Δ.Ι. Μαρκογιαννάκης Κ. Παπαθανασίου Ι.Δ Μαρκογιαννάκης Προτάσεις για την Εργαστηριακή Διδασκαλία της Χημείας στη Β΄ Λυκείου (κατεύθυνσης) Δ.Ι. Μαρκογιαννάκης Κ. Παπαθανασίου Ι.Δ Μαρκογιαννάκης 6/4/2017

Σκοπός της εργασίας μας Η παρουσίαση των προτάσεών μας, για μια σωστή εργαστηριακή διδασκαλία της επιστήμης μας, της Χημείας, στη Β΄ Λυκείου κατεύθυνσης. 6/4/2017

Αφορμή Η πρόταση του Γ. Εργαστηρίων που αφορά την άσκηση των μαθητών Β Λυκείου (κατ.) και η επισήμανση του, να χρησιμοποιήσουμε τους εργαστηριακούς οδηγούς για την εκτέλεση των υποχρεωτικών πειραμάτων. 6/4/2017

Προσδοκώμενα αποτελέσματα (Διδακτικοί στόχοι) Όταν θα έχουμε τελειώσει την παρουσίασή μας φιλοδοξούμε να: αποδεχτείτε την αναγκαιότητα της εργαστηριακής διδασκαλίας, διακρίνετε τα διαφορετικά είδη πειραμάτων και τα πλεονεκτήματά τους, επιλέξετε τα πειράματα που ανταποκρίνονται καλύτερα στη περίπτωσή σας, ανάλογα δηλαδή, του επιπέδου των μαθητών σας και του εξοπλισμού που διαθέτετε εκτιμήσετε τους διαφορετικούς τρόπους (τεχνικές) παρουσίασης των πειραμάτων. 6/4/2017

1η Εργαστηριακή δραστηριότητα Μέτρηση ενθαλπίας εξουδετέρωσης (ΔΗn) ισχυρού οξέος από ισχυρή βάση: (Εκτέλεση από όλους τους μαθητές οι οποίοι χωρισμένοι σε ομάδες εργάζονται ταυτόχρονα - ΜΕΤΩΠΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ) Απαιτούνται Συσκευές 2 ποτήρια ζέσεως 100ml και 1 των 500ml ανά ομάδα: 2 ογκομετρικοί κύλινδροι 2 πλαστικά ποτήρια από πολυστυρόλιο το ένα μέσα στο άλλο που θα αποτελέσουν το θερμιδόμετρό μας, 1 πλαστικό καπάκι 1 θερμόμετρο. 1 ζυγός ακριβείας. Διαλύματα: ΗCl 2M και NaOH 2M. 6/4/2017

1η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 6/4/2017

Προσδιορισμός ενθαλπίας εξουδετέρωσης Μετρήσεις 1) Τελική μάζα συστήματος mτελική=………………g _ 2) Αρχική μάζα θερμιδομέτρου mαρχική=………………g Μάζα διαλύματος αντίδρασης mδιαλύματος=…………….g 3) Tελική θερμοκρασία διαλύματος θτελική =…..…………οC 4) Aρχική θερμοκρασία διαλύματος θαρχική=………….…oC Μεταβολή θερμοκρασίας Δθ=………..…..οC 6/4/2017

Υπολογισμοί Παρατήρηση Θεωρούμε ότι η ειδική θερμοχωρητικότητα των διαλυμάτων είναι c~ 1cal/g oC, καθώς και την θερμοχωρητικότητα του θερμιδόμετρου αμελητέα. 1) θερμότητα που εκλύεται από το διάλυμα (1cal=4,18Joules) Q= m*c*Δθ =………………………………………………………………….. 2) Mol ισχυρού οξέος n = C.V………… 3) Mol ισχυρής βάσης n = C.V………… Ενθαλπία εξουδετέρωσης ΔΗn -………….κJ/mol 6/4/2017

…Συνέχεια υπολογισμών Οι μετρήσεις μας από το εργαστήριο 1) Τελική μάζα συστήματος mτελική=109,42.g 2) Αρχική θερμιδομέτρου - mαρχική=…6,35.g Μάζα διαλύματος αντίδρασης mδιαλύματος=103,07g 3) Tελική θερμοκρασία διαλύματος θτελική=31,40 oC 4) Aρχική θερμοκρασία διαλύματος -θαρχική=18,20 oC Μεταβολή θερμοκρασίας Δθ=13,20 oC Q=m*c*Δθ Q=103,07x1x13,2cal=1360,524cal=1360,524x4,18J=5686,99J=5,69kJ. Mol ισχυρού οξέος και βάσης n = C.V =2x0,05=0,1mol Ενθαλπία εξουδετέρωσης ΔΗn =-56,9kJ/mol . 6/4/2017

