Kemian eriyttävä tunti. Tekijät Riina Karppinen, Klaus Mäki-Petäys ja Kirsi Söderberg Aihe: sähkökemiallinen pari. Johdanto

Samankaltaiset tiedostot
Käsitteitä. Hapetusluku = kuvitteellinen varaus, jonka atomi saa elektronin siirtyessä

Sähkökemia. Sähkökemiallinen jännitesarja, galvaaninen kenno, normaalipotentiaali

Normaalipotentiaalit

Perunapellosta virtaa! Jenna Salmijärvi ja Maija Torttila

Elektrolyysi Anodilla tapahtuu aina hapettuminen ja katodilla pelkistyminen!

Vesi. Pintajännityksen Veden suuremman tiheyden nesteenä kuin kiinteänä aineena Korkean kiehumispisteen

Sähkökemian perusteita, osa 1

Metallien sähkökemiallisen jännitesarjan opettaminen draaman avulla yläasteella

AKKU- JA PARISTOTEKNIIKAT

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

luku2 Kappale 2 Hapettumis pelkistymisreaktioiden ennustaminen ja tasapainottaminen

1. Malmista metalliksi

Jännittävät metallit

Sähköparin oppimista tukeva tietokonesimulaatio kemian lukioopetukseen

Metallien ominaisuudet ja rakenne

Hapetus-pelkistymisreaktioiden tasapainottaminen

KE04. Kurssikalvot. Tuomas Hentunen. Kevät Tuomas Hentunen KE04 Kevät / 24

Sähkökemiaa. Hapettuminen Jännitesarja Elektrolyysi Faradayn laki Korroosio

2.1 Sähköä kemiallisesta energiasta

Lasku- ja huolimattomuusvirheet ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2½ p. = 2 p.

Sähkökemiaa. Hapettuminen Jännitesarja Elektrolyysi Korroosio

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta dia-valinta Insinöörivalinnan kemian koe MALLIRATKAISUT

Jännittävät metallit Opettajan ohje

Käytännön esimerkkejä on lukuisia.

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Fysiikan perusteet ja pedagogiikka (kertaus)

vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

(Huom! Oikeita vastauksia voi olla useita ja oikeasta vastauksesta saa yhden pisteen)

Ohjaus, eriyttäminen ja tuki liikunnassa Terhi Huovinen, Jyväskylän yliopisto

a) Puhdas aine ja seos b) Vahva happo Syövyttävä happo c) Emäs Emäksinen vesiliuos d) Amorfinen aine Kiteisen aineen

b) Reaktio Zn(s) + 2 Ag + (aq) Zn 2+ (aq) + 2 Ag (s) tapahtuu galvaanisessa kennossa. Kirjoita kennokaavio eli kennon lyhennetty esitys.

Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

Kemian tehtävien vastaukset ja selitykset Lääketieteen ilmainen harjoituskoe, kevät 2017

Workshop: Tekniikan kemia OAMK:ssa

Suljetun lyijyakun toiminnan peruskäsitteitä

NIMI: Luokka: c) Atomin varaukseton hiukkanen on nimeltään i) protoni ii) neutroni iii) elektroni

Reaktioyhtälö. Sähköisen oppimisen edelläkävijä Empiirinen kaava, molekyylikaava, rakennekaava, viivakaava

Elektroniikka. Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist

7. Resistanssi ja Ohmin laki

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET. Kirchhoffin lait Aktiiviset piirikomponentit Resistiiviset tasasähköpiirit

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

Alikuoret eli orbitaalit

KE1 Ihmisen ja elinympäristön kemia

Sähkökemiallisen parin e-kirja lukioopetukseen. Virpi Elomaa Sakari Patana Riikka Ranta Lilli Sundman

Kertaus. Tehtävä: Kumpi reagoi kiivaammin kaliumin kanssa, fluori vai kloori? Perustele.

