QUADERNO LABORATORIO – CLASSI PRIME chimica inorganica © Barbara Andreis Si prega di citare l’autore in caso di utilizzo quale fonte didattica.

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1 QUADERNO LABORATORIO – CLASSI PRIME chimica inorganica © Barbara Andreis Si prega di citare l’autore in caso di utilizzo quale fonte didattica.

2 QUADERNO LABORATORIO – CHIMICA INORGANICA CLASSI PRIME Il quaderno è stato pensato per affiancare 13 lezioni di laboratorio agli apprendimenti teorici. Per ogni lezione sono esplicitate le competenze minime attese e tra le attività previste sono suggeriti problem solving da proporre agli allievi per invitarli ad un modello di apprendimento cooperativo. Alcune lezioni sono precedute da mappe concettuali utili al docente per una schematica visione di insieme, a discrezione la condivisione con gli studenti. L’orientamento didattico che si propone è quello mutuato dalla flipped class, in cui agli studenti è chiesto di studiare a casa gli aspetti salienti dell'argomento di lezione, per poi costruire una conoscenza learning by doing, con l’attività pratica in laboratorio. © Barbara Andreis

3 1.Comportamento e Sicurezza 2.Vetreria e prime misurazioni (massa, volume, densità) 4.Metodo scientifico e solubilità 5.Punti di fusione e solidificazione 6.Metodi di separazione miscele eterogenee (decantazione, filtrazione, centrifugazione) 7.Metodi di separazione miscele omogenee (cristallizzazione, cromatografia, estrazione solv.) 8.Metodi di separazione La Distillazione 9.Trasformazioni fisiche e chimiche ed evidenze di reazione 10.Verifica leggi ponderali: Lavoisier 11.Verifica leggi ponderali: Proust 12.Quantità di sostanza in moli e numero di particelle 13.Saggi alla fiamma © Barbara Andreis INDICE

4 1.Comportamento e Sicurezza Regolamento per l’accesso Sicurezza I.Frasi H e frasi P II.Pittogrammi – Etichette III.D.P.I e D.P.C. Per lo svolgimento dell'unità didattica agli studenti è richiesto di stampare e leggere a casa il regolamento del laboratorio (e portarlo), e di leggere il documento “La sicurezza ”. In presenza la lezione porterà a collegare quanto letto a casa con la realtà, costruendo una conoscenza di tipo learning by doing. © Barbara Andreis Competenze minime attese 1.Accedere ed operare in sicurezza all’interno del laboratorio 2.Saper valutare la potenziale pericolosità di una sostanza ed attuare le norme di prudenza necessarie 3.Riconoscere i diversi pittogrammi di pericolo e le fonti dove trarre informazioni complete

5 Espletare formalità per ingresso : camice indossato e chiuso, capelli legati, sul bancone solo quaderno, regolamento lab., p/penne Verificare i compiti a casa, proiettare immagine pittogrammi, chiedere di seguire usando il regolamento stampato. In alternativa dovranno seguire e prendere appunti (con controllo a fine ). 1.Invitare i ragazzi a ragionare sul significato del pittogramma con il teschio rispetto al maneggiarlo e assaggiarlo. Sollecitare il collegamento con quanto letto a casa sul regolamento. 2.Mostrare cosa accade ad un granello di CaCO 3 con HCl, invitare a ragionare sul pittogramma corrosivo 3.Passare in mezzo agli allievi diffondendo con cautela i vapori di un flacone di ammoniaca occultato. Chiedere feed-back reazioni, collegare con pittogramma irritante. Collegare i tre i pittogrammi con i relativi obblighi di comportamento. Collegare al discorso i D.P.I e D.P.C 4.Usando il flacone di NH 3 far vedere l’etichetta, utilizzare il file a LIM per approfondire discorso etichettatura, regolamenti, frasi H e frasi P. 5.Dividere a gruppi ad ognuno affidare un campione (flacone) per studiarne l’etichetta e poi riferire alla classe ciò che possono dire in base all’etichettatura © Barbara Andreis

6 2.Vetreria e prime misurazioni Vetreria e prime misurazioni I.Presentazione vetreria di uso comune II.Tarato/Graduato III.Bunsen, cappa, bilance Per lo svolgimento dell'unità didattica agli studenti è richiesto di leggere a casa il materiale disponibile al link “Vetreria 1 e 2”.Vetreria 1 2 In presenza la lezione porterà a collegare quanto letto a casa con la realtà, costruendo una conoscenza di tipo learning by doing. Il doing sarà accompagnato da giochi di logica applicata. © Barbara Andreis Competenze minime attese 1.Riconoscere e nominare correttamente la vetreria di uso comune 2.Saper valutare e scegliere la vetreria adatta alla operazione richiesta 3.Saper utilizzare un bunsen e una bilancia

7 GIOCO 1 Sistemare nell’ordine 1 cilindro, 1 beuta, 1 matraccio e 1 becher. La beuta è a sx del matraccio. Il cilindro è a sx della matraccio. Il becher è a dx del matraccio. Prendi la beuta. © Barbara Andreis

8 GIOCO 2 Sistemare 1 cilindro, 1 capsula di porcellana, 1 matraccio stessa portata cilindro, 1 provetta, una pipetta Pasteur e una pipetta sul bancone identificabili con i numeri 1,2… Quali sono semplici contenitori e quali strumenti di misura? 123456 © Barbara Andreis

