Konspekt zajęć kółka chemicznego na temat "Tajemnice wody i wodnych roztworów"

Cele ogólne i szczegółowe:
- rozbudzanie i rozwijanie zainteresowania uczniów chemią
- kształcenie umiejętności manualnych (opanowanie techniki eksperymentowania)
- wyrabianie nawyku systematyczności, dokładności, cierpliwości, uwagi i czystości podczas wykonywania eksperymentów
- kształcenie umiejętności kojarzenia faktów i logicznego wyciągania wniosków
- wdrażanie uczniów do samodzielnej pracy
- kształtowanie nawyku korzystania z biblioteki i mediów

Metoda: praktyczna – doświadczenia uczniów, prezentacja.

Forma: praca w grupach.

Środki dydaktyczne:
- sprzęt laboratoryjny i odczynniki (odpowiednio do każdego eksperymentu)

Zadanie domowe:
Przynieść materiały potrzebne do wykonania doświadczeń na następnych zajęciach.

Struktura zajęć:
- czynności organizacyjne, podanie tematu zajęć
- pogadanka wstępna
- zapoznanie z metodą pracy
- kontrola pracy uczniów
- prezentacja wyników (zapis na wspólnym plakacie)
- zadanie domowe

Szczegółowy plan zajęć:
• przypomnienie wiadomości o wodzie
• skład wody wodociągowej i wód mineralnych
• napięcie powierzchniowe wody, detergenty
• woda jako składnik organizmów żywych i minerałów
• stany skupienia wody
• podział roztworów ze względu na rozmiary cząstek (efekt Tyndalla)
• twardość wody
• zanieczyszczenia wód i ich usuwanie
• wnioski z przeprowadzonych doświadczeń

Przebieg zajęć:
1. Nauczyciel z uczniami przypomina wiadomości o wodzie (zdobyte na lekcjach chemii i innych przedmiotów) oraz podaje temat i cele zajęć.
2. Nauczyciel przypomina regulamin zajęć i zasady BHP.
3. Ćwiczenia laboratoryjne uczniów
- podział na grupy 2-3 osobowe, wybór liderów
- każda grupa otrzymuje instrukcje (losowanie)
- każda grupa wykonuje inne doświadczenia
- instrukcja nie zawiera obserwacji i wniosków
Propozycje doświadczeń:

Doświadczenie 1 Destylacja wody
Sprzęt:
- metalowy statyw z łapą
- palnik
- kolba destylacyjna o pojemności 100 cm3
- korek gumowy
- termometr
- chłodnica Liebiga
- siatka azbestowa
- porcelana
- zlewka
Odczynniki:
- woda z kranu
Wykonanie:
- do kolby destylacyjnej wlać około 50 cm3 wody z kranu
- wrzucić potłuczoną porcelanę (kilka kawałków)
- zamknąć kolbę korkiem zaopatrzonym w termometr, tak by dolny koniec termometru znajdował się na wysokości rurki odprowadzającej parę
- wylot kolby połączyć z chłodnicą
- pod wylotem chłodnicy umieścić odbieralnik
- ogrzewać ostrożnie kolbę przez siatkę azbestową
- zanotować temperaturę w której rozpocznie się wrzenie wody
Obserwacje:
- woda w kolbie wrze w temperaturze 100 0C
- powstała para skrapla się w chłodnicy
- w odbieralniku zbiera się chemicznie czysta woda
- na ściankach kolby „osadził się” ciemny nalot – kamień
Wnioski:
Destylacja to jeden ze sposobów oczyszczania wody z soli mineralnych i zawiesin.
Inna grupa może przedestylować wodę mineralną postępując analogicznie.

Doświadczenie 2 Odparowanie wody destylowanej, kranowej i mineralnej
Sprzęt:
- trzy metalowe, błyszczące blaszki
- szczypce
- palnik
Odczynniki:
- woda destylowana, kranowa i mineralna
Wykonanie:
- nanieść na jedną blaszkę kilka kropli wody destylowanej, na drugą kranowej, a na trzecią wody mineralnej
- trzymając blaszki w szczypcach odparować kolejno z nich wodę
Obserwacje:
- blaszka na której była woda destylowana po odparowaniu pozostała czysta
- na blaszkach po odparowaniu wody kranowej i mineralnej pozostały osady
Wnioski:
- wody mineralne i woda z kranu nie są chemicznie czyste; są to roztwory
- woda kranowa zawiera substancje mineralne wypłukane z gleby
- wody mineralne zawierają jony w odpowiednich stężeniach

Doświadczenie 3 Badanie zabarwienia palnika przez jony zawarte w osadzie po odparowaniu wody mineralnej „Staropolanka” i „Żywiecki kryształ”
Sprzęt:
- palnik gazowy
- drucik platynowy wtopiony w pręcik szklany
- szczypce
- szkło kobaltowe
Odczynniki:
- osady po odparowaniu wód mineralnych
- HCl (1 + 1)
Wykonanie:
- drucik platynowy oczyścić przez kilkakrotne zanurzenie go w HCl (1 + 1) i wyprażenie w nieświecącym płomieniu palnika gazowego
- oczyszczonym drucikiem dotknąć osadu pozostałego z odparowania wody mineralnej
- wprowadzić do płomienia najpierw do części mniej gorącej potem do najgorętszej (w pobliżu świecącego stożka)
- zanurzyć drucik w HCl (1 + 1) by przeprowadzić trudno lotne związki znajdujące się w osadzie w chlorki, które są lotne
- drucik wprowadzić do nieświecącego płomienia
- próbę kilkakrotnie powtórzyć
- uważnie obserwować pojawienie się zabarwienia
Obserwacje:
- intensywne żółtoczerwone, trwałe zabarwienie płomienia
- po przepuszczeniu przez szkło kobaltowe chlorki pochodzące ze „Staropolanki” za-barwiły płomień na fiołkowo, czego nie zaobserwowano w przypadku wody mineralnej „Żywiecki kryształ”
Wnioski:
- w wodzie „Staropolanka” znajdują się jony K+, których nie ma w „Żywieckim krysztale”
- żółtoczerwone zabarwienie świadczy o obecności jonów Na+ i Ca2+ (gdy jony te wy-stępują obok siebie ciężko je wykryć przy pomocy analizy płomienia, bo podobnie go barwią – wówczas trzeba je zidentyfikować innymi metodami np. Doświadczenie 4)

Doświadczenie 4 Wykrywanie jonów zawartych w wodach mineralnych
Sprzęt:
- jak w doświadczeniu 3
- probówki
Odczynniki:
- osady po odparowaniu wód mineralnych
- (NH4)2CO3
- HCl (1 + 1)
- rozcieńczony HNO3
- AgNO3
Wykonanie:
- do części osadu pozostałego z odparowania wód mineralnych dodać (NH4)2CO3, by oddzielić Ca2+ od Na+
- powstały osad zwilżyć HCl (1 +1) i zbadać barwę płomienia
- roztwór znad osadu też zbadać w płomieniu palnika
- do drugiej części osadu z odparowania wód dodać rozcieńczony HNO3, a następnie AgNO3
Obserwacje:
- po dodaniu (NH4)2CO3 do osadu (rozpuszczonego w wodzie) strącił się biały osad, który po zwilżeniu HCl (1 + 1) zabarwił płomień na ceglastoczerwono
- roztwór znad osadu po zwilżeniu HCl (1 + 1) zabarwił płomień na jasnożółty kolor
- po dodaniu HNO3 + AgNO3 do drugiej części osadu powstał biały, serowaty osad ciemniejący na powietrzu
Wnioski:
- ceglastoczerwony płomień – wody zawierają Ca2+
- jasnożółty płomień – w wodach znajduje się Na+
- obie wody mineralne zawierają Cl – (osad AgCl)
Doświadczenie to można rozszerzyć o wykrywanie Mg2+, które nie barwią płomienia, czy inne aniony

Doświadczenie 5 Usuwanie plamy ropy naftowej z wody
Sprzęt:
- dwie zlewki
- bagietka
- ptasie pióro
- łyżeczka
- sączek
Odczynniki:
- ropa naftowa lub olej silnikowy
- trociny
- piasek
- rozdrobniona kreda
- woda
Wykonanie:
- do obu zlewek wlać niewielką ilość wody oraz po kilka kropel ropy naftowej
- zanurzyć w tej mieszaninie ptasie pióro i obserwować co się z nim dzieje
- próbować oczyścić pióro przy pomocy trocin i kredy
- do jednej zlewki z mieszaniną wody z ropą wsypać trochę trocin, zamieszać bagietką i zebrać łyżeczką trociny z powierzchni wody
- do drugiej zlewki wsypać rozdrobnioną kredę, wymieszać i przesączyć otrzymaną mieszaninę przez sączek
Obserwacje:
- plama ropy bardzo szybko rozprzestrzenia się po powierzchni wody
- pióro w mieszaninie uległo zlepieniu i nie można go było oczyścić
- kreda i trociny wsypane do wody zgromadziły na swojej powierzchni zanieczyszczenia, które można razem z nimi usunąć
Wnioski:
- ropę naftową bardzo trudno usunąć z wody – jest bardzo groźnym zanieczyszczeniem

Doświadczenie 6 Zachowanie się żyletki na powierzchni czystej wody i wody z dodatkiem detergentu (napięcie powierzchniowe)
Sprzęt:
- dwie zlewki
- dwie żyletki
Odczynniki:
- woda
- detergent
Wykonanie:
- do zlewki z wodą delikatnie włożyć żyletkę
- to samo dla zlewki z wodą z dodatkiem detergentu
Obserwacje:
- żyletka położona na powierzchni czystej wody utrzymuje się na powierzchni
- żyletka położona na powierzchni wody z dodatkiem detergentu tonie
Wniosek:
- detergenty obniżają napięcie powierzchniowe wody

Doświadczenie 7 Otrzymywanie pary i mgły
Sprzęt:
- palnik
- trójnóg
- czajnik
- kolorowa kartka
- lusterko
Odczynniki:
- woda
Wykonanie:
- wodę w czajniku doprowadzić do wrzenia
- obserwować obszar tuż nad dzióbkiem czajnika
- ustawić lusterko pod kątem w odległości 5-10 cm od dzióbka czajnika
Obserwacje:
- nad dzióbkiem czajnika obszar jest przeźroczysty, przedmioty znajdujące się w głębi są rozróżnialne (lepiej można to zaobserwować na tle kolorowej kartki)
- trochę dalej od dzióbka przedmioty są zamazane
- na powierzchni lusterka pojawiły się kropelki cieczy (lusterko najpierw zaparowało)
Wnioski:
- para wodna tuż nad dzióbkiem jest przeźroczysta
- im dalej od czajnika tym niższa temperatura pary – powstają małe kropelki wody od których odbija się światło (mgła jest widoczna)
- zaparowane lusterko – obecność pary

Doświadczenie 8 Czy cukier może palić się w wodzie?
Sprzęt:
- probówki
- butelka
- korek
- rurka szklana
Odczynniki:
- woda destylowana
- cukier
- stężony H2SO4
- KMnO4
- woda wapienna
Wykonanie:
- w 25 cm3 wody rozpuścić dużo cukru (probówka 1)
- do probówki 2 wlać 20 cm3 zimnej wody i 5 cm3 stężonego H2SO4 (ostrożnie!)
- zawartość obu probówek wlać do butelki i dodać KMnO4 (wielkości ziarna grochu)
- butelkę zatkać korkiem. przez który przeprowadzona jest odpowiednio wygięta rurka szklana
- wystający koniec rurki wsadzić do wody wapiennej
- po zakończeniu eksperymentu zmierzyć temperaturę w butelce
Obserwacje:
- butelka rozgrzewa się coraz bardziej
- przez rurkę w korku wydostaje się gaz, który powoduje zmętnienie wody wapiennej
- po zakończeniu doświadczenia roztwór znowu jest klarowny
Wnioski:
- cukier spalił się o czym świadczy podwyższona temperatura (wydzielało się ciepło)
- stało się tak dlatego, że KMnO4 połączył się z H2SO4 i powstał Mn2O7, który oddał tlen cukrowi – nastąpiło spalanie
C12H22O11 + 12O2  12CO2 + 11H2O
- spalanie zachodziło spokojniej niż w powietrzu
- to samo dzieje się z cukrem w organizmie

Doświadczenie 9 Oznaczanie zawartości wody w roślinach
Sprzęt:
- palnik Bunsena
- siatka druciana
- nożyczki
- trójnóg
- waga z odważnikami
Odczynniki:
- po 10 gram świeżo urwanych zielonych części roślin

Wykonanie:
- pokroić części roślin na drobne kawałeczki
- umieścić je na siatce drucianej znajdującej się na trójnogu nad palnikiem
- suszyć rośliny nad małym płomieniem palnika tak by nie uległy spaleniu
- sprawdzać stopień wysuszenia przez rozcieranie w palcach
- po całkowitym wysuszeniu i ochłodzeniu zważyć
- wyniki zapisać w tabeli

Roślina i jej część
Ciężar masy świeżej
[g] Ciężar masy suchej
[g] Zawartość wody

Obserwacje:
- w czasie suszenia świeże rośliny więdną a ich barwa blednie
- wysuszone rośliny są łamliwe
- masa roślin po wysuszeniu znacznie się zmniejszyła
Wnioski:
- woda jest składnikiem wszystkich roślin i stanowi znaczną część ich masy

Doświadczenie 10 Wykrywanie wody w minerałach – rażenie hydratów
Sprzęt:
- dwie probówki
- dwie łapy do probówek
- palnik
Odczynniki:
- gips krystaliczny – CaSO4 . 2H2O
- CuSO4 . 5H2O
Wykonanie:
- mały kawałek gipsu włożyć do probówki i ogrzewać probówkę płomieniem palnika
- to samo dla drugiego hydratu
Obserwacje:
- przy ogrzewaniu gipsu na ściankach probówki (u jej wylotu) powstały kropelki wody
- uwodniony siarczan miedzi w czasie prażenia bieleje
Wnioski:
- hydraty zawierają wodę
- tylko uwodnione jony Cu2+ mają niebieską barwę

Doświadczenie 11 Przechodzenie światła przez wodę i roztwory
Sprzęt:
Zestaw
- probówka o wymiarach 15 mm x160 mm
- kawałek czarnego papieru lub kartonu (takie same wymiary jak probówki), zagiętego w odległości około 50 mm od jednego z dłuższych boków
- wąska szczelina o wymiarach 35 mm x 5 mm wygięta w szerszej części kawałka w odległości 3 mm od miejsca zagięcia i 70 mm od górnej krawędzi
Odczynniki:
- woda destylowana
- roztwór NaCl (właściwy)
- rozcieńczone mleko (1 : 30) – roztwór koloidalny
- zawiesina gliny
Wykonanie:
- roztwory mleka i gliny przesączyć (rozmiary cząstek)
- szerszą część kartki ustawić równolegle do okna, tak by jej zagięta część była skierowana do okna
- probówkę z wodą (rysunek) umieścić tak by kartka była między probówką a oknem
- probówkę przesuwać w górę i w dół kierując wzrok ukośnie do powierzchni kartki
- wykonać doświadczenia dla wszystkich roztworów
- wyniki zebrać w tabeli (obserwacje i wnioski)

Doświadczenie 12 Oznaczanie twardości wody (twardość węglanowa i całkowita)
Sprzęt:
- kolba stożkowa o pojemności 300 cm3
- biureta
- pipeta
- kolumna
Odczynniki:
- alkoholowy roztwór mydła Clarka
- 0,1 m HCl
- oranż metylowy
- permutyt
- woda wodociągowa
Wykonanie:
Twardość węglanowa
- do kolby wlać 100 cm3 wody wodociągowej
- miareczkować 0,1 m HCl w obecności dwóch kropli oranżu metylowego
- 0,1 m HCl dodawać małymi porcjami do momentu zmiany zabarwienia
z żółtego na bladoróżowe
- 1 cm3 użytego HCl odpowiada 28 mg CaO w litrze wody (2,8 o twardości w skali niemieckiej)
Twardość całkowita
- do kolby stożkowej wlać 40 cm3 wody wodociągowej
- miareczkować roztworem mydła energicznie cały czas wstrząsając
- koniec miareczkowania jest wtedy gdy na powierzchni powstanie piana utrzymująca się kilka minut
- mydło Clarka – w 500 cm3 56% roztworu alkoholu rozpuszczone jest 10 g mydła potasowego
- twardość całkowita to iloczyn objętości zużytego mydła i jego miana (w odniesieniu do 40 cm3 wody wodociągowej)

Doświadczenie 13 Kompleksometryczne oznaczanie twardości całkowitej
Sprzęt:
- kolba stożkowa o pojemności 250 cm3
- sączek
- biuleta
- pipeta
Odczynniki:
- 0,01 m EDTA
- woda
- HCl
- amoniak
- bufor (pH = 10)
- czerń eriochromowa T
Wykonanie:
- odmierzyć 50 cm3 badanej wody i wlać do kolby
- zakwasić lekko HCl i ogrzać do wrzenia
- ostudzić roztwór i zalkalizować lekko amoniakiem
- przesączyć roztwór przez sączek z bibuły
- przemyć sączek wodą
- dodać 1 cm3 buforu o pH = 10 i trzy krople czerni eriochromowej T
- miareczkować 0,01 m EDTA do zmiany zabarwienia z fiołkowego na niebieskie
- twardość obliczyć ze wzoru

v – objętość EDTA
Jeżeli woda zawiera Cu2+, Ni2+, Zn2+ to należy dodać 1 cm3 1% roztworu KCN lub 1 cm3 1% roztworu Na2S, by związać te jony.
4. Podsumowaniem zajęć koła jest prezentacja wyników doświadczeń. Liderzy grup referują przebieg doświadczeń a wnioski zapisują na wspólnym plakacie.
5. Na zakończenie zajęć członkowie koła wypowiadają swoje spostrzeżenia (przydatność zajęć, czy im się te zajęcia podobały, co chcieliby zmienić).
6. Nauczyciel wyznacza termin następnych zajęć i rozdaje karki z poleceniami.