Docentenhandleiding: Zuren en basen in de keuken

Docentenhandleiding S&R 2 – Zuren, basen en indicatoren

2014

Docentenhandleiding: Zuren en basen in de keuken Introductie Om de leerlingen bewuster te maken van het feit dat zuren en basen overal om ons heen zijn, kunnen we deze practica uitvoeren met voornamelijk producten uit de keuken. Hierdoor wordt de eigen belevingswereld van de leerlingen betrokken bij scheikunde. Op deze wijze is het voor de leerling makkelijker de (leer)stof te begrijpen en te kunnen uitleggen. Leerdoelen -

Kennis o Kunnen aangeven wat zure producten zijn o Kunnen aangeven wat neutrale producten zijn o Kunnen aangeven wat basische producten zijn o Aan kunnen tonen hoe je een zuurgraad kunt bepalen o De zuurgraad kunnen uitdrukken in pH-waarden o Weten wat scheikundige notaties zijn o Weten hoe een indicator werkt. o Enkele indicatoren kunnen benoemen

-

Vaardigheden o Onderzoek kunnen doen naar zuurgraden o Vloeistoffen afmeten o Werken met een pipet o Kunnen werken met relevante Binastabellen

-

Houding o Zelfstandig kunnen werken aan proeven o Veiligheidsvoorschriften naleven

Voorkennis leerlingen Leerlingen zijn 2e jaars havo, vwo. De voorkennis is dat de leerlingen weten dat er iets bestaat als zuur en base en dat ze weten dat water pH-neutraal is. Ze kunnen nog niet rekenen en ook de pH-schaal leeft nog niet. Daarnaast hebben ze nog geen scheikundige kennis en is het Binas ook nog niet bekend. Sommige proeven zullen de leerlingen makkelijk kunnen uitvoeren, bij andere proeven wordt scheikundig inzicht gevraagd. Echter dient dit ook gezien te worden als introductie van scheikunde. Als leerkracht kun je nog niet verwachten dat alle leerlingen weten wat ze hier moeten kunnen. Het doel is dat ze in aanraking komen met diverse facetten van scheikunde. Veiligheid Een aantal stoffen is irriterend voor ogen, huid en luchtwegen. Ga daarom altijd voorzichtig te werk. Draag te allen tijde een veiligheidsbril en labjas.

1


2014

Uitvoering - Totaal is er ca. 3 klokuren nodig om de practica uit te voeren, inclusief introductie en afsluiting. Het zou een middag vullend programma kunnen zijn. - Ter introductie kan de demo met het groene ei worden uitgevoerd. Het kan zijn dat de leerlingen de uitleg nog niet kunnen geven. Dit kunnen ze dan aan het einde van de practica aanvullen. - De vijf proeven kunnen door de leerlingen worden uitgevoerd in een carrousel-model. Elke proef duurt ongeveer 15 minuten. Als de 15 minuten om zijn, kan een signaal worden gegeven voor opruimen en doordraaien. - De 5 proeven hebben een bepaald opbouw van moeilijkheidsgraad. Dit betekent dat het ook goed mogelijk is voor 1 les met demo 1 en proef 1 te starten en daarna de vervolgproeven uit te voeren. - Aan het einde kan de demo worden gedaan met de vulkaan die van kleur veranderd. Er kan dan gecontroleerd worden of de leerdoelen zijn behaald door de leerlingen vragen te stellen en rondvraag te doen. Praktische informatie - De sap van één rode kool is voldoende voor demo 1, proef 1 en proef 4 als er 30 leerlingen zijn. - Hoe maak je rodekoolsap? Het rodekoolsap maak je door klein gesneden stukjes rodekool kort te koken in water. Giet de rodekool af en vang het sap op. Na afkoelen is het sap klaar voor gebruik. Rodekoolsap bederft na 3 dagen; het werkt dan nog wel maar het stinkt behoorlijk. We raden daarom aan het rodekoolsap niet te ver van te voren te maken. Het is mogelijk rodekoolsap in kleine porties in te vriezen. Dan kun je zo veel ontdooien als nodig is. - Tijdens de les zullen leerlingen rondlopen. Veel proeven dienen te worden opgeruimd zodat het volgende duo ermee aan de slag kan. Zorg ervoor dat er netjes wordt gewerkt. - De leerlingen werken op de bijgeleverde instructiebeschrijvingen met opdrachten. Benodigdheden Zie leerlingeninstructies van de demo’s en proeven. Extra De eiertest (te gebruiken als demo of als experiment) - Doe het ei in het glas. Giet zoveel cola erbij in het glas tot het ei helemaal ondergedompeld is. - Wacht minstens 24 uur. - Hoe ziet je ei er nu uit? - De schaal van een ei bestaat uit kalk, daarom is het ei hard. Cola is een zuur. Kalk reageert met zuur. Door de reactie wordt de schaal eerst zacht en lost na een paar dagen zelfs helemaal op. Er blijft dan alleen een dun vliesje over dat het ei nog bij elk aar houdt. Aanvullende informatie voor demo’s en proeven Op de volgende bladzijden volgt de aanvullende informatie voor de demo’s en proeven voor de docent. De aanvullende informatie voor de docent bevat onder andere extra uitleg, de uitkomsten en extra tips en variatie in de proeven. Hierbij is de leerlingeninstructie leidend.

2


2014

Demo 1: Groen gebakken ei

Informatie Demonstratie 1 heeft tot doel de leerling kennis te laten maken met het begrip indicatoren. Leerlingen kunnen waarnemen wat er gebeurt als je een indicatorstof in aanraking laat komen met een zuur of basisch middel. Uitvoering 1. Scheid het eiwit van de dooier. 2. Spray bakboter in de pan en verhit deze. 3. Mix in een schaaltje het eiwit met een kleine hoeveelheid rodekoolsap. (Probeer de leerlingen mee te laten kijken). 4. Wat nemen we waar? Benoem de kleurverandering van wit naar groen. 5. Bak het ei in de pan (voeg de dooier toe aan het groene eiwit). 6. Vraag een leerling uitleg te geven over het waarom van de kleurverandering. Uitleg Rodekoolsap bevat een pigment genaamd cyanidine. Dit pigment verandert van kleur onder invloed van verandering van de zuurgraad. Rodekoolsap is (paars)rood in een zure omgeving, maar verandert naar een blauw-groene kleur in een basische omgeving. Het eiwit van een ei is basisch (pH ~ 9) dus als je de rodekoolsap en het eiwit mengt, verandert het pigment van kleur. Door te veranderen in een groen-blauwe kleur, toont de indicator aan dat het eiwit inderdaad basisch is.

3


2014

Proef 1: pH-indicator: kooknat van ‘rode’ kool

Informatie De leerlingen komen in aanraking met zuren en basen uit het keukenkastje. Zij kunnen dit aantonen met rodekoolsap. Benodigdheden - Er dienen een aantal producten uit de keuken te komen. Hiervoor is het wenselijk om deze producten ook te laten zien zodat de leerlingen ze herkennen. Denk er wel goed bij na dat bepaalde vloeistoffen te donker zijn om te testen of te weinig vloeibaar. De rodekoolsap moet wel goed kunnen mengen. Uitkomsten - Uitkomsten zijn afhankelijk van de keuze van de leerlingen - Bij de menging van de vloeistoffen verkleuren deze. Dit heeft te maken met de zuurgraad. Sommige zuren en basen zijn sterker, dan kan het zijn dat de kleur nauwelijks wijzigt. Aanvulling - Eventueel kunnen de uitkomsten van deze proef worden nagegaan met pH-papier.

4


2014

Proef 2: Zuurgraad van koffie bepalen met viltstiften Informatie Met deze proef kunnen leerlingen inzien dat er niet altijd een specifieke indicator nodig is. Op deze wijze is het mogelijk dat de leerlingen inzien dat er meerdere manieren zijn om een zuurgraad in een stof aan te tonen. Uitvoering - Zorg dat de testpapiertjes (filtreerpapier of koffiefilters) op maat zijn geknipt. - Zorg voor een viltstift met een oplosbare inkt, met een watervaste stift zal deze proef niet uitgevoerd kunnen worden. - Maak een voorbeeldstrook die de leerlingen kunnen namaken. - Gebruik diverse vloeistoffen uit de keuken, bijvoorbeeld citroensap, cola, koffie, thee (dit mogen er natuurlijk meer zijn, dan dient de leerlingeninstructie wel aangepast te worden.) - De vloeistoffen dienen van dezelfde temperatuur te zijn om de proef goed uit te voeren, denk hierbij vooral aan de koffie. Uitkomsten - De leerlingen zien dat de zwarte inkt bij zuren slecht uitlopen en bij een basische stof lost de inkt bijna op. - Ook de kleurenscheiding van de zwarte inkt is goed te zien bij de basische stof. - Door naar de uitloop van de diverse vloeistoffen te kijken is te bepalen of het een zure of een basische stof bevat. - Check met een pH-papier de uiteindelijke zuurgraad van de vloeistoffen ten behoeve van de nabespreking.

5


2014

Proef 3: Een vulkaan van zuren en basen

Informatie In deze proef onderzoeken de leerlingen een zuur-base reactie. In een voorgaande proef hebben ze bepaald welke stof in de reactie een zuur is en welke een base. Na afloop kunnen de leerlingen uitleggen hoe deze stoffen hebben geleid tot de ‘uitbarsting’ van de vulkaan en kunnen ze globaal de reactievergelijking opstellen. Uitvoering - Als de leerlingen niet hebben bepaald welke stof een zuur en welke een base is, laat ze dat dan alsnog bepalen met behulp van een pH-papiertje. - In deze proef zijn exacte inhoudsmaten niet noodzakelijk. - Laat de leerlingen niet vergeten een teil te gebruiken! Uitkomsten/ Uitleg

Stof

Naam

Scheikundige notatie

Zuur of base?

1

Azijn

CH3COOH

Zuur

2

Bakpoeder/zuiveringssoda

NaHCO3

Base

Zie tabel 49 Binas (zuur: 11e van onder, base: 3e van onder (beiden linker blz)) Stof


Valt uiteen in ... en ... (ionen)

Welk ion is van belang bij de zuur-base reactie?

Azijn

CH3COOH

H+ en CH3COO-

H+

Bakpoeder/ zuiveringssoda

NaHCO3

Na+ en HCO3-

HCO3-

Reactievergelijking van deze zuur-base reactie: H+ + HCO3- → H2CO3 (koolzuur) H2CO3 → CO2 + H2O

NaHCO3 (s) + CH3COOH (l) → CO2 (g) + H2O (l) + Na+ (aq) + CH3COO- (aq)

6


2014

Welke stof heeft voor de ‘eruptie’ gezorgd en hoe is de eruptie tot stand gekomen: CO2 (g) Door bakpoeder/zuiveringszout en azijn bij elkaar te gooien ontstaat er een zuur-base reactie. Het azijn is een (zwak) zuur en reageert met de (zwakke) base in bakpoeder. Bij deze reactie ontstaat koolzuurgas CO2 (g). Het koolzuurgas wil ontsnappen en kan alleen via de opening van de vulkaan naar buiten. Ondertussen worden de gasbubbels door het afwasmiddel omsloten, om zo de lava te vormen. Door de hoge druk zal de schuimende lava uit de vulkaan spuiten.

Aanvulling - Aan de azijn kan eventueel kleurstof worden toegevoegd om gekleurd lava te creëeren.

7


2014

Proef 4: Geheime boodschap Informatie De leerlingen onderzoeken op welke manier de inkt van viltstiften reageren met verschillende zuurgraden in vloeistoffen. Benodigdheden - De vijf vloeistoffen zijn nog onbekend voor de leerlingen. Voor de docent niet. Aan te raden is om vloeistoffen te gebruiken die een duidelijk effect vertonen. Voorbeelden: o Azijn o Ammonia o Sodaoplossing (1 theelepel soda in 50 ml. water) o Water o Kleurloze frisdrank (bijvoorbeeld crystal clear) Uitvoering - Belangrijk te vermelden bij de start van de proef is dat ze voorzichtig moeten zijn met de hoeveelheid rodekoolsap. Bij te veel sap is het effect niet zichtbaar. - Deze proef dient uitgevoerd te worden nabij/in een wasbak. Op deze manier komt niet overal rodekoolsap op door de plantenspuit. - Let wel op dat de leerlingen werken met vloeistoffen en een föhn (elektriciteit).. Uitkomsten 1. De citroensap wordt roze van kleur – het is een zuur 2. Afhankelijk van de vloeistoffen worden de kleuren anders. 3. De docent kent de producten, dus kan deze ook benoemen met de bespreking 4. Met het pH-papier kan exacter worden bepaald wat de pH is. Echter is dit niet altijd in de keuken voorhanden.

