INDUSTRIELE WETENSCHAPPEN TOEGEPASTE CHEMIE

Transcriptie

1 INDUSTRIELE WETENSCHAPPEN TOEGEPASTE CHEMIE DERDE GRAAD TSO LEERPLAN SECUNDAIR ONDERWIJS September 2009 VVKSO BRUSSEL Vlaams Verbond van het Katholiek Secundair Onderwijs Guimardstraat 1, 1040 Brussel

2

3 Inhoud Situering van het leerplan BEGINSITUATIE ALGEMENE DOELSTELLINGEN ALGEMENE PEDAGOGISCH- EN DIDACTISCHE MIDDELEN...5 4, LEERINHOUDEN EN DIDACTISCHE WENKEN Elektronenconfiguratie van de elementen De chemische binding Chemische verbindingen Kwantitatieve aspecten van chemische reacties Energetische aspecten van chemische reacties Reactiesnelheid Het chemisch evenwicht (homogeen) Ionisatie-evenwichten in water Heterogeen evenwicht (U) Oxidatie-reductieverschijnselen Koolstofchemie Kunststoffen (U) EVALUATIE MINIMALE MATERIELE VEREISTEN Basisinfrastructuur Basismateriaal voor chemie Verwarmingselementen Materiaal voor het uitvoeren van metingen Spanningsbron Stoffen Materiaal voor het visualiseren in de chemie Wandplaten of transparanten Beschermmiddelen BIBLIOGRAFIE de graad tso 3

4 Situering van het leerplan Studierichting Graad en onderwijsvorm Pedagogische vakbenaming Administratieve vakbenaming Specifiek gedeelte Industriële wetenschappen Derde graad tso Toegepaste chemie Toegepaste chemie 2 uur/week in eerste en tweede leerjaar 4 3de graad tso

5 1 BEGINSITUATIE De algemene doelstellingen en de leerplandoelstellingen van het AV-vak Chemie van de tweede graad van de studierichting 'Industriële wetenschappen tso' gelden als beginsituatie. Dit betekent dat de leerlingen voldoende kennis en inzicht verworven hebben voor wat betreft volgende leerinhouden: het structuurmodel van de materie; atoombouw en periodiek systeem der elementen; de chemische binding en chemische verbindingen; de chemische reactie; chemische verbindingsklassen; het gedrag van stoffen in water; kwantitatieve aspecten in de chemie. 2 ALGEMENE DOELSTELLINGEN Chemie zal door de leerlingen ervaren worden als een belangrijk onderdeel van het te verwerven cultuurbezit. Ze moeten zich bewust zijn van de gunstige invloed die chemie heeft op onze welvaart en onze samenleving door zijn verwezenlijkingen. Anderzijds moeten ze op een objectieve manier kunnen oordelen over bepaalde milieuproblemen die hier soms mee gepaard gaan en hoe deze kunnen opgelost worden. Zelf moeten ze een gefundeerde attitude verwerven in verband met het veilig en milieubewust omgaan met stoffen. Hiervoor moeten ze kennis gebaseerd op inzicht verwerven. De verworven kennis moet op een inzichtelijke manier worden toegepast. De leerlingen zijn in staat om technische en wetenschappelijke problemen op te lossen zodat ze later met succes hoger onderwijs kunnen volgen als voorbereiding op een technisch-wetenschappelijke loopbaan. 3 ALGEMENE PEDAGOGISCH- EN DIDACTISCHE MIDDELEN Om de gestelde doelstellingen te bereiken is het noodzakelijk dat de chemielessen in een aangepast lokaal gegeven worden. De leraar zal zoveel mogelijk uitgaan van demonstratieproeven en verschijnselen uit het dagelijks leven. Voor het visualiseren van het verloop van chemische reacties zal men stereomodellen gebruiken aan te vullen met computersimulaties, transparanten en dergelijke. Bij het weergeven van resultaten zal er rekening gehouden worden met de benaderingsregels zoals ze in het vak Fysica gezien werden in de tweede graad en uitgediept in de derde graad. Stoichiometrische berekeningen komen niet alleen aan bod op het ogenblik dat ze als leerstofpunt behandeld worden doch worden regelmatig ingeoefend, bijvoorbeeld in huistaken, waarbij men de moeilijkheidsgraad stapsgewijs laat toenemen. De leerlingen maken ook in de derde graad gebruik van tabellen met R- en S-zinnen en leren verder veiligheidssymbolen kennen zoals op waarschuwingsborden en etiketten (gevarensymbolen). In samenspraak met leraars van andere technische vakken kunnen er studiebezoeken aan bedrijven georganiseerd worden in verband met veiligheid en milieutechnologie. 3de graad tso 5

