Liceo Scientifico. Risultati di apprendimento di riferimento Competenze Abilità Conoscenze. delle esperienze di laboratorio

Transcript

1 Liceo Scientifico Titolo: Stati di aggregazione N. modulo 1 Ordinamento/indirizzo Liceo scientifico Classe 3 N. ore: 40 Discipline implicate: fisica, matematica, scienze naturali Periodo di sviluppo Settembre /Ottobre Docente responsabile: Scienze naturali Risultati di apprendimento di riferimento Competenze Abilità Conoscenze Aver raggiunto una conoscenza Organizzare le diverse fasi Stati di aggregazione. sicura dei contenuti fondamentali delle scienze fisiche e naturali, e anche delle esperienze di laboratorio Interpretare i dati raccolti Passaggi di stato Miscugli omogenei Concentrazione e solubilità attraverso l uso sistematico del Teoria cinetica-corpuscolare laboratorio, una padronanza dei Elaborare relazioni di laboratorio Evoluzione dei modelli atomici. linguaggi specifici e dei metodi di indagine propri delle scienze sperimentali Realizzare prove pratiche Legame chimico Funzioni 1

2 Compito esperto/argomento (descrizione sintetica del prodotto o del servizio da realizzare): Attraverso due prove di laboratorio lo studente applicherà il metodo scientifico seguendone le fasi: osservazione dei fenomeni, raccolta dei dati, formulazione dell'ipotesi, verifica sperimentale, eventuale enunciazione di una legge. Alla fine di ciascuna esperienza laboratoriale, lo studente illustrerà l attività svolta rispettando i requisiti formali del metodo e del linguaggio scientifico. 2

3 PROCESSO DIDATTICO Attività didattica Metodologia 1) Lezione propedeutica alle Lezione esercitazioni di laboratorio frontale 2) Esercitazione 1 Solubilità Laboratorialità 3) Lezione propedeutica alle Lezione esercitazioni di laboratorio frontale 4) Esercitazione 2 Trasformazione fisica e trasformazione chimica Laboratorialità (miscuglio e composto) 5) Prova di verifica individuale Ottobre I sett II sett III sett IV sett Esercitazione di laboratorio N.1 Solubilità Materiale occorrente Bilancia tecnica, cucchiaio o spatola, carta oleata, bacchetta di vetro, Becker da 250 ml, Becker da 500 ml, cilindro graduato da 250 ml, cilindro graduato da 500 ml Reagenti 3

4 sale da cucina, zucchero, bicarbonato di sodio, acqua Modalità operativa Pesare circa 50 g di sale da cucina su un foglio di carta oleata e annotare il dato nell'apposita tabella con la sigla P1. Versare 100 ml di acqua misurati con un cilindro graduato in un Becker da 250 ml. Aggiungere, a piccole dosi, il sale all'acqua contenuta nel Becker, agitando con la bacchettina di vetro per favorire la dissoluzione. Continuare tale operazione fino a quando anche una minima aggiunta di sale non si solubilizzerà. Pesare la quantità di sale rimasta sul foglio e annotare il dato in tabella con la sigla P2. Ripetere lo stesso esperimento prima raddoppiando e poi triplicando sia il volume dell'acqua sia, approssimativamente, la quantità di sale e annotare i relativi dati nella tabella. Elaborazione Dati Sottraendo dal valore P1 il valore P2, si ottiene la quantità massima di sale che è possibile sciogliere nel volume di acqua previsto. Tale valore lo chiamerete P e lo riporterete in tabella. Dividendo il valore P per il volume di acqua adoperato si ottiene la solubilità S, che indica la quantità massima di sale che si può sciogliere in 1 ml di acqua. Esperimento simulato con sale da cucina Volume acqua (mi) TABELLA DATI P1(g) P2(g) P (g) S(g / ml) 4

5 IPOTESI Osservando i valori della colonna S della tabella, notate che la quantità massima di sale che si può sciogliere in 1 mi di acqua è sempre costante, qualunque sia il volume di acqua adoperato. Tale valore è 0,36 g/ml e può essere considerato una proprietà caratteristica della soluzione sale-acqua a temperatura ambiente. L'osservazione dei dati ottenuti può indurre alla formulazione di un'ipotesi: la solubilità S assume un diverso valore per ogni sostanza adoperata, rimanendo però un valore costante per ognuna di esse. VERIFICA DELL IPOTESI Tale ipotesi va verificata attraverso l'esecuzione di altri esperimenti da condurre con la stessa metodica descritta, ma adoperando sostanze differenti come ad esempio lo zucchero o il bicarbonato di sodio. Esperimento con zucchero Esperimento con bicarbonato di sodio Volume acqua (mi) TABELLA DATI P1(g) P2(g) P (g) S(g / ml) 5

6 Domande stimolo 1. Quali grandezze in grado di influenzare il sistema acqua- sale rimangono costanti (o meglio si ritiene che rimangono tali, salvo misurazione ) nell esecuzione della prova? [Risposta: temperatura e pressione] 2. L'ipotesi formulata ha la validità di una legge generale che può essere espressa da una equazione matematica. Quale tra le seguenti? a) S = [g di sostanza] / [ ml solvente (acqua) ] b) S= [g di sostanza] 2 / [ ml solvente (acqua) ] c) S = K * [g di sostanza] / [ ml solvente (acqua) ], dove K dipende dalla particolare sostanza d) S = [g di sostanza] / [ ml solvente (acqua) ] 2 Esercitazione di laboratorio N. 2 Trasformazione fisica e trasformazione chimica (miscuglio e composto) 6

7 Obiettivo dell esperimento Dall'esecuzione di questo esperimento si potrà dal vivo verificare la differenza che intercorre tra un miscuglio e un composto e tra una trasformazione fisica reversibile e una trasformazione chimica irreversibile. Materiale occorrente Provette con porta provette, provetta di vetro resistente al calore, mortaio di porcellana, cucchiaio, vetrini concavi, bilancia tecnica al decimo di grammo, becco Bunsen, pinza di legno, martello Reagenti Zolfo in polvere, limatura di ferro, acido cloridrico diluito, solfuro di carbonio Modalità operativa Prima parte 1. Porre limatura di ferro sopra un vetrino concavo e avvicinare una calamita. Osservare e riportare in tabella quello che accade. 2. Porre una piccola quantità, circa 0,5 g, di limatura di ferro in una provetta e trattare con 8-10 ml di soluzione di acido cloridrico diluito. Osservare e riportare in tabella quello che accade. 3. Porre 0,5 g di limatura in un'altra provetta e versare 5-10 ml di solfuro di carbonio. Osservare e riportare in tabella quello che accade. Ripetere le tre prove effettuate sulla polvere di zolfo. Osservare e riportare in tabella quello che accade. 7

8 Porre in un mortaio 10 g di limatura di ferro e 5,8 g di polvere di zolfo e mescolare i due componenti fino a ottenere una polvere uniforme di colore grigio chiaro. Rieseguire sulla miscela ottenuta i tre saggi prima descritti. Osservare e riportare in tabella quello che accade. saggio calamita con Ferro Zolfo Ferro+Zolfo saggio con acido cloridrico saggio con solfuro di carbonio Seconda parte Porre in una provetta resistente al calore la miscela di 10 g di limatura di ferro e 5,8 g di polvere di zolfo, avendo cura di non sporcare le pareti della provetta, e tappate con un batuffolo di cotone. Arroventate quindi gradualmente con cautela il fondo della provetta che dovrà essere inclinata sulla fiamma di un becco Bunsen e in continuo movimento. Dopo l'arroventamento, raffreddare la provetta e con un martello rompere la sua parte inferiore sopra un mortaio, eliminando nel migliore modo possibile i cocci di vetro. Pestare la massa scura ottenuta (solfuro di ferro) fino a ridurla in polvere e su essa eseguite ancora una volta le tre prove che daranno i risultati da raccogliere nella seguente tabella: 8

9 saggio con calamita saggio con acido cloridrico saggio con solfuro di carbonio Solfuro di ferro note Soluzione della intera raccolta dati Ferro Zolfo Ferro+Zolfo Solfuro di ferro saggio con calamita attira non attira attira solo il ferro non viene attirato saggio con acido cloridrico saggio con solfuro di carbonio si scioglie non si scioglie scioglie solo il ferro non si scioglie si scioglie scioglie solo lo zolfo si scioglie non si scioglie Domande stimolo 1. La miscela ferro+zolfo è un miscuglio. Perché? 2. La sostanza ottenuta nella seconda parte della prova è un composto. Perché? 9

10 3. Il composto ottenuto è il risultato di una reazione chimica. E una reazione di sintesi o di decomposizione? 4. Come potrebbe essere schematizzata la reazione chimica che ha dato luogo al composto? 10

11 PROVA DI VERIFICA INDIVIDUALE Finalità dell accertamento: programmare l attività didattica di laboratorio della classe terza partendo dalle effettive capacità degli studenti di agire la competenza di riferimento. Esperimento di laboratorio Reazione di decomposizione: composti ed elementi In questo esperimento vengono eseguite alcune prove di decomposizione in maniera da verificare che da una sostanza pura possono essere ottenute sostanze più semplici, che possono essere o composti o elementi. Materiale occorrente Provetta con porta provette, provette resistenti al calore, pinza di legno, stecchini di legno, becco Bunsen, spatolina Reagenti Ossido di mercurio (HgO) Clorato di potassio (KClO 3 ) Soluzione diluita di nitrato d'argento (AgNO 3 ) Modalità operativa (Il docente realizza le due prove di laboratorio descritte e somministra un questionario agli studenti) Prima prova 11

12 Introdurre in una provetta, resistente al calore e ben asciutta, una piccola quantità di ossido di mercurio (HgO), che è una sostanza rosso-arancio. Adoperando una pinza di legno, riscaldare il fondo della provetta, prima delicatamente e poi fortemente, spostandola continuamente sulla fiamma di un becco Bunsen. Dopo averla riscaldata per almeno 5 minuti, mantenendola sempre sulla fiamma, affacciare allo sommità della provetta uno stecchino di legno che brucia senza fiamma e osservare che la combustione dello stecchino viene visibilmente ravvivata. Interrompere il riscaldamento e osservare che dopo il raffreddamento sulla parete della provetta si sono depositate piccole goccioline di mercurio. Che cosa è verosimilmente accaduto? Seconda prova Introdurre in una provetta resistente al calore, ben asciutta, una piccola quantità (1-2 g) di clorato di potassio KClO 3, che è una sostanza bianca. Scaldare dapprima cautamente e poi energicamente il fondo della provetta, reggendola con una pinza di legno e spostandola continuamente sulla fiamma. Per effetto del calore la sostanza si rigonfia, eliminando gas, che, come nel caso precedente, ravviva la combustione di uno stecchino di legno appena spento. Interrompere il riscaldamento quando la sostanza non rigonfia più e comincia a fondere. La sostanza che rimane nella provetta ha lo stesso aspetto del clorato di potassio prima introdotto, ma non è detto che si tratti della stessa sostanza. Infatti, inserendo una piccola quantità della sostanza ottenuta, disciolta in un po d acqua, in un altra provetta e trattando con qualche goccia di soluzione diluita di nitrato d argento, si osserverà la produzione di un precipitato bianco. Effettuando la stessa prova su una piccola quantità di clorato di potassio, non si otterrà lo stesso risultato. 12

13 Domanda stimolo I due composti ottenuti nella seconda prova sono lo stesso composto o sono diversi? (barrare la riposta ritenuta esatta) : Sì ; No ; Non si è in grado di stabilirlo. Motivate la risposta. Risposta esatta: No E la differente azione prodotta sui due composti da parte del nitrato d argento a stabilire che si tratta di due diverse sostanze. Questionario da somministrare al termine dell esperimento di Laboratorio Reazione di decomposizione: composti ed elementi 1. Completare il testo seguente 1.a Le due prove effettuate sono esempi di reazioni di. 1.b Nel primo esperimento da una sostanza pura, l'ossido di mercurio (rosso arancio), si ottengono. 13

14 1.c Schematizza la reazione eseguita, ricordando che HgO rappresenta una molecola di ossido di mercurio (il mercurio ha simbolo Hg, dal lat. Hydrargirum) e che O 2 rappresenta una molecola di ossigeno : 1.d Nella seconda prova da una sostanza pura, il clorato di potassio KClO 3, si ottiene 1.e Motivare la risposta ad 1.d 1.f La reazione è quindi una reazione di. Analisi degli item 1.a, 1.b,.1c, 1.d, 1.f Risposte esatte: 1.a decomposizione 1.b due sostanze: il mercurio visibile sotto forma di piccole gocce sulla parete della provetta; l ossigeno rilevato per la sua proprietà di favorire la combustione (effetto comburente). 1.c Da HgO si passa a Hg ed O 2, quindi una coerente schematizzazione della reazione è la seguente, che rispetta la legge della conservazione della massa, 14

15 HgO -> Hg + ½ O 2 1.d Di nuovo ossigeno O 2 e una sostanza residuale che si dimostra essere differente dal clorato di partenza. 1.f decomposizione Abilità di riferimento: Interpretare le osservazioni e/o i dati raccolti Indicatore di prestazione : Esposizione (o descrizione) Punteggio max: 15 Analisi dell item 1.e Risposta esatta: 1.e Lo sviluppo di ossigeno è attestato dal ravvivarsi della fiamma nello stecchino. Nel test con nitrato d argento, il clorato di potassio non reagisce (assenza di precipitato), mentre la sostanza residuale in provetta reagisce (presenza di precipitato): le due sostanze pertanto sono differenti. Inoltre poiché il clorato di potassio è una sostanza ternaria (KClO 3 ), costituita da ossigeno O 2,cloro Cl 2 e potassio K, e l ossigeno si è sviluppato in forma gassosa, abbandonando la provetta, la sostanza rimasta non potrà che essere un composto di cloro e potassio. Abilità di riferimento: Interpretare le osservazioni e/o i dati raccolti Indicatore di prestazione: Argomentazione Punteggio max : 3 15

16 2. Dire da quante fasi è costituito un miscuglio omogeneo. Analisi dell item 2 Risposta esatta: Un miscuglio omogeneo è costituito da un unica fase. Abilità di riferimento: Classificare Indicatore di prestazione: Esposizione/descrizione Punteggio max: 2 3. Indicare con una quali dei seguenti sistemi è un miscuglio eterogeneo e quale omogeneo SISTEMA Omogeneo Eterogeneo una limonata zuccherata con cubetti di ghiaccio una sigaretta accesa 300 chiodi di ferro un bicchiere di Coca-Cola una tazza contenente olio e aceto 16

17 Risposta esatta Analisi dell item 3 SISTEMA Omogeneo Eterogeneo una limonata zuccherata con cubetti di ghiaccio una sigaretta accesa 300 chiodi di ferro un bicchiere di Coca- Cola una tazza contenente olio e aceto Abilità di riferimento: Classificare Indicatore di prestazione: Esposizione/descrizione Punteggio max : 5 4. Tra le sostanze sotto elencate indicare con una le sostanze pure. SOSTANZA acqua corrente PURA 17

18 aria pura cloruro di potassio legno idrogeno acqua distillata mercurio ossigeno Risposta esatta Analisi dell item 4 SOSTANZA acqua corrente aria pura cloruro di potassio legno idrogeno acqua distillata mercurio ossigeno PURA 18

19 Abilità di riferimento: Classificare Indicatore di prestazione: Esposizione/descrizione Punteggio max: 8 5. Misurare la temperatura di un liquido incolore, che sappiamo essere una sostanza pura, non è sufficiente per stabilire di quale liquido si tratta. In quali condizioni la misura della temperatura del materiale può darci utili informazioni per la sua identificazione? Analisi dell item 5 Domanda semistrutturata a risposta aperta Risposta esatta Se misuriamo la temperatura a cui un liquido si trova in un determinato istante, non possiamo nient altro che constatare quello che misuriamo, senza poter fare ipotesi sulla sua identità. Non riusciamo a stabilire di che liquido si tratta. Se proviamo a fornire al liquido calore in condizioni di pressione costante fino ad indurre la trasformazione di stato liquido vapore (evaporazione), e misuriamo la temperatura a cui ciò avviene, individuiamo un punto fisso caratteristico della sostanza. Consultando tabelle dei liquidi noti, si può così risalire all identità del liquido. Abilità di riferimento: Interpretare le osservazioni e/o i dati raccolti Indicatore di prestazione: Argomentazione Punteggio max: 3 19

20 6. Esaminare la vignetta sotto riportata e fare considerazioni motivate sul tipo di trasformazione effettuata Risposta esatta Analisi dell item 6 Si è di fronte ad una reazione di combustione di un fiammifero, avviata da un altra reazione, di natura violenta, innescata dall azione meccanica di sfregamento della capocchia dello stesso. La natura chimica, cioè irreversibile, della trasformazione è sancita dal fatto che dà esiti permanenti: il fiammifero è bruciato, nero e fumante, è mutata quindi la propria composizione e non può essere riportato con mezzi fisici al sua condizione iniziale. 20

21 Abilità di riferimento: Interpretare le osservazioni e/o i dati raccolti Indicatore di prestazione: Argomentazione Punteggio max: 3 7. Specificare con una, per ciascuna delle seguenti trasformazioni, se si tratta di fenomeno fisico o di fenomeno chimico, motivando brevemente la scelta effettuata TRASFORMAZIONE 7.a l'ingiallimento delle foglie in una pianta in autunno 7.b la dissoluzione di un'aspirina in un bicchiere d'acqua 7.c l'azione di un 'aspirina nel corpo di un individuo che ha il raffreddore 7.d l'ebollizione dell'acqua 7.e lo sturamento di un lavandino mediante l'uso di una pompa Fenom. fisico Fenom. chimico Motivazione della scelta 21

22 7.f lo sturamento di un lavandino mediante l'uso del Niagara Risposta esatta TRASFORMAZIONE 7.a l'ingiallimento delle foglie in una pianta in autunno 7.b la dissoluzione di un'aspirina in un bicchiere d'acqua 7.c l'azione di un 'aspirina nel corpo di un individuo che ha il raffreddore 7.d l'ebollizione dell'acqua 7.e lo sturamento di un lavandino mediante l'uso di una pompa 7.f lo sturamento di un lavandino Fenom. fisico Analisi dell item 7 Fenom. chimico Motivazione della scelta Il cambiamento di colore è un chiaro segnale del concretizzarsi di una reazione chimica Si tratta del concretizzarsi di una soluzione acquosa e quindi di una trasformazione reversibile. L aspirina (l'acido acetilsalicilico) esplica la propria azione scindendosi in vivo (nell organismo) nel salicilato, il sale che ad alte concentrazioni attiva l'ampk, un sensore dell'energia cellulare presente in tutti gli organismi eucarioti che regola diversi importanti processi, tra cui la crescita cellulare e il metabolismo. A livello biochimico, il salicilato agisce inibendo un enzima responsabile della sintesi delle prostaglandine, che a loro volta regolano numerosi fenomeni biologici, tra cui l'infiammazione, la sensibilità dolorifica, la febbre, le secrezioni degli organi digerenti, la filtrazione dei liquidi a livello renale, la riproduzione e la coagulazione del sangue. Si è di fronte ad una trasformazione di stao, pertanto ad una trasformazione reversibile quindi fisica. L azione meccanica svolta dalla pompa non produce alcuna trasformazione della natura delle sostanze coinvolte. Uno sgorgatore chimico può contenere acido solforico oppure soda 22

23 mediante l'uso di uno sgorgatore chimico caustica, pertanto assolve al proprio compito dissolvendo le sostanze che causano l ostruzione. Si tratta di un azione di natura chimica. Abilità di riferimento (risposte date nelle colonne Fenomeno fisico e Fenomeno chimico): Classificare Indicatore di prestazione: Esposizione/descrizione Punteggio max : 8 Abilità di riferimento (risposte delle colonne Motivazione della scelta): Interpretare le osservazioni e/o i dati raccolti Indicatore di prestazione: Argomentazione Punteggio max: 16 8) Delle trasformazioni sottodescritte quali si riferiscono a una reazione di sintesi tra elementi per ottenere un composto e quali si riferiscono a una reazione di decomposizione di un composto per ottenere composti più semplici o elementi? Motivare le scelte operate. Trasformazione 8.a Un solido bianco viene riscaldato in un sistema chiuso; si sviluppa un gas e il solido rimasto dopo il riscaldamento pesa meno del solido Reazione di Sintesi Reazione di Decomposizione Motivazione della scelta 23

24 originario. 8.b Un metallo viene riscaldato; dopo il riscaldamento, cambia colore e aumenta di peso. 8.c Una polvere nera viene riscaldata con ossigeno; il solo prodotto che si ottiene è un gas incolore il cui peso corrisponde a quello della polvere originale e dell'ossigeno combinato. Risposta esatta Trasformazione 8.a Un solido bianco viene riscaldato in un sistema chiuso; si sviluppa un gas e il solido rimasto dopo il riscaldamento pesa meno del solido originario. 8.b Un metallo viene riscaldato; dopo il riscaldamento, cambia colore e Reazione di Sintesi Analisi dell item 8 Reazione di Decomposizione Motivazione della scelta Lo sviluppo di gas e la diminuzione di peso del residuo sono chiari sintomi che si in presenza di una reazione di decomposizione. Qualcosa si separa da qualcos altro. L aumento di peso (ed il conseguente viraggio ) segnalano che qualcosa si aggiunto al metallo. La reazione è additiva. 24

25 aumenta di peso. 8.c Una polvere nera viene riscaldata con ossigeno; il solo prodotto che si ottiene è un gas incolore il cui peso corrisponde a quello della polvere originale e dell'ossigeno combinato. E ancora l aumento di peso del prodotto della reazione (la somma dei reagenti) ad esser una chiara indicazione che si è assistito ad una reazione di sintesi. Abilità di riferimento (colonne Reazione di sintesi e Reazione di composizione): Classificare Indicatore di prestazione: Esposizione/descrizione Punteggio max : 3 Abilità di riferimento (colonna Motivazione della scelta): Interpretare le osservazioni e/o i dati raccolti Indicatore di prestazione: Argomentazione Punteggio max: 6 25

26 Griglia di correzione della prova 26

27 Competenza Abilità Indicatori Criteri Aver raggiunto una conoscenza sicura dei contenuti fondamentali delle scienze fisiche e naturali, e anche attraverso l uso sistematico del laboratorio, una padronanza dei linguaggi specifici e dei metodi di indagine propri delle scienze sperimentali Interpretare le osservazioni e/o i dati raccolti Classificare Interpretare le osservazioni e/o i dati raccolti Esposizione / descrizione Argomentazione Esposizione/ descrizione Argomentazione Ordine Pertinenza Esattezza Completezza Ordine Pertinenza Esattezza Completezza Ordine Pertinenza Esattezza Completezza Ordine Pertinenza Esattezza Completezza Item prova Punteggio max 1.a 3 1.b 3 1.c 3 1.d 3 1.f 3 1.e a 1 7.b 1 7.c 1 7.d 1 7.f 1 8.a 1 8.b 1 8.c a 2 7.b 2 7.c 2 7.d 2 7.f 2 8.a 2 8.b 2 8.c 2 TOTALE PUNTI 63 27

28 Griglia di osservazione degli studenti in Laboratorio LIVELLO Assente Incerta Sufficiente Sicura INDICATORE Manualità Organizzazione del proprio lavoro Autonomia nella soluzione di difficoltà pratiche o cognitive che si possono presentare Scrupolosità di misura: attenzione e rispetto del dato sperimentale Osservazione logico-interpretativa 28