Scenariusz zajęć

Autor: Daria Szeliga, Krzysztof Błaszczak

Przedmiot: chemia

Temat: Procesy samorzutne i wymuszone

Grupa docelowa: uczniowie III etapu edukacyjnego, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony; uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie podstawowym i rozszerzonym

Podstawa programowa:

Poziom podstawowy i rozszerzony

Wymagania ogólne

II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń:

5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych z zastosowaniem metody naukowej;

6) stosuje poprawną terminologię;

7) wykonuje obliczenia dotyczące praw chemicznych.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji;

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii;

• kompetencje cyfrowe;

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne

Uczeń:

• wyjaśnia różnice pomiędzy procesami samorzutnymi i wymuszonymi;

• wymienia przykładowe procesy samorzutne i wymuszone;

• przedstawia zależność zmiany entalpii swobodnej od zmiany entalpii, zmiany entropii oraz temperatury;

• ocenia, na podstawie obliczeń, które reakcje chemiczne zachodzą samorzutnie, a które wymagają dostarczenia energii.

Strategie nauczania:

• asocjacyjna;

• problemowa.

Metody i techniki nauczania:

• film samouczek;

• dyskusja dydaktyczna;

• analiza materiału źródłowego;

• ćwiczenia uczniowskie;

• eksperyment chemiczny;

• technika termometr.

Formy pracy:

• praca indywidualna;

• praca w parach;

• praca w grupach;

• praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne:

• komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do internetu;

• tablica interaktywna/tablica i kreda/pisak;

• zasoby multimedialne zawarte w e‑materiale;

• rzutnik multimedialny.

Przebieg zajęć

Faza wstępna:

1. Zaciekawienie i dyskusja. Nauczyciel wykorzystuje informacje zawarte we wprowadzeniu do e‑materiału.

2. Rozpoznawanie wiedzy wyjściowej uczniów. Uczniowie zastanawiają się nad pytaniem: Jakie zmiany entalpii i entropii będą korzystne dla samorzutnego przebiegu reakcji? Następnie jako przykład reakcji samorzutnej nauczyciel podaje rozkład termiczny węglanu wapnia.  Uczniowie zastanawiają się, jak to jest, że entropia zmienia się nie w tą stronę, a jednak reakcja zachodzi.

3. Ustalenie celów lekcji. Nauczyciel podaje temat zajęć i wspólnie z uczniami ustala cele lekcji, które uczniowie zapisują na kartkach i gromadzą w portfolio.

4. Zasady BHP. Nauczyciel zapoznaje uczniów z kartami charakterystyk substancji, które będą używane na lekcjach.

Faza realizacyjna:

1. Eksperyment chemiczny – „Badanie procesów samorzutnych i wymuszonych”. Nauczyciel dzieli losowo uczniów na grupy, rozdaje karty pracy. Na podstawie karty pracy przydziela grupom procesy do przeprowadzenia. Uczniowie wybierają odpowiednie szkło, sprzęt laboratoryjny oraz odczynniki chemiczne przygotowane na stole laboratoryjnym. Uczniowie samodzielnie wykonują kolejno czynności podane w instrukcji (patrz materiały pomocnicze). Uczniowie obserwują zmiany podczas eksperymentu, wyciągają wnioski (wszystko zapisują w kartach pracy). Nauczyciel monitoruje przebieg pracy uczniów. Na forum całej klasy liderzy grup prezentują efekty pracy.

2. Nauczyciel zadaje uczniom pytanie: Jaka jest różnica pomiędzy procesem samorzutnym i wymuszonym?  Uczniowie na podstawie przeprowadzonego eksperymentu definiują oba pojęcia i wskazują różnicę. (Proces samorzutny jest naturalnym procesem, który zachodzi bez wykonania pracy nad układem. Nie jest potrzebny żaden zewnętrzny bodziec, aby przemiana samorzutna zaszła. Proces wymuszony, czyli inaczej przemiana niesamorzutna, następuje tylko w obecności zewnętrznego bodźca. Oznacza to, że aby zaszedł tego typu proces, nad układem musi zostać wykonana praca.)

3. Nauczyciel zadaje uczniom pytanie: W jaki sposób można przewidzieć, czy reakcja będzie zachodzić samorzutnie, czy w sposób wymuszony? W przypadku trudności z odpowiedzią, uczniowie mogą wykorzystać e‑materiał do wyszukania odpowiedzi.

4. Nauczyciel wyświetla na tablicy multimedialnej film samouczek, a następnie uczniowie rozwiązują wspólnie z nauczycielem trzy ćwiczenia zawarte w medium.

