυρού οξέος, το ph του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο είναι 5,2. Συνεπώς η βάση είναι ph>7. ph=7. ph<7. ph>7. ph=7. ph<7. <7 >7 Αρχικά <7, μετά >7. <7 >7 =7 Ισχυρή Ασθενής Χρειάζονται περισσότερα στοιχεία. Ογκομέτρηση Αλκαλιμετρία στο Εικονικό Εργαστήριο του «IrYdium» 6