6 Minstens drie laboratoriumoefeningen (leerlingenpractica) per jaar worden verplicht gesteld. Deze practica zijn nuttig voor het concretiseren van de leerstof en als voorbereiding op hogere studies gericht op een technisch-wetenschappelijke loopbaan. Men kan een drietal practica per jaar invoeren bijvoorbeeld in verband met: reactiesnelheid; kwantitatieve aspecten van chemische reacties; chemisch evenwicht; ph-metingen; titraties; buffermengsels; galvanische cellen en elektrolyse; eigenschappen van koolstofverbindingen; een bereiding van een koolstofverbinding met analyse van het eindproduct. Van elke laboefening maken de leerlingen een verslag. De leerlingen krijgen op voorhand een instructieblad. In de tweede graad volstond het om het instructieblad door de leerlingen te laten invullen bij het opstellen van het verslag, in de derde graad streeft men hiervoor naar meer zelfstandig werk van de leerlingen. Denkvragen moeten niet noodzakelijk op het einde van het instructieblad vermeld worden. Het kan interessant zijn om in het begin of tijdens het practicum de leerlingen denkvragen te laten beantwoorden, deze kunnen eventueel ook mondeling gesteld worden. De leerlingen moeten eerst het instructieblad aandachtig bestuderen alvorens met de uitvoering te beginnen. Om de leraar behulpzaam te zijn bij het opstellen van de jaarplanning stellen wij volgende urenverdeling voor waarin ook rekening gehouden wordt met de tijd nodig voor het voorbereiden en verbeteren van taken (huistaken en laboratoriumverslagen) en met de tijd nodig voor toetsen (er wordt ook ruimte gelaten voor differentiatie). Eerste leerjaar 1 Elektronenconfiguratie van de elementen 2 De chemische binding 3 Chemische verbindingen 4 Kwantitatieve aspecten van chemische reacties 5 Energetische aspecten van chemische reacties 6 Snelheid van de reactie 7 Het chemisch evenwicht Laboratoriumoefeningen (leerlingenpractica) Aantal uren Totaal: de graad tso

7 Tweede leerjaar 8 Ionisatie-evenwichten in water 9 Oxidatie-reductieverschijnselen 10 Heterogeen evenwicht (U) 11 Koolstofchemie 12 Kunststoffen (U) Laboratoriumoefeningen (leerlingenpractica) Aantal uren Totaal: 50 Wanneer men een leerstofpunt in uitbreiding wenst te zien moeten niet noodzakelijk steeds al de bijbehorende leerinhouden gegeven worden zoals bij de punten 'Heterogeen evenwicht' en 'Polyfunctionele verbindingsklassen'. De leraar mag hier zelf een keuze maken. 3de graad tso 7

8 4, LEERINHOUDEN EN EERSTE LEERJAAR Minstens drie leerlingenproeven naar keuze 4.1 Elektronenconfiguratie van de elementen 1 een definitie geven voor een orbitaal. 2 het onderscheid maken tussen hoofd- en subniveaus voor wat de energietoestand van de elektronen betreft. 3 de betekenis van de kwantumgetallen op een eenvoudige wijze verduidelijken. 4 het verband tussen energie-arme en stabiele toestand omschrijven. 5 het uitsluitingsprincipe van Pauli en de regel van Hund verwoorden. 6 het onderscheid tussen de grondtoestand en een aangeslagen toestand weergeven. 7 de elektronenconfiguratie van een atoom in de grondtoestand weergeven. 8 de elektronenconfiguratie van monoatomische ionen weergeven. 9 het verband tussen de plaats van een element in het PSE (Periodiek Systeem der Elementen) en zijn elektroneneconfiguratie weergeven. 10 factoren die een invloed uitoefenen op de grootte van de atomen bespreken (U). Een orbitaal zal gedefinieerd worden als een ruimte waarin de trefkans voor een elektron groter is dan 0,95. Er moet in elk geval gebruik gemaakt worden van orbitaalmodellen. Een orbitaal mag niet beschouwd worden als een elektronenbaan. Bij het opstellen van de elektronenconfiguratie van atomen in de grondtoestand kan men gebruik maken van het diagonaalschema of van een energiediagram. Voor het opstellen van de elektronenconfiguratie van een monoatomisch ion zal men eerst de elektronenconfiguratie opstellen van het neutraal atoom volgens het diagonaalschema of door gebruik te maken van een energiediagram en vervolgens elektronen weglaten uit of toevoegen aan de buitenste schil. 8 3de graad tso

9 4.2 De chemische binding De ionbinding 11 de ionisatie-energie definiëren en het onderscheid tussen de eerste en volgende ionisatie-energieën bespreken. 12 de evolutie van de IE (ionisatie-energie) in een groep en in een periode in grote lijnen aangeven en in verband brengen met het metaalkarakter. 13 verduidelijken dat grote positieve ionen met een kleine lading het gemakkelijkst tot stand komen. 14 de elektronenaffiniteit definiëren en in verband brengen met het niet-metaalkarakter. 15 het begrip roosterenergie omschrijven en in verband brengen met de stabiliteit van de ionenverbinding. Verduidelijken dat het tot stand komen van een binding het gevolg is van het streven van atomen naar een hogere stabiliteit en dat de hierdoor bekomen elektronenconfiguratie niet noodzakelijk met de edelgasconfiguratie overeenkomt. Er worden tabellen gebruikt met gegevens over ionisatie-energie. Vermits ionisatie-energie volgens zijn definitie energie is die toegevoegd wordt moet ze steeds door een positief getal worden voorgesteld. Men moet de leerlingen duidelijk maken dat de elektrostatische krachten tussen de ionen in een rooster (ook coulombkrachten genoemd) verantwoordelijk zijn voor het hoge smeltpunt van ionenverbindingen. Vervolgens legt men het verband tussen het smeltpunt en de roosterenergie. Vermits er bij de vorming van een rooster energie vrijkomt, wordt de roosterenergie voorgesteld door een negatief getal De covalente binding 16 het tot stand komen van een covalente (gewone en donor-acceptorbinding) binding verduidelijken. 17 het polair karakter van een binding in verband brengen met het verschil in EN-waarde (elektronegatieve waarde). Ook hier kan men verduidelijken dat het tot stand komen van een binding het gevolg is van het streven van atomen naar een hogere stabiliteit en dat de hierdoor bekomen elektronenconfiguratie (EC) niet noodzakelijk met de EGC (edelgasconfiguratie) overeenkomt. Het aantal covalente bindingen dat een atoom in een bepaalde verbinding kan vormen kan in verband gebracht worden met de EC (elektronenconfiguratie) en met de mogelijke promotie van elektronen. 3de graad tso 9

