Cím: a janus-arcú hidrogén-peroxid



Yüklə 50,79 Kb.
tarix02.03.2018
ölçüsü50,79 Kb.

Lázár Armand: A reakciósebességet befolyásoló tényezők vitzsgálata a hangyasav és a bróm reakciójának tanulmányozása alapján (IBST feladatsor)

Cím: A reakciósebességet befolyásoló tényezők vizsgálata a hangyasav és a bróm reakciójának tanulmányozása alapján
Szerző: Dr. Lázár Armand, Patrona Hungariae Gimnázium, lazar12@freemail.hu
Célok:

  • A reakciósebességet befolyásoló tényezők felismerése

  • A reakciósebességet befolyásoló tényezők és a reakciósebesség közti kvalitatív (esetlegesen kvantitatív) kapcsolatok felismerése

  • A megfigyelőképesség és a manuális készségek fejlesztése, valamint a csoportmunkában végzett problémamegoldás gyakoroltatása a tanulókísérletek során

  • A reakciók sebességéről tanultak alkalmazása a kísérleti tapasztalatok elméleti magyarázatára


Szükséges előzetes ismeretek:

  • A reakciósebesség értelmezése

  • Az oldatok összetételének jellemzése az anyagmennyiség-koncentráció segítségével


Előkészítés
Szükséges anyagok és eszközök tanulócsoportonként:

  • üres kémcsövek

  • 150 cm3-es főzőpoharak

  • 50 cm3-es főzőpoharak

  • 10 cm3-es mérőhengerek

  • 100 cm3-es mérőhenger

  • osztott pipetta és pipettalabda

  • stopperóra (ill. a tanulók mobiltelefonján lévő stopper funkció)

  • telített brómos víz (4,17 g bróm/100 cm3 víz)

  • 10 tömeg%-os hangyasavoldat

  • hőmérők

  • vasháromláb

  • azbesztes drótháló

  • Bunsen-égő

  • desztillált víz

  • a kémcsövekbe illő gumidugók

  • (jég vagy szárazjég, esetleg cseppfolyós levegő, utóbbiak csak tanári kísérlet esetén)

  • gumikesztyű

  • védőszemüveg


Értékelés és módszertani javaslatok

  1. A 3. feladat kísérletterve és a kiértékelése felkészültségtől függően lehet többé vagy kevésbé részletes és kidolgozott. A feladat szövegében elhelyezett irányító mondatok próbálják a tanulókat „terelgetni” a megfelelő eredményre vezető vizsgálatsorozat tervezése felé.

Kevésbé felkészült tanulók esetén esetleg csak a hangyasav koncentrációjának változtatása és 4-5 mérés elvégzése lehet elvárható, jobb felkészültségű tanulók a bróm koncentrációjának változtatását is belevehetik a tervbe.

A kiértékelés során is a gyengébb tanulók esetében csak a „nagyobb koncentráció-gyorsabb reakció” összefüggés felismerése várható el. Jobb tanulóknál akár a számszerű koncentrációadatok meghatározása és a reakcióidők, valamint a koncentrációk között lévő kvantitatív összefüggések felállítására tett próbálkozás is remélhető.



  1. A 4. feladatban, a 3. feladathoz hasonlóan a „magasabb hőmérséklet-gyorsabb reakció” összefüggés felismerése lehet az alapszinten elvárható, míg a kémiát emelt szinten tanuló, esetleg „csak” érdeklődő és különösen tehetséges diákok esetén a hőmérsékletfüggés nemlineáris jellege is felismerhető.

  2. A feladatok alapvetően nem kérik számítások elvégzését, de ha várható, hogy lesz olyan, aki „számolni is fog”, akkor néhány ehhez szükséges táblázati adattal készülnünk kell (a hangyasavoldat és a brómoldat sűrűsége, esetleg már előre átszámított anyagmennyiség-koncentrációja).

  3. A hőmérsékletfüggés vizsgálatánál, ha van rá lehetőség, akkor a melegítés mellett a hűtés hatását is lehet vizsgáltatni a tanulókkal. A jeges hűtés tanulókísérletként is kivitelezhető, a szárazjeges, vagy cseppfolyós levegős kísérlet a kísérletsorozat végén tanári demonstrációként mutatható be.

