Scenariusz zajęć

Autor: Aleksandra Marszałek‑Harych, Krzysztof Błaszczak

Przedmiot: chemia

Temat: Badanie wpływu temperatury i stężenia reagentów na stan równowagi chemicznej

Grupa docelowa: III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony; uczniowie III etapu edukacyjnego - kształcenie w zakresie rozszerzonym

Podstawa programowa

Zakres podstawowy

Cele kształcenia – wymagania ogólne

I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń:

2) ocenia wiarygodność uzyskanych danych.

Zakres rozszerzony

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

9) wymienia czynniki, które wpływają na stan równowagi reakcji; wyjaśnia, dlaczego obecność katalizatora nie wpływa na wydajność przemiany; stosuje regułę Le Chateliera-Brauna (regułę przekory) do jakościowego określenia wpływu zmian temperatury, stężenia reagentów i ciśnienia na układ pozostający w stanie równowagi dynamicznej;

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 pojęcie równowagi chemicznej i reguły przekory;

• analizuje wpływ stężenia na położenie stanu równowagi dynamicznej;

• ocenia wpływ temperatury na położenie równowagi dynamicznej dla reakcji egzotermicznej i endotermicznej.

Strategie nauczania:

• asocjacyjna;

• problemowa.

Metody i techniki nauczania:

• burza mózgów;

• dyskusja dydaktyczna;

• analiza materiału źródłowego;

• ćwiczenia uczniowskie;

• eksperyment;

• metoda lekcji odwróconej;

• technika zdań podsumowujących.

Forma 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.

Przed lekcją

1. Uczniowie pracują w domu z tekstem źródłowym dotyczącym reguły przekory:
   https://biomist.pl/chemia/matura‑artykuly‑chemiczne/regula‑przekory‑w-chemii/4113

Przebieg zajęć

Faza wstępna:

1. Zaciekawienie i dyskusja. Nauczyciel zadaje uczniom przykładowe pytania: Czy można zaburzyć równowagę chemiczną reakcji? Z jaką regułą ma to związek? Jakie czynniki mogą wpłynąć na stan równowagi dynamicznej?

2. Rozpoznawanie wiedzy wyjściowej uczniów. Burza mózgów wokół pytania nauczyciela. Czym jest równowaga chemiczna? Podaj przykład równowagi.

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

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

Faza realizacyjna:

1. Nauczyciel sprawdza, jak uczniowie zrozumieli tekst źródłowy dotyczący reguły przekory - zadaje pytania uczniom bądź prosi chętnego/wskazanego ucznia o interpretację tego zagadnienia.

2. Uczniowie samodzielnie analizują tekst źródłowy w e‑materiale dotyczący wpływu stężenia i temperatury na położenie stanu równowagi chemicznej.

3. Eksperyment uczniowski. Nauczyciel dzieli uczniów na grupy, rozdaje odpowiedni sprzęt i szkło laboratoryjne oraz odczynniki chemiczne. Zadaniem uczniów jest przeprowadzenie doświadczenia, którego celem jest ukazanie wpływu zmian temperatury i stężenia na położenie stanu równowagi chemicznej. Dla przedstawionego poniżej równania reakcji uczniowie mają za zadanie przedstawić wyrażenie na stałą równowagi: 

   Jak należy potraktować stężenie wody?

4. Po przeprowadzeniu doświadczenia liderzy prezentują wytwory prac grupowych. Nauczyciel weryfikuje poprawność merytoryczną podczas wypowiedzi uczniów oraz wyjaśnia niezrozumiałe kwestie.

5. Nauczyciel odwołuje uczniów do symulacji interaktywnej w e‑materiale. Uczniowie badają wpływ temperatury i stężenia reagentów na stan równowagi chemicznej.

6. Uczniowie podchodzą do tablicy i indywidualnie zapisują wyrażenia na stałe równowagi dla poniższych przykładów reakcji:

• ${\text{3O}}_{2(g)}{\text{ ⇌ 2O}}_{3(g)}$;

• ${\text{N}}_{2(g)}{\text{ + 3H}}_{2(g)}{\text{ ⇌ 2NH}}_{3(g)}$;

• ${\text{4NH}}_{3(g)}{\text{+7O}}_{2(g)}{\text{⇌ 4NO}}_{2(g)}{\text{ +6H}}_2{\text{O}}_{(g)}$;

• ${\text{2SO}}_{2(g)}{\text{+O}}_{2(g)}{\text{ ⇌ 2SO}}_{3(g)}$;

• ${\text{C}}_4{\text{H}}_{8(g)}{\text{ ⇌ 2C}}_2{\text{H}}_{4(g)}$;

• ${\text{2C}}_4{\text{H}}_{10(g)}{\text{ +13O}}_{2(g)}{\text{ ⇌ 8CO}}_{2(g)}{\text{ +10H}}_2{\text{O}}_{(g)}$;

• ${\text{2NO}}_{2(g)}{\text{ ⇌ N}}_2{\text{O}}_{4(g)}$;

• ${\text{CO}}_{(g)}{\text{ +H}}_2{\text{O}}_{(g)}{\text{ ⇌ CO}}_{2(g)}{\text{ +H}}_{2(g)}$;

• ${\text{2NO}}_{(g)}{\text{ +Cl}}_{2(g)}{\text{ ⇌ 2NOCl}}_{(g)}$;

• ${\text{C}}_2{\text{H}}_{6(g)}{\text{ ⇌ C}}_2{\text{H}}_{4(g)}{\text{+ H}}_{2(g)}$;

• ${\text{C}}_2{\text{H}}_{2(aq)}{\text{ + 2Br}}_{2(aq)}{\text{ ⇌ C}}_2{\text{H}}_2{\text{Br}}_{4(aq)}$.

• Nauczyciel weryfikuje poprawność merytoryczną zapisów uczniowskich.

8. Uczniowie samodzielnie sprawdzają swoją wiedzę, wykonując zadania w e‑materiale – „Sprawdź się”.

Faza podsumowująca:

1. Nauczyciel sprawdza wiedzę uczniów zadając przykładowe pytania: Co oznacza stan równowagi chemicznej? Jakie czynniki mają wpływ na stan równowagi chemicznej? Jak stężenie wpływa na stan równowagi chemicznej? Jak temperatura wpływa na stan równowagi chemicznej?

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

• Przypomniałem/łam sobie, że...

• Co było dla mnie łatwe...

• Czego się nauczyłem/łam...

• Co sprawiało mi trudności...

Praca domowa:

Uczniowie wykonują pozostałe ćwiczenia zawarte w e‑materiale, których nie zdążyli rozwiązać na lekcji. Dodatkowo dla chętnych polecenie: Wykaż, że dla reakcji syntezy amoniaku z pierwiastków zmiana ciśnienia nie narusza równowagi.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium:

Symulacja może być wykorzystana przez uczniów do samodzielnej nauki podczas przygotowywania się do zajęć lub do sprawdzianu.

Materiały pomocnicze:

1. Doświadczenie:

Odczynniki chemiczne: 0,2 mol·dmIndeks górny –3^–3 roztwór ${\text{CoCl}}_2$, stężony kwas solny, woda destylowana, gorąca woda (ok. 90°C), mieszanina wody i lodu.

Szkło i sprzęt laboratoryjny: tryskawka, zlewki, statyw do probówek z 3 probówkami.

Instrukcja:

• W trzech probówkach umieść po ok. 3 cmIndeks górny 3³ roztworu chlorku kobaltu(II).

• Probówka pierwsza służy jako próba kontrolna.

• Do drugiej probówki dodaj dwukrotną objętość stężonego roztworu HCl. Zanotuj zmianę barwy. Następnie rozcieńcz zawartość wodą destylowaną. Co zaobserwowałeś? W którym kierunku przesuwa się równowaga?

• Trzecią probówkę zanurz na kilka minut do gorącej wody. Zanotuj zmianę barwy. Następnie ochłodź jej zawartość w zlewce z lodem. Co zaobserwowałeś?

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

• Co oznacza stan równowagi chemicznej?

• Jakie czynniki mają wpływ na stan równowagi chemicznej?

• Jak stężenie wpływa na stan równowagi chemicznej?

• Jak temperatura wpływa na stan równowagi chemicznej?