10 Het is niet nodig om hier al het onderscheid tussen pi- en sigmabinding te maken, men kan dit gerust uitstellen tot het tweede leerjaar wanneer de bindingen van koolstof gezien worden. Overlappingen tussen orbitalen bij de vorming van covalente bindingen moeten nog niet behandeld worden. Alleen ter illustratie kan hier iets over gegeven worden. Bij de studie van de koolstofchemie komen overlappingen tussen orbitalen uitgebreid aan bod in het tweede leerjaar van de derde graad De metaalbinding 18 de metaalbinding op een eenvoudige manier verduidelijken. Een metaal in normale omstandigheden voorstellen als bestaande uit een rooster gevormd door ionen en vrije elektronen. Men kan hier het verband leggen met de elektrische geleiding in metalen en met de warmtegeleiding gezien in het AV-vak Fysica (tweede leerjaar van de tweede graad). 4.3 Chemische verbindingen 19 de formele lading van een atoom in een verbinding bepalen. 20 verduidelijken dat de som van de formele ladingen van de atomen in een verbinding overeenkomt met de ionlading. 21 lewisstructuren opstellen en de formele ladingen aanduiden. 22 het begrip mesomerie omschrijven. 23 aan de hand van een gegeven (eenvoudige) lewisstructuur de geometrie van een verbinding bespreken. 24 steunend op de geometrie van een verbinding het al dan niet polair zijn afleiden in eenvoudige voorbeelden. 25 moleculaire interacties (vanderwaalskrachten, dipoolinteracties en waterstofbruggen) verduidelijken. 26 invloed van de moleculaire interacties op fysische eigenschappen van stoffen inzien. Men laat de leerlingen eerst lewisstructuren opstellen van moleculen, daarna van polyatomische ionen. De formele ladingen worden steeds aangeduid op de structuur. Bij het opstellen van lewisstructuren zullen de leerlingen vaststellen dat er soms meerdere mogelijkheden zijn voor eenzelfde atoomverdeling. Hier kan men dan het begrip mesomerie aanbrengen en verduidelijken dat de structuur met het kleinst aantal formele ladingen het stabielst (energie-armst) is en bijgevolg een grotere bijdrage levert tot de werkelijke structuur. Men zal voorbeelden geven van energetisch gelijkwaardige mesomeren die 10 3de graad tso

11 natuurlijk eenzelfde bijdrage leveren tot de werkelijke structuur (bijvoorbeeld bij SO 2 ) en van energetisch nietgelijkwaardige mesomeren (bijvoorbeeld HCOOH). De geometrie van een verbinding visualiseert men door gebruik te maken van molecuulmodellen en verklaart men door te steunen op de elektrostatische afstoting tussen elektronenparen (bindings- en nietbindingselektronenparen van de buitenste schil). Het invoeren van het sterisch getal (SG) is een handig hulpmiddel ter bepaling van de geometrie van verbindingen zijn. Bij de moleculaire interacties zal men spreken over vanderwaalskrachten (tussen apolaire moleculen), over dipoolkrachten (tussen polaire moleculen) en over waterstofbruggen. De ion-dipoolinteracties kunnen hier ook besproken worden. Ze worden dan verder uitgediept in het punt 'ionisatie-evenwichten' in het tweede leerjaar van de derde graad. 3de graad tso 11

12 4.4 Kwantitatieve aspecten van chemische reacties 27 het normaal molvolume van een gas definiëren en toepassen. 28 de molariteit van een oplossing definiëren en berekenen met massa- en volumegegevens. 29 massaprocent en volumeprocent van oplossingen definiëren en toepassen. 30 de molariteit van een oplossing berekenen aan de hand van de massadichtheid en het massaprocent van een oplossing. (U) 31 begrippen ppm (parts per million) en ppb (parts per billion) omschrijven. (U) 32 stoichiometrische berekeningen maken. Men zal steunen op de gaswetten die gezien worden in het vak AV-vak Fysica (tweede leerjaar van de tweede graad). In stoichiometrische berekeningen maakt men gebruik van de begrippen normaal molvolume, molariteit, massaprocent, massadichtheid, volumeprocent en van de algemene gaswet. Men maakt ook stoichiometrische berekeningen met één reagens in overmaat. Voor het weergeven van het resultaat (beduidende cijfers) zal men rekening houden met de benaderingsregels die aangebracht werden in het AV-vak Fysica (eerste leerjaar van de tweede graad). 4.5 Energetische aspecten van chemische reacties 33 een enthalpieverandering omschrijven als een verandering van inwendige energie eventueel vermeerderd met de geleverde arbeid door een gas als gevolg van de volumeverandering (beschouwd vanuit het systeem). 34 de vormings-, verbrandings- en bindingsenthalpie definiëren. (U) 35 met gegevens over vormings-, verbrandings- en bindingsenthalpie een reactie-enthalpie berekenen. (U) 36 de wet van Hess formuleren en toepassen. (U) 37 de entropie van een systeem in verband brengen met de wanorde van dat systeem. 38 het al dan niet spontaan verloop van een reactie in duidelijke gevallen voorspellen op basis van het teken van de enthalpie- en van de entropieverandering. 39 de entropieverandering tijdens een reactie berekenen aan de hand van standaardentropieën. (U) 12 3de graad tso

13 In het TV-vak Toegepaste fysica worden in het eerste leerjaar van de derde graad volgende begrippen aangebracht: de arbeid geleverd door een gas bij een volumeverandering onder constante druk; de inwendige energie als som van de potentiële en kinetische energie van de deeltjes (moleculen). Bij het aanbrengen van het begrip 'enthalpie' zal men bijgevolg verwijzen naar wat hiervoor gezien werd tijdens de fysicales. De leerlingen moeten de enthalpie- en de entropieverandering tijdens een reactie niet kunnen berekenen, maar wel inzien dat de reactie spontaan verloopt wanneer de entropie toeneemt en de enthalpie afneemt tijdens de reactie. De vrije Gibbs energie moet niet gezien en dan ook niet berekend worden. Men moet de leerlingen bijbrengen dat een endo-energetisch proces slechts spontaan verloopt wanneer het gepaard gaat met een belangrijke entropietoename. 4.6 Reactiesnelheid 40 de reactiesnelheid definiëren. 41 effectieve botsingen beschouwen als botsingen tussen deeltjes bepaald door hun kinetische energie en hun onderlinge posities. 42 een chemische reactie zien als een gevolg van effectieve botsingen tussen deeltjes. 43 verduidelijken waarom temperatuur, concentratie, katalysator en verdelingsgraad de reactiesnelheid beïnvloeden. 44 de betekenis van de orde van de reactie tegenover een reagens weergeven en de orde van een reactie tegenover een reagens bepalen aan de hand van snelheidconcentratiegegevens. (U) Dit leerstofpunt kan sterk experimenteel ondersteund worden en is zeer geschikt voor laboratoriumoefeningen. De activeringsenergie van een reactie wordt hier ook gedefinieerd. Men moet zeer duidelijk stellen dat de machten van de concentraties in de reactiesnelheidsvergelijking (in feite de orde van de reactie ten opzichte van de betreffende reagentia) meestal niet overeenkomen met de coëfficiënten in de reactievergelijking. Men kan de leerlingen duidelijk maken dat de orde van een reactie enkel experimenteel bepaald wordt (het verband met mogelijke reactiemechanismen is meestal niet zo evident). Er moet zeker niet over reactiemechanismen gesproken worden. 3de graad tso 13

14 4.7 Het chemisch evenwicht (homogeen) 45 de chemische evenwichtstoestand omschrijven als een dynamisch stabiele toestand gekenmerkt door eenzelfde reactiesnelheid van twee reacties die gelijktijdig verlopen in tegengestelde zin. 46 het verband tussen de evenwichtsconstante en de evenwichtsconcentraties weergeven en toepassen in vraagstukken. 47 de verschuiving van chemische evenwichten onder invloed van een temperatuurverandering en van een concentratieverandering voorspellen en verduidelijken. In eerste instantie kan men als voorbeeld het dynamisch evenwicht tussen een vloeistof en haar damp (in een afgesloten ruimte) aanbrengen, hoewel dit geen homogeen evenwicht is. Vervolgens geeft men het onderscheid tussen homogeen en heterogeen evenwicht. Daarna geeft men een voorbeeld van een chemisch evenwicht door een evenwichtsreactie met één van de reagentia in mindermaat waarvan men de aanwezigheid bij het evenwicht aantoont. De vergelijking die het verband aangeeft tussen de evenwichtsconstante K c en de evenwichtsconcentraties moet niet afgeleid worden. Wanneer men deze afleiding toch maakt door het aan elkaar gelijkstellen van reactiesnelheden neemt men een voorbeeld waarbij de coëfficiënten in de reactievergelijking overeenkomen met de machten van de concentraties in de snelheidsvergelijking en men stelt duidelijk dat de voorgestelde methode niet mag veralgemeend worden. Men kiest dan als voorbeeld het evenwicht in de gasfase met diwaterstof, dijood en waterstofjodide. Aan de hand van beginhoeveelheden van reagentia en reactieproducten en van een hoeveelheid van één van de bij het evenwicht betrokken stoffen in een gegeven constant volume kan men de evenwichtsconstante laten berekenen. Wanneer de evenwichtsconstante gekend is kan men aan de hand van de beginhoeveelheden in een constant en gegeven volume de evenwichtsconcentraties en de hoeveelheden bij het evenwicht berekenen, in elk geval moet men in het begin als voorwaarde stellen dat al de stofhoeveelheden betrokken bij het evenwicht groter zijn dan nul. Bij evenwichten in de gasfase kan ook de totale druk bij het evenwicht berekend worden. Eventueel kan men ook de evenwichtsconstante K p berekenen aan de hand van partiële drukken. De verschuiving van het chemisch evenwicht verklaren aan de hand van het beginsel van Le Châtelier. Men moet de leerlingen goed doen inzien dat de factoren die het chemisch evenwicht beïnvloeden niet noodzakelijk dezelfde zijn als deze voor de reactiesnelheid. De leerlingen moeten duidelijk inzien dat 'verschuiving naar rechts' en 'verschuiving naar links' niet noodzakelijk betekenen dat de evenwichtsconcentraties van de reactieproducten respectievelijk toenemen of afnemen doch dat ze rechtstreeks in verband staan met veranderingen van stofhoeveelheden. Ook moet men de leerlingen duidelijk maken dat de evenwichtsconstante van een bepaalde evenwichtsreactie enkel verandert onder invloed van de temperatuur. TWEEDE LEERJAAR Minstens drie leerlingenproeven naar keuze. 14 3de graad tso

