FOGLI DI LAVORO (ESEMPI) TRATTI DALLE SEQUENZE SULLA TRASFORMAZIONE CHIMICA (LIVELLO MACROSCOPICO E MICROSCOPICO)

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1 FOGLI DI LAVORO (ESEMPI) TRATTI DALLE SEQUENZE SULLA TRASFORMAZIONE CHIMICA (LIVELLO MACROSCOPICO E MICROSCOPICO) MACROSCOPICO FOL 2.30b 1. In un becher da 100 ml (becher A) metti una punta di spatola di nitrato di potassio; aggiungi 25 cm 3 di acqua distillata e agita accuratamente con una bacchetta di vetro. 2. In un altro becher da 100 ml (becher B) metti una punta di spatola di ioduro di piombo; aggiungi 25 cm 3 di acqua distillata e agita accuratamente con una bacchetta di vetro. N.B. La bacchetta deve essere lavata molto bene quando si cambia becher! 3. Completa la tabella indicando le caratteristiche di ciò che è contenuto nei becher Becher Sostanza Stato fisico Colore N sostanze N fasi Disegno A nitrato di potassio + acqua B ioduro di piombo + acqua 4. Versa il contenuto del becher A nel becher B. Agita accuratamente con la bacchetta e lascia riposare per alcuni minuti. Descrivi brevemente ciò che avviene:.. 5. Tenendo presente le caratteristiche prima indicate (stato fisico, colore, altre osservazioni) indica che cosa cambia e che cosa non cambia tra la situazione iniziale e quella finale. Annota in particolare: a. Da quante sostanze sei partito?... Indica quali... b. Come si presenta il sistema che hai ottenuto (colore, granulometria, ecc.)?... c. Quanti corpi vedi nel sistema che hai ottenuto?... d. Quante fasi vedi nel sistema che hai ottenuto?... e. Secondo te, il nitrato di potassio è cambiato? Sì No Se sì, in che modo?... f. Secondo te, lo ioduro di piombo è cambiato? Sì No Se sì, in che modo?... g. Secondo te, l acqua è cambiata? Sì No Se sì, in che modo?... h. Riassumi ciò che hai descritto in una tabella, aiutandoti con un disegno Sostanza Stato fisico Colore N sostanze N fasi Disegno nitrato di potassio + acqua + ioduro di piombo + acqua 6. Secondo te, si tratta di fenomeni analoghi a quelli visti in precedenza (passaggi di stato, miscelazione, solubilizzazione) oppure si tratta di un fenomeno nuovo?...se sì, quale nome potresti dargli? Immagina di aver determinato con una bilancia le seguenti masse: - massa becher A - massa becher B - massa nitrato di potassio - massa ioduro di piombo - massa acqua A - massa acqua B Secondo te a cosa corrisponde la massa totale del sistema (becher + acqua + sostanze) dopo aver eseguito l ultima operazione (n. 4)? massa TOT=..

2 Sul bancone ci sono due recipienti (A e B), ognuno dei quali contiene una sostanza: A: nitrato di piombo B: ioduro di potassio 1. Compila una semplice carta di identità delle sostanze utilizzando la tabella: Recipiente Sostanza Stato fisico Colore N sostanze N fasi Disegno FOL 2.31a A nitrato di piombo B ioduro di potassio 2. Preleva una spatola di nitrato di piombo e versala in un mortaio; tritura i granelli con un pestello. Descrivi brevemente ciò che avviene:.. 3. Preleva una spatola di ioduro di potassio e versala in un altro mortaio; tritura i granelli con un altro pestello. Descrivi brevemente ciò che avviene: Aggiungi lo ioduro di potassio che hai triturato al nitrato di piombo contenuto nel primo mortaio; tritura entrambi con un pestello mischiandoli con cura. Descrivi brevemente ciò che avviene: 5. Tenendo presente le caratteristiche prima indicate (stato fisico, colore, altre osservazioni) indica che cosa cambia e che cosa non cambia tra la situazione iniziale e quella finale. Annota in particolare: a. Da quante sostanze sei partito?... Indica quali... b. Come si presenta il sistema che hai ottenuto (colore, granulometria, ecc.)?... c. Quanti corpi vedi nel sistema che hai ottenuto?... d. Quante fasi vedi nel sistema che hai ottenuto?... e. Secondo te, il nitrato di piombo è cambiato? Sì No Se sì, in che modo?. f. Secondo te, lo ioduro di potassio è cambiato? Sì No Se sì, in che modo?. g. Riassumi ciò che hai descritto in una tabella, aiutandoti con un disegno Sostanza Stato fisico Colore N sostanze N fasi Disegno nitrato di piombo + ioduro di potassio 6. Secondo te, si tratta di fenomeni analoghi a quelli visti in precedenza (passaggi di stato, miscelazione, solubilizzazione) oppure si tratta di un fenomeno nuovo?...se sì, quale nome potresti dargli?...

3 Sul bancone ci sono due recipienti (A e B), ognuno dei quali contiene un corpo: A: zinco B: soluzione acquosa di cloruro di idrogeno 1. Compila una semplice carta di identità dei corpi utilizzando la tabella: Recipiente Sostanza Stato fisico Colore N sostanze N fasi Disegno FOL 2.33 A B zinco cloruro di idrogeno + acqua 2. Preleva una spatola di zinco e versala in un vetrino da orologio; con una pipetta aggiungi goccia a goccia la soluzione di cloruro di idrogeno. Descrivi brevemente ciò che avviene: Tenendo presente le caratteristiche prima indicate (stato fisico, colore, altre osservazioni) indica che cosa cambia e che cosa non cambia tra la situazione iniziale e quella finale. Annota in particolare: a. Da quante sostanze sei partito?... Indica quali... b. Come si presenta il sistema che hai ottenuto (colore, granulometria, ecc.)?... c. Quanti corpi vedi nel sistema che hai ottenuto?... d. Quante fasi vedi nel sistema che hai ottenuto?... e. Riassumi ciò che hai descritto in una tabella, aiutandoti con un disegno Sostanza Stato fisico Colore N sostanze N fasi Disegno zinco + cloruro di idrogeno + acqua 4. Secondo te, è avvenuta una trasformazione del sistema? Si No Non so rispondere Se sì, si tratta di una trasformazione fisica una trasformazione chimica non so rispondere Giustifica la tua scelta. 5. Descrivi il procedimento che potresti seguire in laboratorio per poter sostenere con evidenza sperimentale la tua scelta.

4 MICROSCOPICO ATOMICO/MOLECOLARE ATOMI E MOLECOLE FOL 4.1 Versa una punta di spatola di nitrato di piombo in un mortaio, poi preleva una punta di spatola di ioduro di potassio e versala nello stesso mortaio. Tritura i granelli con il pestello. 1. Descrivi brevemente ciò che avviene:. 2. Scrivi lo schema della trasformazione chimica che è avvenuta utilizzando il linguaggio verbale: 3. Prova a rappresentare questa trasformazione con il Modello Particellare: FOL 4.3 In ognuno degli assiomi del Modello Particellare, sostituisci la parola particella con il termine che ritieni più appropriato. SI PUÒ RAPPRESENTARE UN CORPO PURO COME COSTITUITO DA UN INSIEME DI PARTICELLE MOLTO PICCOLE, CHE HANNO LE SEGUENTI PROPRIETÀ: 1. UNA PARTICELLA (MOLECOLA) È DIVISIBILE, PERCHÉ È FORMATA DA ALTRE PARTICELLE (ATOMI) 2. UNA PARTICELLA NON PUÒ CAMBIARE FORMA, È INDEFORMABILE 3. UNA PARTICELLA NON PUÒ CAMBIARE VOLUME, HA SEMPRE LE STESSE DIMENSIONI 4. UNA PARTICELLA NON PUÒ CAMBIARE MASSA, HA SEMPRE LA STESSA QUANTITÀ DI MATERIA 5. UN SOLO TIPO DI PARTICELLE.. INDIVIDUA UN CORPO PURO 6. UN DETERMINATO NUMERO DI PARTICELLE.. DELLO STESSO TIPO EQUIVALE SEMPRE ALLA STESSA QUANTITÀ DI CORPO PURO 7. TRA LE PARTICELLE CI SONO SPAZI VUOTI PIÙ O MENO GRANDI A SECONDA DELLO STATO FISICO DEL CORPO 8. LE PARTICELLE.. SONO PIÙ O MENO VICINE TRA LORO E PIÙ O MENO VINCOLATE LE UNE ALLE ALTRE A SECONDA DELLO STATO FISICO DEL CORPO 9. LE PARTICELLE.. SONO PIÙ O MENO LIBERE DI MUOVERSI A SECONDA DELLO STATO FISICO DEL CORPO; UN AUMENTO DELLA TEMPERATURE DETERMINA UN AUMENTO DELLA VELOCITÀ DI MOVIMENTO DELLE PARTICELLE 10. LE PARTICELLE.. SONO DISPOSTE IN MODO PIÙ O MENO ORDINATO A SECONDA DELLO STATO FISICO DEL CORPO Giustifica le tue scelte. [ ]

5 VOLUMI E PARTICELLE FOL 4.5a Un cilindro è chiuso alle estremità da due pistoni mobili; un diaframma rimovibile divide il cilindro in due comparti a tenuta. I due comparti hanno la stessa capacità e contengono ognuno 1dm 3 di gas: il comparto A contiene 1 dm 3 di cloruro di idrogeno, il comparto B 1 dm 3 di ammoniaca. Nel disegno è raffigurata la situazione sperimentale prima e dopo la rimozione del diaframma. Usando il Modello Particellare, rappresenta la trasformazione chimica che avviene (si forma il solido cloruro di ammonio), tenendo conto dei volumi delle sostanze reagenti. Evidentemente rimuovendo il diaframma i due gas verranno a contatto e, come nella situazione sperimentale del FOL 4.4, avverrà una trasformazione chimica con formazione di cloruro di ammonio solido. Dal disegno sulla scheda risulta chiaramente che i due gas vengono totalmente consumati nella reazione: i due gas reagiscono completamente e questa è un informazione importante che deve essere utilizzata a questo punto della Sequenza, quando si portano gli allievi a ragionare sul numero di particelle che sono presenti in un volume unitario dei gas che reagiscono. Cosa significa reagire completamente a livello macroscopico e a livello microscopico? Gli allievi in genere non hanno difficoltà ad ammettere che a livello macroscopico reagire completamente significa che, al termine della trasformazione, non rimane più cloruro di idrogeno né ammoniaca: vi è soltanto cloruro di ammonio. Infatti se 1 dm 3 di cloruro di idrogeno reagisce esattamente con 1 dm 3 di ammoniaca, i pistoni si avvicinino sino quasi a toccarsi: tra di essi rimane una sottile parete formata dal solido bianco cloruro di ammonio. A questo punto si passa al livello microscopico: se due sostanze reagiscono completamente questo significa che tutte le particelle di una sostanza reagiscono con tutte la particelle dell altra. In effetti la maggior parte delle rappresentazioni iconiche proposte dagli allievi dovrebbero essere del tipo: Secondo il Modello Particellare, le particelle del gas vengono rappresentate distanti tra loro e disposte in modo disordinato, contrariamente a quelle del solido. Viene disegnato, per entrambi i gas reagenti, lo stesso numero di particelle: la corrispondenza tra volumi di gas (livello macroscopico) e numero di particelle (livello microscopico) dovrebbe essere del tutto spontanea per allievi che sono abituati a utilizzare il Modello Particellare per interpretare gli stati della materia e le trasformazioni fisiche. In alternativa, l insegnante potrebbe proporre un interrogativo di questo tipo: Ammettiamo che in 1 dm 3 di gas cloruro di idrogeno ci siano 100 particelle (molecole) di cloruro di idrogeno. Quante particelle di ammoniaca ci saranno in 1 dm 3 di gas ammoniaca? Per rispondere gli allievi devono tenere conto che la sostanza che si forma dalla reazione tra i due gas è costituito da una parte di cloruro di idrogeno e una parte di ammoniaca. Di conseguenza, dal momento che i gas contenuti ciascuno in 1 dm 3 si consumano completamente, 100 molecole di cloruro di idrogeno si combinano con 100 molecole di ammoniaca; dunque 1 dm 3 di ammoniaca contiene lo stesso numero di molecole che sono contenute in 1 dm 3 di cloruro di idrogeno. In generale: se in un volume di gas cloruro di idrogeno ci sono N particelle di cloruro di idrogeno, nello stesso volume di gas ammoniaca ci saranno N particelle di ammoniaca.

