Scenariusz zajęć

Autor: Daria Szeliga, Krzysztof Błaszczak

Przedmiot: chemia

Temat: Otrzymywanie drogą elektrolizy wybranych pierwiastków

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

Podstawa programowa:

Zakres rozszerzony

IX. Elektrochemia. Ogniwa i elektroliza. Uczeń:

9) projektuje i przeprowadza doświadczenia, w których drogą elektrolizy otrzyma np. wodór, tlen, chlor, miedź;

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:

• analizuje doświadczenie chemiczne polegające na elektrolizie stopionego chlorku ołowiu(II);

• opisuje obserwacje i wyciąga wnioski;

• pisze równania reakcji elektrodowych;

• podaje przykłady innych metali, które mogą być otrzymane drogą elektrolizy.

Strategie nauczania:

• asocjacyjna;

• problemowa.

Metody i techniki nauczania:

• eksperyment chemiczny;

• symulacja interaktywna;

• dyskusja dydaktyczna;

• analiza materiału źródłowego;

• ćwiczenia uczniowskie;

• technika termometr.

Formy pracy:

• praca indywidualna;

• praca w parach;

• 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 zadaje uczniom pytanie zawarte we wprowadzeniu do e‑materiału: Co się stanie, jeżeli do elektrod zanurzonych w roztworze stopionego elektrolitu, w którym występują wolne jony, podłączy się zewnętrzne źródło prądu stałego o odpowiednim napięciu?

2. Rozpoznanie wiedzy wstępnej. Uczniowie starają się odpowiedzieć na pytanie: Jakie pierwiastki chemiczne można otrzymać drogą elektrolizy?

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

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

Faza realizacyjna:

1. Eksperyment chemiczny – „Elektroliza stopionego chlorku ołowiu(II)”. Nauczyciel wybiera uczniów do roli asystenta, którzy w jego obecności przeprowadzą eksperyment, rozdaje karty pracy uczniom. Uczniowie asystenci wybierają odpowiednie szkło, sprzęt laboratoryjny oraz odczynniki chemiczne i wykonują kolejno czynności podane w instrukcji opisanej w karcie pracy. Pozostali uczniowie rysują schemat doświadczenia, obserwują przebieg eksperymentu i zapisują w kartach pracy. Uczniowie obserwują zmiany podczas eksperymentu, zapisują równania reakcji chemicznych, wyciągają wnioski (wszystko zapisują w kartach pracy). Na forum całej klasy następuje weryfikacja obserwacji i ustalenie wspólnych wniosków oraz zapisanie odpowiednich równań reakcji chemicznych. Przykładowe odpowiedzi:

• Obserwacje: papierek jodoskrobiowy zabarwił się na granatowo. Stopiona masa przeszła po ostygnięciu w ciało stałe barwy szaroniebieskiej.

• Wniosek: gazem wydzielającym się na anodzie jest chlor. Zabarwienie papierka jodoskrobiowego wynika z tego, że w reakcji jodku potasu z chlorem powstaje jod, który ze skrobią tworzy związek o zabarwieniu granatowym. Otrzymanym na katodzie produktem jest ołów.

Anoda: 2 Cl−→ ${\text{Cl}}_2$ + 2eIndeks górny −⁻
Katoda: ${\text{Pb}}^{2+}$ + 2 eIndeks górny −⁻→ Pb
Reakcja sumaryczna: ${\text{PbCl}}_{2(stop.)}$ → Pb(s) + ${\text{Cl}}_2\text{(g}$)
Podczas elektrolizy następuje wędrówka kationów ołowiu do katody (-), które ulegają redukcji oraz anionów chlorkowych do anody (+), gdzie ulegają utlenieniu. Na katodzie wydziela się ołów, a na anodzie chlor.

2. Nauczyciel poleca uczniom pracę w parach z symulacją interaktywną. Zadaniem uczniów jest przeanalizowanie symulacji elektrolizy stopionego $\text{NaCl}$, a następnie udzielenie odpowiedzi na pytania. Chętni uczniowie podają odpowiedzi na forum klasy celem weryfikacji pod względem merytorycznym.

3. Uczniowie w dostępnych źródłach informacji, w tym w e‑materiale, wyszukują odpowiedzi na pytanie: Jakie pierwiastki chemiczne można otrzymać podczas elektrolizy? Uczniowie konfrontują pozyskane informacje z wcześniejszymi wypowiedziami w fazie wstępnej.

4. Uczniowie pracują w parach z częścią „Sprawdź się”. Wykonują zadania. Nauczyciel może wyświetlić treść poleceń na tablicy multimedialnej. Po każdym przeczytanym poleceniu daje uczniom określony czas na zastanowienie się, a następnie chętny uczeń 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:

1. Uczniowie mają za zadanie zapisać równania reakcji elektrodowych oraz sumaryczne równanie reakcji zachodzących podczas elektrolizy stopionego chlorku sodu oraz bromku potasu.

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

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium:

Symulację interaktywną uczniowie mogą wykorzystać przygotowując się do zajęć lub mogą jej użyć podczas lekcji powtórzeniowej. Uczniowie nieobecni na lekcji mogą wykorzystać to narzędzie celem 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): Co to jest elektroliza? Czy elektroliza stopionego chlorku sodu to proces samorzutny czy wymuszony? Jakie reakcje elektrodowe zachodzą na katodzie i anodzie podczas elektrolizy stopionego chlorku sodu? Jakie metale można otrzymać drogą elektrolizy?

3. Karta pracy ucznia: