Výukové materiály
Název: Berlínská modř versus modrá skalice Téma: Filtrace a chemické nádobí Úroveň: ZŠ nebo odpovídající ročník víceletých gymnázií, 1. ročník čtyřletých SŠ Tematický celek: Praktické aplikace přírodovědných a technických poznatků Předmět (obor): chemie Doporučený věk žáků: 14–16 let Doba trvání: 2 souvislé vyučovací hodiny – laboratorní práce Specifický cíl: naučit žáky formulovat hypotézy a ověřit jejich platnost badatelskou činností
Seznam potřebného materiálu: Nádobí: běžné laboratorní nádobí na filtraci, 4 velké kádinky, 2 tyčinky Chemikálie: hexakyanoželeznatan draselný, chlorid železitý, písek, sůl (NaCl), modrá skalice (pentahydrát síranu měďnatého)
Seznam praktických (badatelských) aktivit: Filtrace Hledání a doplňování správných názvů chemického nádobí
Anotace: Cílem úlohy je prakticky seznámit žáky s filtrací a s názvy chemického nádobí. Úloha může sloužit jako opakování filtrace a chemického nádobí, nebo jako expozice nového tématu. Předpokládá minimální znalosti žáků a není náročná ani na jejich laboratorní zručnost. Žáci se budou snažit filtrovat dvě předložené směsi. Závěrem bude porovnání výsledku filtrace suspenze berlínské modři a filtrace roztoku modré skalice a z tohoto vyvození vlastností homogenních a heterogenních směsí.
Harmonogram výuky:
Prezentace výsledků
Vyhodnocení Praktická (badatelská) výsledků činnost
Předlaboratorní příprava
Úvod do tématu – motivace
náplň práce Demonstrační příprava dvou směsí; diskuze o jejich vlastnostech
Doplňovačky na téma Názvy chemického nádobí
Filtrace roztoku modré skalice a suspenze berlínské modři
Srovnání výsledku filtrace s ostatními skupinami; vyplňování pracovního listu Kontrola pracovního listu; shrnutí pojmů roztok, suspenze, filtrace, typy směsí
čas
potřebné vybavení a pomůcky Hexakyanoželeznatan draselný, chlorid železitý, síran měďnatý, voda, 2 kádinky, 2 tyčinky
činnost učitele
činnosti žáků
Připravuje suspenzi a roztok, podněcuje k diskuzi.
Sledují přípravu směsí a diskutují o jejich společných a rozdílných vlastnostech.
25 min.
Vytištěné doplňovačky č. 1 a 2; písek, sůl, voda, 2 kádinky, 2 tyčinky
Rozdá doplňovačky, vylepí „plakáty“ s chemickým nádobím a připraví dvě směsi – vodu s pískem a vodu se solí.
Vyplňují doplňovačku, nápovědu hledají na „plakátech“. Sledují a diskutují přípravu dvou směsí.
30 min.
Běžné laboratorní nádobí nutné pro filtraci
Je k dispozici pro případné dotazy.
Filtrují směsi, pozorují a vyhodnocují výsledky.
10 min.
Vytištěný pracovní list
Rozdá pracovní list.
Srovnávají své výsledky s ostatními, vyplňují závěrečný pracovní list.
5 min.
–
Kontroluje a řídí diskuzi.
Kontrolují výsledky, vyjasňují význam klíčových pojmů.
10 min.
Domácí úkol pro žáky: Vyhledejte vysvětlení pojmu koloidní směs.
Přípravy pro učitele Úvod do tématu – motivace Učitel žáky přivítá a pozve je k demonstračnímu stolu. Do dvou velkých kádinek připraví přímo před žáky dvě směsi: roztok modré skalice: cca 6 velkých lžic do 250 ml destilované vody; v případě použití vodovodní vody se vytvoří zákal, který není žádoucí pro tuto úlohu; jemnou suspenzi Berlínské modři: cca 0,5 g žluté krevní soli (hexakyanoželeznatan draselný) a cca 0,5 g chloridu železitého (nebo jakékoli jiné železité soli) do 250 ml destilované vody; případně část suspenze učitel odlije a kvůli přibližnému dorovnání odstínu s roztokem modré skalice znovu zředí (zde není chemický problém s vodou z vodovodu, ale nutno zachovávat stejné podmínky pro obě směsi, aby žáci vnímali systematičnost učitelova počínání). Rozhodně se doporučuje zkusit si přípravu suspenze předem; použitelný výsledek (tedy taková směs, která vypadá na první pohled jako roztok) může být ovlivněn mnoha faktory: záleží na stáří a konzistenci chemikálií, na poměru, na pořadí přidávaných chemikálií, na teplotě vody… Před žáky učitel nepoužívá slovo roztok a suspenze – mohli bychom žákům odhalit to, co mají sami vybádat. Obě vzniklé směsi jsou modré; učitel je stále míchá tyčinkami a poukazuje na stejnou vlastnost: modrou barvu. Požádá žáky o nalezení dalších stejných vlastností, píše je na tabuli. Pak žáky požádá o nalezení rozdílných vlastností obou směsí. Nakonec žákům prozradí, že obě směsi se liší tak moc, jak je to jen možné, a že každá ze směsí zastupuje jednu ze dvou podskupin, na které se směsi tradičně rozdělují.
Předlaboratorní příprava Učitel žáky rozdělí do pracovních skupin po 3–4 (nebo je nechá rozdělit se tak, jak jsou zvyklí). Na jaké dvě podskupiny se směsi dělí, se žáci dozvědí z doplňovaček 1 a 2 v pracovních listech pro žáky. Doplňovačky budou vytištěny a polovině skupin bude rozdána doplňovačka 1, pro druhou polovinu žákovských skupin je připravena doplňovačka 2. Protože některé kusy nádobí nemusí žáci znát, nebo je pozapomněli, nebo se jim nedaří je správnou formulací dosadit do doplňovačky, je k dispozici „plakát“ s pojmenovaným nádobím (viz Plakát – chemické nádobí v pracovních listech pro žáky). Jak tento plakát učitel použije, zda vůbec, je pouze na něm; záleží na schopnostech a znalostech žáků, probraných tématech v chemii atd. Doporučení: plakát vytisknout ve dvou kusech a umístit na dvou místech v učebně, dále od žáků (např. tabule vpředu a nástěnka vzadu), aby si pro nápovědu museli dojít a nebyla jim jen servírována. Během žákovské práce učitel občas promíchá obě směsi (Berlínská modř totiž časem sedimentuje).
Po dokončení doplňovaček jsou žáci vyzváni opět k demonstračnímu stolu. Učitel vezme dvě velké kádinky, do jedné připraví směs vody a písku a v druhé kádince rozpustí ve vodě sůl. Diskutuje s žáky nad kádinkami o pojmech stejnorodá/homogenní směs a různorodá/heterogenní směs. Finále diskuze by měla být hypotéza, že v homogenní směsi jsou látky ve vodě rozpuštěné (roztok) a v heterogenní pouze zamíchané (suspenze). Nakonec požádá žáky o tip, která ze dvou připravených modrých kapalin je směs heterogenní a která homogenní. Řekne jim, že úkolem jejich bádání bude tuto hypotézu ověřit. Jako pomůcka jim bude sloužit metoda dělení směsí: filtrace. Pokud jsou žáci příliš zmatení, ještě u demonstračního stolu se jich zeptá, kterou ze směsí (voda + písek nebo voda + sůl) je možné filtrovat; tím jim pomůže v nastartování jejich badatelské činnosti.
Řešení: Doplňovačka 1: 1
t
2
i e
P
3
VI
n
á
VII
4 5 6 7 8 9
a
č
t
r
i
h
l
e
v
k
a
n
ž k
r
u
h
v
a
c
í
l
e
n
n
n
o
l
v
a
k
a
o
d
n
e
d
t
o
j
a
r
i
a
n
s
10
r
a
XIII
t
í
t
II
n
r
ý
VIII
h s
á
X
b
a
ň
k
i
s
k
a
b
a
ň
k
a
á
p
i
p
e
t
a
a
z
k
u
a
v
IX
o
m
IV
III
a
n
a
I
n
ě XII
g V
m XI
k
y
l
H
O
M
O
G
E
N
N
Í
S
M
Ě
S
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
XIII
Doplňovačka 2: 1
f
r
a
k
č
n
V
2
n
b
a
ň
k
a
i
p
e
t
a
ž
í
XI
á
l
e
IX
3
í
v
k
a
n
á
p
II
d
ě
l
e
X
4
s
p
a
l
o
IV
v
a
c
í
l
c
e
XV
5
VIII
t
r
i
a
n
g
l
VII
6
ch
e
m
i
c
k
é
k
l
e
š
t
XIII
7
a
l
ě XIV
o
n
ž
i
n
VI
8
h
o
d
o
v
é
s
I
9
k
l
o
XII
t
r
o
j
n
o
ž
k
a
III
H
E
T
E
R
O
G
E
N
N
Í
S
M
Ě
S
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
XIII
XIV
XV
Praktická badatelská činnost (laboratorní práce) Žáci pracují ve skupinách. Staví filtrační aparaturu. Jejich úkolem je zjistit, kterou z modrých kapalin lze filtrovat, a z výsledku vyvodit, která z nich je roztok a která suspenze. Provedou tedy dvě filtrace, jednou pro cca 40 ml roztoku modré skalice a jednou pro cca 40 ml suspenze berlínské modři (v případě času je možné se zde učit i přesné odměřování, např. 42 ml). Pokud je to první žákovská filtrace a žáci ještě nevědí, jak sestavit aparaturu, učitel je naviguje, nebo jim poskytne následující obrázek (vytiskne či promítne):
http://www.dejvikovy.estranky.cz/img/mid/22/filtrace.jpg
Vyhodnocení a prezentace výsledků Až žáci dokončí pokusy, donesou výsledky práce svojí skupiny (2 filtráty a 2 použité filtrační papíry) k demonstračnímu stolu. Podívají se na výsledky ostatních skupin a srovnají je se svými. Vyučujícím jsou požádáni o vyplnění pracovního listu. Poté učitel s žáky projde vyplněný pracovní list, shrnou společně pojmy roztok, suspenze, filtrace, typy směsí... V případě časové rezervy prodebatují, jak by se dala rozdělit druhá směs – roztok modré skalice. Řešení úkolu 1 v pracovním listu: Suspenze je heterogenní směs, kterou lze rozdělit filtrací; příkladem suspenze je směs vody a berlínské modři. Příkladem homogenní směsi, kterou nelze filtrací rozdělit, je směs vody a modré skalice. Mícháním každé směsi totiž dosáhneme v první kádince se suspenzí pouze rozptýlení pevných částic v celém objemu rozpouštědla, zatímco v druhé kádince s roztokem rozpuštění částic. Homogenní neboli stejnorodé směsi mají v celém svém objemu stejné vlastnosti, heterogenní neboli různorodé směsi nikoli.
Závěrečné poznámky Jiné varianty a další možné úpravy či doporučení: Učitel může navrhnout či před žáky připravit i různé další směsi. Žáci pak mohou tvořit hypotézy, zda bude či nebude v daném případě filtrace účinná, jestli lze použít jinou separační metodu, o jaký typ směsi se jedná.
Reflexe po hodině: Časové rozvržení je naplánováno na 80 minut – zbývajících 10 minut je ponecháno na úklid a jako časová rezerva. K procvičování názvů chemického nádobí je možné použít doplňovačky i z jiných materiálů. Znalost chemického nádobí lze poté posilovat pomocí připravených vystavených kusů nádobí na demonstračním stole metodou různých soutěží mezi skupinami.
Navazující a rozšiřující aktivity Filtrace za sníženého tlaku Krystalizace jako dělicí metoda k oddělení modré skalice z roztoku
