Název: Toxické prvky kolem nás

Transkript

1 Název: Txické prvky klem nás Výukvé materiály Téma: Kvalitativní chemická analýza katintů Úrveň: střední škla Tematický celek: Mžnsti a mezení vědeckéh výzkumu Předmět (br): chemie, anrganická chemie Dpručený věk žáků: let Dba trvání: 2 vyučvací hdiny labratrní práce + 1 vyučvací hdina věnvaná txicitě některých kvů Specifický cíl: žáci analyzují předlžené vzrky čtyř katintů kvů, vyhledají v textu infrmace txicitě Cd 2+, Pb 2+ a Al 3+ Seznam ptřebnéh materiálu: Pmůcky: pr žáky: sada zkumavek (cca p 10 ml asi 15 zkumavek pr 1 pracvní skupinu), kádinky (cca 250 ml), kapátka (pr každu pracvní skupinu alespň 5), filtrační papír pr učitele: navažvací ldička, lžička, dměrné baňky, lahev bez etikety Chemikálie: Pb(NO 3 ) 2, CdCl 2. 5H 2 O, KAl(SO 4 ) 2.12 H 2 O, FeCl 3.6 H 2 O, MnCl 2.5 H 2 O, HCl (10%), NaOH (10%), vdný rztk NH 3, Na 2 S, alizarin, ethanl (může být denaturvaný), červená krevní sůl (K 3 [FeCN] 6 ), žlutá krevní sůl (K 4 [FeCN] 6 ), pkud mžn destilvaná vda Seznam praktických (badatelských) aktivit: Kvalitativní analýza kademnatých, hlinitých, lvnatých a železitých intů

2 Antace: Labratrní úlha suvisí se znečištěním prstředí. Žáci se pkusí analyzvat předlžené rztky něklika katintů kvů. Na základě textů daných katintech si učiní představu jejich nebezpečnsti a nutnsti chránit živtní prstředí. Harmngram výuky: náplň práce Čas ptřebné vybavení a pmůcky činnst učitele činnsti žáků Úvd d tématu mtivace Znečistění vdy Vypije někd vdu z tét lahve? Demnstrační experiment 10 min. Láhev s 2% rztkem MnCl 2.5 H 2 O, Na 2 S Uvede prblém, prvede demnstrační experiment. Diskutují, pzrují experiment. Předlabratrní příprava Praktická (badatelská) činnst Jak zjistit, c bsahuje rztk, který máte vypít? Sestavení pracvníh pstupu Kvalitativní analýza intů 10 min. Tabule, křída 65 min. Zkumavky, kádinky, kapátka, filtrační papíry; činidla pr analýzu katintů Sestaví pracvní skupiny, pkládá návdné tázky, zadává dmácí práci. Zdpvídá dtazy žáků, kntrluje pracvní pstup. Připravují návrh pracvníh pstupu pr kvalitativní analýzu. Prezentují pracvní pstup. Analyzují předlžené vzrky. Vyhdncení výsledků Kntrla důkazů jedntlivých katintů 5 min. Kntrluje výsledky, pkládá návdné tázky. Prezentují své výsledky statním, předkládají výsledky analýzy učiteli. Prezentace výsledků Prezentace výsledků a bhájení pstupu kvalitativní analýzy. 10 min. Hdntí výsledky a bhajbu práce žáků. Prezentují svůj výsledek a jeh důvdnění. Dmácí úkl pr žáky: Prstudujte si texty týkající se txicity daných katintů a připravte si k tmu krátku prezentaci. (Texty jsu sučástí pracvních listů pr žáky.)

3 Přípravy pr učitele Úvd d tématu mtivace Znečištění živtníh prstředí Učitel hledá dbrvlníka, který by byl chten vypít vdu z lahve bez etikety (bsah lahve evidentně není riginální). Navdí diskuzi na téma znečištění vdy prč by mhl být nebezpečné pít vdu, jejímž půvdu nic nevím? Pkud žáci sami nic nevymyslí, může jim pmci návdnými tázkami: Existuje nějaký důvd, prč neznámu vdu nepít? Lze něc vyvdit z faktu, že rztk je čirý a nezapáchá? Pravděpdbně se v něm nevyskytují různé mikrrganismy bakterie, prvci atd. Jaké látky by mhly být přítmné ve vdách v ČR? Odkud by se tam mhly dstat? Znečištění pcházející z průmyslu rganické neb anrganické látky. Pdívejte se na peridicku sustavu prvků slučeniny kterých prvků by vám ve vdě vadily nejvíce? Např. těžké kvy, slučeniny bsahující brm, arsen atd.. Jsu pdle vás škdlivé slučeniny bsahující hliník? Suvislst s hliníkvým nádbím škdí neb ne? Kyselé prstředí pdpruje rzpuštění hliníku, takže ve styku s kyselými ptravinami by škdit mhl. Myslíte, že je mžné zjistit, jaké látky jsu v rztku bsaženy? (diskuze) Předlabratrní příprava Učitel rzdělí žáky d skupin. Úkl: Navrhněte, jak byste pstupvali, kdyby vás někd pžádal analýzu neznáméh čiréh nezapáchajícíh rztku. K dispzici byste měli šklní chemicku labratř. Žáci sepíší během 5 minut ve skupinách své nápady. Pté vyzve učitel 1 skupinu, aby svůj návrh prezentvala před třídu. Jedntlivé návrhy zapíší žáci na tabuli, statní skupiny je dplňují. Pkud se učiteli zdá, že se návrhy žáků neblíží k jeh představě kvalitativní chemické analýzy, může plžit návdné tázky: Jaké vlastnsti rztků dkážete v labratři sami snadn zjistit? Např. ph pmcí ph papírku. Jaké smysly můžete pr analýzu vzrků pužít? Zrak, mezeně i čich. C můžete s daným vzrkem udělat? Odpařit, něc k němu přidat prvést chemicku reakci. Jaké reakce budete schpni pzrvat? Jak zjistit snadn, zda reakce prběhla? Reakce, při nichž se uvlňuje plyn, vzniká sraženina, neb rztk mění svu barvu. Na tut tázku může učitel navázat prvedením demnstračníh experimentu důkaz manganatých katintů ve vdě v lahvičce (uveden níže). Učitel může vyzvat žáky, aby si tipli, jaku slučeninu dkázal vznikem sraženiny tělvé barvy. Žáci však nemusí mít s manganatými slučeninami žádné zkušensti.

4 Učitel je pak může navést alespň k tmu, aby uvedli, c asi rztk bsahval, když p přidání sulfidu sdnéh vznikla takvá sraženina. Přidali jsme Na 2 S, který se rzpustil. Jaké inty se tedy určitě ve vdě vyskytují? Na + a S 2-. Ty mhly reagvat s nějakými jinými inty přítmnými v rztku. Sdné sli jsu většinu dbře rzpustné. Který z daných intů se tedy pravděpdbně pdílel na vzniku tét sraženiny? S 2-. Jaké katinty by mhly tvřit takt krásně barevné slučeniny? Katinty kvů. Jak určit, který kv se jedná? C kdybych vám dal na výběr z něklika mžnstí manganaté, železnaté, nikelnaté, měďnaté neb lvnaté katinty. Napadá vás způsb, jak určit správný kv? Byl by mžné např. prvnat vzrky slučenin daných kvů. Když jim učitel przradí, že se jedná manganaté katinty, měli by být žáci schpni vymyslet, která slučenina vznikla p přidání Na 2 S. (MnS) Závěrečné dtazy: Byli byste teď chtni tent rztk vypít? Na základě čeh byste se mhli rzhdnut? Najít si v literatuře infrmace manganatých slučeninách. Mangan patří sice mezi esenciální stpvé prvky, chlrid manganatý je však látka dráždivá. Může pdle vás bsahvat i jiné inty než manganaté katinty? Musí bsahvat ještě nějaké aninty, rztk musí být neutrální. Demnstrační experiment: Důkaz manganatých intů Pmůcky: malá PET lahev bez etikety, zkumavka 10 ml, kapátk Chemikálie: MnCl 2.5 H 2 O, Na 2 S Před hdinu si učitel připraví 250 ml 2% vdnéh rztku MnCl 2.5 H 2 O (5 g MnCl 2.5H 2 O dplní 145 ml destilvané vdy). Rztk nalije d malé PET lahve. Dále si připraví 100 ml 10% rztku Na 2 S (bude jej ptřebvat i na labratrní práci). 10 g sulfidu sdnéh rzpustí v 90 ml destilvané vdy (sulfid sdný je silně hygrskpický, rychle vlhne, pr přípravu rztku na analýzu stačí vzít něklik ml kncentrvanéh rztku ze zásbní lahve a naředit destilvanu vdu na přibližně 10% rztk). Při demnstračním pkusu dlije z lahve trchu rztku chlridu d zkumavky a přikápne něklik kapek 10% rztku Na 2 S, až se bjeví sraženina tělvé barvy. P přefiltrvání přes filtrační papír sraženina na vzduchu hnědne. Filtrace je však časvě nárčná. Učitel ji může prvést pstupně během labratrní práce a na závěr žákům ukázat barevnu změnu. Filtrvat sraženinu ale není nutné. Na závěr může učitel zadat žákům dbrvlný dmácí úkl. Žáci dstanu texty txicitě lvnatých, hlinitých a kademnatých intů. Texty si mají prčíst a pdle nich si připravit krátku prezentaci daných intů, kteru v následující hdině přednesu statním.

5 Praktická badatelská činnst (labratrní práce) Který z těcht rztků byste mhli bez bav vylít d záhnu s vaší blíbenu zeleninu? Pkuste se na základě kvalitativní analýzy katintů přiřadit k jedntlivým vzrkům správný katin, který bsahují. (Správnu dpvědí na úvdní tázku je rztk s železitými katinty.) Chemikálie: 10% rztk HCl, NH 3 (čpavkvá vda), 10% vdný rztk Na 2 S, rztk alizarinu, ethanl (může být denaturvaný), rztky Pb(NO 3 ) 2, CdCl 2.5 H 2 O, KAl(SO 4 ) 2.12 H 2 O a FeCl 3.6 H 2 O, 10% vdný rztk K 4 [Fe(CN) 6 ], 10% vdný rztk K 3 [Fe(CN) 6 ] Pmůcky pr učitele: váhy, navažvací ldička, lžička, dměrný válec (200 ml), 4x dměrná baňka (250 ml), 4x kádinka (200 ml) Pmůcky pr žáky: sada zkumavek (15x 10 ml zkumavky); alespň 5 kapátek; filtrační papír; kartičky se stručnu charakteristiku různých látek, se kterými žáci pracují, neb které by jim mhly při práci vzniknut (v pracvních listech pr žáky; vhdné vytisknut na čtvrtku, jedntlivá plíčka vystřihnut a pskytnut každé dvjici). Aby měli žáci šanci analyzvat předlžené vzrky, bude jejich úklem puze přiřadit k rztkům správné katinty. Budu vlit z šesti katintů: Pb 2+, Fe 3+, Fe 2+, Cd 2+, Al 3+, Mn 2+ (zabrání se tak tmu, že na pslední zkumavku zbude jen jeden katin). K dispzici budu mít žáci různá činidla (viz chemikálie) a také kartičky se stručnu charakteristiku některých anrganických látek, které by při jejich pkusech mhly vznikat. Při tét úlze bude pracvat každá dvjice samstatně. Učitel je může k samstatné práci mtivvat tím, že je upzrní na knkurenci ve vědě. Jedntlivé týmy splu sice d jisté míry splupracují, ale zárveň se snaží dspět k výsledku c nejrychleji a sami (bjevit strukturu DNA p Watsnvi a Crickvi by už asi vědci slávu ani peníze nepřinesl). Prvním úklem každé skupiny bude rzmyslet si, jak budu při analýze pstupvat. Jak nejlépe zaznamenávat jedntlivé části experimentu? Svůj pracvní pstup každá skupina zaznamená d prtklu. Pté učitel jednu skupinu vyzve, aby svůj návrh představila statním. Ostatní žáci mhu ptm jejich návrh dplnit neb vylepšit. Ideální by byl zaznamenávat jedntlivé pkusy d tabulky, která by mhla vypadat následvně (učitel si ji může předem nakreslit neb vytisknut a ukázat ji žákům až při hdině, pkud nepřijdu na vhdné řešení sami.) Důležité však je, aby si žáci sami vymysleli, jak budu pstupvat, pak przumí tmu, c dělají. Změna p přidání danéh činidla (změna barvy rztku, vznik sraženiny, uvlnění plynu...) Vzrek č. HCl Na 2 S červená krevní sůl žlutá krevní sůl alizarin jiné činidl neb kmbinace

6 Žáci pak pracují samstatně a snaží se analyzvat jedntlivé vzrky pmcí pskytnutých chemikálií, připravenéh labratrníh nádbí a kartiček s charakteristiku látek, s nimiž pracují neb které jim budu při práci vznikat. Učitel by d jejich práce neměl příliš zasahvat. Může jim pmci zrientvat se v kartičkách (vysvětlit, že infrmace se vztahují nejenm k látkám, které reagují, ale i k těm, které mhu reakcí vzniknut), může zdpvídat dtazy, případně zhdntit nějaký výsledek. Na závěr žáci prezentují své výsledky a snaží se bhájit svůj pstup před statními. Jedntlivé důkazy daných katintů (viz brázky na následující straně): Fe 3+ Pb 2+ Cd 2+ Al 3+ železité katinty dávají se žlutu krevní slí (K 4 [Fe(CN) 6 ]) vznik mdré sraženiny (berlínská mdř, KFe[Fe(CN) 6 ]) s ředěnu kyselinu chlrvdíkvu dávají bílu sraženinu PbCl 2, s Na 2 S dávají vznik černé sraženiny PbS s Na 2 S dává žlutu sraženinu CdS dkazuje se pněkud btížně, prtže jeh slučeniny bývají dbře rzpustné ve vdě, prt se k jeh důkazu pužívá červené barviv alizarin, které p přikápnutí ke kapce hlinitých intů na filtračním papíře a vanutí parami amniaku tvří charakteristický červený lak (viz brázky; samtný alizarin vanutý parami amniaku dává fialvé zbarvení) C připraví učitel před hdinu: 1. rztky pr analýzu jedná se 2% vdné rztky daných slí (vhdné pužít destilvanu vdu). Každá dvjice by měla dstat zkumavky se všemi neznámými rztky, (v jedné zkumavce je cca 10 ml). Učitel si prt připraví 250 ml každéh rztku. D 250 ml dměrné baňky nasype 5 g dané sli a dplní destilvanu vdu p rysku. Tt mnžství by mu měl stačit pr dvje labratrní práce pracvních skupin. 2. činidla alizarin: 1% alkhlvý rztk, pr analýzu stačí něklik kapek, učitel si připraví 100 ml rztku (1 g alizarinu rzpustí ve 100 ml ethanlu) žlutá a červená krevní sůl: pět stačí pár kapek, učitel připraví p 100 ml bu rztků (10 g sli na 90 ml destilvané vdy) Na 2 S: učitel připraví 100 ml 10% rztku (10 g Na 2 S a 90 ml destilvané vdy neb něklik ml nasycenéh rztku ze zásbní lahve zředěných destilvanu vdu na cca 10% rztk) 3. HCl a NH 3, které budu mít žáci k dispzici, umístí učitel d digestře a žáci s nimi smí pracvat puze tam.

7 důkaz hlinitých intů alizarinem prvnání stejnéh pstupu s lvnatými katinty Tyt katinty byly vybrány z důvdu jejich dpadu na živtní prstředí, kvůli jejich txicitě a také prt, že znečištění těmit katinty je v dnešní dbě velkým prblémem i na různých místech v ČR. (Neplatí pr Fe 3+, ten byl vybrán jak katin netxický, ale běžný, který se pmcí žluté krevní sli snadn dkazuje. Zárveň by žáci měli být schpni dlišit h d Fe 2+, budu-li mít k dispzici bě krevní sli.)

8 Závěrečné pznámky Jiné varianty a další mžné úpravy či dpručení: Míst alizarinu je mžné pužít aluminn, specifické činidl pr důkaz hlinitých katintů. Sučástí pracvních listů jsu dplňující tázky. Ty může učitel pužít např. jak dmácí úkl. Neb je může se žáky prdiskutvat při následující hdině, aby věřil, zda žáci svjí práci przuměli. Reflexe p hdině: Aby žáci byli schpni dhadnut, jaká sraženina vzniká v úvdním demnstračním experimentu, může jim učitel ukázat vzrky různých slí mědi, niklu, lva, manganu, železa a dalších. Barva jedntlivých slí by je měla navést správným směrem. Navazující a rzšiřující aktivity: Byl by mžné vyzkušet splečně s učitelem bilgie vliv Al 3+ na růst rstlin. Buď by se mhly d rztku, s nímž zaléváme rstliny, lvnaté katinty přidávat, neb by mhly být rstliny pěstvané v hlíně s kusky albalu. V tmt případě by však byl třeba mít dstatečně kyselu půdu. (Mžn prvnat, jak prspívají rstliny s albalem v kyselé a jak v neutrální neb zásadité půdě.) Sučástí práce jsu tři texty. V práci je uveden, že je mžné zadat jejich přečtení některým (neb všem) žákům za dmácí úkl. Tit žáci pak statní s bsahem textů seznámí. S texty je mžn pracvat i v hdinách. Vhdná je např. metda kritickéh čtení I.N.S.E.R.T. (Jedná se systém záznamů, s jejichž pmcí si žáci v učebním textu značují infrmace jim známé, rzprné, neznámé, atd. Učitel předlží žákům text, který si žáci musí pzrně přečíst. Při čtení si značí infrmace v textu symbly tak, že známé myšlenky zatrhne fajfku, nvé infrmace symblem +, myšlenky, s nimiž nesuhlasí, myšlenky, kterých by se chtěl ještě něc dzvědět značí?. Značky ptm žákům usnadní diskutvat textech.)