2η Εργαστηριακή δραστηριότητα 2η Εργαστηριακή δραστηριότητα Πειραματική προσέγγιση των παραγόντων που επηρεάζουν την ταχύτητα χημικών αντιδράσεων (Εκτέλεση από τους μαθητές οι οποίοι χωρισμένοι σε ομάδες εργάζονται περνώντας διαδοχικά από θέσεις που έχουν αναπτυχθεί οι ασκήσεις –ΚΥΚΛΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ). Α) Η φύση των αντιδρώντων: Σε 3 ποτήρια ζέσεως των 25ml βάζουμε μικρές ποσότητες ρινισμάτων (ίδιου βαθμού κατάτμησης) από Fe, Mg, και Cu αντίστοιχα . Στη συνέχεια προσθέτουμε σε κάθε ποτηράκι ίσες ποσότητες HCl 2Μ (περίπου 10ml ). Παρατηρούμε τον ρυθμό παραγωγής φυσαλίδων του αερίου που παράγεται . Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 Mg + 2HCl  MgCl2 + H2 Cu + 2HCl  Συμπέρασμα : 6/4/2017

2η Εργαστηριακή δραστηριότητα 2η Εργαστηριακή δραστηριότητα 6/4/2017

2η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 2η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) Β) Συγκέντρωση Σε 2 ποτήρια ζέσεως, βάζουμε 10ml C συγκέντρωσης Na2S2O3 (θειοθειϊκού νατρίου) στο πρώτο και C/2 στο δεύτερο (5ml από το προηγούμενο διάλυμα και αραιώνουμε μέχρι 10ml με νερό). Ρίχνουμε στη συνέχεια από 2ml ΗCl σε καθένα από αυτά και χρονομετρούμε μέχρι να αρχίσει να εμφανίζεται θόλωμα στα ποτήρια (δημιουργία S) σύμφωνα με την αντίδραση : Na2S2O3 + 2HCl  2NaCl + S + SO2 + H2O Συμπέρασμα: 6/4/2017

2η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 2η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) Γ) Θερμοκρασία Σε 2 ποτήρια ζέσεως των 25ml βάζουμε από 5ml Na2S2O3. Θερμαίνουμε 10ml HCl 2M σε δοκιμαστικό σωλήνα και το ρίχνουμε στο ένα ποτηράκι ενώ ταυτόχρονα στο άλλο ρίχνουμε 10ml HCl 2M κανονικής θερμοκρασίας. Χρονομετρούμε πότε θα εμφανιστεί το γνωστό θόλωμα σε κάθε ένα από τα ποτηράκια . Συμπέρασμα : 6/4/2017

2η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 2η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) Δ) Επιφάνεια επαφής : Σε 3 ποτηράκια των 25 ml βάζουμε μικρές ποσότητες Fe σε σκόνη, Fe σε ρινίσματα, και σε κομμάτι (καρφί). Προσθέτουμε υδροχλωρικό οξύ και παρατηρούμε το ρυθμό παραγωγής του εκλυόμενου υδρογόνου. Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 Συμπέρασμα: 6/4/2017

2η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 2η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 6/4/2017

2η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 2η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) Ε) Δράση καταλυτών : 1) Σε 2 ποτήρια των 50ml βάζουμε 10ml Η2Ο2 στο καθένα και στη συνέχεια στο ένα από αυτά προσθέτουμε μικρή ποσότητα ΜηΟ2 (πυρολουσίτη). Παρατηρούμε το ρυθμό παραγωγής του οξυγόνου σε κάθε ένα από αυτά. Η2Ο2  Η2Ο + 1/2 Ο2 Συμπέρασμα: 6/4/2017

2η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 2η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 2) Σε ποτήρι ζέσης 100ml ρίχνουμε μικρή κοφτή κουταλιά από οξαλικό οξύ και στη συνέχεια προσθέτουμε οξινισμένο με θειικό οξύ διάλυμα αραιού (0.1Μ) ΚΜnΟ4 200ml περίπου. Περιμένετε περίπου 5 min παρατηρώντας διαρκώς το χρώμα στο διάλυμα. Μετά από λίγο το διάλυμα θα αποχρωματιστεί εντελώς σύμφωνα με την αντίδραση: 5(COOH)2 + 2KMnO4 + 3H2SO4  10 CO2 +K2SO4 + 2MnSO4 +8H2O Συμπέρασμα: 6/4/2017