8


2014

Proef 5: Magische adem

Informatie In deze proef zal de leerling de werking van een indicator kunnen waarnemen. Door het gebruik van Binas tabel 52 kan de leerling vaststellen of het een zure, een basische of een neutrale stof betreft.

Uitvoering - Als er nog geen kant en klare fenolftaleïne-oplossing is, kan dit zelf gemaakt worden door 0,05 g fenolftaleïne op te lossen in 50 ml ethanol - Maak leerlingen zich er goed bewust van dat ze niet per ongeluk in ademen als ze het rietje in hun mond hebben! Uitkomsten/ uitleg Tabel 52 van Binas (Zuur-base indicatoren)

Fenolftaleïne

Kleur bij lagere pH-waarden

Omslagtraject in pH

Kleur bij hogere pHwaarden

Kleurloos

8,2 – 10,0

Paarsrood

Roze oplossing: Kalkwater is basisch Waarneming: De roze oplossing verandert naar een kleurloze oplossing. Waardoor vindt de kleurverandering plaats en welke stof is hierbij betrokken geweest: Kalkwater is een basische oplossing. Fenolftaleïen kleurt in een basische oplossing (paars)roze. Door door het rietje te blazen, reageert de koolstofdioxide in de uitgeademde lucht met het water in de oplossing. Dit heeft koolzuurvorming tot gevolg: CO2 + H2O → H2CO3 Door de vorming van koolzuur wordt de oplossing steeds minder basisch (de pH-waarde daalt). Hierdoor verandert de roze oplossing geleidelijk aan in een kleurloze oplossing. Wat valt er, als we de waarden van fenolftaleïnen nogmaals bekijken, te zeggen over de nu ontstane oplossing; is deze zuur, basisch of neutraal (pH = 7)? De oplossing is kleurloos zodra er een pH-waarde van 8,1 wordt bereikt. Bij een pH-waarde van 8,1 is de oplossing nog steeds basisch, maar als je langer blijft blazen kan de pHwaarde nog meer zakken. De oplossing zou dan ook neutraal kunnen zijn, met een pH van 7. Technisch bekeken zal de oplossing ook kleurloos zijn als het een zure oplossing betreft. Is dit mogelijk? Uit de volledige reactievergelijking blijkt dat de oplossing naar verloop van tijd (wel even blijven blazen) een neutrale oplossing wordt. Dit komt doordat het koolzuur met het calciumhydroxide reageert tot water. 9


2014

CO2 + H2O → H2CO3 H2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 (zout) + H2O Aanvulling - Deze proef kan ook uitgevoerd worden met een soda-oplossing en een de indicator thymolftaleïne.

10


2014

Proef 6: Zelfverdwijnende inkt

Informatie De leerling is na afloop van deze proef in staat uitleg te geven over de reactie die heeft plaatsgevonden en kan daarbij uitleggen wat de rol van de indicator is geweest.

Uitvoering - Maak een kant en klare thymolftaleïne-oplossing. Los hiervoor 0,1 g thymolftaleïne op in 10 ml ethanol. - Natronloog is een erg basische oplossing. Maak de leerlingen hiervan bewust. Als er toch natronloog in contact komt met de huid; afspoelen met overvloedig water. Uitkomsten/ uitleg Waarneming Wanneer de donkerblauwgekleurde oplossing op de stof wordt gegoten, onstaat er een vlek in dezelfde kleur als de oplossing. Na verloop van tijd verdwijnt de blauwgekleurde vlek en is deze niet meer zichtbaar.

pH-waarde van de inktoplossing De pH-waarde zal boven de 10,6 liggen. De indicator is donkerblauw als de pH-waarde boven de 10,6 ligt. Tussen de 9,4 – 10,6 zal de indicator van kleurloos veranderen in lichtblauw richting donkerblauw. pH-waarde meting: Tabel 52

