Scenariusz zajęć

Autor: Aleksandra Marszałek‑Harych, Krzysztof Błaszczak

Przedmiot: chemia

Temat: Jaki wpływ na energię aktywacji ma katalizator?

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

Podstawa programowa:

Zakres podstawowy

IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych. Uczeń:

4) porównuje wartość energii aktywacji przebiegającej z udziałem i bez udziału katalizatora.

Zakres rozszerzony

IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych. Uczeń:

6) porównuje wartość energii aktywacji przebiegającej z udziałem i bez udziału katalizatora; wyjaśnia działanie katalizatora na poziomie molekularnym.

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:

• poznaje wybrane pojęcia związane z działem kinetyki chemicznej;

• analizuje wykres zależności zmian energii wewnętrznej od czasu;

• sprawdza wpływ katalizatora na energię aktywacji;

• projektuje doświadczenie obrazujące wpływ katalizatora na przebieg reakcji chemicznej.

Strategie nauczania:

• asocjacyjna;

• problemowa.

Metody i techniki nauczania:

• dyskusja dydaktyczna;

• analiza tekstu źródłowego;

• ćwiczenia uczniowskie;

• eksperyment chemiczny;

• technika gadająca ściana;

• technika zdań podsumowujących.

Formy pracy:

• praca zbiorowa;

• praca w grupach;

• praca indywidualna.

Środki dydaktyczne:

• komputery z głośnikami i słuchawkami, smartfony/tablety z dostępem do internetu;

• podręczniki tradycyjne;

• zasoby multimedialne zawarte w e‑materiale;

• rzutnik multimedialny;

• tablica interaktywna/tablica.

Przebieg zajęć

Faza wstępna:

1. Zaciekawienie i dyskusja. Nauczyciel pyta uczniów: w jaki sposób można przyspieszyć reakcję chemiczną?

2. Rozpoznawanie wiedzy wyjściowej uczniów. Uczniowie udzielają odpowiedzi na pytanie: Co to jest katalizator?

3. Ustalenie celów lekcji. Nauczyciel podaje temat zajęć i wspólnie z uczniami ustala cele.

4. Zasady BHP. Nauczyciel zapoznaje uczniów z kartami charakterystyk substancji, jakie zostaną użyte w czasie lekcji.

Faza realizacyjna

1. Analiza tekstu źródłowego w dostępnych źródłach informacji, w tym w e‑materiale – zdefiniowanie pojęć: katalizator, kataliza, inhibitor, inhibicja, energia aktywacji, energia wewnętrzna, teoria zderzeń, kompleks aktywny, zderzenie efektywne. Chętni lub wskazani uczniowie definiują pojęcia na forum klasy. Konfrontują również swoje propozycje z fazy wstępnej w mapie pojęć. Nauczyciel ewentualnie wyjaśnia niezrozumiałe kwestie.

2. Pokaz uczniowski – „Badanie wpływu katalizatora heterogenicznego na przebieg rozkładu nadtlenku wodoru”. Nauczyciel wyznacza dwóch uczniów jako asystentów do przeprowadzenia pokazu uczniowskiego wg instrukcji i schematu, które zamieszczone są w materiałach pomocniczych.

3. Nauczyciel rozdaje uczniom karty pracy. Uczniowie formułują na forum pytanie badawcze i hipotezę, po czym zapisują w kartach pracy. Po przeprowadzonym eksperymencie, uczniowie samodzielnie zapisują swoje spostrzeżenia, równanie reakcji oraz wnioski w kartach pracy, po czym chętne osoby prezentują na forum swoje efekty. Nauczyciel kontroluje poprawność wypowiedzi i zapisu równania reakcji chemicznej.

4. Nauczyciel dzieli uczniów na cztery grupy i rozdaje arkusze papieru oraz mazaki. Każda z grup ma za zadanie zaprojektowanie doświadczenia, ukazującego wpływ działania na reakcję chemiczną (uczniowie mogą korzystać z dostępnych źródeł informacji):

• grupa I: inhibitora homogenicznego;

• grupa II: inhibitora heterogenicznego;

• grupa III: katalizatora homogenicznego;

• grupa IV: katalizatora heterogenicznego.

5. Po za kończonej pracy, liderzy prezentują efekty prac grup z zastosowaniem techniki gadająca ściana. Projekty doświadczeń weryfikuje nauczyciel i możliwe do przeprowadzenia poprawne doświadczenie może przygotować grupa wyznaczona przez nauczyciela jeszcze na bieżącej lekcji, jeżeli pozwoli czas na to lub na lekcji następnej.

6. Uczniowie samodzielnie analizują medium bazowe.

Faza podsumowująca

1. Nauczyciel sprawdza wiedzę uczniów. Przykładowe polecenia i pytania skierowane do uczniów:

• Co to jest kompleks aktywny?

• Jaką rolę pełni katalizator?

• W jakim celu stosuje się inhibitory?

• Czym się różni energia aktywacji od energii wewnętrznej?

• Jakie czynniki mogą wpłynąć na energię aktywacji?

2. Jako podsumowanie nauczyciel zadaje uczniom pytania, które gromadzą w swoim portfolio:

• Przypomniałem/łam sobie, że...

• Co było dla mnie łatwe ...

• Czego się nauczyłam/łem...

• Co było łatwe, a co trudne...

Praca domowa:

Nauczyciel prosi uczniów o wykonanie wszystkich ćwiczeń zawartych w e‑materiale.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium:

Film samouczek może być wykorzystany przez uczniów podczas przygotowania się do zajęć lekcyjnych.

Materiały pomocnicze:

1. Polecenia podsumowujące (nauczyciel przed lekcją zapisuje je na niewielkich kartkach):

• Co to jest kompleks aktywny?

• Jaką rolę pełni katalizator?

• W jakim celu stosuje się inhibitory?

• Czym się różni energia aktywacji od energii wewnętrznej?

• Jakie czynniki mogą wpłynąć na energię aktywacji?

2. Doświadczenie chemiczne – „Badanie wpływu katalizatora heterogenicznego na przebieg rozkładu nadtlenku wodoru”. 

Karta pracy ucznia

3. Przygotowanie szkła i sprzętu laboratoryjnego, odczynników chemicznych oraz instrukcji:

Szkło i sprzęt laboratoryjny: 2 kolby stożkowe, pipeta, łyżeczka, łuczywko, zapałki/zapalniczka.

Odczynniki chemiczne: woda utleniona, tlenek manganu(IV).

Instrukcja:

• Umieść w obu kolbach po 20 cmIndeks górny 3³wody tlenionej.

• Do jednej kolby wrzuć szczyptę tlenku manganu(IV).

• Obserwuj zmiany w obu kolbach (szybkość uwalniania się pęcherzyków).

• Do wylotu kolby z katalizatorem przyłóż żarzące się łuczywko i obserwuj zmiany.

Uwaga: 
Stężenie HIndeks dolny 2₂OIndeks dolny 2  Indeks dolny koniec₂ może być dowolne. Uwaga przy zastosowaniu wysokich stężeń, jak dla perhydrolu, gdyż jest silnie żrący i reakcja przebiega wówczas gwałtownie.

Schemat: