Stężenia - Instrukcje dla nauczyciela

Zagadnienia

Roztwory
Stężenie
Nasycenie
Stężenie molowe
Mole
Objętość
Rozpuszczalność

Opis

Uczniowie zdobywają wiedzę na temat stężenia roztworu poprzez zmienianie ilości substancji rozpuszczonej, rozpuszczalnika i roztworu. Eksperymentując z kilkoma różnymi substancjami chemicznymi w postaci ciał stałych i stężonych roztworów, uczniowie mogą opracować związki jakościowe i ilościowe.

PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu Na licencji CC BY 4.0

W opracowaniu niniejszego poradnika wykorzystano materiały PhET: Strona źródłowa symulacji, Teacher Tips (Loeblein i Rouinfar, styczeń 2023)

W szablonie strony wykorzystano kod html/css: phydemo.app.

Poziom

Szkoła podstawowa, szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

Opisz zależności między objętością a ilością substancji rozpuszczonej w stosunku do stężenia roztworu.
Wyjaśnij, w jaki sposób kolor roztworu i stężenie są ze sobą powiązane.
Przewiduj, jak zmieni się stężenie roztworu dla dowolnego działania (lub kombinacji działań), które dodaje lub usuwa wodę, substancję rozpuszczoną lub roztwór, i wyjaśnij dlaczego.
Zaprojektuj procedurę uzyskiwania roztworu o zadanym stężeniu.
Zaprojektuj i uzasadnij procedurę zmiany stężenia roztworu z jednego na inne.
Określ, kiedy roztwór jest nasycony i przewiduj, jak zmieni się stężenie dla dowolnego działania lub kombinacji działań, w których zmienia się ilość wody lub substancji rozpuszczonej.

Przykładowe materiały teoretyczne

Rozpuszczalność substancji (ZPE)
Co to jest rozpuszczalność? (ZPE)
Badanie rozpuszczalności soli w wodzie (ZPE)
Co przedstawia krzywa rozpuszczalności? (ZPE)
Woda i roztwory wodne – podsumowanie (ZPE)
Zmiana stężenia roztworu (ZPE)
Jak sporządzić roztwór o określonym stężeniu molowym? (ZPE)
Jak obliczać stężenie molowe roztworu? (ZPE)
Stężenie procentowe roztworu (ZPE)
Stężenie procentowe a rozpuszczalność substancji (ZPE)
Jak przeliczyć stężenie procentowe roztworu na stężenie molowe? (ZPE)

Sterowanie symulacją

Ekran symulacji

Zauważ, jak roztwór zmienia kolor gdy dosypujemy chemikalia do wody. Następnie sprawdź stężenie molowe za pomocą miernika koncentracji. Jakie są sposoby zmiany stężenia twojego roztworu? Zmieniaj substancje rozpuszczane, porównaj różne środki chemiczne i dowiedz się jakie stężenie można uzyskać zanim osiągniemy stan nasycenia!

Złożone sterowanie

Maksymalna ilość substancji rozpuszczonej, jaką można dodać do zlewki, wynosi 7 moli; wytrząsarka lub zakraplacz nie będą dozować więcej substancji rozpuszczanej. Możesz usunąć część roztworu za pomocą kranu spustowego lub usunąć całą substancję rozpuszczoną, klikając:
Pipeta doda stężony roztwór substancji rozpuszczonej. Stężenie roztworu w zakraplaczu można zmierzyć, umieszczając sondę pod nim, a następnie naciskając czerwony przycisk, aby odczytać strumień. Zobacz poniżej tabelę stężeń.

Opcje dostosowywania

Poniższe parametry query umożliwiają dostosowanie symulacji i można je dodać, dołączając znak '?' do adresu URL symulacji i oddzielając każdy parametr query znakiem '&'. Ogólny wzorzec adresu URL to: …html?queryParameter1&queryParameter2&queryParameter3

Na przykład, jeśli w symulacji Stężenia chcesz pokazać ilość substancji rozpuszczonej (showSoluteAmount), z wyłączoną możliwością przesuwania i powiększania (supportsPanAndZoom=false), użyj: https://www.edukator.pl/tik_edukator/concentration_all.html?showSoluteAmount&supportsPanAndZoom=false

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/tik_edukator/concentration_all.html?locale=pl&showSoluteAmount&supportsPanAndZoom=false

Wskazuje, że dostęp do tego dostosowania można uzyskać też z menu Preferencje, Opcje... lub w samej symulacji.

Parametr query i opis	Przykładowe linki
showSoluteAmount - wyświetla pod zlewką ilość substancji rozpuszczonej (w gramach).	showSoluteAmount
showSolutionVolume - wyświetla wewnątrz zlewki objętość roztworu. Jednostki będą zgodne z jednostkami zlewki.	showSolutionVolume
beakerUnits - określa jednostki używane do oznaczania znaczników zlewki, mililitry: milliliters lub litry: liters (domyślnie).	beakerUnits=milliliters
concentrationMeterUnits - określa jednostki używane do pomiaru stężenia, stężenie procentowe %: percent lub stężenie molowe mole/litr: molesPerLiter (domyślnie).	concentrationMeterUnits=percent
locale - określa język symulacji przy użyciu kodów ISO 639-1. Dostępne wersje językowe można znaleźć na stronie symulacji w zakładce Tłumaczenia. Uwaga: działa to tylko wtedy, gdy adres URL symulacji kończy się na “_all.html”.	locale=pl (polski) locale=fr (francuski)
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.	allowLinks=false
supportsPanAndZoom - gdy false, uniemożliwia przesuwanie i powiększanie symulacji za pomocą pinch-to-zoom lub elementów sterujących zoomem przeglądarki. Domyślnie jest true.	supportsPanAndZoom=false

Menu Preferencje

Po kliknięciu ikony menu Preferencje beers-law-lab11 otworzy się okno, w którym w sekcji Symulacja możemy zaznaczyć żądane opcje:

Gdy adres URL symulacji kończy się na "_all.html", dodatkowo pojawia się sekcja Lokalizacja, w której możemy dokonać wyboru języka:

Ułatwienia dostępu

Tryb pełnoekranowy

Po kliknięciu logo PhET (na dole po prawej) pojawia się okno zawierające informacje dotyczące symulacji. Możemy tu zmienić sposób jej wyświetlania.

Klikając Pełny ekran przechodzimy do trybu pełnoekranowego (powrót - klawisz escape).

Wersje offline, niewymagające połączenia z internetem

Dostępne są również wersje symulacji niewymagające połączenia z internetem.

Aplikacja PhET Desktop zawiera wszystkie symulacje HTML5 i Java, w tym ich tłumaczenia, do użytku offline w systemach Windows i macOS (dostępne po zalogowaniu tu). Symulacje HTML5 nie wymagają dodatkowego oprogramowania, natomiast do uruchamiania dowolnych symulacji Java w aplikacji komputerowej jest wymagany Java SE Development Kit 8.

Za symboliczną opłatą możemy pobrać w postaci jednej aplikacji wszystkie materiały PhET, które zostały opublikowane w html5. Telefony, tablety i Chromebooki (z systemem Android): Google Play. iPhone'y i iPady (aplikacja na iOS): App Store

Darmową wersję desktopową tej aplikacji pobierzemy bezpośrednio klikając tu - wersja _pl zawiera polską (domyślną) i angielską wersję językową i tu - wersja _all zawiera angielską (domyślną) i wszystkie inne dostępne wersje językowe lub ze strony PhET (klikając przycisk ze strzałką przy wybranej wersji językowej):

Uproszczenia / założenia modelu

W symulacji jako separator dziesiętny stosowana jest kropka.
Intensywność koloru roztworu służy do wskazania jego stężenia.
Stężenie oblicza się jako ilość substancji rozpuszczonej podzielona przez objętość wody. Objętość rozpuszczonej substancji ma tylko niewielki wpływ na objętość, a różne zmiany objętości dla każdej substancji mogą być mylące dla uczniów.
Gdy stężenie jest przedstawiane w procentach, jest ono obliczane jako procent masy, masa substancji rozpuszczonej/masa roztworu, gdzie masa roztworu = masa substancji rozpuszczonej + masa wody.
Temperatura roztworu jest stała dla każdej substancji rozpuszczonej i roztworu zakraplacza. Wszystkie roztwory mają temperaturę 25˚C, z wyjątkiem roztworu napoju, który ma temperaturę 20˚C.
Kiedy liczba moli substancji rozpuszczonej na litr wody przekroczy punkt nasycenia, roztwór ulegnie nasyceniu i na dnie zlewki utworzą się małe kryształy. Graniczne wartości rozpuszczalności użyte w symulacji pochodzą z 91. wydania CRC Handbook of Chemistry and Physics.
Więcej informacji dotyczących założeń modelu można uzyskać tu (en)

Substancja rozpuszczana	Wzór	Masa molowa (g/mol)	Barwa	Rozpuszczalność w wodzie (mol/l)	Roztwór z zakraplacza (mol/l)
Napój (sacharoza)	C₁₂H₂₂O₁₁	342,296	czerwony	5,96 @ 20 °C	5,50
Azotan kobaltu (II)	Co(NO₃)₂	182,942	czerwony	5,64 @ 25°C	5,00
Chlorek kobaltu	CoCl₂	129,839	różowy	4,33 @ 25°C	4,00
Dwuchromian potasu	K₂Cr₂O₇	294,185	pomarańczowy	0,51 @ 25°C	0,50
Chromian potasu	K₂CrO₄	194.191	żółty	3,35 @ 25°C	3,00
Chlorek niklu (II)	NiCl₂	129,599	zielony	5,21 @ 25°C	5,00
Siarczan miedzi	CuSO₄	159.609	niebieski	1,38 @ 25°C	1,00
Nadmanganian potasu	KMnO₄	158,034	fioletowy	0,48 @ 25°C	0,40

Sugestie dotyczące wykorzystania

Wskazówki dotyczące wszystkich symulacji zawarte są w informacjach ogólnych.

Więcej porad dotyczących korzystania z symulacji z uczniami można znaleźć na stronach PhET w sekcji Wskazówki dotyczące korzystania z PhET.

Przykładowe polecenia

Opisz zależności między ilością substancji rozpuszczonej, objętością roztworu, kolorem roztworu i stężeniem roztworu.
Co dzieje się ze stężeniem roztworu, gdy zmniejsza się jego objętość?
Zaprojektuj metodę tworzenia roztworu o danym stężeniu.
Przewiduj, jak zmieni się stężenie roztworu w przypadku dowolnego działania (lub kombinacji działań) polegającego na dodaniu lub usunięciu wody, substancji rozpuszczanej lub roztworu i wyjaśnij dlaczego.

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Stężenia tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).