1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

ATOMIN JA IONIN KOKO

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA. Kirchhoffin lait Aktiiviset piirikomponentit Resistiiviset tasasähköpiirit

Sähköiset oppimateriaalit osana opetusta

DEE Sähkötekniikan perusteet

1. (*) Luku 90 voidaan kirjoittaa peräkkäisen luonnollisen luvun avulla esimerkiksi

1. HAPETUS- JA PELKISTYSREAKTIOT

KOLMIPORTAINEN TUKI ESI- JA PERUSOPETUKSESSA

KOLMIPORTAINEN TUKI ESI- JA PERUSOPETUKSESSA

FyKe 7 9 Kemia ja OPS 2016

Jaksollinen järjestelmä ja sidokset

Osio 1. Laskutehtävät

Kemia. Perusteluonnoksen pohjalta. Hannes Vieth Helsingin normaalilyseo

Sähkötekiikka muistiinpanot

HUOMAUTUS LUKIJALLE: Tässä on esitelty kaikkien aineiden palaute. Kysymyksestä 1. ilmenee mitä aineita oppilas on kurssilla lukenut.

MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA

Kerhotoiminta mahdollistaa lahjakkuuden ja erityisvahvuuden tukemisen Leo Pahkin

Rauman normaalikoulun opetussuunnitelma 2016 Kemia vuosiluokat 7-9

Uusi peruskoulu -visiotyöpaja , Jyväskylä

Fysiikka 7. Sähkömagnetismi

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Kuva 1. Ohmin lain kytkentäkaavio. DC; 0 6 V.

TN T 3 / / SÄH Ä KÖAS A IOI O TA T Vi taniemen koulu

Fysiikan, kemian, matematiikan ja tietotekniikan kilpailu lukiolaisille

Ionisidos ja ionihila:

Fy06 Koe ratkaisut Kuopion Lyseon lukio (KK) 5/13

Hermoimpulssi eli aktiopotentiaali

Sähkövirran määrittelylausekkeesta

Tärkeitä tasapainopisteitä

Tutkimusmateriaalit -ja välineet: kaarnan palaset, hiekan murut, pihlajanmarjat, juuripalat, pakasterasioita, vettä, suolaa ja porkkananpaloja.

Hyvinkään kaupungin joustavan perusopetuksen ryhmät: Paja-ryhmä

Lyhyt oppimäärä uudistuvista opetussuunnitelmien perusteista

KOTITEKOINEN PALOSAMMUTIN (OSA II)

Keski-Suomen fysiikkakilpailu

Näkemyksiä tavoitteiden ja tuntijaon valmistelutyön pohjaksi fysiikan ja kemian opetuksen näkökulmasta

SÄHKÖTEKNIIKKA. NTUTAS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri kevät 2015

TKK, TTY, LTY, OY, TY, VY, ÅA / Insinööriosastot Valintakuulustelujen kemian koe

Oppilaan yleinen, tehostettu, erityinen tuki. Tea Kiviluoma

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

METALLITEOLLISUUDEN PINTAKÄSITTELYN PERUSTEET - KORROOSIO

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Yleistä OPE-linjan kanditutkielmista

Aro Esansaari Määttä Pinola Tikkanen. Käsikirja. Lääketieteelliseen Teoria. Kandiakatemia

TEHTÄVÄT KYTKENTÄKAAVIO

Siirtymämetallien erityisominaisuuksia

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI

B sivu 1(6) AMMATTIKORKEAKOULUJEN TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN VALINTAKOE

LUKU 15 VUOSILUOKAT 7-9

SUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA

ROMUMETALLIA OSTAMASSA (OSA 1)

Transkriptio:

Kemian eriyttävä tunti Tekijät Riina Karppinen, Klaus Mäki-Petäys ja Kirsi Söderberg Aihe: sähkökemiallinen pari Johdanto Eriytettäväksi aiheeksi on valittu sähkökemiallinen pari, ja tunti on suunniteltu yläkoulussa käytettäväksi. Sähkökemiallinen pari sisältää sekä kemiassa että fysiikassa käsiteltäviä aihealueita, joten tunti on mahdollista toteuttaa eheyttävänä kokonaisuutena (OPS 2014). Eriyttämisen lähtökohdaksi on otettu ajatus tarjota aiheesta kiinnostuneille tehtäväpaketti, jonka ratkaisu perustuu luetun tekstin pohjalta tehtyihin johtopäätöksiin. Tunnilla on mahdollista valita myös toinen tehtäväpaketti, joka painottuu enemmän valmiisiin kysymyksiin vastaamiseen. Kumpikin tehtävä kuitenkin ohjaa oppilaat kokeellisen työn suorittamiseen, jossa tarkoituksena on muodostaa Danielin pari. Kokeen suorittamisessa oppilaat käyttävät itse tekemiään tai täydentämiään kytkentäkaavioita. Eriyttäminen koetaan usein vain heikommin menestyvien oppilaiden tukemiseksi, mutta myös taitavat oppilaat tarvitsevat eriyttämistä. On osoitettu, että suoritustasoaan vastaamatonta opetusta saava lahjakas oppilas tylsistyy tunneilla helposti. Mikäli hän ei pääse toteuttamaan itselleen riittävän haasteellisissa tehtävissä, hänen suoritustasonsa alenee ja hän voi purkaa turhautumistaan myös häiriökäyttäytymiseen (Nikkola). Lahjakkaat oppilaat taas tuntevat, että he eivät ole saaneet riittävästi tukea opiskeluunsa opiskeluaikanaan (Laine). Tuen määrää voitiin Laineen pro gradu tutkielman mukaan pitää vähäisenä tai mitättömänä. Kuitenkin perustuslaissa määritellään, että jokaiselle oppilaalle tulee turvata yhtäläiset mahdollisuudet saada kykyjensä ja erityisten tarpeidensa mukaista opetusta (PL 731/1999). Täten myös lahjakkailla tulee olla mahdollisuus saada kykyjään vastaavaa opetusta. Perusopetuksen opetussuunnitelmassa mainitaan, että "eriyttämällä tuetaan oppilaan itsetuntoa ja motivaatiota sekä turvataan oppimisen rauhaa" (POPS). Oppilaan lahjakkuuden toteamiseen ja sen ylläpitoon vaaditaan opettajalta sekä taitoa, että herkkyyttä (Mäkelä). Lahjakkuuden tunnistamisella pyritään koko luokkahuonetoiminnan kehittämiseen, sillä erityisvahvuuksien tukeminen hyödyttää kaikkia oppilaita (Laine). Lahjakkaiden erityinen korostaminen tai tason liian vaativaksi mitoittaminen taas voivat johtaa minäkäsityksen heikkenemiseen ja tylsistymisen lisääntymiseen (Nikkola). Opettajan oppilastuntemus siis korostuu myös ylöspäin eriyttämisessä, jotta tulokset tukisivat tavoitetta. Tuntisuunnitelma: Tunnin pituus 75 min Ennakkotiedot: Käyty metallin ominaisuudet ja sähkökemiallinen jännitesarja Tavoitteet: Oppilas ymmärtää seuraavat asiakokonaisuudet ja käsitteet: -Sähkökemiallisen parin toiminta -Hapettuminen, pelkistyminen -Anodi, katodi -Varauksen liike virtapiirissä

Aikataulutus: Aika/min Tehtävä 0-10 Paikallaolijat, läksyjen tarkastus 10-25 Kemiallisen parin läpikäyntiä (teoria) lyhyesti, sinkki & kupari samassa astiassa 25-50 Tehtävien tekoa: eriyttävä osuus, katso tarkemmin alta.. 50-70 Kokeellinen työ; Danielin parin muodostaminen + siivous 70-75 Kotitehtävä: monisteiden täydennys, mikäli jäi kesken. Tehtävät: Tehtävien tekoon varattu aikaa noin 25 min. Oppilaat voivat tehdä tehtäviä ryhmissä, kirjaa ja opettajaa apuna käyttäen. Tehtäväpaketteja on kaksi; toinen sisältää perustehtäviä, joissa tutustutaan teoriaan kysymysten ja tehtävien avulla. Ylöspäin eriyttävä paketti sisältää vähemmän vihjeitä, ja haastaa oppilaan muodostamaan itse halutun kaltaisen Danielin parin. Koska ylöspäin eriyttävä tehtävä vaatii enemmän aikaa ja toivomme mahdollisimman monen valitsevan haastavamman paketin, on pakettiin sisällytetty hieman peruspakettia vähemmän teoriatehtäviä. Kumpikin tehtäväpaketti tähtää niiden avulla tehtävään kokeelliseen työhön, jossa tarkoituksena on saada lamppu syttymään oikein muodostetun Danielin parin avulla.

Sähkökemiallinen pari Anodi on negatiivinen elektrodi, jossa tapahtuu hapettuminen eli elektronin luovuttaminen tässä tapauksessa ulkoiseen piiriin. Katodi on positiivinen elektrodi, jossa tapahtuu pelkistyminen eli tässä tapauksessa ulkoisesta piiristä saatavan elektronin vastaanotto. Elektrolyytti on aine, joka liuetessaan tuottaa ioneja; elektrolyyttiliuos siis sisältää ioneja ja johtaa näin sähköä. Anioni on negatiivinen ioni ja kationi positiivinen ioni, nimien alkuperään palataan elektrolyysin yhteydessä. Suolasilta tarvitaan sulkemaan virtapiiri, jotta virta voi kulkea ja lamppu syttyä. Kun kemiallisesta parista eli galvaanisesta kennosta otetaan virtaa lampun sytyttämiseen, seuraa varausten liikettä. Suolasillassa anionit ja kationit pitävät liikkeellään huolta varaustasapainosta: anionit kulkevat kohti anodia, koska sinne kertyy hapettuneita ioneja eli positiivista varausta. Kationit vastaavasti kulkevat kohti katodia, koska siellä positiiviset ionit pelkistyessään menettävät varaustaan ja syntyy siis negatiivista varausta. Daniellin pari ja lähdejännite Daniellin pari on eräs yksinkertainen kemiallinen pari: sinkkianodin elektrolyytissä on Zn2+ -i oneja ja kuparikatodin elektrolyytissä Cu2+- io neja. Suolasiltana voi toimia esimerkiksi suolaliuoksella kasteltu suodatinpaperi. Daniellin pari tuottaa noin yhden voltin jännitteen, tätä kutsutaan lähdejännitteeksi. Lähdejännite riippuu reagoivista aineista, lämpötilasta ja liuosten konsentraatioista. Lähdejännite voidaan laskea talukoiduista normaalipotentiaalien (E ) arvoista. Taulukoiden arvot on kaikki mitattu samassa perustilassa (lämpötila: T = 298,15 K, konsentraatio: c = 1,0 mol/dm3), lisäksi mahdollisten reagoivien kaasujen paine on taulukkoarvoissa 101325 Pa. Daniellin parille anodilla: Zn(s) Zn2+(aq) + 2e taulukosta Zn2+ + 2e Zn(s) antaa E = 0,76 V ja katodilla: Cu2+(aq) + 2e Cu(s) taulukosta suoraan E = +0,34. Käänteisellä reaktiolla jännite on vastakkainen, eli anodireaktiolle E =,76 V. Daniellin parin teoreettinen lähdejännite perustilassa on siis 0,76 V + 0,34 V = 1,1 V.

