Leren van je medeleerlingen. Peer Instruction : een voorbeeld

Transcriptie

1 Leren van je medeleerlingen 1 Peer Instruction : een voorbeeld Hieronder zal een les chemie uitgewerkt worden waarin gebruik gemaakt wordt van Peer Instruction (we noemen deze les, les 1). De les is bestemd voor een majorrichting chemie in de derde graad van het ASO. Het thema waarover de les handelt is de reactiesnelheid, meerbepaald de factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden. Vooraleer aan deze les begonnen wordt, zal de leerkracht het botsingsmodel en de begrippen reactiesnelheid en activeringsenergie reeds behandeld hebben. Aan het einde van de les die voorafgaat aan deze waarin Peer Instruction gebruikt zal worden (noem dit les 0), wordt aan de leerlingen een tekst als zelfstudie (huiswerk) meegegeven naar huis (zie appendix). De proefjes die in de tekst staan uitgelegd worden wel reeds in les 0 uitgevoerd, maar er wordt nog geen verklaring gegeven voor de waargenomen verschijnselen. De leerlingen zullen deze tekst proberen te verwerken tegen de les waarin Peer Instruction gebruikt gaat worden (les 1). Ze krijgen bij het begin van deze les de kans vragen te stellen, die door de leerkracht klassikaal beantwoord worden. Wanneer er geen vragen meer zijn, kan overgegaan worden op het stellen van één van volgende meerkeuzevragen en dit volgens het Peer Instruction -principe, zoals hoger werd uitgelegd. (De juiste antwoorden zijn hier in vet aangeduid). - Om een patiënt met ademhalingsproblemen makkelijker te laten ademen dient men hem zuivere zuurstof toe. Dit doet men omdat hierdoor: A) de patiënt rustiger wordt en hij hierdoor beter ademt. B) de snelheid van binden van zuurstof aan hemoglobine toeneemt. C) de snelheid van binden van zuurstof aan hemoglobine afneemt. D) de activeringsenergie verlaagt. - Hout dat gebruikt wordt in een open haard wordt gekliefd. Dit is vooral omdat: A) het dan minder zwaar is om van buiten in de opslagruimte naar binnen te brengen. B) de verbranding dan sneller gaat. C) het hout dan sneller droogt. - Een geopend(e) tetrapak/fles melk wordt in de koelkast bewaard. A) Dit is omdat de activeringsenergie op die manier hoog gehouden wordt. B) Dit is omdat het aantal botsingen tussen deeltjes met een energie hoger dan de activeringsenergie minder is en de omzetting naar verzurende produkten trager verloopt. C) Dit is enkel omdat melk beter smaakt als ze koud is. - De temperatuur en een katalysator A) beïnvloeden de reactiesnelheid op dezelfde manier. B) beïnvloeden de reactiesnelheid door de activeringsenergie te veranderen. C) beïnvloeden de reactiesnelheid door het aantal botsingen te verhogen. D) beïnvloeden de reactiesnelheid op een verschillende manier.

2 Leren van je medeleerlingen 2 - Het bereiden van rijst aan de Dode Zee neemt: A) meer tijd B) minder tijd C) evenveel tijd in beslag dan bij je thuis. * ( * Opm: hier is de extra moeilijkheid dat de leerlingen moeten weten waar de Dode Zee ligt (onder zeeniveau) en dat ze de relaties atmosferische druk - hoogte en atmosferische druk - kookpunt kennen.) Hieronder worden nog enkele keuzevragen gegeven die gebruikt kunnen worden bij de verwerking van andere thema s. - Op welke wet steunt de ademhaling bij de mens? A) Wet van Boyle-Mariotte (pv = C te, n en T constant). B) Wet van Charles en Gay-Lussac (V/T = C te, p en n constant). C) Wet van Avogadro (V/n = C te, p en T constant). D) Ideale gaswet (pv = nrt). - Als een pak chips op grotere hoogte wordt gebracht, zal (veronderstel T constant): A) het volume krimpen. B) er niets gebeuren. C) het volume groter worden. D) de chips sneller slecht worden. - Men moet de lucht in een luchtballon verwarmen om de ballon te doen stijgen. De ballon stijgt dan omdat: A) het volume in de ballon groter wordt. B) het volume in de ballon kleiner wordt. C) de gasmoleculen dan trager bewegen. D) de dichtheid toeneemt. - Waarom is de geur van eten (klaargemaakt in de keuken) ook vaak in andere kamers van het huis te ruiken? A) Gasmoleculen die de geur hebben, verplaatsen zich naar andere kamers door botsing. B) Gasmoleculen stoten elkaar sterk af en verspreiden zich zo naar andere kamers. C) Gasmoleculen verplaatsen zich het liefst naar koelere ruimten (dan de keuken). - Een thermos is een voorbeeld van een: A) open systeem. B) gesloten systeem. C) geïsoleerd systeem.

3 Leren van je medeleerlingen 3 - Welke figuur geeft een goede weergave van de toename van de atoomstraal doorheen de periodieke tafel? A) Figuur 1 B) Figuur 2 C) Figuur 3 D) Figuur 4 - Welk van volgende uitspraken is fout? A) De straal van Cl is steeds kleiner dan de straal van Cl -. B) De straal van Na + is steeds groter dan de straal van Na. C) De straal van Na + is steeds kleiner dan de straal van Na. - Welke figuur geeft een goede weergave van de toename van de elektronegatieve waarde doorheen de periodieke tafel? A) Figuur 1 B) Figuur 2 C) Figuur 3 D) Figuur 4 - Welk koppel geeft aanleiding tot een covalente binding? A) Ca en Cl B) C en Cl C) Mg en F - Welke stof bezit geen covalente binding? A) H 2 O B) MgF 2 C) CO

4 Leren van je medeleerlingen 4 - Welke stof is niet polair? A) Figuur 1 B) Figuur 2 C) Figuur 3 D) Figuur 1 en 2 - Welke uitspraak is juist? A) Een molecule met polaire covalente bindingen is steeds polair. B) Een molecule met polaire covalente bindingen is steeds niet polair. C) Een molecule met polaire covalente bindingen kan polair of niet polair zijn. - Waarom blijven kleren nat in een gesloten plastieken zak bij 25 C? A) Watermoleculen verdampen niet in een plastieken zak. B) Sommige watermoleculen verdampen, maar in de gesloten zak condenseert water terug. C) Alle watermoleculen verdampen, maar in de gesloten zak condenseert water terug. D) Omdat er geen water kan ontsnappen uit de zak. - Kalk (CaCO 3 ) strooien zorgt in de tuin voor een A) verhoging B) verlaging C) constant blijven van de zuurtegraad van de bodem. - Cis-trans-isomerie doet zich voor bij: A) alkenen. B) alkynen. C) alkenen en alkynen. D) alkanen en alkenen. - Wanneer bij vetten meer onverzadigde bindingen aanwezig zijn, dan hebben we te maken met: A) boter. B) olie.

5 1 Tekst voor de leerlingen (5 bladzijden): De reactiesnelheid Factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden We weten al dat de reactiesnelheid (v) zal veranderen wanneer het aandeel in effectieve botsingen verandert: aantal effectieve botsingen v = tijd x volume Wanneer het aantal effectieve botsingen stijgt, dan stijgt ook de reactiesnelheid. De reagerende deeltjes die effectief botsen, zijn deze die een kinetische energie (energie van beweging) bezitten die hoger is dan de activeringsenergie (E activering of E min ). Alle factoren die een invloed hebben op het aantal effectieve botsingen hebben een invloed op de reactiesnelheid We zullen daarom stapsgewijs nagaan hoe volgende factoren de reactiesnelheid beïnvloeden: 2) de concentratie van de reagerende stoffen 3) de verdelingsgraad van de reagerende stoffen 4) de aard van de reagerende stoffen 5) de temperatuur van het reactiemilieu 6) de aanwezigheid van een katalysator (inhibitor)