15 4.8 Ionisatie-evenwichten in water Elektrolyten 48 het onderscheid tussen sterke en zwakke elektrolyten maken. 49 de ionisatiegraad definiëren. 50 de ionisatiewetten weergeven en verduidelijken als toepassing van het verschuiven van het chemisch evenwicht. Door meting van het geleidingsvermogen van oplossingen kan men het onderscheid tonen tussen sterke en zwakke elektrolyten. De ionisatiegraad wordt gedefinieerd als de verhouding van de hoeveelheid geïoniseerd elektrolyt en de hoeveelheid van het elektrolyt opgelost in water. De ionisatiewetten kunnen uitgelegd worden op basis van wat in het eerste leerjaar van de derde graad gezien is in verband met de verschuiving van het chemisch evenwicht De ph van een oplossing 51 het ionenproduct van water samen met zijn betekenis weergeven. 52 de ph van een oplossing definiëren. Bij het aanbrengen van het leerstofpunt ionisatie-evenwichten in water' is het noodzakelijk even in te gaan op de manier waarop de ph kan gemeten worden. Men kan op een eenvoudige wijze verschillende methoden demonstreren en inschakelen in laboefeningen zoals: het gebruik van indicatorpapier; het gebruik van indicatoren (oplossing); het gebruik van een ph-meter bijvoorbeeld. Men kan ph-metingen uitvoeren van stoffen uit het dagelijks leven zoals azijn, frisdrank, een zeepoplossing, een shampoo en dergelijke. 3de graad tso 15

16 4.8.3 Zuur-basereacties volgens brönsted 53 de definitie van een zuur en van een base volgens de theorie van Brönsted verwoorden. 54 zuur-basekoppels aanduiden in een gegeven zuur-basereactie en zelf eenvoudige zuur-basereacties opstellen. 55 de zuur- en baseconstanten uitdrukken in functie van de evenwichtsconcentraties van de betrokken deeltjes en hierdoor het verband leggen met de relatieve sterkte van zuren en basen (steeds gedefinieerd volgens Brönsted). 56 tabellen met zuurconstanten gebruiken en de baseconstante van de geconjugeerde base afleiden uit de zuurconstante van een zuur. 57 ph-berekeningen maken. In de theorie van Brönsted worden zuren en basen gedefinieerd als deeltjes. Een zuur wordt bepaald als een deeltje dat een proton afstaat en een base als een deeltje dat een proton opneemt. Het is belangrijk dat die definitie door de leraar consequent toegepast wordt om geen verwarring te zaaien bij de leerlingen. Er moet duidelijk een onderscheid gemaakt worden tussen een zuur en een base als stof (theorie van Arrhenius) en een zuur en een base als deeltje (theorie van Brönsted). De definities volgens Brönsted kunnen eerst ingeoefend worden met voorbeelden van protolysereacties met watermoleculen als zuur- of basedeeltjes. Vervolgens kan men deze definities toepassen op neutralisatiereacties. Men moet verduidelijken dat de baseconstante van een basedeeltje afgeleid wordt van de zuurconstante van het geconjugeerde zuur, dit moet sterk benadrukt worden bij de amfolyte deeltjes. Men moet ervoor zorgen dat de sterkte (concentratie) van zure en basische oplossingen niet verward wordt met sterkte (zuur- en baseconstante) van zuren en basen Zuur-/basetitraties 58 een neutralisatiereactie omschrijven, in een deeltjesvergelijking weergeven en de betekenis van het equivalentiepunt inzien. 59 het ph-verloop tijdens een titratie (sterk zuur en sterke base) verduidelijken en de keuze van een geschikte indicator toelichten. 60 het nut van een zuur-basetitratie verduidelijken en de keuze van een geschikte zuur-base-indicator toelichten. 16 3de graad tso

17 De leerlingen moeten inzien dat het equivalentiepunt niet moet overeenkomen met ph = 7, vermits dit enkel het geval is bij een titratie tussen een sterk zuur en een sterke base. Bij de titratie van een sterk zuur met een sterke base kan men gebruik maken van indicatoren en van een phmeter. Om dit meer aanschouwelijk te maken kan men gebruik maken van de computer (realtime omstandigheden). Het tot stand komen van de titratiecurve kan rechtstreeks gevolgd worden op het scherm tijdens de titratie. De titratie kan ook gesimuleerd worden met ingevoerde gegevens en het verloop van de titratiecurve kan op het scherm gevolgd worden. De resultaten van een titratie kunnen geïntegreerd worden in stoichiometrirsche berekeningen. De werking van een zuur-base-indicator wordt toegelicht in het kader van het chemisch evenwicht. Titraties zijn geschikt voor laboratoriumoefeningen. Wanneer men deze oplegt moeten ze eerst klassikaal behandeld worden Buffermengsels (U) 61 het doel van een buffermengsel en zijn samenstelling weergeven. 62 het werkingsprincipe van een buffer toelichten vanuit zuur-/base-evenwichten. 63 het belang van een buffer met een voorbeeld aantonen. De werking van de buffer wordt experimenteel aangetoond. De formule om de ph van een buffer te berekenen kan hier worden afgeleid. Het begrip 'buffercapaciteit' moet niet gedefinieerd worden, doch de leerlingen moeten wel inzien dat er voorwaarden zijn voor de zuurgeconjugeerde baseverhouding in het buffermengsel. Men kan verwijzen naar ecologisch belangrijke buffersystemen en naar het belang van buffers in het bloed. 4.9 Heterogeen evenwicht (U) Evenwicht vast-gas 64 de evenwichtsconstante uitdrukken in functie van de evenwichtsconcentraties. (U) 65 verschuiving van het evenwicht voorspellen en verduidelijken. (U) 3de graad tso 17

18 Men kan steunen op wat gezien werd voor het homogeen evenwicht. Ook hier dient men te benadrukken dat de evenwichtsconstante van een bepaald evenwicht enkel afhankelijk is van de temperatuur Evenwicht vast-vloeibaar 66 het oplosbaarheidsproduct definiëren. (U) 67 het verband uitdrukken tussen de oplosbaarheid en het oplosbaarheidsproduct voor slecht oplosbare elektrolyten waarvan de vrijgekomen ionen stabiel zijn ten opzichte van water, in dat geval de oplosbaarheid in water berekenen. (U) 68 het oplossen van neerslagen in verband brengen met het chemisch evenwicht. (U) 69 het principe van de neerslagtitratie verduidelijken. (U) Aan de hand van het oplosbaarheidsproduct kan men de oplosbaarheid van weinig in water oplosbare verbindingen berekenen. Men gebruikt hier enkel voorbeelden waarbij de ionen stabiel zijn ten opzichte van water zoals weinig oplosbare chloriden, bromiden en jodiden en bijvoorbeeld geen sulfiden. Men kan factoren die de oplosbaarheid beïnvloeden bespreken zoals bijvoorbeeld de temperatuur, de aanwezigheid van een gelijk ionsoort (gemeenschappelijk ion), de ph van de oplossing en zeker ook de vorming van complexionen Oxidatie-reductieverschijnselen 70 de begrippen oxidatie en reductie omschrijven. 71 in een gegeven deeltjesvergelijking de redoxkoppels aanduiden. 72 eenvoudige redoxvergelijkingen opstellen met behulp van de deelreactiemethode door controle van de ladings- en de atoombalans. 73 tabellen met normpotentialen van redoxstelsels gebruiken, hieruit afleiden dat oxidator en reductor relatieve begrippen zijn. 74 enkele toepassingen verklaren bijvoorbeeld: galvanische cel (element), elektrolyse, corrosie. 75 het nut van een redoxtitratie inzien en de resultaten van een redoxtitratie toepassen. (U) 18 3de graad tso

19 Men kan hier de analogie onderstrepen tussen een redoxreactie en een zuur-basereactie volgens Brönsted. Tijdens de redoxreactie geschiedt er een uitwisseling van elektronen, tijdens een zuur-basereactie volgens Brönsted een uitwisseling van protonen. Het opstellen van redoxvergelijkingen in een zuur en in een basisch midden moet ingeoefend worden. In een zuur midden kan men hiervoor werken met waterstofionen of eventueel met hydroniumionen. De ligging van het evenwicht kan bepaald worden aan de hand van de tabellen met de redoxpotentialen. De anode zal algemeen gedefinieerd worden als de elektrode waar de oxidatie plaatsvindt en de kathode als de elektrode waar de reductie plaatsvindt. Hierdoor kan men verduidelijken dat bij de elektrolyse de anode de positieve elektrode is, terwijl ze bij een galvanische cel de negatieve elektrode is. Men kan de bronspanning van een galvanische cel berekenen bij normomstandigheden aan de hand van de E o - waarden. Bij de redoxtitraties geeft men best een voorbeeld van permanganometrie. Het is evident dat men redoxtitraties als laboefeningen kan geven, maar enkel wanneer ze ook theoretisch behandeld werden Koolstofchemie Algemeen 76 een onderscheid maken tussen organische en anorganische stoffen. Het onderscheid tussen organische en anorganische stoffen kan historisch benaderd worden De bindingen van koolstof 77 verklaren waarom het koolstofatoom vier bindingen kan vormen. 78 de aard van de koolstofbindingen verduidelijken. Aan de hand van promotie van elektronen kan men verklaren waarom het koolstofatoom vier bindingen vormt. Het is verder aangewezen om gebruik te maken van molecuulmodellen. Het tot stand komen van een pi- en een sigmabinding kan hier gegeven worden steunend op overlapping van atoomorbitalen (liefst aan de hand van modellen, transparanten, en dergelijke). 3de graad tso 19