5. Uczniowie pracują w parach z częścią „Sprawdź się”. Uczniowie wykonują zadania. Nauczyciel może wyświetlić treść poleceń na tablicy multimedialnej. Po każdym przeczytanym poleceniu, nauczyciel daje uczniom określony czas na zastanowienie się, a następnie chętna osoba z danej pary udziela odpowiedzi/prezentuje rozwiązanie na tablicy. Pozostali uczniowie ustosunkowują się do niej, proponując ewentualnie swoje pomysły. Nauczyciel w razie potrzeby koryguje odpowiedzi, dopowiada istotne informacje, udziela uczniom informacji zwrotnej. Ćwiczenia, których uczniowie nie zdążą wykonać podczas lekcji mogą być zlecone do wykonania w ramach pracy domowej.

Faza podsumowująca:

1. Na zakończenie nauczyciel stosuje narzędzie do oceny stopnia opanowania wiadomości i umiejętności z zastosowaniem termometru przez uczniów. Uczniowie na skali temperatury zaznaczają cenkami, w jakim stopniu opanowali zagadnienia wynikające z zamierzonych do osiągnięcia celów lekcji. Jeżeli ze skali będzie wynikał niski poziom temperatury, uczniowie zastanawiają się, w jaki sposób podnieść swój poziom posiadanej wiedzy.

Praca domowa:

Uczniowie wykonują pozostałe ćwiczenia w e‑materiale – „Sprawdź się”, których nie zdążyli wykonać na lekcji.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium:

Film samouczek może być wykorzystany w metodzie lekcji odwróconej. Uczniowie mogą medium wykorzystać podczas przygotowania się do lekcji czy pracy kontrolnej. Uczniowie nieobecni na lekcji film mogą wykorzystać jako narzędzie do samokształcenia i uzupełnienia luk kompetencyjnych.

Materiały pomocnicze:

1. Nauczyciel przygotowuje narzędzie do oceny stopnia opanowania wiadomości i umiejętności z zastosowaniem termometru przez uczniów oraz cenki dla uczniów. 2. Polecenia podsumowujące (nauczyciel przed lekcją zapisuje je na niewielkich kartkach):

• Czy topnienie układu przy podwyższaniu temperatury to proces samorzutny czy wymuszony? [W]

• Czy przepływ ciepła od ciała bardziej nagrzanego do chłodniejszego to proces samorzutny czy wymuszony? [S]

• Czy ściśnięcie gazu do mniejszej objętości to proces samorzutny czy wymuszony? [W]

• Czy ogrzewanie układu przy użyciu zewnętrznego źródła ciepła to proces samorzutny czy wymuszony? [W]

• Czy mieszanie się gazów to proces samorzutny czy wymuszony? [S]

• Czy parowanie układu przy podwyższaniu temperatury to proces samorzutny czy wymuszony? [W]

• Czy wypływ cieczy z przewróconego naczynia to proces samorzutny czy wymuszony? [S]

• Czy wyrównywanie stężeń to proces samorzutny czy wymuszony? [S]

• Czy sublimacja (np. jodu) to proces samorzutny czy wymuszony? [S]

• Czy przepływ gazu do próżni to proces samorzutny czy wymuszony? [S]

• Czy topnienie układu (np. lodu) to proces samorzutny czy wymuszony? [S]

• Czy stygnięcie substancji do temperatury pokojowej to proces samorzutny czy wymuszony? [S]

• Czy zamarzanie układu przy obniżaniu temperatury to proces samorzutny czy wymuszony? [W]

Odpowiedzi: procesy samorzutne [S] i procesy wymuszone [W].

2. Doświadczenie chemiczne: „Badanie procesów samorzutnych i wymuszonych”

Procesy samorzutne:

• topnienie lodu (lód, krystalizator);

• rozpylenie gazu, np. odświeżacza do powietrza lub dezodorantu;

• sublimacja jodu (zlewka, jod, szkiełko zegarkowe).

Do zlewki należy wrzuć kilka kulek jodu, a następnie zlewkę przykryj szkiełkiem zegarkowym.

Procesy wymuszone:

• rozkład nadtlenku wodoru pod wpływem ${\text{MnO}}_2$ (cylinder miarowy, 30% ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$ – perhydrol, łyżeczka).

Do wysokiego cylindra miarowego wlej perhydrol, tak aby zajmował nie więcej niż 2/5 objętości. Następnie dodaj tlenek manganu(IV) – pół łyżeczki.

• gotowanie wody w czajniku;

• reakcja magnezu z wodą pod wpływem wysokiej temperatury (wstążka magnezu, papier ścierny, woda destylowana, probówka, łapa drewniana, palnik spirytusowy, statyw do probówek).

Do probówki z wodą destylowaną wrzuć, oczyszczoną papierem ściernym, wstążkę magnezową, a następnie ogrzewaj probówkę w płomieniu palnika.

• rozkład termiczny węglanu wapnia (palnik, statyw do probówek, łyżeczka, probówka, łapa do probówek, zapalniczka, węglan wapnia).

Do probówki wsyp łyżeczkę rozkruszonego węglanu wapnia i podgrzewaj w płomieniu palnika.