3η Εργαστηριακή δραστηριότητα Παράγοντες που επηρεάζουν την θέση της χημικής ισορροπίας Μερικές αντιδράσεις που αναφέρονται στη βιβλιογραφία και μπορούν να χρησιμοποιηθούν είναι : 2Κ2CrO4 + 2HCl   K2Cr2O7 + H2O +2ΚCl κίτρινο πορτοκαλί FeCl3 +3NH4SCN   Fe(SCN)3 + 3NH4Cl αιματέρυθρο κίτρινο (CH3COO)2Pb + (NH4)2SO4   2CH3COONH4 + PbSO4(ίζημα) 6/4/2017

3η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) Cu(H2O)5SO4 + 4Cl-   CuCl42- + 5H2O ή Cu2+ + 4Cl-   CuCl42- μπλέ πράσινο Co(H2O)6Cl2 +2HCl   H2CoCl4 + 6H2O -Q Co2+ + 4Cl-   CoCl42- ρόδινο γαλάζιο 6/4/2017

3η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) Όμως υπάρχει πρόβλημα στην εύρεση των αντιδραστηρίων, στη θέρμανση τους, (από τους μαθητές) και στην χρήση τους (επικινδυνότητα -τοξικά καρκινογόνα). Μετά από έντονο προβληματισμό καταλήξαμε στο μετωπικό εργαστήριο με την χρήση της Cu2+ + 4Cl-   CuCl42- μπλέ πράσινο και σε πείραμα επίδειξης με την Co2+ + 4Cl-   CoCl42- ροδόχρωμο γαλάζιο 6/4/2017

3η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) Α) Διαδικασία μετωπικού πειράματος Απαιτούνται Συσκευές 3 δοκιμαστικοί σωλήνες ανά ομάδα ξύλινη λαβίδα, λύχνος θέρμανσης, παγόλουτρο. Διαλύματα CuSO4 1Μ κορεσμένο διάλυμα ΝαCl 6/4/2017

3η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 6/4/2017

3η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 6/4/2017

3η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) Β) Διαδικασία πειράματος επίδειξης Co(H2O)6Cl2 +2HCl   H2CoCl4 + 6H2O -Q ή Co2+ + 4Cl-   CoCl42- ρόδινο γαλάζιο Προσοχή στη θέρμανση θα πρέπει να γίνει ήπια γιατί και το γυαλί έχει τις αντοχές του. 6/4/2017

3η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 6/4/2017

4η Εργαστηριακή δραστηριότητα 4η Εργαστηριακή δραστηριότητα Πειράματα οξειδοαναγωγής (πειράματα επίδειξης) Οι επιλογές μας: Α) Σειρά δραστικότητας στοιχείων, βλέπετε την φύση αντιδρώντων, στους παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα χημικών αντιδράσεων (2η εργ. δραστηριότητα). Β) Δραστικότητα, Άναμμα φωτιάς με νερό: Να +H2O  NαΟΗ + ½ Η2. Γ) Επίδραση οξέων σε μέταλλα (και το επακόλουθό των, κροτούν αέριο) Zn + 2ΗCl  ZnCl2 + H2 . 6/4/2017

4η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 4η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 6/4/2017

4η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) 4η Εργαστηριακή δραστηριότητα (συνέχεια) Δ) Σύνθετες οξειδοαναγωγικές, βλέπετε, στη 2η εργαστηριακή δραστηριότητα την δράση των καταλυτών (αυτοκατάλυση οξαλικού) αλλά και πως το κρασί γίνετε νερό, με την: 5Να2SO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4  5Nα2SO4 + K2SO4 + 2MnSO4 +3H2O E) Ηλεκτρόλυση διαλύματος ΚΙ στο οποίο έχουμε προσθέσει φαινολοφθαλεΐνη. 6/4/2017

6/4/2017

6/4/2017

Συμπερασματικά Πιστεύουμε ότι και στη Β΄ Λυκείου (κατεύθυνσης) τα πειράματα χημείας πρέπει να αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι της διδασκαλίας μας με όλα τα προβλήματα που παρουσιάζονται. Ένα από τα ζητούμενα είναι η συμμετοχή των μαθητών μας στη διαδικασία αυτή, πράγμα που επιτυγχάνεται απόλυτα στις τρεις πρώτες ασκήσεις. Ένα άλλο ζήτημα είναι η επιλογή των ασκήσεων, προσπαθήσαμε με την εργασία μας να προτείνουμε και να παρουσιάσουμε ασκήσεις που εύκολα να μπορούν να λειτουργήσουν μέσα στη σχολική τάξη ή στο εργαστήριο. Ασκήσεις που έχουν δοκιμαστεί και μπορούν να αποτελέσουν εργαλείο, στο πέρασμα της απαιτητικής χημικής γνώσης, χωρίς να δημιουργήσουν προβλήματα. 6/4/2017

6/4/2017