20 Koolstofketens 79 het onderscheid maken tussen vertakte en onvertakte ketens. 80 het onderscheid maken tussen cyclische en acyclische ketens. 81 enig inzicht hebben in de ruimtelijke structuur van de ketens. 82 het begrip isomerie verwoorden en isomeren van elkaar onderscheiden. Het gebruik van stereomodellen is noodzakelijk. Structuurisomeren moet men door de leerlingen laten opstellen op basis van molecuulformules (brutoformules). Naast structuurisomerie behandelt men de stereo-isomerie namelijk de geometrische en de optische isomerie. Bij de geometrische isomerie kan men het onderscheid tussen de isomeren geven door de cis- en transvorm te vermelden. De optische isomerie kan enkel aangebracht worden aan de hand van stereomodellen. De optische isomerie kan eventueel ook geïntegreerd behandeld worden in het punt 'Polyfunctionele verbindingsklassen' Reacties in de koolstofchemie 83 de begrippen reagens en substraat omschrijven. 84 een indeling geven voor de reagentia in nucleofiele, elektrofiele en radicalaire deeltjes. 85 de polariseerbaarheid van een binding verduidelijken. 86 het mesomeer effect verduidelijken aan de hand van enkele voorbeelden. (U) Een elementaire behandeling van de begrippen substraat en reagentia volstaat. Het onderscheid tussen homolytische en heterolytische breking van een binding kan hier aangebracht worden. 20 3de graad tso

21 Koolwaterstoffen (KWS) 87 verduidelijken waarom KWS (koolwaterstoffen) apolair of praktisch apolair zijn en hieruit gevolgen trekken voor wat betreft hun fysische eigenschappen. 88 het onderscheid maken tussen verzadigde en onverzadigde KWS en hieruit gevolgen trekken voor wat betreft hun chemische eigenschappen. 89 het begrip homologe reeks omschrijven en verklaren hoe bepaalde fysische eigenschappen veranderen in die reeks. 90 chemische eigenschappen van benzeen verklaren steunend op de mesomerie. 91 fysische eigenschappen van benzeen in verband brengen met zijn apolair karakter. 92 het principe van de nomenclatuurregels toepassen op eenvoudige KWS. Er geschiedt geen systematische benadering met opsomming van bereidingen en eigenschappen van alkanen, alkenen, alkynen en alkadiënen. Voor wat fysische eigenschappen zoals oplosbaarheid, vluchtigheid, geleidbaarheid enz. betreft kan men steunen op wat gezien werd in het eerste leerjaar van de derde graad namelijk in het leerstofpunt 'intermoleculaire krachten en eigenschappen van stoffen'. Men benadrukt het onderscheid tussen verzadigde en onverzadigde verbindingen. Substitutiereacties zijn eigen aan verzadigde verbindingen en additiereacties zijn eigen aan onverzadigde verbindingen. Verbranding en kraking worden voorgesteld als degradatiereacties. De polymerisatie kan hier reeds aan bod komen. Een schematische voorstelling van elk reactietype volstaat, er moeten geen reactiemechanismen gegeven worden. Het principe van de naamvorming volstaat, dit moet niet 'eindeloos' ingeoefend worden Monofunctionele verbindingsklassen 93 monofunctionele verbindingen beschouwen als afgeleid van de KWS door vervanging van één waterstofatoom door één ander atoom- of atoomgroep. 94 een chemische functie herkennen en benoemen. 95 eigenschappen van monofunctionele verbindingen verduidelijken, steunend op de aard van het KWSgedeelte en de aard van de chemische functie. 96 het principe van de nomenclatuurregels toepassen op eenvoudige monofunctionele verbindingen. 97 synthesewegen opstellen ter vorming van een gegeven monofunctionele verbinding. (U) 3de graad tso 21

22 Het is de bedoeling om de leerlingen meer inzichtelijk te leren werken. Er geschiedt geen systematische benadering van stofklassen met bereidingen en eigenschappen. Men zal terug steunen op wat gezien werd in het eerste leerjaar van de derde graad onder het punt 'Moleculaire interacties en eigenschappen van stoffen'. Het zuurkarakter van carbonzuren kan verklaard worden aan de hand van de mesomerie die aangebracht werd in het eerste leerjaar van de derde graad. De invloed van het inductief effect op de zuurconstante van de carbonzuren en op de baseconstante van aminen kan besproken worden. Het principe van de naamvorming bij deze verbindingsklassen volstaat, er kunnen ook triviale namen gegeven worden. Substitutieproducten van benzeen kunnen hier ook besproken worden Polyfunctionele verbindingsklassen (U) 98 polyfunctionele verbindingen beschouwen als afgeleid van de KWS door vervanging van meerdere waterstofatomen door gelijke of verschillende chemische functies. 99 verduidelijken dat eigenschappen van polyfunctionele verbindingen te wijten zijn aan de aard van het KWSgedeelte en aan de aard van de chemische functies. 100 het verband leggen tussen de molecuulstructuur van gluciden, lipiden en proteïnen en hun belangrijkste eigenschappen. Het is niet de bedoeling een systematische benadering van de polyfunctionele verbindingsklassen te geven. Men zal het verband leggen tussen structuur en eigenschappen en toepassen wat in het eerste leerjaar van de derde graad gezien werd in verband met 'Moleculaire krachten en eigenschappen van stoffen'. Optische isomerie kan hier aan bod komen. De betekenis van lipiden, gluciden en proteïnen voor de voeding kan geïllustreerd worden Kunststoffen (U) 101 polymeren beschouwen als een aaneenschakeling van monomeren. (U) 102 het verloop van een polymerisatiereactie schematisch weergeven. (U) 103 het verloop van een polycondensatiereactie schematisch weergeven. (U) 22 3de graad tso

23 104 kunststoffen indelen op basis van het al dan niet voorkomen van een vernetting tussen de ketens en op basis van de graad van vernetting. (U) 105 inzien dat eigenschappen van kunststoffen een gevolg zijn van hun chemische structuur en van behandelingen uitgevoerd op het basispolymeermateriaal. (U) Het is niet nodig dat de leerlingen de vormgevingstechnieken kunnen beschrijven. De polyadditie hoeft hier zeker niet aan bod te komen, de polycondensatie kan behandeld worden wanneer men polyfunctionele verbindingsklassen gezien heeft. 5 EVALUATIE De evaluatie moet informatie verstrekken over de mate waarop de leerlingen de algemene doelstellingen van het vak en de leerplandoelstellingen bereikt hebben. Hierdoor kan de leraar remediërend optreden tijdens het schooljaar en adviserend optreden voor wat de oriëntering van de leerling betreft op het einde van het schooljaar. Tijdens het lesgebeuren kan nagegaan worden in welke mate algemene doelstellingen bereikt zijn, dit kan door een leergesprek gevoerd tijdens het bespreken van een probleem, door observatie van de leerlingen bij het uitvoeren van (laboratorium)oefeningen en via toetsen en proefwerken. In de vraagstelling bij de toetsen moet er variatie zijn voor wat betreft de vorm en de aard van de opdrachten, deze laatste moeten zoveel mogelijk verschillende doelstellingen omsluiten. Er mogen, zonder overdrijven, enkele meerkeuzevragen gesteld worden. Denkvragen zijn nodig omdat de leerlingen de verworven kennis moeten kunnen toepassen. Er moet echter niet overdreven worden wat het aantal gestelde vraagstukken betreft, al zijn deze belangrijk. Normaal gezien mogen de leerlingen meestal gebruikmaken van een tabel met het PSE. 6 MINIMALE MATERIELE VEREISTEN 6.1 Basisinfrastructuur een aangepaste demonstratietafel met water- en energievoorziening werktafels voor de leerlingen een voorziening voor de afvoer van schadelijke dampen en gassen 6.2 Basismateriaal voor chemie volumetrisch materiaal recipiënten (allerhande) pipetvullers statieven met toebehoren 3de graad tso 23

24 6.3 Verwarmingselementen Bijvoorbeeld: bunsenbranders elektrische verwarmingsplaten verwarmingsmantels 6.4 Materiaal voor het uitvoeren van metingen balans themometers stroom- en spanningsmeter (of multimeter) of geleidingsmeter of geleidbaarheidsmeter ph-meter met elektrode en universele idicator 6.5 Spanningsbron bron voor laagspanning (gelijk- en wisselspanning) 6.6 Stoffen chemicaliën voor het uitvoeren van demonstratieproeven en leerlingenpractica 6.7 Materiaal voor het visualiseren in de chemie molecuulmodellen roostermodellen projectietoestel met toebehoren eventueel educatieve software voor demonstratie met computer 6.8 Wandplaten of transparanten het periodiek systeem der elementen de gevarensymbolen 6.9 Beschermmiddelen veiligheidsbrillen aangepaste beschermkledij 24 3de graad tso

25 7 BIBLIOGRAFIE 7.1 Naslagwerken BIERMANS, W., Biochemie, De Sikkel BRESLOW, R., Mechanismen van organische reacties, A. Oosthoek's Uitgeversmaatschappij nv. BRUGGEMANS, K., HERZOG, Y., VERSEE, V., Organische chemie, De Boeck (1986). ENGBERSEN, J.F.J., Inleiding in bio-organische chemie, Pudoc Wageningen. SCHOUTEN, Dr.A.E., VAN DER VEGT, Dr.ir.A.K., Plastics, Educatieve en technische uitgeverij Delta Press (1991). UDO, R., LEENE, H.R., Het chemisch practicum, een laboratoriumhandboek, Uitgeverij nib Zeist (1991). VAN DE WEERDT, J., Formules en namen in de anorganische chemie, Uitgeverij De Sikkel. Uitgaven van de Wetenschappelijke Bibliotheek, Natuur & Techniek, Maastricht. Reeks Chemie Overal, Educaboek, Culemborg, Nederland. Chemie In-Zicht Kunststoffen, Wolters, Leuven. 7.2 Tijdschriften -publicaties Uitgaven van Pedagogisch-didactische Centra en Navormingscentra. ECHO (Essays voor Chemie Onderwijs), een reeks naslagwerken chemie KVCV (Koninklijke Vlaamse Chemische Vereniging), Groot Begijnhof 6, 3000 Leuven. Chemische feitelijkheden, Actuele encyclopedie over chemie in relatie tot gezondheid, milieu en veiligheid, H.D. Tjenk Willink, Uitgeverij Samson (Wolters-Kluwer). Chemie actueel, Tijdschrift voor scheikundeonderwijs, KPC (Katholiek Pedagogisch Centrum), Den Bosch. Chemie Magazine, KVCV (Koninklijke Vlaamse Chemische Vereniging), Groot Begijnhof 6, 3000 Leuven. 3de graad tso 25