Temat: Prawo zachowania masy

Adresat

Uczeń szkoły podstawowej (klasy 7. i 8.)

Podstawa programowa:

Szkoła podstawowa. Chemia.

III. Reakcje chemiczne. Uczeń:

7) stosuje do obliczeń prawo stałości składu i prawo zachowania masy (wykonuje obliczenia związane ze stechiometrią wzoru chemicznego i równania reakcji chemicznej).

Ogólny cel kształcenia

Uczeń interpretuje prawo zachowania masy oraz rozwiązuje zadania, wykorzystując prawo zachowania masy.

Kompetencje kluczowe

• porozumiewanie się w języku ojczystym;

• porozumiewanie się w językach obcych;

• kompetencje matematyczne i podstawowe kompetencje naukowo‑techniczne;

• kompetencje informatyczne;

• umiejętność uczenia się.

Kryteria sukcesu
Uczeń nauczy się:

• znajomości treści prawa zachowania masy i dokonasz jego interpretacji;

• rozwiązywać zadania, wykorzystując prawo zachowania masy.

Metody/techniki kształcenia

• podające

  • pogadanka.

• eksponujące

  • film.

• programowane

  • z użyciem komputera;

  • z użyciem e‑podręcznika.

• praktyczne

  • ćwiczeń przedmiotowych.

Formy pracy

• praca indywidualna;

• praca w parach;

• praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne

• e‑podręcznik;

• zeszyt i kredki lub pisaki;

• tablica interaktywna, tablety/komputery;

• metodnik lub kartki zielone, żółte i czerwone.

Przebieg lekcji

Faza wstępna

1. Nauczyciel rozdaje uczniom metodniki lub kartki w trzech kolorach: zielonym, żółtym i czerwonym do zastosowania w pracy techniką świateł drogowych. Przedstawia cele lekcji sformułowane w języku ucznia na prezentacji multimedialnej oraz omawia kryteria sukcesu (może przesłać uczniom cele lekcji i kryteria sukcesu pocztą elektroniczną lub zamieścić je np. na Facebooku, dzięki czemu uczniowie będą mogli prowadzić ich portfolio).

2. Prowadzący wspólnie z uczniami ustala – na podstawie wcześniej zaprezentowanych celów lekcji – co będzie jej tematem, po czym zapisuje go na tablicy interaktywnej/tablicy kredowej. Uczniowie przepisują temat do zeszytu.

Faza realizacyjna

1. Prowadzący lekcję zapowiada film pt. „Kontrola masy substancji biorących udział w reakcji sody oczyszczonej z octem”. Poleca podopiecznym, żeby w formularzu zamieszczonym w abstrakcie zapisali pytanie badawcze i hipotezę. Następnie wyświetla film, a uczniowie odnotowują swoje obserwacje i wnioski. Nauczyciel, nawiązując do obserwacji i wniosków, zachęca młodzież do dyskusji.

2. Uczniowie czytają fragment pt. „Czy masa substratów zmienia się podczas reakcji chemicznej?”. Wyjaśniają, na czym polega prawo zachowania masy i kto je sformułował, nauczyciel uzupełnia informacje wyjaśniając przypadki, w których prawo to nie jest spełnione. Następnie nauczyciel tłumaczy, że w fizyce współczesnej, zgodnie ze szczególną teorią względności obowiązuje prawo zachowania całkowitej masy spoczynkowej układu izolowanego, uwzględniająca energię..

3. Nauczyciel tłumaczy, jak można wykorzystać prawo zachowania masy w obliczeniach chemicznych. Prezentuje i omawia przykłady z abstraktu (reakcja syntezy magnezu i tlenu w tlenek magnezu; reakcja wymiany tlenku miedzi i węgla w miedź i dwutlenek węgla).

4. Uczniowie, pracując w parach, rozwiazują zadania: a) Ogrzewając 30 g miedzi z tlenem, otrzymano 38 g tlenku miedzi(II). Oblicz, ile zużyto tlenu w tej reakcji; b) Żelazo otrzymuje się z rud żelaza. Do reakcji zużyto 14 g tlenku żelaza(III) z 6, 4 g tlenku węgla(II) i otrzymano 9,2 g żelaza. Oblicz objętość wydzielonego tlenku węgla(IV), jeśli jego gęstość jest równa 1,96 g/dmIndeks górny 3³; c) Podczas spalania magnezu zużyto 6,4 g tlenu, otrzymując 16 g tlenku magnezu. Oblicz masę magnezu, jaką użyto w reakcji chemicznej. Ochotnicy przedstawiają rozwiązania, nauczyciel koryguje błędy.

5. Nauczyciel odtwarza nagranie abstraktu dla wszystkich uczniów. Uczestnicy zajęć słuchają uważnie i udzielają informacji zwrotnej dotyczącej trudności wysłuchanego tekstu z wykorzystaniem metody świateł. Uczniowie są wyposażeni w kartki koloru: zielonego, żółtego i czerwonego. Podczas słuchania nagrania pokazują odpowiedni kolor w celu samooceny i poinformowania nauczyciela: zielony – daję sobie świetnie radę, wszystko rozumiem; żółty – mam pewne wątpliwości; czerwony – nic nie rozumiem, proszę o pomoc. Nauczyciel reaguje w zależności od potrzeb uczniów, decydując się na powtórne odtworzenie nagrania, słuchanie nagrania z jednoczesnym śledzeniem tekstu wzrokiem lub tłumaczeniem tekstu.

Faza podsumowująca

1. Nauczyciel prosi uczniów o rozwinięcie zdań:

   • Dziś nauczyłem się…

   • Zrozumiałem, że…

   • Zaskoczyło mnie…

   • Dowiedziałem się…

   W celu przeprowadzenia podsumowania może posłużyć się tablicą interaktywną w abstrakcie lub polecić uczniom pracę z nią

Praca domowa

1. Wykonaj ćwiczenie interaktywne.

W tej lekcji zostaną użyte m.in. następujące pojęcia oraz nagrania

Pojęcia

Teksty i nagrania

Principle of mass conservation

While observing the course of chemical reactions, we can describe effects that occur during it, for example changes in colour, sounds, light emission. Sometimes one can also get impression that the quantity of substances involved in the reaction is decreasing or increasing.

Masses of substrates and products were compared already in the 18th century. Due to these studies, conducted independently by two chemists, Mikhail Lomonosov from Russia (1756) and Antoine Lavoisier from France (1785), a general law of nature was formulated. It was called principle of mass conservation. In line with this law, total mass of substrates is equal to total mass of products in an isolated system (in which reaction products and energy does not leave this system). This means that the same mass of substrates produces the same mass of products; that is mass of substances involved in chemical reaction does not change.
The need to balance chemical equations results in fact from the principle of mass conservation. If the total mass of substrates is to be equal to the total mass of products, numbers of atoms of the same type on both sides of the equation have to be identical.

Nowadays the law of mass conservation is extended by the energy of ingredients. Reagents are characterized by their own internal energy called the resting mass. However, due to the fact that the resting mass of the system or chemical reaction contributes not only to the rest masses of the components, but also all forms of internal energy related to the movement of elemental atoms in space and their mutual interactions, the rest mass of the system is equal to the sum of masses its components and their energy.

During chemical reactions, the structure of the resting mass of the system may change, eg by reducing the sum of the rest masses of its components, and increasing the sum of their energy.

For closed systems but not insulated, the right to maintain the rest mass is not satisfied, because there is a flow of energy between the system and the environment, which results in a change in the rest mass of the system.

However, during chemical reactions, the amounts of energy exchanged are so small that the mass change of the system is not detectable by standard methods, hence the stability of the mass of the reaction system is assumed. In chemical reaction, the sum of the masses of products and substrates are the same.

The principle of mass conservation helps determine mass of one substance if we know masses of other substrates and products. If you know this principle, you can calculate for example the quantity of products resulting from a given mass of substrates. For example, if we know that 2.4 g of magnesium and 1.6 of oxygen were involved in the reaction, we can easily determine that of magnesium oxide was produced in this chemical reaction:

In case of another reaction – exchange reaction of copper(II) oxide with carbon – we can determine mass of copper if we know masses of substrates and mass of the second product:

In line with the principle of mass conservation, total mass of substrates is to be equal to total mass of products:

After rearranging the equation and making calculations we will know the mass of copper:

$\text{x = 15.9 g + 1.2 g - 4.4 g = 12.7 g}$

Using the principle of mass conservation, we can conclude that 12.7 g of copper will be produced in a reaction of 15.9 g of copper(II) oxide and 1.2 g of carbon.

Calculate mass of hydrogen produced in this reaction and determine the number of molecules of this gas.

• According to the principle of mass conservation it is assumed that in each reaction total mass of substrates is equal to total mass of resulting products.

• Mass of each substrate or products can be calculated based on the principle of mass conservation, if you know masses of the other ones.

• According to the law of definite proportion, mass ratio of elements in a chemical compound is always constant and does not depend on its source and method of preparation (each chemical compound always contains its component elements in fixed qualitative and quantitative ratio).

• If you know mass ratio of chemical elements in a compound, you can calculate mass of chemical elements in given amount of this compound.

• Molecular formula of given compound may be determined based on mass ratio of its component elements.