9 GIOCO 3 Fornire 1 cilindro graduato da 250 mL e 1 matraccio stessa portata. Qual è la differenza più evidente tra i due strumenti di misura? Cosa indicano: Il rapporto scritto sul cilindro es 1000/10 mL? La notazione indicata sul matraccio es ± 0,25 mL? Cosa indica la T 20°C quando presente? Avendo a disposizione solo un matraccio tarato da 250 ml e un cilindro graduato da 250 ml, dovendo prelevare esattamente 230 ml quale strumento va utilizzato per essere accurati e precisi? © Barbara Andreis

10 GIOCO 4 Sistemare un cilindro da 250 mL e un matraccio da 500 mL. Devi preparare ½ L di una soluzione sciogliendo 3,2 g di sale NaCl in acqua che andrà conservata per 1 settimana. Quale contenitore usi ? © Barbara Andreis GIOCO 5 Sistemare un matraccio da 1000 mL. Tutti i giorni vengono preparati 500 mL di HCl e messi nel matraccio. Tutti i giorni gli studenti usano 250 ml di acido. In quanti gg l’HCl raggiunge la tacca del V ?

11 © Barbara Andreis Presentare agli studenti 1.la vetreria di uso comune 2.Uso e caratteristiche del bunsen 3.Filtri in carta

12 3.Misurazioni e calcoli Misurazioni e calcoli 1.Massa e Volume 2.Densità Per lo svolgimento dell'unità didattica agli studenti è richiesto di aver letto e studiato a casa il Cap. relativo alle misure e alle grandezze. In presenza la lezione porterà a collegare quanto letto a casa con la realtà, costruendo una conoscenza di tipo learning by doing © Barbara Andreis Competenze minime attese 1.Effettuare misurazioni accurate e precise 2.Conoscere e derivare le grandezze del S.I. 3.Trasferire apprendimenti scolastici ad ambiti di realtà

13 ESERCIZIO 1 – GRANDEZZE FONDAMENTALI E DERIVATE MASSA E VOLUME 1.Fornire un contenitore con NaCl e diversi contenitori (beuta, becher, cilindro), chiedere di fornire quantità esatte di sale compilando la tabella: 2.Fornire un cilindro da 250 mL con 50 mL di acqua colorata e un matraccio da 50 mL con acqua colorata a volume. Far disegnare e descrivere cosa succede al liquido posto in due recipienti con collo di diametro differente. Mostrare la lettura del menisco. Far fare esercizi di lettura menisco in vari strumenti. © Barbara Andreis TaraMassa lordaMassa netta

14 ESERCIZIO 2– GRANDEZZE DERIVATE LA DENSITÀ 1.Perché 1g di piombo affonda in acqua mentre 1g di olio galleggia? Se la risposta è "perché il piombo è più pesante" far presente che il "peso" è lo stesso, poi chiedere come si comporteranno aceto, alcool e acqua liquidi che non sembrano avere differenze di peso tanto evidenti. Verificare le risposte mostrando il posizionamento dell'aceto e dell'alcol etilico rispetto all’acqua, spiegare il comportamento in base alla densità. 2.Far verificare la densità di 30, 60 e 100 mL di H 2 O e di alcool etilico compilando la tabella seguente con i dati relativi © Barbara Andreis materialeV mLm gd g/L H2OH2O3029,91,00 60…… 100 CH 3 CH 2 OH Rifletti e rispondi: 1.I valori di densità trovati sono per ogni materiale uguali indipendentemente dal volume occupato e dalla massa. Dunque la densità è una proprietà….. 2.Il fatto che la densità non cambi per singolo materiale ma che differisca da materiale a materiale fa si che la densità possa servire a…..

15 PROBLEM SOLVING 1 Fornire agli alunni un becher in cui dovranno inserire volumi uguali di acqua e olio e un cubetto di ghiaccio colorato Dove andrà a posizionarsi il cubetto di ghiaccio? Rifletti e rispondi: Il ghiaccio è acqua allo stato solido, dunque perché non si posiziona al di sotto del livello dell'acqua ma vi galleggia sopra? Hanno due densità differenti? La d è in rapporto alla T? © Barbara Andreis

16 PROBLEM SOLVING 2 Mettendo a posto un laboratorio vengono trovati dei piccoli cilindri di materiali diversi. Volendoli classificare in maniera corretta cosa è possibile fare? Essendo dei solidi e non dei liquidi come si può risolvere il problema del calcolo di V per risalire alla densità? massavolume oppure V cilindro = r 2 hπ con massa e V d = m/V © Barbara Andreis

17 4.Metodo scientifico e solubilità Metodo scientifico e solubilità Per lo svolgimento dell'unità didattica è richiesto di aver letto e studiato a casa il Cap. relativo al metodo scientifico. In presenza la lezione porterà ad utilizzare il metodo scientifico per arrivare a formulare la definizione di solubilità, costruendo una conoscenza di tipo learning by doing. © Barbara Andreis Competenze minime attese 1.Raccogliere dati e organizzarli 2.Interpretare i dati raccolti 3.Comprendere e saper esporre il concetto di solubilità