  4. A kísérletsorozat elvégezhető más, ún. időreakcióval is, például a nátrium-tioszulfát és a kénsav (ill. sósav), vagy a kálium-jodid és a hidrogén-peroxid reakciójával, és akár egymással párhuzamosan dolgozó csoportokkal is.

  5. Viszonylag pontos mérési adatok esetén meghatározható az adott reagens koncentrációja és a reakciósebesség közti függvénykapcsolat, ami lehet lineáris vagy valamilyen hatványfüggvény (nem feltétlenül egész kitevős!), a reakció rendűségétől függően. A reakciósebesség a hőmérséklettől az Arrhenius-egyenlet alapján exponenciálisan függ, ami miatt viszonylag kicsi hőmérsékletváltoztatással is nagy reakciósebesség-változások idézhetőek elő. A mérésnek nem célja pontos matematikai összefüggések megállapítása, hanem csak a függvénykapcsolatok kvalitatív értelmezése: pl. a koncentrációváltoztatással kisebb mértékben lehet befolyásolni a reakciósebességet, mint a hőmérséklet változtatásával; az ezt leíró függvény mind két esetben szigorúan monoton növekedő stb.

  6. A tanulók által tervezett és kivitelezett kísérletsorozatok eredményeinek csoportonkénti megvitatása után feltétlenül szükség van egy frontális, osztályszintű összefoglalásra is. Ez lehet viszonylag rövid is, de a leglényegesebb tapasztalatokat és következtetéseket rögzíteni kell minden diák füzetében.

  7. A rendelkezésre álló idő függvényében célszerű egy jól átgondolt időbeosztást is készíteni. A feladatlap az itt megadott formájában csak két összevont tanítási órán (ún. „dupla órán”) oldható meg. Ha csak egy 45 perces tanóra áll rendelkezésre, akkor a csoportmunka megszervezhető úgy is, hogy a reakciósebesség koncentráció-, ill. hőmérséklet-függését párhuzamosan dolgozó csoportok vizsgálják, ehhez természetesen a feladatlap szövegezését is megfelelően módosítani kell. Például egy 45 perces tanítása óra esetén az időbeosztás lehet a következő:

Adminisztratív feladatok, esetleges előzetes megjegyzések: 5 perc

  1. feladat: 5 perc

  2. feladat: 5 perc

  3. feladat és vele párhuzamosan a 4. feladat: 25 perc

Frontális összefoglalás 10 perc
Felhasznált irodalom
Dr. Hartmann Hildegard - Kromek Sándor – Dr. Pálfalvi Aladárné - Dr. Perczel Sándor: Kémiai kísérletgyűjtemény III. osztály, fakultatív gimnáziumi tankönyv

Tankönyvkiadó, 1981.



A hangyasav és a brómos víz közötti reakció tanulmányozása – Feladatlap

A hangyasav az alábbi reakcióegyenlet alapján lép reakcióba a brómmal:

HCOOH + Br2 = CO2 + 2 HBr


  1. Feladat kísérletének leírása: 50 cm3 telített brómos vizet (4,17 g bróm/100 cm3 víz) mérőhengerben hígítsatok fel kétszeresére, majd a kapott oldatot öntsétek egy 150 cm3-es főzőpohárba. A brómos vízből 5 cm3-t töltsetek egy kémcsőbe, adjatok hozzá 4,5 cm3 desztillált vizet, majd az osztott pipetta segítségével 0,5 cm3 hangyasavoldatot. Gumidugóval zárjátok le a kémcsövet, majd rázzátok össze a kémcső tartalmát!

Mit tapasztaltatok?
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Magyarázat: Az oldat melyik tulajdonságának változása alapján követhető a reakció előrehaladása?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Az oldat összetételét jellemző mennyiségek közül melyiktől függ a fenti tulajdonság?
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………


  1. Feladat kísérletének leírása: Ismételjétek meg az 1. feladatban elvégzett kísérletet azzal az eltéréssel, hogy az 5 cm3 hígított brómos vízhez 3 cm3 desztillált vizet és 2 cm3 hangyasavoldatot adtok.

Tapasztalat: Az 1. feladathoz képest milyen eltérés tapasztalható a reakció lejátszódása során?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………



Magyarázat: Mi változott az oldat összetételében az 1. feladathoz képest?
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Milyen módon lehetne számszerűen jellemezni a két kísérletben lejátszódó reakció végbemenetelének gyorsaságát?


…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

  1. Feladat: Az 1. és 2. feladat tapasztalatai alapján tervezzetek kísérletsorozatot annak megállapítására, hogy a vizsgált reakció sebessége milyen módon függ a reakcióelegy összetételétől! Néhány támpont a tervezéshez:

    1. A használt oldatok össztérfogata legyen 10 cm3 (Miért?)

    2. A kísérletsorozat(ok) során egyszerre csak egyféleképpen változtassátok a reakcióelegy összetételét!

    3. Ne tervezzetek túl sok mérést (maximum 5-10 kísérlet), hogy legyen időtök elvégezni és kiértékelni a méréseket!

    4. A kísérletsorozat tervét próbáljátok táblázatos formában összeállítani, ebben könnyen összegyűjthetitek a kísérletsorozatok során kapott mérési adataitokat is!

A megtervezett és végrehajtott kísérletsorozat tapasztalatait foglaljátok össze néhány mondatban, esetleg ábrázoljátok a mérési eredményeket grafikusan és elemezzétek a kapott grafikonokat! Minderre kb. 25 perc áll rendelkezésetekre.

Kísérletterv:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Tapasztalatok és magyarázat a mérési adatok elemzésével (a túloldalon folytatható):
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………


  1. Feladat: Miért tárolják a romlandó élelmiszereket (pl. húsféleségek, tejtermékek, gyümölcsök) hűtőszekrényben?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Ez alapján milyen körülmény befolyásolhatja még a kémiai reakciók sebességét?
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Milyen módon lehetne ezt a körülményt vizsgálni a hangyasav és a bróm reakciójában?


…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Készítsetek a 3. feladathoz hasonlóan kísérlettervet! A tervezett vizsgálatokhoz, ill. mérésekhez a következő összetételű oldatokat használjátok: 20 cm3 desztillált vízhez adjatok 5 csepp hangyasavoldatot (ez két kísérlethez elegendő, ha több vizsgálatot akartok végezni, hasonló arányban készítsd el az oldatokat) majd a megfelelő körülmények között adjatok hozzá 5 cm3 brómos vizet. A kísérlet megtervezésére, kivitelezésére és az eredmények megvitatására kb. 25 perc áll rendelkezésetekre.

Kísérletterv:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Tapasztalat és magyarázat: Az elvégzett kísérletek tapasztalatait a 3. feladathoz hasonlóan foglaljátok össze és a mérési adatok elemzésével magyarázzátok meg!
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
A hangyasav és a brómos víz közötti reakció tanulmányozása

(Megoldások)
A hangyasav az alábbi reakcióegyenlet alapján lép reakcióba a brómmal:

HCOOH + Br2 = CO2 + 2 HBr



1.Feladat kísérletének leírása: 50 cm3 telített brómos vizet (4,17 g bróm/100 cm3 víz) mérőhengerben hígítsatok fel kétszeresére, majd a kapott oldatot öntsétek egy 150 cm3-es főzőpohárba. A brómos vízből 5 cm3-t töltsetek egy kémcsőbe, adjatok hozzá 4,5 cm3 desztillált vizet, majd az osztott pipetta segítségével 0,5 cm3 hangyasavoldatot. Gumidugóval zárjátok le a kémcsövet, majd rázzátok össze a kémcső tartalmát!
Mit tapasztaltatok?

Az eredetileg sötét narancsszínű oldat fokozatosan elszíntelenedik.
Magyarázat: Az oldat melyik tulajdonságának változása alapján követhető a reakció előrehaladása?

Az oldat színének változása segítségével.
Az oldat összetételét jellemző mennyiségek közül melyiktől függ a fenti tulajdonság?

Az elemi (elreagálatlan) bróm koncentrációjától.


  1. Feladat kísérletének leírása: Ismételjétek meg az 1. feladatban elvégzett kísérletet azzal az eltéréssel, hogy az 5 cm3 hígított brómos vízhez 3 cm3 desztillált vizet és 2 cm3 hangyasavoldatot adtok.


Tapasztalat: Az 1. feladathoz képest milyen eltérés tapasztalható a reakció lejátszódása során?