Thymolftaleïnen

Kleur bij lagere pH-waarden

Omslagtraject in pH

Kleur bij hogere pHwaarden

Kleurloos

9,4 – 10,6

Blauw

Verklaring: De indicator bevindt zich in een basische oplossing (natronloog) en is in dit basische milieu (donker)blauw gekleurd. Op het moment dat de inkt in aanraking komt met de katoenen lap, komt het ook goed in aanraking met de lucht. De basische oplossing wordt hierdoor zuurder van karakter (de pH-waarde daalt). Op het moment dat de pH-waarde is gedaald tot onder de 9,4 zal de oplossing kleurloos worden en ‘verdwijnt’ de vlek uit de stof. CO2 + H2O → H2CO3

11


2014

Neutralisatiereactie H2CO3 + 2Na(OH) → Na2CO3 + H2O Uiteindelijk zal de oplossing dus een neutraal karakter krijgen. Met een pH van 7 zal de indicator kleurloos zijn/blijven.

Aanvulling - Deze proef kan ook uitgevoerd worden met de indicator fenolftaleïne (paarsrood). Los hiervoor ongeveer 1/3 theelepel fenolftaleïne op in 10 ml ethanol.

12


2014

Demo 2: Vulkaanuitbarsting met kleur veranderend lava

Informatie Demonstratie 1 en 2 hebben tot doel de leerling kennis te maken met het begrip en de werking van indicatoren. Leerlingen zien hoe vloeibare en vaste stoffen worden afgemeten. Uitvoering 1. Los in de maatbeker ~ 10 gram natriumbicarbonaat (zuiveringssoda) op in 200 ml water. 2. Plaats de maatbeker in het midden van de onderschaal, bij voorkeur onder een afzuigkap, omdat er een sterk zuur wordt gebruikt bij deze demonstratie. 3. Voeg ongeveer 20 druppels universeel indicatoroplossing (methylrood-broomcresolgroen) toe. De universeelindicator zal in het water groen van kleur zijn in de basische natriumbicarbonaat oplossing, maar zal roze worden als het zoutzuur wordt toegevoegd. 4. Schenk een deel van de gekleurde natriumbicarbonaatoplossing in de ‘vulkaan’. 5. Voeg 75-100 ml 2M zoutzuur toe aan de groene oplossing. Dit zal de ‘eruptie’ veroorzaken, waarbij het gesimuleerde lava roze zal kleuren en de beker zal doen overstromen. 6. Strooi wat natriumbicarbonaat in de nu zure oplossing. De kleur van de lava zal terug veranderen naar groen, doordat de oplossing steeds basischer wordt. 7. Als er genoeg natriumbicarbonaat wordt toegevoegd, zal het zoutzuur geneutraliseerd raken. Toch is het verstandig alleen de onderschaal te verplaatsen en niet de beker zelf. Als de demonstratie is afgelopen kan de oplossing door de gootsteen gespoeld worden met voldoende water. Uitleg De indicatoroplossing zal van kleur veranderen als reactie op veranderende pH-waardes of zuurtegraad van de ‘lava’. Als de oplossing basisch is (natriumbicarbonaat), dan zal de indicator groen kleuren. Wanneer een zuur wordt toegevoegd, neemt de pH-waarde af (de oplossing wordt zuurder) en zal de indicator roze kleuren. Door natriumbicarbonaat op de uitbarstende vulkaan te strooien, zullen op verschillende plekken zuur-base reacties plaatsvinden en zal de kleur van de lava op de vulkaan dus afwisselend groen/roze zijn. Het ‘uitbarsten’ van de vulkaan komt doordat kooldioxide (gas) ontstaat bij de reactie tussen natriumbicarbonaat en zoutzuur. Stof

Naam


Zuur of base?

1

Zoutzuur

HCl

Zuur

2

Zuiveringssoda

NaHCO3

Base

Stof Zoutzuur


Valt uiteen in ... en ... (ionen)

Welk ion is van belang bij de zuur-base reactie?

HCl

H+ en Cl-

H+

Na+ en HCO3-

HCO3-

Natriumbicarbonaat NaHCO3

13


2014

De reactievergelijking: HCO3- (aq) + H+ (aq) ↔ H2CO3 (aq) ↔ H2O (aq) + CO2 (g)

14

Docentenhandleiding: Zuren en basen in de keuken

Recommend Documents