Vatra i led

Ishodi učenja:

  • navesti energijske promjene do kojih dolazi tijekom kemijske reakcije ili tijekom promjene agregacijskoga stanja (D)
  • razlikovati endotermne i egzotermne promjene (A, B)
  • izračunati promjenu entalpije na temelju rezultata kalorimetrijskog pokusa (B, C)
  • izračunati izmjenjenu toplinu na temelju vrijednosti reakcijske entalpije i množine utrošene kemijske vrste u reakciji (A)
  • primjeniti Hessov zakon (A)
  • prikazati entalpijskim dijagramom odnose entalpija reaktanata i produkata (A, B)

 

*U zagradama su navedena slova koja označavaju aktivnosti ovog scenarija poučavanja, a njihovom se realizacijom doprinosi ostvarenju dotičnog ishoda.

 

 

Opis aktivnosti

A Ugrijmo se!

Trošimo li na grijanje više od Rusa, Islanđana ili Francuza?
Koliko je neki izvor ekonomski pristupačan i kako njegovo korištenje utječe na okoliš, učenici će istražiti izračunom potrošnje za grijanje na četiri mjesta na svijetu. Na karti svijeta pomoću alata Thinglink postavite 4 destinacije s različitim izvorima grijanja. Primjerice, Island – geotermalna energija, Hrvatska, Zagreb – zemni plin (metan), Hrvatska, Gorski Kotar – ukapljeni plin (propan) i Francuska – nuklearna energija. Učenicima zadajte da izračunaju koliko bi u svakoj državi platili prosječno grijanje stana od 70 m2 ako se za tu namjenu dnevno potroši 103 500 kJ. Za potrebe izračuna uz svaku  destinaciju pomoću alata Thinglink dodajte potrebne podatke (Island – cijena 1 m3 tople vode iznosi 9,82 kn, a prosječno se godišnje potroši 347 m3 tople vode; Hrvatska, Zagreb – zemni plin (uglavnom metan) – cijena 1 m3 metana iznosi 3,75 kn (ρ(CH4) = 667 g m-3 pri 20 °C); Hrvatska, Gorski Kotar, cijena 1 kg propana iznosi 10 kn; Francuska – cijena 1 kWh iznosi 0,6 kn (1 kWh = 3600 kJ)). Za izračun topline koja se oslobodi sagorijevanjem plinova trebate učenicima postaviti poveznice na dodatni materijal (tablica s energijama veza C-H, C-O i O-H, te tablica standardih entalpija stvaranja) na izvoru 1 .
Nakon provedenog izračuna pomoću alata za debatu MyWeJIT možete provesti debatu o utjecaju pojedinog energenta na okoliš s argumentima za ili protiv korištenja.

Izračun energije kao topline koja se oslobodi prilikom sagorijevanja plina iskoristite za uvođenje pojmova entalpije stvaranja, reakcijske entalpije, entalpije izgaranja i entalpijskog dijagrama.  Zadajte učenicima da ispitaju odnose među navedenim pojmovima izvođenjem pokusa u kojem će izraditi jastučić za grijanje na bazi željeza. Upute za pokus mogu vidjeti u videozapis Grijači za ruke kućne izrade (Homemade Hand Warmer – Sick Science! #227). Prijevod, dodatne upute i pitanja uz videoradak dodajte pomoću alata Edpuzzle.

 Postupci potpore

U Didaktičko-metodičkim uputama za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama možete pronaći upute za korištenje IKT alata (korištenje fotografija, uvođenje u korištenje novih i dr.), gledanje videozapisa, i dr.

Problemski zadatak o potrošnji grijanja planirajte radom u skupinama, učenici s teškoćama (učenici s ADHD-om, učenici oštećena sluha, učenici oštećena vida i dr.) mogu aktivno sudjelovati promatranjem, komentiranjem, iznošenjem zaključaka o potrošnji novca za grijanje. Za potrebe bilježenja podataka o potrošnji pripremite formulu, istaknite oznake i njihovo značenje, mjerne jedinice. Pripremite jednostavnu tablicu s osnovnim pokazateljima potrošnje, učenici mogu zaokružiti novčane iznose za pojedinu zemlju, uspoređivati vrijednosti, pri svemu je važno potrošnju istaknuti u istoj valuti. U svrhu izračunavanja vrijednosti učenicima pripremite kalkulator, može i na njihovim mobitelima. Učenicima s intelektualnim teškoćama, poremećajem iz spektra autizma u svrhu usporedbe potrošnje pripremite prikaz pomoću usporednih stupaca.

Jedan primjer izračuna trebaju nastavnik i učenik zajedno napraviti.

U radu s učenicima s poremećajem iz spektra autizma važno je kako se aktivnosti odvijaju, preporuča se jasna struktura zadataka, uvijek prema utvrđenom redu, u grupi s istim učenicima, davanjem zahtjeva s istim rečenicama, i slično.

U koliko odlučite pogledati videozapis Grijači za ruke, unaprijed pripremite sažeti opis na hrvatskome jeziku. Slijepim učenicima potrebno je unaprijed opisivati sadržaj videozapisa, a također je poželjno kratko opisivati izradu grijača za ruke slijedom gledanja.

Za sve učenike razreda bit će zanimljivo u koliko sami izradite grijače za ruke.

 

 

B  Osvježavajuće piće

Tijekom pripreme osvježavajućeg bezalkoholnog pića učenici mogu izvesti kalorimetrijski pokus i iz prikupljenih podataka izračunati koliko se topline potroši za reakciju limunske kiseline i natrijeva hidrogenkarbonata, odnosno izračunati reakcijsku entalpiju za navedenu reakciju. Učenici podijeljeni u skupine neka izvedu pokus.

 Pokus 1: Hladno piće za vruće dane.

U polistirensku čašu ulijte 35 g otopine limunske kiseline masenog udjela kiseline 25 %. Pomoću termometra izmjerite temperaturu tijekom idućih minutu i pol (svakih 15 s) i zabilježite vrijednosti u tablicu pomoću alata Excel. Ako temperatura u zadnja tri mjerenja nije ista, mjerite je dok se ne ustali. Zatim u čašu dodajte 10 g natrijeva hidrogenkarbonata. Čašu poklopite kartonom (ili plastičnim poklopcem) kroz koji ćete provući termometar i mjerite temperaturu reakcijske smjese svakih 30 s (do isteka 600 s). Koristeći izmjerene podatke nacrtajte graf ovisnosti temperature o vremenu reakcije i pomoću njega odredite vrijednost promjene temperature u reakciji (ΔT) (za crtanje grafa (odaberite točkasti graf) i podijelite prikupljene podatke u 3 serije podataka (3 stupca), kako biste mogli ekstrapolirati pravce za temperature čiste otopine limunske kiseline i reakcijske smjese po završetku reakcije).
Uzimajući u obzir iskorištene mase reaktanata izračunajte koliko iznose ukupna promjena entalpije i reakcijska  entalpija. Na temelju vrijednosti reakcijske entalpije nacrtajte entalpijski dijagram.

Napomena:
korištenjem interaktivnog mjernog uređaja pri izvedbi pokusa i popratnog softvera (GlobiLab softver) termogram možete automatski izraditi.  U tom slučaju možete postaviti i kraći interval mjerenja temperature, primjerice svakih 5 s.

Upozorite učenike da konzumacija ovako pripravljenog pića (u laboratorijskim uvjetima) nije dopuštena iako su kemikalije korištene u pokusu uobičajene u prehrani. Pritom potaknite učenike da istaknu sve opasnosti koje bi se mogle dogoditi konzumacijom pripravljenog pića.

Uz provedenu aktivnost mogu napraviti i aktivnost A iz scenarija poučavanja To je samo faza, proći će, u kojoj se odvija endotermni proces koji ne uključuje kemijsku promjenu, već fizikalnu promjenu. (izvor 2).

 Postupci potpore

Neposredno prije izvođenja pokusa podsjetite učenike (npr. učenike s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti, učenike s intelektualnim teškoćama, učenike s poremećajem iz spektra autizma i dr.) na uputu kako će zvesti pokus, svakako i na mjere opreza. Posebnu pažnju posvetite učenicima s motoričkim oštećenjima, osigurajte mjesto u učionici na kojem će dobro vidjeti izvedbu pokusa, uz pridržavanje njihove ruke osigurajte aktivno sudjelovanje u izvedbi pokusa, mjerenju vremena štopericom i dr. U svrhu analize i uspoređivanja veličina mjerenja planirajte rad u paru ili malim skupinama. Pripremite sažeti opis tijeka pokusa, planirajte prostor za zapisivanje zaključka.

Potrebno je raditi zajedno s učenikom, crtati ili zajedno rješavati neki drugi zadatak.

Kod upisivanja podataka u tablice provjeriti jesu li brojevi dobro, točno upisani (posebice kod učenika s teškoćama računanja).

Prije donošenja zaključaka učenicima možete postaviti nekoliko pitanja kako bi provjerili jesu li pozorno pratili pokus te mogu li izvesti zaključak.

Upute za korištenje termograma sažmite, istaknite u obliku podsjetnika za jednostavnu primjenu.

 

 

C Kalorična hrana

“Sagorijevanjem” hrane u našem organizmu dobivamo energiju za svakodnevne aktivnosti – organizam energiju proizvodi kemijskim reakcijama. Većina učenika ne obraća pažnju u kakvom su im odnosu unos energije i njeno trošenje, što dovodi do sve većeg broja pretilih osoba. Koliko se energije može dobiti iz pojedine namirnice učenici (podijeljeni u grupe) izmjerit će prilikom  izvođenja pokusa Kalorična hrana. Poveznica vodi na materijal s radnim listićem i pripremljenom tablicom za unos podataka. Ako učenici koriste neke druge namirnice ili koriste više namirnica,priredite i podijelite  tablicu  pomoću alata ExcelOnline. Štoviše, za veći broj namirnica, potaknite ih da automatiziraju tablicu korištenjem funkcija za izračun koje će unositi u polja 3., 6., 10. i 11. (primjerice, ako je namirnica u stupcu B, a tablica je započeta u 1. retku, onda su funkcije sljedeće: za polje 3. “=B3-B2”, 6. “=B5-B6”,  unesite u jednu ćeliju, primjerice B13, vrijednost toplinskog kapaciteta vode, pa za polje 10. koristite funkciju “=B4*B13*B10”, na kraju dodajte u polje 11. “B11/B7”). Nemojte pasti u napast da učenicima vi pripremite tablicu s ispunjenim funkcijama, jer ćete onemogućiti ispunjavanje ishoda vezanih uz izračune.
Nakon provedenog pokusa učenici neka izrade poster pomoću alata Canva kojem će prikazati namirnice i njihove energetske vrijednosti. Fotografije mogu snimiti sami tijekom izvođenja pokusa ili prikupiti sa stranice za besplatno preuzimanje slika. Uz namirnice neka istraže u literaturi i prikažu kojom aktivnošću i u kojem trajanju bi se trebali baviti da potroše energiju dobivenu konzumacijom određene količine neke namirnice. Takve informacije također mogu staviti na poster.
Za provjeru usvojenosti ishoda možete učenicima predočiti tablicu (izvor 3 ) s navedenim sadržajem ugljikohidrata, masti i proteina, te im zadati da izračunaju koliko bi se energije moglo dobiti sagorijevanjem jednog obroka (primjerice, 100 g grejpa, 100 g banane, 100 g indijskih oraščića (pečeni, ne posoljeni), 200 g jogurta 2,8 % mm, 10 g chia sjemenki) i ako bi se ta energija iskoristila za grijanje 100 g tekuće vode, za koliko stupnjeva °C bi joj se povisila temperatura.

 Postupci potpore

U aktivnostima izvođenja pokusa učenike s teškoćama uvodite radom u paru, malim skupinama, svakako i uz potporu učitelja (npr. s učenicima na spektru autizma). Većini učenika s teškoćama (kao i ostalim učenicima razreda)  potrebno je, kada opetovano griješe u računanju, dodatno pojasniti automatizaciju tablice korištenjem funkcija za izračun, prvo radite uz vođenje, postupno uvodite učenike u samostalno rješavanje. Po potrebi možete pripremiti slikovni pojmovni podsjetnik koji će im pomoći u rješavanju zadataka.

U samostalnom radu uspješni učenici s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti, učenici oštećena sluha bit će uspješniji, svakako uz kratki podsjetnik. Po popunjavanju tablice poželjno je učenicima pročitati što su zapisali.

U izradi postera mogu sudjelovati svi učenici s teškoćama. Učenici oštećena vida  mogu raditi u paru s videćim učenikom, slijepi učenici mogu dodati tekst pisan na hrvatskoj brajici.

Koristeći Tablicu kalorija poželjno je analizirati vrijednosti za namirnice koje učenici često konzumiraju, potaknuti ih na raspravu o poželjnim i manje poželjnim namirnicama u svakodnevnoj prehrani.

 

 

D Snižavanje temperature bez lijekova

Učenici su vjerojatno imali prilike vidjeti scene sa sportskih natjecanja u kojima se ozlijeđenom sportašu na bolno mjesto nanosi hladni sprej (poznatiji pod nazivom “cold spray” ili “magic spray”). Podsjetite ih na takve scene prikazivanjem videouratka u sklopu svoje Power Point prezentacije. Potaknite svoje učenike da razmisle na koji način djeluje takvo sredstvo. Na kojem principu djeluje jedna od komponenti spreja učenici mogu ispitati pomoću termometra, vate i različitih tekućina (primjerice, voda, 96 % etanol, aceton). Prije mjerenja termometrom, učenici neka prime namočenu vaticu u ruku i drže 5 s. Upute što trebaju napraviti možete napisati u sklopu prezentacije. Neka usporede efekt hlađenja i pomoću alata Mentimeter odgovore na pitanje koje ćete postaviti u okviru prezentacije. Pitanje postavite u obliku pitanja s višestrukim odgovorima. Zatim neka u vaticu zamotaju donji dio termometra i mjere temperaturu kroz idućih 30 sekundi. Rezultate neka zabilježe u tablicu u alatu Excel, unutar koje ćete im pripremiti dodatni materijal koji im je potreban za izračun (tablicu, formule, upute). Zatim neka izračunaju koliko je energije potrebno za isparavanje 1 g etanola, 1 g vode i 1 g acetona.
Za ponavljanje, pomoću alata Edpuzzle pretvorite videoradak s početka aktivnosti u videolekciju pomoću koje će učenici moći ponoviti osnovne principe djelovanja tvari koje djeluju kao rashladna sredstva.

Uz komentiranje sastava hladnog spreja, obavezno provedite diskusiju s učenicima o prednostima i manama njegovog korištenja.

Uz provedenu aktivnost mogu napraviti i aktivnost B iz scenarija poučavanja To je samo faza, proći će (izvor 2).

 Postupci potpore

Sve učenike s teškoćama važno je uključiti u aktivnosti o sportskim ozljedama. Visoko slabovidnim i slijepim učenicima opisujte sadržaj videozapisa ili powerpoint prezentacije, tema o cold sprayu jako je zanimljiva, može pomoći i u drugim životnim prilikama (ozljede na izletu, putovanjima i dr.).

Uključite učenike u navođenje primjera iz svakodnevnoga života.

Pokus s termometrom, vodom, 96 % etanolom i acetonom bit će zanimljiv većini učenika, obratite pozornost na učenika na spektru autizma, njih pokusi s mirisima i neobičnim teksturama (npr.vata, etanol i dr.) ponekada ometaju.  

 

 

Za učenike koji žele znati više 

Učenici koji žele znati više mogu istražiti zašto se za potrebe grijanja na Islandu (ili SAD-u) ne koristi voda iz izvora s vrlo visokim temperaturama. Napravite im jedan uzorak “geotermalne vode” niske pH-vrijednosti i zadajte im da odrede koncentraciju oksonijevih iona u otopini pomoću metode termometrijske titracije kiseline s vodenom otopinom natrijevog hidroksida, NaOH(aq) (izvor 3). Titracijski termogram mogu nacrtati pomoću alata  Excel.

Tema je zanimljiva, u raspravi će rado sudjelovati svi učenici s teškoćama, samo pripremite ključne informacije (sastojci, djelovanje na ljudsko tijelo, pristupi ozljedama i dr.) potrebne za sudjelovanje u raspravi.

U svrhu bilježenja podataka mjerenja te izvođenje zaključaka planirajte rad u parovima, trojkama.  

 

 

Dodatna literatura, sadržaj i poveznice:

Dodatna pojašnjenja pojmova možete potražiti na relevantnim mrežnim stranicama – Google znalac, Struna (Hrvatsko strukovno nazivlje), Hrvatska enciklopedija i sl.

 

  1. Cota Bekavac, M., Grozdanić, V., Benge Kletzien, S (2005): Suradničko i iskustveno učenje. Aktivno učenje i kritičko mišljenje u visokoškolskoj nastavi. Zagreb, Forum za slobodu odgoja.
  2. Ivančić, Đ., Stančić, Z. (2015): Razlikovni pristup u inkluzivnoj školi. U: Igrić, Lj. I sur. Osnove edukacijskog uključivanja. Škola po mjeri svakog djeteta je moguća (str. 159. – 203.). Zagreb, Edukacijsko-rehabilitacijski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Školska knjiga.
  3. Sekušak-Galešev, A., Stančić, Z., Igrić, Lj. (2015): Škola za sve, razvrstavanje učenika i čimbenici učenja.  U: Igrić, Lj. I sur. Osnove edukacijskog uključivanja. Škola po mjeri svakog djeteta je moguća (str. 203 – 249). Zagreb, Edukacijsko-rehabilitacijski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Školska knjiga.  
  4. T. Preočanin, J. Požar: Od promjene temperature do reakcijske entalpije, Kem. Ind. 66 (1-2) (2017) 69−76
  5. http://www.encert-eihp.org/wp-content/uploads/2013/02/Prirucnik-za-energetsko-certificiranje-zgrada-2.pdf
  6. https://pangea.stanford.edu/ERE/pdf/IGAstandard/ISS/2004Poland/3_5_gunlaugsson.pdf
  7. http://www.thinkgeoenergy.com/geothermal-energy-giving-iceland-lowest-heating-costs-in-the-nordics/
  8. http://strujaplin.com/faq/ukapljeni-naftni-plin
  9. http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/File:Electricity_and_gas_prices,_second_half_of_year,_2013%E2%80%9315_(EUR_per_kWh)_YB16.png
  10. http://www.lepla.org/en/modules/Activities/m18/m18-dasm.htm
  11. http://www.kbcc.cuny.edu/academicDepartments/PHYSCI/PL/chm11/Documents/Thermochemistry.pdf
  12. http://www.dw.com/en/magic-freeze-sprays-can-do-deep-damage/a-18520903
  13. Sikirica, M (2003): Metodika nastave kemije, Zagreb, Školska knjiga
  14. https://eic.rsc.org/opinion/teaching-thermochemistry/2010096.article  

Napomena: Valjanost svih mrežnih poveznica zadnji put utvrđena 11. 5. 2017.

 

 

 

Primijenili ste ovaj scenarij poučavanja u nastavi? Recite nam svoje mišljenje popunjavanjem upitnika na ovoj poveznici
Creative Commons licenca
Ovo djelo je dano na korištenje pod licencom Creative Commons Imenovanje 4.0 međunarodna. Prilikom korištenja ovog djela trebate označiti autorstvo djela na ovaj način: CARNET (2017) e-Škole scenarij poučavanja ˝(upisati naslov scenarija poučavanja)˝, https://scenariji-poucavanja.e-skole.hr/.

Informacije o scenariju

Predmet:
Razred: ,

Razina izvedbene složenosti: napredna

Korelacije i interdisciplinarnost:

- Fizika
- Biologija
- Geografija


Savjete i upute za primjenu digitalnih alata u nastavi pronađite
na e-Laboratoriju. e-Laboratorij logo