18 IL METODO SPERIMENTALE Alla scoperta della chimica – quaderno di lab. S. Passannanti Pg 56 Obiettivo : imparare ad applicare il metodo scientifico secondo il protocollo di osservazione fenomeni, raccolta dati, formulazione ipotesi, verifica sperimentale eventuale enunciazione di una legge. Materiale : bilancia, spatola, carta da filtro, bacchetta di vetro, 2 becher (250 e 500 mL), 2 cilindri graduati ( 250 e 500 mL) Reagenti : NaCl; NaHCO 3 Procedimento : pesare 50g di campione su carta da filtro ( P 1 ), avendo cura di tarare. Versare 100 mL di acqua ( V ) nel becher da 250 mL, versare a poco a poco il campione dal filtro nel becher, agitando leggermente. Proseguire fino a quando un ulteriore piccola aggiunta di materiale non si dissolve più. Pesare il materiale rimasto sul filtro ( P 2 ). Ripetere la procedura con diversi volumi di acqua e quantità di campione. Compilare man mano la tabella dati Elaborazione dati © Barbara Andreis Tabella dati V mLP 1 gP2 gP2 gP = P 1 /P 2 gS = P/V g/mL NaClacqua NaHCO 3 =

19 Elaborazione dati: sottraendo alla massa iniziale di sale P 1 la massa di sale rimasta sul filtro al termine della dissoluzione in acqua P 2 si ottiene la quantità massima che si è sciolta in acqua. Ripetendo l’operazione con V e m diverse del campione, otterremo dei risultai P a, b, c. Dividendo questi valori per il volume di acqua usato, troveremo la solubilità S ovvero: La quantità massima di soluto che si può sciogliere in una determinata quantità di solvente a una certa T. Ripetere la procedura completa con campioni diversi. Conclusioni / approccio induttivo: Ogni campione ha portato a verificare che il valore che abbiamo definito solubilità non cambia, per singolo campione, qualsiasi volume e massa del campione utilizziamo. Campioni diversi hanno valori diversi di solubilità. Possiamo concludere dunque che la solubilità è una proprietà caratteristica delle sostanze poiché sostanze diverse hanno solubilità diverse, mentre la S resta K per singola sostanza indipendentemente dalla massa. © Barbara Andreis IL METODO SPERIMENTALE Alla scoperta della chimica – quaderno di lab. S. Passannanti Pg 56

20 5.Punti di fusione e solidificazione Curve di riscaldamento e di raffreddamento 1.Punto di fusione e punto di solidificazione 2.Sosta termica 3.Analisi qualitativa Cooperative learning Per lo svolgimento dell'unità didattica è richiesto di aver letto e studiato a casa i Cap. relativi ai passaggi di stato e alla teoria cinetico-molecolare. In presenza la lezione porterà ad utilizzare un modello cooperativo tra compagni per applicare il metodo scientifico studiato in precedenza al fine di determinare i p.f. e i p.s., costruendo una conoscenza di tipo learning by doing. © Barbara Andreis Competenze minime attese 1.Lavorare in gruppo 2.Applicare il metodo sperimentale 3.Saper raccogliere, organizzare e interpretare i dati 4.Comprendere il concetto di sosta termica, punto di fusione

21 CURVE DI RISCALDAMENTO E RAFFREDDAMENTO Alla scoperta della chimica – quaderno di lab. S. Passannanti pg 60 Obiettivo : osservare e registrare i passaggi di stato compiuti da un campione di acido stearico al fine di costruire le due curve in funzione della T° Materiale : asta, sostegno con pinza a ragno, treppiede, reticella, bunsen, termometro, bacchetta di vetro, becher da 250 mL, provettoni muniti di tappo forato, mortaio in porcellana. Reagenti : naftalina; acido stearico Procedimento : Sistemare il becher riempito fino a due terzi di acqua sul treppiede con la reticella. Pestare il campione sminuzzandolo il più finemente possibile, porre una quantità sufficiente da essere visibile nel provettone, chiudere con il tappo con inserito il termometro in modo che il bulbo del termometro sia ben immerso. Accendere il bunsen e fornire calore in modo graduale ma costante. Iniziare a registrare la temperatura a intervalli regolari che andranno ridotti quando la sostanza inizia a fondere, e nuovamente allungati dopo l’intera fusione. Spegnere il bunsen e allontanare la provetta per lasciarla raffreddare lentamente. Ricominciare a registrare la T a intervalli regolari, restringendo questi intervalli mano a mano che la sostanza solidifica. Proseguire allungando nuovamente gli intervalli dopo completa solidificazione. Elaborazione dati © Barbara Andreis Tabella dati naftalina t1’1’30….6’6’30 T riscalda C°3038….80 85 T raffredd C°9590….80 70

22 CURVE DI RISCALDAMENTO E RAFFREDDAMENTO Alla scoperta della chimica – quaderno di lab. S. Passannanti Pg 60 Elaborazione dati: costruire due grafici riportando sugli assi T e min. registrati per i due passaggi di stato. L’elaborazione porterà a disegnare due curve che in prossimità di 80 C° si appiattiscono fino a quando tutta la sostanza non ha effettuato il passaggio di stato, per poi tornare a salire o scendere terminato il passaggio. Conclusioni / approccio induttivo: Durante la fusione la T aumenta in costantemente fino a quando non inizia la fusione. Da quel momento assistiamo alla sosta termica, la T non aumenta più nonostante si continui a fornire calore. Questo perché il calore viene utilizzato per vincere le forze di coesione delle particelle. Terminato il passaggio la T torna ad aumentare. Questo comportamento è tipico delle sostanze pure e cristalline. © Barbara Andreis

23 6.Metodi di separazione miscele eterogenee Metodi di separazione miscugli eterogenei 1.Decantazione 2.Filtrazione 3.Centrifugazione Per lo svolgimento dell'unità didattica agli studenti è richiesto di aver letto e studiato a casa i paragrafi relativi metodi di separazione. In presenza la lezione porterà a valutare quale metodica è più efficiente per la separazione di un miscuglio di H 2 O e farina e ad utilizzare un modello cooperativo tra compagni al fine di separare una miscela di sale e sabbia costruendo una conoscenza di tipo learning by doing. © Barbara Andreis Competenze minime attese 1.Saper individuare miscugli omogenei ed eterogenei. 2.Conoscere i principali metodi di separazione 3.Saper applicare il metodo separativo adatto alla miscela di partenza 4.Saper costruire un progetto di problem solving cooperativo

24 MAPPE CONCETTUALI 1.La materia 2.Metodi di separazione 3.La decantazione 4.La filtrazione 5.La centrifugazione © Barbara Andreis

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30 PROBLEM SOLVING 1 Vi vengono consegnati 2 campioni formati dal miscuglio H 2 O e farina. Dovete recuperare l’acqua senza tracce di farina. Quale tecnica di separazione risulta più efficace? © Barbara Andreis Prima Dopo

31 PROBLEM SOLVING 2 In un rifugio di montagna un gruppo di amici si ritrova a dover cucinare ma non c’è sale e nessun negozio nelle vicinanze. Volendo preparare un piatto di pasta, avendo a disposizione solo del sale per far sciogliere la neve come potrebbero agire per ottenere del sale puro? © Barbara Andreis SALE DA NEVE SALE DA CUCINA

32 7.Metodi di separazione miscele omogenee Metodi di separazione miscele omogenee 1.Cristallizzazione 2.Cromatografia 3.Estrazione Per lo svolgimento dell'unità didattica agli studenti è richiesto di aver letto e studiato a casa i paragrafi relativi metodi di separazione. In presenza la lezione porterà ad utilizzare un modello cooperativo tra compagni al fine di ottenere cristalli di CuSO 4 da una soluzione e per separare i pigmenti colorati presenti nelle foglie di spinaci costruendo una conoscenza di tipo learning by doing. © Barbara Andreis Competenze minime attese 1.Saper individuare miscugli omogenei ed eterogenei. 2.Conoscere i principali metodi di separazione 3.Saper applicare il metodo separativo adatto alla miscela di partenza 4.Saper costruire un progetto di problem solving cooperativo

33 MAPPE CONCETTUALI 1.La cristallizzazione 2.La cromatografia 3.L’estrazione con solvente © Barbara Andreis

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37 PROBLEM SOLVING 1 Un viticoltore deve trasferire la sua attività all’estero, la dogana gli richiede per il trasloco delle soluzioni in tanica una sovrattassa. Siccome alcune di queste contengono soluzioni di CuSO4, come potrebbe intervenire per trasformarle in una forma meno cara da trasportare? © Barbara Andreis Prima Dopo

38 ESTRAZIONE CON SOLVENTI – PARTE PRIMA Lezioni di chimica – laboratorio M. Palladino Bosia Pg 30 Obiettivo : estrarre il pigmento colorato dalle foglie Materiale : mortaio con pestello, carta da filtro, imbuto da filtrazione, becher, Reagenti : foglie verdi; CH 3 CH 2 OH (alcool etilico) Procedimento : tagliuzzare le foglie verdi, metterle nel mortaio e pestarle, ricoprire la poltiglia con poco alcool etilico e continuare a pestare leggermente per favorire lo scioglimento dei pigmenti. Filtrare la soluzione ottenuta per allontanare le foglie. Conservare la soluzione ottenuta avvolgendo il becher con carta stagnola e riponendolo al riparo da fonti di calore e luce. Osservazioni: Cosa permette di affermare che l’estrazione del pigmento è effettivamente avvenuta? 123 © Barbara Andreis

39 ESTRAZIONE CON SOLVENTI – PARTE SECONDA Lezioni di chimica – laboratorio M. Palladino Bosia Pg 31 Obiettivo : separare i pigmenti colorati delle foglie Materiale : imbuto separatore, sostegno Reagenti : soluzione alcolica con pigmenti fogliari; etere di petrolio Procedimento : versare nell’imbuto separatore parte della soluzione alcolica con i pigmenti fogliari, (ATTENZIONE! IL RUBINETTO DEVE ESSERE CHIUSO), aggiungere la medesima quantità di etere di petrolio. Per estrarre i pigmenti, agitare con cautela l’imbuto per favorire il miscelarsi delle due soluzioni; l’operazione va compiuta con il gambo dell'imbuto rivolto verso l’alto, avendo cura che il tappo non si tolga e che si riduca la pressione creatasi all’interno aprendo leggermente il rubinetto per sfiatare (fig.1). Al termine porre l’imbuto sull’apposito sostegno e lasciare riposare (fig.2 e 3) fig. 1fig.2fig. 3 © Barbara Andreis

40 ESTRAZIONE CON SOLVENTI – PARTE SECONDA Lezioni di chimica – laboratorio M. Palladino Bosia Pg 31 (1)(2)(3) Osservazioni: Appena si aggiunge l’etere di petrolio si può osservare la separazione dei due liquidi: l’etere essendo meno denso della soluzione alcolica si stratifica in alto (1) ; dibattendo le due soluzioni si mescolano (2) e lasciando a riposo si osserva nuovamente una stratificazione: l’etere meno denso si raccoglie in alto e si colora di verde intenso poiché trattiene la clorofilla, mentre la soluzione alcolica resta sul fondo colorandosi di giallo (3) trattenendo un altro pigmento. Quest’ultimo è costituito da una miscela di xantofilla e carotene, responsabili delle colorazioni giallo-arancio. L’estrazione è possibile perché la clorofilla presenta una maggior solubilità in etere.

41 CROMATOGRAFIA SU CARTA Obiettivo : separare i diversi pigmenti colorati presenti nelle foglie verdi Materiale : mortaio con pestello, carta da filtro, carta per cromatografia (o TLC), imbuto da filtrazione, becher (o camera cromatografica), cilindro graduato da 10 mL, pipetta Pasteur o capillare in vetro, matita, righello Reagenti : foglie verdi; CH 3 CH 2 OH (alcool etilico); etere di petrolio; CH 3 COCH 3 (acetone) Procedimento : tagliuzzare le foglie verdi, metterle nel mortaio e pestarle, ricoprire la poltiglia con poco alcool etilico e continuare a pestare leggermente per favorire lo scioglimento dei pigmenti. Filtrare la soluzione ottenuta per allontanare le foglie. Durante la filtrazione preparare il becher (o la camera cromatografica) inserendovi circa 1 cm di soluzione 8:2 di etere + acetone e chiudendo con un vetrino da orologio affinché l’ambiente si saturi con i vapori; preparare anche la carta (o TLC) tracciando su l lato corto una riga in matita a ca. 2 cm dal bordo. Terminata la filtrazione, raccogliere con la pipetta (o capillare) un po’ della soluzione verde ottenuta e depositarla sulla linea tracciata in precedenza sulla carta. Per evitare che la macchia si espanda procedere con piccole umettature lungo la linea, ripetendo più volte. © Barbara Andreis

42 CROMATOGRAFIA SU CARTA Procedimento : Depositato il campione sulla fase stazionaria (la carta) attendere qualche minuto perché l’eccesso di solvente evapori. A questo punto inserire la fase stazionaria dentro il becher (o camera cromatografica) facendo attenzione che la fase mobile (il solvente o eluente) resti al di sotto della linea con depositato il campione (1). Riposizionare il coperchio e attendere che l’eluente arrivi a ca. 1cm dal bordo superiore della carta (2), a questo punto recuperare la fase stazionaria e osservare la separazione di 3 bande colorate: 2 in verde di tonalità differenti, 1 gialla ed 1 giallo-arancio (3). (3) (1)(2) © Barbara Andreis

43 CROMATOGRAFIA SU CARTA Osservazioni: ponendo nella camera cromatografica la fase stazionaria l’eluente (fase mobile) tende a risalire lungo il supporto per effetto della porosità. Lungo il cammino incontra il campione depositato e in virtù della diversa affinità che i componenti la miscela mostrano rispetto all’eluente vengono trascinati con esso a diverse velocità, separandosi. Con questa metodica è possibile valutare come il verde delle foglie non sia solo dovuto alla presenza della clorofilla (pigmento verde) ma anche alla presenza di almeno altri due pigmenti, uno giallo, chiamato xantofilla, ed uno più arancio, chiamato carotene. Inoltre è possibile osservare che anche la clorofilla è in realtà una miscela omogenea formata da due diversi tipi di clorofille, la A e la B. Infine è possibile valutare come la cromatografia risulti un ottimo sistema di separazione per miscele anche molto complesse costituite da componenti presenti in piccole quantità, che altri metodi non sarebbero in grado di separare.

44 8.Metodi di separazione La Distillazione Metodi di separazione miscele omogenee 1.La distillazione semplice Per lo svolgimento dell'unità didattica agli studenti è richiesto di aver letto e studiato a casa i paragrafi relativi metodi di separazione. In presenza la lezione prevede l’assemblamento della strumentazione atta ad effettuare una distillazione e un modello cooperativo tra compagni al fine di distillare una miscela acquosa di CuSo4 e una soluzione idroalcolica costruendo una conoscenza di tipo learning by doing. © Barbara Andreis Competenze minime attese 1.Saper individuare miscugli omogenei ed eterogenei. 2.Conoscere i principali metodi di separazione 3.Saper applicare il metodo separativo adatto alla miscela di partenza 4.Saper costruire un progetto di problem solving cooperativo 5.Montare l’apparecchiatura 6.Saper raccogliere, organizzare e interpretare i dati

45 © Barbara Andreis

46 DISTILLAZIONE SEMPLICE Obiettivo : distillare una soluzione idroalcolica e una di CuSO 4 Materiale : strumentazione per distillazione, cilindro graduato, bunsen o mantello riscaldante Reagenti : soluzione di CH 3 CH 2 OH (campione 1) denaturato e colorato, soluzione di CuSO 4 (campione 2) Procedimento : Inserire nel pallone codato i frammenti di vetro, riempire con la soluzione campione per metà del volume. Collegare il pallone al tubo refrigerante ed inserirvi il tappo con il termometro. Collegare i due tubi in gomma al tubo refrigerante: ATTENZIONE!! Il tubo necessario a far entrare l’acqua per il raffreddamento va inserito al beccuccio inferiore, mentre quello per lo scarico dell'acqua va inserito al beccuccio superiore. Posizionare il cilindro al termine del refrigeratore per la raccolta del distillato. Aprire il rubinetto dell'acqua e cominciare a fornire calore: in caso di utilizzo del bunsen mantenere la fiamma moderata, in modo che la distillazione avvenga lentamente e senza bruschi sbalzi di T. Durante l’operazione osservare cosa avviene con l’innalzarsi della temperatura. T ebollizione etanolo 78,5 °C T ebollizione acqua 100 °C © Barbara Andreis

47 DISTILLAZIONE ACQUA E ALCOL Osservazioni : l’etanolo ha una T di ebollizione di ca. 78,5 °C, pertanto con il riscaldamento del campione 1 raggiunta questa temperatura inizierà l’evaporazione dell'alcool che, separandosi dall’acqua, raggiungerà il tubo refrigerante per poi condensarsi nuovamente nel cilindro posto al termine della strumentazione. Il distillato si presenta incolore rispetto alla soluzione di partenza poiché contiene solo alcool etilico, incolore appunto, mentre la soluzione di partenza è stata preparata con alcool etilico denaturato, normalmente colorato in rosa per evitarne l’ingestione fortuita. Il processo di distillazione dell'etanolo terminerà quando la T del sistema giungerà ai 100 °C poiché a questa temperatura inizia l’evaporazione dell'acqua. © Barbara Andreis

48 DISTILLAZIONE SOLUZIONE SOLFATO RAMEICO Nel caso del campione 2 (1), essendo questo formato da una soluzione acquosa di solfato rameico, la T cui inizia l’evaporazione è pari a quella di ebollizione dell'acqua, ovvero 100 °C, poiché il CuSO4 presenta una T di vaporizzazione molto più alta. Questo significa che la tecnica ci permette di allontanare l’acqua per ottenere il sale anidro. Anche in questo caso il distillato si presenta incolore rispetto alla soluzione di partenza; inoltre proseguendo con la distillazione fino a totale evaporazione dell'acqua, nel pallone da distillazione resta una sostanza di colore verdastro, il solfato rameico anidro (2). Se a quest’ultimo aggiungiamo nuovamente acqua torneremo ad avere una soluzione azzurra. (1)(2) © Barbara Andreis

49 9.Trasformazioni della materia ed evidenze di reazione Trasformazioni fisiche e reazioni chimiche 1.Le evidenze di reazione 2.Trasformazione fisica o reazione chimica? Per lo svolgimento dell'unità didattica agli studenti è richiesto di aver letto e studiato a casa il capitolo relativo alle reazioni e trasformazioni. In presenza la lezione porterà ad osservare alcuni fenomeni fisici e chimici, sarà poi proposto un probllem solving per valutare se alcuni fenomeni con materiali quotidiani sono chimici o fisici, costruendo una conoscenza di tipo learning by doing. © Barbara Andreis Competenze minime attese 1.Conoscere le principali caratteristiche di una trasformazione fisica e chimica 2.Saper distinguere tra una trasformazione fisica ed una reazione chimica 3.Saper riconoscere le evidenze di reazione 4.Saper costruire un progetto di problem solving cooperativo

50 Trasformazioni (A) fisiche e (B) chimiche (A) Si definiscono fisiche quelle trasformazioni che, per quanto evidenti nell’aspetto esteriore, comportano una modifica fisica della loro natura ma non generano nuove sostanze e sono per lo più sono reversibili. © Barbara Andreis

51 Trasformazioni (A) fisiche e (B) chimiche (B) Si definiscono chimiche quelle trasformazioni, o meglio reazioni, che comportano una variazione della composizione chimica dei prodotti che vengono posti a reagire, portando alla formazione di nuove sostanze. Sono per lo più sono irreversibili. © Barbara Andreis

52 TRASFORMAZIONI FISICHE Attività dimostrativa : (1)Il funzionamento di una bussola, farla costruire agli allievi ( aghi, sostegni di sughero, piastre Petri con acqua, bussola) (2)Il funzionamento di una molla (3)La forgiatura del ferro. Farla sperimentare agli allievi rendendo incandescente un ferro e battendolo poi con un martello (All’aperto, altrimenti farlo con un chiodo lungo, sotto cappa, guanti!) (1)(2) (3) © Barbara Andreis

53 REAZIONI CHIMICHE Attività dimostrativa : (1)HCl + CaCO 3 (2)Pb(NO 3 ) 2 + KI (3)Blu di Bromotimolo + HCl / Blu di Bromotimolo + NaOH (4)Ba(OH) 2 ottoidrato + 2NH 4 NO 3 (5)HCl + NaHCO 3 (6)Mg met + O 2 © Barbara Andreis 1) 2) 3) 5)5) 4) 6)

54 REAZIONI CHIMICHE Osservazioni : Unendo i due reagenti, nell’ordine si può notare che 1)Il carbonato di calcio, componente del marmo, viene sciolto dall’acido producendo una vivace EFFERVESCENZA, dovuta alla produzione di CO2, un gas. 2)Il nitrato di piombo e lo ioduro di potassio sono entrambi incolori in soluzione. Unendoli SI FORMA dello ioduro di piombo, UN PRECIPITATO di colore giallo 3)La soluzione CAMBIA DI COLORE a seconda che entri in contatto con una sostanza acida o basica 4)e 5) La reazione tra i due reagenti avviene con UN CAMBIO DI T : sottraendo calore al sistema, che si raffredda, o viceversa producendo calore. 5)La PRODUZIONE di una FORTE LUCE La comparsa di effervescenza, un precipitato, un cambio di colore o di T, così come un’esplosione o la produzione di una forte luce accecante sono DEFINITE EVIDENZE DI REAZIONE, ovvero fenomeni visibili che ci permettono di capire che è effettivamente avvenuta una reazione tra i prodotti di partenza con formazione di nuovi © Barbara Andreis

55 PROBLEM SOLVING 1 Fornire agli allievi divisi in gruppi una serie di materiali di uso comune. Unendoli a coppie dovranno osservare e descrivere il fenomeno, indicando se trattasi o meno di reazione chimica e perché. Materiale : provette, porta-provette, spatolina, bacchetta di vetro, termometro Reagenti : paglietta di ferro, H 2 O 2, ghiaccio, sale, aceto, bicarbonato di sodio, palline di alluminio per alimenti, candeggina, inchiostro, succo di limone Elaborazione dati : completare la tabella con i dati che si osservano. Rifletti e rispondi: 1.L’accensione di un bunsen è un fenomeno fisico o chimico? 2.E tingersi o schiarirsi i capelli? © Barbara Andreis AcetoBicarbH2O2H2O2 …. Aceto Cosaosservi Bicarb. quandoli unisci ? H2O2H2O2 …..

56 10. LEGGE DI LAVOISIER Verifica della veridicità della legge della conservazione di massa Per lo svolgimento dell'unità didattica agli studenti è richiesto di aver letto e studiato a casa il capitolo relativo alle leggi della chimica. In presenza la lezione porterà a verificare sperimentalmente la legge di Lavoisier, costruendo una conoscenza di tipo learning by doing. © Barbara Andreis Competenze minime attese 1.Conoscere la legge di Lavoisier 2.Saper costruire un progetto di problem solving cooperativo con metodo scientifico 3.Saper raccogliere, organizzare e interpretare i dati

57 LEGGE DI LAVOISIER Lezioni di chimica – laboratorio M. Palladino Bosia Pg 39 Obiettivo : verificare la legge mediante preparazione di PbI 2 Materiale : Bilancia, spatola, becher, beuta con tappo Reagenti : Pb(NO 3 ) 2 ; KI; acqua Procedimento : Preparare nel becher una soluzione di Pb(NO 3 ) 2 e rilevarne la massa (m 1 ); preparare nella beuta una soluzione di KI e rilevarne la massa (m 2 ). Aggiungere nella beuta la soluzione di Pb(NO 3 ) 2 chiudere con il tappo e osservare la reazione che porta alla formazione di PbI 2. Terminata la precipitazione, riportare sulla bilancia la beuta tappata e il becher vuoto, rilevare la massa del sistema (m 3 ) Elaborazione dati: m 1 + m 2 = X m 3 = X ? Osservazioni : Se m 3 = X allora la legge di Lavoisier è verificata. Rifletti e rispondi La verifica prevedeva l’utilizzo di un tappo, togliendo il tappo, la massa finale cambia? Perché? Ripetere l’esperimento con HCl e NaHCO 3, con e senza tappo. Cosa cambia e perché? © Barbara Andreis

58 11. LEGGE DI PROUST Verifica della veridicità della legge delle proporzioni definite Per lo svolgimento dell'unità didattica agli studenti è richiesto di aver letto e studiato a casa il capitolo relativo alle leggi della chimica. In presenza la lezione porterà a verificare sperimentalmente la legge di Proust, costruendo una conoscenza di tipo learning by doing. © Barbara Andreis Competenze minime attese 1.Conoscere la legge di Proust 2.Saper costruire un progetto di problem solving cooperativo con metodo scientifico 3.Saper raccogliere, organizzare e interpretare i dati

59 LEGGE DI PROUST Lezioni di chimica – laboratorio M. Palladino Bosia Pg 41 Obiettivo : verificare la legge mediante preparazione di ZnCl 2 Materiale : Bilancia, spatola, capsula, bunsen, carta da filtro, provetta grande, cilindro graduato da 10 mL, becher, Reagenti : Zn in granuli o lamine; soluz. acquosa di HCl conc. Procedimento : fornire ai diversi gruppi un quantitativo diverso di Zn g 0,5 ÷ 4. Far determinare precisamente la massa consegnata (m 1 ). In provetta inserire 10 mL di HCl, aggiungere lo Zn, dato che la reazione è molto vivace introdurre la provetta in un becher con poca acqua per evitare un riscaldamento eccessivo. Registrare le osservazioni circa i fenomeni legati alla reazione (effervescenza, aumento T, scomparsa quasi totale dello Zn). Una volta terminata la reazione, misurare la massa della capsula vuota (m 2 ), versarvi il contenuto della provetta ATTENZIONE! Se nella provetta è rimasto dello zinco non farlo cadere nella capsula ma, lavarlo con poca H 2 O e trasferire poi l’acqua nella capsula, mettendo ad asciugare su della carta da filtro lo zinco. Una volta asciutto, pesare la massa dello zinco che risulta non aver reagito con HCl (m 3 ) La soluzione nella capsula è formata dal composto ZnCl 2 + H 2 O, volendo verificare la legge dobbiamo allontanare l’acqua. Per farlo portiamo, con cautela, a secchezza la soluzione. Mano a mano che l’acqua evapora il ZnCl 2 solidifica, per essere certi che tutta l’acqua sia evaporata è necessario continuare a scaldare la capsula fino a quando il solido formatosi durante l’evaporazione inizia a fondere. Lasciar raffreddare e poi pesare la massa del sistema (m 4 ) Elaborazione dati : completare la tabella con i dati che si osservano © Barbara Andreis

60 LEGGE DI PROUST Lezioni di chimica – laboratorio M. Palladino Bosia Pg 41 Elaborazione dati : completare la tabella con i dati registrati dal tuo gruppo, raccogli i dati degli altri gruppi Conclusioni / approccio induttivo : confrontando i risultati ottenuti da tutti i gruppi è possibile verificare che il rapporto tra le masse di cloruro e di zinco ottenuto è sempre lo stesso e vale 1,08 indipendentemente dalla massa di Zn iniziale. Questo conferma la validità della legge di Proust © Barbara Andreis gr. Massa Zn m 1 Massa capsula vuota m 2 Massa capsula piena m 4 Massa Zn non reagito m 3 ZnCl 2 prodotto m 5 = m 4 – m 2 Zn in ZnCl 2 m 6 = m 1 – m 3 Cl in ZnCl 2 m 7 = m 5 – m 6 Rapporto Zn/ Cl m 7 /m 6 11g…..…. 21,5 g

61 12. QUANTITÀ DI SOSTANZA IN MOLI E NUMERO DI PARTICELLE Calcoli per ricavare il numero di moli, il numero di particelle e la massa in g Per lo svolgimento dell'unità didattica agli studenti è richiesto di aver letto e studiato a casa il capitolo relativo In presenza la lezione porterà a costruire una conoscenza di tipo learning by doing. © Barbara Andreis Competenze minime attese 1.Conoscere i concetti di mole, di K di Avogadro e massa molare 2.Saper raccogliere, organizzare e interpretare i dati 3.Saper utilizzare formule inverse

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63 ESERCIZIO – CALCOLI CON LE MOLI Fornire materiali diversi e le relative formule chimiche chiedendo di ricavare il numero di moli e di particelle: n (mol) = m (g) / M (g/mol) N p = N A n (mol) C 12 H 22 O 11 H 2 OFeCuSO 4 5 H 2 ONaCl © Barbara Andreis

64 13. SAGGI ALLA FIAMMA Riconoscimento di cationi metallici mediante saggio alla fiamma Per lo svolgimento dell'unità didattica agli studenti è richiesto di aver letto e studiato a casa i capitoli relativi alle particelle sub atomiche e i modelli atomici In presenza la lezione porterà a costruire una conoscenza di tipo learning by doing. © Barbara Andreis Competenze minime attese 1.Conoscere le particelle subatomiche e il modello atomico a strati 2.Saper utilizzare il bunsen 3.Saper raccogliere, organizzare e interpretare i dati

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66 SAGGI ALLA FIAMMA – PARTE SECONDA Obiettivo : Imparare ad eseguire il saggio e riconoscere i cationi metallici dal colore della fiamma Materiale : Bunsen, bacchetta con filo Ni-Cr, vetrini UV Reagenti : campioni di sali metallici; HCl Procedimento : regolare il bunsen su fiamma ossidante, pulire il filamento della bacchetta immergendolo prima in HCl e, successivamente, passandolo sulla fiamma. Ripetere l'operazione fino a quando, avvicinando il filo, la fiamma non mostra più cambiamenti di colore. Immergere ancora una volta il filo nell'acido cloridrico e poi raccogliere una piccolissima porzione di campione. Avvicinare il filamento alla fiamma ed osservare i cambiamenti di colore, l'intensità, la persistenza e l'eventuale intermittenza. Ripetere l'intero procedimento per ogni campione fornito. © Barbara Andreis

67 SAGGI ALLA FIAMMA – PARTE SECONDA Osservazioni : Il filo metallico dovrebbe essere di platino ma per economia si ricorre al Ni-Cr, che altro non è che acciaio inox, ovvero è necessario un materiale che non interagisca con i cationi, falsando i risultati, sia resistente all'acido cloridrico e non si deteriori troppo rapidamente. Si ricorre all'utilizzo dell'HCl poiché l'emissione di luce da parte degli atomi avviene quando questi sono in fase gassosa, a contatto con il cloruro dell'acido i cationi dei Sali di partenza, formano dei cloruri che il calore della fiamma rende particolarmente volatili, permettendo così di poter osservare il fenomeno. I diversi cationi mostrano fiamme non solo di colori diversi ma anche di persistenze differenti, alcuni sono molto tenui, come il potassio, altri sono decisamente intensi come il sodio, quest'ultimo in particolare può essere molto difficile da allontanare, ecco perché vanno prese q.tà di materiale microscopiche, non solo ma il suo colore potrebbe coprire ed impedire di coglierne altri, come il violetto del potassio. Per ovviare a questo problema è possibile ricorrere a vetri blu cobalto che assorbendo il giallo del sodio consentono di rilevare altri colori. Far eseguire i saggi agli allievi chiedendo di compilare la seguente tabella © Barbara Andreis