Scenariusz zajęć

Autor: Marcin Maćkiewicz, Krzysztof Błaszczak

Przedmiot: chemia

Temat: Jak zmienia się entropia w reakcjach chemicznych?

Grupa docelowa: III etap edukacyjny, 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 matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii;

• kompetencje cyfrowe;

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

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji.

Cele operacyjne:

Uczeń:

• wymienia przykłady reakcji samorzutnych i niesamorzutnych;

• określa znak entropii reakcji;

• oblicza zmianę entropii reakcji.

Strategie nauczania:

• asocjacyjna.

Metody i techniki nauczania:

• dyskusja dydaktyczna;

• burza mózgów;

• ćwiczenia uczniowskie;

• analiza materiału źródłowego;

• film samouczek;

• technika zdań podsumowujących.

Formy pracy:

• praca indywidualna;

• praca w grupach;

• praca zbiorowa.

Środki dydaktyczne:

• komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do Internetu;

• zasoby multimedialne zawarte w e‑materiale;

• tablica interaktywna/tablica;

• rzutnik multimedialny.

Przebieg zajęć

Faza wstępna:

1. Zaciekawienie i dyskusja. Nauczyciel wykorzystuje treści zawarte we wprowadzeniu do e‑materiału i zadaje uczniom przykładowe pytania: co bałagan ma wspólnego z entropią? Czy w czasie reakcji chemicznych zmienia się porządek? Czy liczba moli reagentów reakcji ma wpływ na porządek? Czy entropia reakcji chemicznych może się zmieniać?

2. Rozpoznawanie wiedzy wyjściowej uczniów. Burza mózgów do postawionego pytania: czego można się dowiedzieć o danej reakcji, znając znak entropii reakcji?

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

Faza realizacyjna:

1. Nauczyciel wyświetla na tablicy interaktywnej film na temat zmian entropii w reakcjach chemicznych ze szczególnym uwzględnieniem, jak oblicza się entropie reakcji.

2. Nauczyciel dzieli podopiecznych na grupy i podaje każdej grupie przykład reakcji chemicznej. Zadaniem uczniów jest napisanie reakcji i obliczenie zmiany entropii reakcji i określenie, czy dana reakcja zachodzi samorzutnie czy nie. Po minionym czasie, liderzy grup prezentują efekty pracy, a nauczyciel weryfikuje poprawność merytoryczną rozwiązań. W celu obliczenia zmian entropii reakcji, uczniowie mogą korzystać z internetu w celu odszukania wartości standardowych entropii danych substancji.
   Na przykład dla reakcji:

   $$2 {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_{6\left(\mathrm{g}\right)}+7 {\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}\to 4 {\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+6 {\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{c}\right)}$$

   Zmiana entropii reakcji: $∆S{°}_{\mathrm{r}}=4·S{°}_{{\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}}+6·S{°}_{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{c}\right)}}-(7·S{°}_{{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}}+2·S{°}_{{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_{6\left(\mathrm{g}\right)}})$
   $∆S{°}_{\mathrm{r}}=4·\mathrm{213,47} \frac{\mathrm{J}}{\mathrm{K}·\mathrm{mol}}+6·\mathrm{69,96} \frac{\mathrm{J}}{\mathrm{K}·\mathrm{mol}}-(7·\mathrm{204,82} \frac{\mathrm{J}}{\mathrm{K}·\mathrm{mol}}+2·\mathrm{229,27} \frac{\mathrm{J}}{\mathrm{K}·\mathrm{mol}})=-\mathrm{688,6} \frac{\mathrm{J}}{\mathrm{K}·\mathrm{mol}}$

   Ujemna wartość zmiany entropii dowodzi, że reakcja nie zachodzi samorzutnie.

3. Nauczyciel zadaje pytanie: co mówi o reakcji znak entropii? Jakie reakcje zaliczymy do reakcji samorzutnych? – przykłady.

4. Uczniowie samodzielnie sprawdzają swoją wiedzę, wykonując ćwiczenia zawarte w e‑materiale – „Sprawdź się”.

Faza podsumowująca:

1. Nauczyciel sprawdza wiedzę uczniów zadając przykładowe pytania: co to są reakcje samorzutne? Jakie reakcje nazywamy niesamorzutnymi? Jaki jest wzór na obliczanie zmiany entropii? Podaj przykłady reakcji samorzutnych i niesamorzutnych. Co to znaczy, że entropia jest wielkością addytywną?

2. Jako podsumowanie lekcji nauczyciel może wykorzystać zdania do uzupełnienia, które uczniowie zamieszczają w swoim portfolio:

• Przypomniałem/łam sobie, że...

• Co było dla mnie łatwe...

• Czego się nauczyłam/nauczyłem...

• Co sprawiało mi trudność...

Praca domowa:

Uczniowie wykonują pozostałe ćwiczenia w e‑materiale – „Sprawdź się”.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium:

Film samouczek może być wykorzystany przez uczniów podczas przygotowania się do lekcji, czy do sprawdzianu. Również uczniowie nieobecni na lekcji dla lepszego rozumienia treści mogą obejrzeć film.

Materiały pomocnicze:

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

• Co to są reakcje samorzutne?

• Jakie reakcje nazywamy niesamorzutnymi?

• Jaki jest wzór na obliczanie zmiany entropii?

• Podaj przykłady reakcji samorzutnych i niesamorzutnych.

•  Co to znaczy, że entropia jest wielkością addytywną?

• Tablica wartości molowych entropii standardowych substancji chemicznych:
  https://www.naukowiec.org/tablice/chemia/wartosci-standardowych-entropii-i-entalpii-tworzenia_409.html