Az oldat rövidebb idő alatt színtelenedik el.
Magyarázat: Mi változott az oldat összetételében az 1. feladathoz képest?

A hangyasav koncentrációja nagyobb volt az oldatban (az 1. kísérletben szereplő oldathoz képest négyszeres).
Milyen módon lehetne számszerűen jellemezni a két kísérletben lejátszódó reakció végbemenetelének gyorsaságát?

Az oldat teljes elszíntelenedéséhez szükséges idő mérésével, pl. stopperórával.


  1. Feladat: Az 1. és 2. feladat tapasztalatai alapján tervezzetek kísérletsorozatot annak megállapítására, hogy a vizsgált reakció sebessége milyen módon függ a reakcióelegy összetételétől! Néhány támpont a tervezéshez:

  1. A használt oldatok össztérfogata legyen 10 cm3 (Miért?)

    1. A kísérletsorozat(ok) során egyszerre csak egyféleképpen változtassátok a reakcióelegy összetételét!

    2. Ne tervezzetek túl sok mérést (maximum 5-10 kísérlet), hogy legyen időtök elvégezni és kiértékelni a méréseket!

    3. A kísérletsorozat tervét próbáljátok táblázatos formában összeállítani, ebben könnyen összegyűjthetitek a kísérletsorozatok során kapott mérési adataitokat is!

A megtervezett és végrehajtott kísérletsorozat tapasztalatait foglaljátok össze néhány mondatban, esetleg ábrázoljátok a mérési eredményeket grafikusan és elemezzétek a kapott grafikonokat! Minderre kb. 25 perc áll rendelkezésetekre.
Kísérletterv:

Az elvégzendő kísérletek során az 5 cm3 brómos vízhez adandó desztillált víz és hangyasav mennyisége változtatható, pl. 0,5 cm3-ként, az össztérfogat állandóan tartásával, illetve hasonlóan változtatható a brómos víz mennyisége is.
Tapasztalatok és magyarázat a mérési adatok elemzésével (a túloldalon folytatható):

A mért reakcióidők táblázatosan összefoglalva. Grafikonon ábrázolhatóak a reakcióidők az összetevők koncentrációjának függvényében.
4.Feladat: Miért tárolják a romlandó élelmiszereket (pl. húsféleségek, tejtermékek, gyümölcsök) hűtőszekrényben?

A hűtve tárolt élelmiszerek lassabban romlanak meg.
Ez alapján milyen körülmény befolyásolhatja még a kémiai reakciók sebességét?

A hőmérséklet.
Milyen módon lehetne ezt a körülményt vizsgálni a hangyasav és a bróm reakciójában?

A reakciót különböző hőmérsékleten lejátszatva mérni kell a reakció végbemenetelének (azaz a reakcióelegy teljes elszíntelenedésének) idejét.
Készítsetek a 3. feladathoz hasonlóan kísérlettervet! A tervezett vizsgálatokhoz, ill. mérésekhez a következő összetételű oldatokat használjátok: 20 cm3 desztillált vízhez adjatok 5 csepp hangyasavoldatot (ez két kísérlethez elegendő, ha több vizsgálatot akartok végezni, hasonló arányban készítsd el az oldatokat) majd a megfelelő körülmények között adjatok hozzá 5 cm3 brómos vizet. A kísérlet megtervezésére, kivitelezésére és az eredmények megvitatására kb. 25 perc áll rendelkezésetekre.
Kísérletterv:

A megadott összetételű oldattal végre kell hajtani a 3. feladatbeli mérést különböző hőmérsékleteken.
Tapasztalat és magyarázat: Az elvégzett kísérletek tapasztalatait a 3. feladathoz hasonlóan foglaljátok össze és a mérési adatok elemzésével magyarázzátok meg!

Az adatokat táblázatosan kell összefoglalni. Esetleg, ha van értelme (azaz van megfelelő mennyiségű mérési adat) grafikonon is érdemes ábrázolni ezeket.

ha van értelme (van megfelelő mennyiségű mérési adat) grafikonon ábrázolni.
A frontális összefoglalás során az egész osztály közösen, tanári irányítással is megbeszéli és értelmezi az egyes csoportok által kapott eredményeket. Erről rövid összefoglaló is készül minden diák füzetében.




Dostları ilə paylaş:


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2019
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə