SCENARIUSZ zajęć „hydraty i sole bezwodne”

Chemia, IV etap edukacyjny

Temat: Hydraty i sole bezwodne

Treści kształcenia:

Podstawa programowa: Punkt 1.5. [Uczeń]: zapisuje wzory hydratów i soli bezwodnych [CaSO4; (CaSO4)2• H2O; CaSO4 • 2H2O]; podaje ich nazwy, opisuje różnice we właściwościach hydratów i substancji bezwodnych; przewiduje zachowanie się hydratów podczas ogrzewania i weryfikuje swoje przewidywania poprzez doświadczenie; wymienia zastosowania skał gipsowych, wyjaśnia proces twardnienia zaprawy gipsowej (zapisuje odpowiednie równanie reakcji).

Cele zoperacjonalizowane

Nabywane umiejętności

Kompetencje kluczowe:

• porozumiewanie się w języku ojczystym;

• myślenie matematyczne i podstawowe kompetencje naukowo‑techniczne;

• umiejętność uczenia się.

Etapy lekcji

1. Wstęp:

Nauczyciel krótko nawiązuje do poprzedniego tematu (skały wapienne). Przypomina, że skały wapienne są solą wapnia, która znalazła zastosowanie w budownictwie jest siarczan (VI) wapnia, czyli gips. Występuje on w postaci miękkich skał osadowych, gipsowych (nr 2 w skali Mohsa – można je dosłownie zarysować paznokciem); które powstały w wyniku odparowania słonych wód.

2. Przebieg zajęć:

Uczniowie oglądają zestaw zdjęć „Skały gipsowe”. Nauczyciel poleca zapisać nazwy odmian skał gipsowych i ich wzory.

W trakcie prezentacji nauczyciel zapisuje wzory hydratów i anhydrytu z prezentacji. Wyjaśnia znaczenie kropki w zapisie – jako połączenia we wzorze sumarycznym z cząsteczkami wody w sieci krystalicznej. Podaje sposób odczytania np. CaSOIndeks dolny 4₄ • 2 HIndeks dolny 2₂O to siarczan (VI) wapnia – woda (1/2), czyli: siarczan sześć wapnia woda jeden dwa (zwyczajowo nazywany dwuwodnym siarczanem (VI) wapnia). Wyjaśnia także, że słowo anhydryt – to z łac. „an” – bez i „hydro” – woda, czyli gips bezwodny.

Gips krystaliczny to sól uwodniona, czyli hydrat. Nauczyciel zadaje pytanie, co się stanie podczas prażenia hydratów w wysokiej temperaturze? I proponuje wykonanie odpowiedniego doświadczenia dla weryfikacji założenia wskazanego przez uczniów, że prażenie spowoduje usunięcie wody związanej w hydracie. Doświadczenie wykonuje jeden z uczniów pod nadzorem nauczyciela, pozostali uczniowie obserwują przebieg.

Instrukcja przeprowadzenia doświadczenia

1. Opis teoretyczny badanego zjawiska: sposobem na usunięcie wody z hydratów i tym samym potwierdzenia jej obecności jest ogrzewanie soli uwodnionej. Do doświadczenia użyty zostanie gips krystaliczny CaSOIndeks dolny 4₄ • 2 HIndeks dolny 2₂O.

2. Sformułowanie problemu badawczego oraz hipotezy:

W jaki sposób można wykryć wodę w gipsie krystalicznym?

Hipoteza: Ogrzewanie gipsu krystalicznego spowoduje usunięcie z niego związanej wody.

3. Zestaw potrzebnych do doświadczenia narzędzi i materiałów:

dwuwodny siarczan (VI) wapnia czyli CaSOIndeks dolny 4₄ • 2 HIndeks dolny 2₂O; probówka szklana, palnik spirytusowy, statyw z łapą metalową lub łapa drewniana

4. Spis czynności, które należy wykonać kolejno:

chętny uczeń wykonujący doświadczenie zakłada fartuch, zależnie od możliwości montowany jest zestaw statyw z łapą metalową lub użyta zostanie łapa drewniana - do probówki należy wrzucić na dno 2‑3 kawałki gipsu krystalicznego; probówka z gipsem powinna zostać umieszczona w łapie (metalowej lub drewnianej), a następnie równomiernie i delikatnie ogrzewana w płomieniu palnika.

5. Uczniowie obserwują przebieg reakcji oraz na kartach pracy zapisują schemat doświadczenia, obserwacje i wnioski .

Wnioski i obserwacje powinny zawierać konkluzję, że ogrzewanie gipsu krystalicznego powoduje usuwanie z niego wody – na ściankach probówki zbiera się skroplona para wodna. Oznacza to więc, że gips w swojej sieci krystalicznej zawiera cząsteczki wody.

