14. Energijske promjene pri otapanju


Energijske promjene pri otapanju

screenshot-at-oct-10-13-59-25

Ključno pitanje

Kakav je toplinski učinak pri otapanju soli, kiselina i baza u vodi?

Odgojno-obrazovni cilj

Obrazovni cilj je da učenici steknu znanja koja će im omogućiti da protumače energijske promjene pri procesu otapanja i da predvide toplinski učinak otapanja na temelju podataka o entalpiji kristalne rešetke i entalpiji hidratacije.

Ishodi učenja

  • Uočiti vezu između međumolekulskih privlačnih sila i procesa otapanja.
  • Objasniti pojmove entalpija kristalne rešetke i entalpija hidratacije.
  • Izreći definiciju entalpije otapanja
  • Uočiti hoće li proces otapanja određenih tvari (soli, kiselina i baza) biti egzoterman ili endoterman.
  • Prikazati entalpijskim dijagramom energijske promjene pri otapanju čvrste tvari u vodi u odnosu na entalpije razaranja kristalne strukture i hidratacije.

Potrebni materijali

Pribor: 4 čaše od 25 ili 30 mL, čaša od 50 mL, alkoholni termometar do 100˚C, stakleni štapić, pinceta, 2 laboratorijske žlice, šprica od 5 mL, zaštitne rukavice i naočale. Kemikalije: konc. sumporna kiselina, čvrsti: amonijev nitrat, kalcijev klorid i natrijeva lužina. Postupak: U čašu od 50 mL do polovice se ulije destilirana voda. Špricom se izmjeri 5 mL vode i taj se volumen doda u dvije čaše. Zatim se termometrom izmjeri temperatura vode u ovim čašama. U jednu od čaša doda se žlica amonijeva nitrata i pažljivo se miješa termometrom dok se sol ne otopi. Konačna temperatura je temperatura koje se dostigne kad se otopi sva sol. Zatim se doda žlica kalcijevog klorida u drugu čašu i postupak ponovi. U druge dvije čaše špricom se doda 2 mL vode. Termometrom se izmjeri temperatura u obe čaše. Zatim se pomoću pincete u jednu čašu doda dvije granule natrijeve lužine. Pažljivo se miješa termometrom dok se sva lužina ne otopi. Tijekom miješanja prate se promjene temperature.U drugu se čašu doda 5 kapi koncentrirane sumporne kiseline i termometrom (koji se prethodno oprao i osušio) izmjeri temperatura otopine. Svi rezultati mjerenja (početna i konačna temperatura) upisuju se u tablicu u bilježnici.

screenshot-at-oct-10-14-19-26

Nastavna pomagala

Udžbenik, zbirka zadataka, radni listić s pitanjima za provjeru znanja, pribor i kemikalije za pokus, projektor

ICT izvori znanja

Vrijeme potrebno za planirane aktivnosti

Dva školska sata

Nastavne metode i strategije

Heuristički razgovor, problemsko poučavanje, praktični rad, opažanje, učenje otkrivanjem, rasprava.

Ključni pojmovi

Entalpija kristalne rešetke, entalpija hidratacije, entalpija otapanja, entalpijski dijagram topljivosti tvari, egzoterman i endoterman proces.

Tijek nastavnih sati (artikulacija sata)

UVODNI DIO Ukratko najaviti slijed aktivnosti tijekom radionice. Nastavnik dijeli učenike u grupe (formiraju se tri grupe po četiri učenika). Nastavnik daje upute učenicima što i kako trebaju raditi. Svakoj grupi podijeli se potreban pribor i kemikalije za izvođenje pokusa. Učenicima se dopušta da samostalno podijele uloge unutar grupe.

GLAVNI DIO Objasniti da je za uspješnost pripreme otopina odgovorna jačina privlačnih sila, kako između čestica otapala, tako i između čestica tvari koje se otapaju. Ako se privlačne sile u tvarima koje se žele otopiti razlikuju od privlačnih sila otapala otapanje neće biti moguće. Objasniti da otapanje može biti egzotermno i endotermno, što ovisi o odnosu entalpije kristalne rešetke i entalpije hidratacije. Ako je entalpija hidratacije veća od entalpije kristalne rešetke proces otapanja je egzoterman. Objasniti da se proces otapanja može podijeliti u dva dijela: razaranje kristalne rešetke i nastajanje slobodnih iona te na okruživanje iona molekulama vode i nastajanje hidratiziranih iona. Naglasiti da je razaranje kristalne rešetke endoterman proces, a nastanak hidratiziranih iona egzoterman proces. Definirati entalpiju kristalne rešetke i entalpiju hidratacije. Za to vrijeme učenici izvode pokus prema pisanim uputama koje su dobili. Bilježe u tablici svoja opažanja.Donose zaključke. Nakon izvedenih pokusa nastavnik s učenicima raspravlja rezultate i zaključke pokusa. ZAVRŠNI DIO Učenici pospremaju svoj pribor. Učenici rješavaju test za provjeru obrazovnih ishoda.

Provjera postignutih ishoda učenja

Provjera postignutih ishoda bit će provedena kroz pitanja i zadatke kojima će se ponoviti naučeno na satu (radni listić).

Radni listić

  1. Zadatak – U kojem paru tvari postoje jednake međumolekulske privlačne sile?
    1. A. Sumpor i voda
    2. B. Alkohol i voda
    3. C. Vosak i alkohol
    4. D. Ulje i voda
  2. Zadatak Definirajte entalpiju kristalne rešetke i entalpiju hidratacije?
  3. Zadatak Obrazložite o čemu ovisi hoće li proces otapanja biti egzoterman ili endoterman?
  4. Zadatak Kakav je odnos entalpije kristalne rešetke i entalpije hidratacije amonijevog nitrata ako je proces otapanja endoterman?
  5. Zadatak Nacrtajte entalpijski dijagram otapanja amonijeva nitrata i kalcijeva klorida.