6 La conferma di ciò si ha nell interpretazione del fenomeno del gas reagente in eccesso, descritto nel FOL 4.5b: FOL 4.5b La situazione sperimentale è la stessa descritta nel FOL 4.5a: ora però i due comparti a tenuta contengono volumi diversi di gas. 1. Il comparto A contiene 2 dm 3 di cloruro di idrogeno; il comparto B contiene 1 dm 3 di ammoniaca. Nel disegno è raffigurata la situazione sperimentale prima e dopo la rimozione del diaframma. Usando il Modello Particellare, rappresenta la trasformazione chimica che avviene, tenendo conto dei volumi delle sostanze reagenti. 2. Il comparto A contiene 1 dm 3 di cloruro di idrogeno; il comparto B contiene 2 dm 3 di ammoniaca. Nel disegno è raffigurata la situazione sperimentale prima e dopo la rimozione del diaframma. Usando il Modello Particellare, rappresenta la trasformazione chimica che avviene, tenendo conto dei volumi delle sostanze reagenti. In entrambe le situazioni sperimentali, il gas residuo al termine della trasformazione è certamente gas in eccesso, ossia gas che non ha reagito: è rimasto inalterato senza entrare a far parte del prodotto. Nel primo caso il volume di cloruro di idrogeno è doppio rispetto a quello dell ammoniaca, nel secondo caso il volume di ammoniaca è doppio rispetto a quello del cloruro di idrogeno. Nei due i casi si forma il solido bianco (cloruro di ammonio), però i gas non vengono utilizzati completamente: al termine della trasformazione rimane sempre un residuo di sostanza gassosa, e ciò è evidenziato nei disegni dal fatto che tra i due pistoni rimane un certo spazio, occupato dal gas che non ha reagito e che quindi è in eccesso. Nel primo caso si ha un eccesso di 1 dm 3 di cloruro di idrogeno; nel secondo si ha un eccesso di 1 dm 3 di ammoniaca. Agli allievi viene nuovamente richiesto di rappresentare il fenomeno con il Modello Particellare. La consegna li obbliga a chiedersi quale rapporto esista tra il numero di molecole dei gas reagenti e il dato sperimentale che evidenzia un rapporto 1:1 tra i volumi dei due gas che reagiscono. Si tratta di una situazione problematica complessa, per la quale gli studenti potrebbero proporre svariate soluzioni. In genere, buona parte degli allievi ritiene condivisibile l idea che volumi uguali di cloruro di idrogeno e di ammoniaca contengono lo stesso numero di molecole e che vi è un rapporto stretto tra volume di gas e numero di molecole: eccesso di gas significa, a livello microscopico, eccesso di particelle. Quante? Volume doppio di gas significa numero doppio di particelle (a parità di pressione e temperatura).

7 Anche se alcuni sono restii ad accettare l idea, la cosa non deve preoccupare: le situazioni problematiche affrontate in seguito avvalorano l'adeguatezza di tale ipotesi che, come l insegnante farà rimarcare quando lo riterrà opportuno, è stata avanzata dal chimico e fisico italiano Amedeo Avogadro ( ). PRINCIPIO DI AVOGADRO: VOLUMI UGUALI DI GAS DIVERSI, ALLE STESSE CONDIZIONI DI TEMPERATURA E DI PRESSIONE, CONTENGONO LO STESSO NUMERO DI MOLECOLE. La comprensione del principio di Avogadro costituisce quasi sempre un importante ostacolo cognitivo per gli allievi: nell Attività proposta essa non viene introdotta secondo un approccio puramente teorico, e questo consente di superare alcune difficoltà che generalmente insegnanti e allievi si trovano ad affrontare relativamente a tale argomento. [ ] SOSTANZE SEMPLICI E COMPOSTE FOL 4.6a Un cilindro è chiuso alle due estremità da due pistoni mobili. Un diaframma rimovibile divide il cilindro in due comparti a tenuta. I due comparti hanno lo stesso volume e contengono ognuno 1 dm 3 di gas: il comparto A contiene gas idrogeno, il comparto B contiene gas cloro. Si rimuove il diaframma e si fa avvenire la trasformazione: i due gas reagiscono completamente producendo 2 dm 3 di una nuova sostanza gassosa: il cloruro di idrogeno. 1. Usando il Modello Particellare, rappresenta le sostanze prima e dopo la trasformazione. 2. Considera ora la stessa trasformazione focalizzando l attenzione sulla massa delle sostanze: il comparto A contiene 0.89 g di gas idrogeno, il comparto B contiene g di gas cloro. Quando si rimuove il diaframma tutto l idrogeno si combina con tutto il cloro. Secondo te, quale è la massa in grammi del cloruro di idrogeno che si forma?. Giustifica la tua risposta.

8 FOL 4.12a Un cilindro è chiuso alle due estremità da due pistoni mobili. Un diaframma rimovibile divide il cilindro in due comparti a tenuta. Il comparto A contiene 2 dm 3 di gas diazoto, il comparto B contiene 1 dm 3 di gas diossigeno. Si rimuove il diaframma e si fa avvenire la trasformazione: i due gas reagiscono completamente producendo 2 dm 3 di una nuova sostanza gassosa: il monossido di diazoto. Usando il Modello Particellare, rappresenta le sostanze prima e dopo la trasformazione. FOL 4.12b Un cilindro è chiuso alle due estremità da due pistoni mobili. Un diaframma rimovibile divide il cilindro in due comparti a tenuta. Il comparto A contiene 2 dm 3 di gas diazoto, il comparto B contiene 3 dm 3 di gas diossigeno. Si rimuove il diaframma e si fa avvenire la trasformazione: i due gas reagiscono completamente producendo 2 dm 3 di una nuova sostanza gassosa: il diossido di triazoto. Usando il Modello Particellare, rappresenta le sostanze prima e dopo la trasformazione.