Nauczyciel zapisuje na tablicy odpowiednie równanie cząsteczkowe reakcji chemicznej odwodnienia gipsu: 2 (CaSOIndeks dolny 4₄ • 2 HIndeks dolny 2₂O) → (CaSOIndeks dolny 4₄)Indeks dolny 2₂ • HIndeks dolny 2₂O + 3 HIndeks dolny 2₂O. Wyjaśnia, że gips krystaliczny oddaje wodę i powstaje tzw. gips palony, zwany półwodnym, czyli siarczan (VI) wapnia – woda (2/1) [siarczan sześć wapnia woda dwa jeden], w którym cyfra 2 w zapisie wzoru sumarycznego oznacza, że na dwie cząsteczki siarczanu przypada jedna cząsteczka wody.

Nauczyciel może w tym momencie powiedzieć, że sole bezwodne mogą – choć nie zawsze – różnić się od swoich hydratów. Np. chlorek kobaltu (II) jest solą służącą do wykrywania wody ponieważ zmienia w sposób charakterystyczny swoją barwę zależnie od ilości wody – bezwodny chlorek kobaltu jest niebieski, dwuwodny – różowy, a sześciowodny czerwony. Nauczyciel może przeprowadzić - jeśli dysponuje czasem - proste doświadczenie ilustrujące to zjawisko, wykorzystując zestaw z doświadczenia pokazowego (trzeba probówkę z gipsem umieścić poziomo (w statywie lub trzymać poziomo łapę drewnianą podczas ogrzewania) i w odległości paru cm od gipsu umieścić za pomocą łyżki do odczynników bezwodny CoClIndeks dolny 2₂. Podczas reakcji skraplająca się na ściankach probówki woda będzie powodować odpowiednią zmianę zabarwienia chlorku kobaltu.

W podobny sposób barwę zmienia także pięciowodny siarczan (VI) miedzi (II) CuSOIndeks dolny 4₄ • 5 HIndeks dolny 2₂O – podczas ogrzewania niebieskie kryształki stopniowo blakną. (Również i tą reakcję można wykonać doświadczalnie przy użyciu zestawu pokazowego).

Nauczyciel przedstawia prezentację nt. zastosowania gipsów polecając zastanowienie się nad odpowiedzią na pytanie, dlaczego gips krystaliczny znalazł zastosowanie jako materiał w dziedzinach wskazanych na prezentacji. Poleca wypisanie zastosowań dla gipsu krystalicznego i alabastru.

Nauczyciel podsumowując odpowiedzi uczniów wskazuje, że najważniejszym zastosowaniem siarczanu (VI) wapnia jest otrzymywanie tzw. zaprawy gipsowej. Że - podobnie jak skała wapienna - gips krystaliczny rozkłada się pod wpływem temperatury, tworząc gips palony. A ten z kolei zmieszany z wodą daje popularny materiał wiążący w budownictwie, modelarstwie czy chirurgii.

Nauczyciel zapisuje równanie reakcji twardnienia zaprawy gipsowej, wyjaśnia, że procesowi towarzyszy wydzielanie się ciepła – jest to więc reakcja egzoenergetyczna. Gips palony przechodzi w gips krystaliczny. [Czas wiązania takiej zaprawy trwa ponad 10 minut, możliwym jest wykonanie takiego doświadczenia przez uczniów w zespołach – zlewka, próbki gipsu palonego, woda destylowana i bagietka plus ew. foremka na odlew gipsowy – ale decyzja zależy od nauczyciela i przewidywanych ram czasowych zajęć.]

3. Podsumowanie:

Nauczyciel przypomina warunki twardnienia zaprawy gipsowej i jej zastosowanie w życiu codziennym oraz różnice między hydratami i solami bezwodnymi.

Środki dydaktyczne:

• dwuwodny siarczan (VI) wapnia czyli CaSOIndeks dolny 4₄ • 2 HIndeks dolny 2₂O;

• probówka szklana;

• palnik spirytusowy;

• statyw z łapą metalową lub łapa drewniana;

• chlorek kobaltu (II) bezwodny CoClIndeks dolny 2₂ lub pięciowodny siarczan (VI) miedzi (II) CuSOIndeks dolny 4₄ • 5 HIndeks dolny 2₂O (przy rozbudowanej wersji doświadczenia);

• łyżka do odczynników (przy rozbudowanej wersji doświadczenia);

• fartuch;

• komputery z dostępem do Internetu;

• karty pracy dla każdego ucznia;

• zestaw zdjęć „Minerały gipsowe” (zasób nr 1);

• prezentacja „Zastosowanie gipsów” (zasób nr 2).

Metody dydaktyczne:

• pogadanka;

• rozmowa kierowana;

• praca z tekstem przewodnim;

• pokaz / obserwacja;

• doświadczenie / eksperyment chemiczny.

Formy dydaktyczne:

• zbiorowa;

• indywidualna.

Zadanie dla chętnych

Rozwiąż zadania:

1. Oblicz masę cząsteczkową dla sześciowodnego chlorku kobaltu (II).

2. Napisz nazwę systematyczną dla soli: AlIndeks dolny 2₂(SOIndeks dolny 4₄)Indeks dolny 3₃ • 18 HIndeks dolny 2₂O

3. Jaka rolę pełni gips jako składnik cementu?

4. Podaj rodzaje zapraw gipsowych stosowanych w budownictwie, przedstaw ich właściwości i zastosowania.

R1Pf7KpDcRqn3