Kennokaavio (joustovara, jos joku on hyvin nopea) Kennokaaviolla voidaan kuvata kemiallinen pari lyhyesti ja ytimekkäästi. Kennokaavio voidaan muodostaa helposti esim. puolireaktioista. Kennokaavio kirjoitetaan alkamaan negatiiviselta puolelta eli hapetusreaktiosta, mutta usein alleviivataan napoja vielä kirjoittamalla alkuun miinusmerkki ja loppuun plusmerkki. Kennokaaviossa pystyviiva erottaa eri faaseja, esimerkiksi (s) = kiinteä, (g) = kaasu ja (aq) = veteen liuennut. Reunoilla tarvitaan kiinteät faasit elektronien kulun mahdollistamiseksi. Tarvittaessa voidaan käyttää reagoimatonta elektrodia sähkönjohteena. Kaksi pystyviivaa tarkoittaa suolasiltaa, jossa anionit ja kationit pääsevät liikkumaan yhtäläisesti; suolasilta erottaa puolikennoja. Saman faasin sisällä ionien tai atomien järjestyksen kennokaaviossa määrää elektronien siirtymisen suunta. Jos hapetusreaktio siis on Fe 2+ (aq) Fe 3+ (aq) + e - niin kennokaavio voisi grafiittianodilla olla C(s) Fe 2+ (aq), Fe 3+ (aq) Ag + (aq) Ag(s). Edellä siis vielä elektronia luovuttamaton Fe 2+ (aq) tulee ensin ja jäljessä pilkulla erotettuna jo elektroninsa luovuttanut Fe 3+ (aq).

1. Piirrä Danielin pari ja nimeä siihen kaikki tärkeät käsitteet. Havainnollista kuvaan myös miten Danielin pari toimii. Mihin suuntaan sähkövirta kulkee? 2. Kokeillaan käytännössä, käytä metalleina kuparia ja sinkkiä. Kulkeeko sähkövirta piirtämässäsi havainnekuvassa? Jos ei mitä puuttuu? Havainnollista sähkövirran kulkua hehkulampulla. 3. TÄMÄ TEHTÄVÄ JOS JÄÄ AIKAA: piirrä kennokaavio edellisestä kokeesta. 4.

5. Ympyröi ensiksi sähkökemiallisen parin epäjalompi metalli. Merkitse +/- sen mukaan, kumpi metalleista on sähköparin positiivinen ja kumpi negatiivinen kohtio. Nimeä vielä anodi ja katodi. Laske lisäksi lähdejännite.

6. 7.

8. Joustovaran eli kennokaavioteorian tehtävät: Kirjoita kennokaavio, kun kemiallisessa parissa ovat koboltti ja kupari (hapetusasteet +II). Piirrä kemiallinen pari, kun kennokaavio on: C(s) I - (aq),i 2 (aq) Fe 3+ (aq),fe 2+ (aq) C(s).

TUNNIN TEHTÄVÄT: Aukkotehtävä Daniellin parista: täytä sopiva sana, kulkusuuntanuoli, ioni tai varaus laatikoihin: Täytä seuraavat (21 kpl) ionilaatikkoon tulee ionin lisäksi kulkusuuntanuoli: Zn, Cu,, +, anodi, katodi, sikkielektrodi, kuparielektrodi, hapettuminen, pelkistyminen, elektrolyyttiliuos, elektrolyyttiliuos, Zn 2+ (aq), Cu 2+ (aq),,,,,, suolasilta.

Nyt kun olet tutustunut Danielin pariin on aika tehdä kokeellinen työ:

Ympyröi ensiksi sähkökemiallisen parin epäjalompi metalli. Merkitse +/- sen mukaan, kumpi metalleista on sähköparin positiivinen ja kumpi negatiivinen kohtio. Nimeä vielä anodi ja katodi.

Lähteet: Laine, M. (2012). Älyllisesti lahjakkaiden oppilaiden kokemukset peruskoulussa saadusta tuesta. Pro Gradu-tutkielma. Opettajankoulutuslaitos, Rauman yksikkö, Turun yliopisto. Mäkelä, S. (2009). Lahjakkuuden ja erityisvahvuuksien tunnistaminen. Helsinki: Opetushallitus. Nikkola, V. (2013). Valmistumassa olevien luokanopettajaopiskelijoiden valmiudet tunnistaa ja tukea lahjakkuutta perusopetuksessa. Pro Gradu-tutkielma. Kasvatustieteen laitos, Jyväskylän yliopisto. Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet. (2014). Helsinki; Opetushallitus.