6 2 1) De concentratie van de reagerende stoffen Proef 1: we nemen telkens een stuk magnesiumlint (0,5 cm) en laten dit wegreageren in een beker met a) 1 M HCl-oplossing, b) 0,5 M HCl-oplossing en c) 0,25 M HCloplossing. We meten met een chronometer de tijd nodig om het magnesiumlint te laten wegreageren in de drie bekers. Tijd nodig bij beker a): 32 seconden beker b): 3 minuten 26 seconden beker c): 11 minuten 50 seconden de reactiesnelheid verhoogt wanneer de concentratie van één van de reagerende stoffen verhoogd wordt. Verklaring: een verhoging van de concentratie van tenminste één der reagentia verlaagt de reactietijd en verhoogt dus de reactiesnelheid. Dit fenomeen is gemakkelijk te verklaren met behulp van de botsingstheorie. Bij hogere concentratie zijn er per volume-eenheid meer deeltjes aanwezig en is het aantal botsingen per tijdseenheid dus groter. Daardoor neemt uiteraard ook het aantal effectieve botsingen per tijdseenheid toe en dus ook de snelheid. 2) De verdelingsgraad van de reagerende stoffen Proef 2: we nemen een beker met een 1 M HCl-oplossing en laten hierin vervolgens wegreageren: a) 0,5 cm magnesiumlint, b) 0,5 cm magnesiumlint onder de vorm van vijlsel en c) 0,5 cm magnesiumlint onder de vorm van poeder. We meten met een chronometer de tijd nodig om het magnesiumlint, -vijlsel en -poeder te laten wegreageren. Tijd nodig bij beker a): 32 seconden beker b): enkele seconden beker c): bijna onmiddellijk de reactiesnelheid verhoogt wanneer de verdelingsgraad (contactoppervlak) van de reagerende stoffen toeneemt.

7 3 Verklaring: ook deze vaststelling is te verklaren met de botsingstheorie. Er gebeuren enkel botsingen tussen de metaaldeeltjes (Mg-lint, -vijlsel, -poeder) en de zuurdeeltjes (HCl-oplossing) aan het contactoppervlak tussen beide stoffen. Naarmate de verdelingsgraad van de vaste stof (Mg-lint, -vijlsel, -poeder) toeneemt zal ook het contactoppervlak groter worden. Daardoor neemt het aantal botsingen per tijdseenheid toe en dus automatisch ook het aantal effectieve botsingen per tijdseenheid. Deze snelheidsbepalende factor geldt natuurlijk enkel voor heterogene reacties, d.w.z. reacties waarbij de reagentia een heterogeen mengsel vormen. Bij homogene reacties (zoals reacties tussen gassen en tussen opgeloste deeltjes) is de verdelingsgraad van de reagerende stoffen per definitie optimaal. 3) De aard van de reagerende stoffen Proef 3: we nemen telkens een stuk magnesiumlint (0,5 cm) en laten dit wegreageren in een beker met a) 1 M HCl-oplossing en b) 1 M CH 3 COOH-oplossing. We meten met een chronometer de tijd nodig om het magnesiumlint te laten wegreageren in de twee bekers. Tijd nodig bij beker a): 32 seconden beker b): 6 minuten 42 seconden de reactiesnelheid wordt dus beïnvloed door de aard van de reagerende stoffen. Verklaring: elke reactie tussen verschillende reagerende stoffen heeft zijn eigen reactiesnelheid. 4) De temperatuur van het reactiemilieu Proef 4: we nemen telkens een stuk magnesiumlint (0,5 cm) en laten dit wegreageren in een beker met a) 1 M CH 3 COOH-oplossing en b) 1 M verwarmde CH 3 COOHoplossing.

8 4 We meten met een chronometer de tijd nodig om het magnesiumlint te laten wegreageren in de twee bekers. Tijd nodig bij beker a): 6 minuten 42 seconden beker b): 41 seconden de reactiesnelheid stijgt bij een verhoging van de temperatuur van het reactiemilieu. Verklaring: voeren we een reactie uit met dezelfde concentraties van eenzelfde stof, maar bij verschillende temperaturen, dan stellen we vast dat de reactiesnelheid toeneemt als de temperatuur stijgt. Ook dit fenomeen is weer te verklaren met de botsingstheorie. Door de temperatuur te verhogen gaat de gemiddelde snelheid van de deeltjes (moleculen in een gas, moleculen of ionen in een oplossing) toenemen. Daardoor gebeuren er uiteraard meer botsingen en dus ook meer effectieve botsingen. Bovendien gebeuren de botsingen gemiddeld ook met een grotere hevigheid. Van alle botsingen zal dus een grotere fractie effectief zijn. In dit geval is het effect dus dubbel: het totaal aantal botsingen per tijdseenheid wordt groter de botsingen worden krachtiger 5) De aanwezigheid van een katalysator (inhibitor) Proef 5: we nemen a) een proefbuis met H 2 O 2 -oplossing en b) een proefbuis met H 2 O 2 -oplossing waaraan we een MnO 2 -korrel toevoegen, beide bij kamertemperatuur.

9 5 We zien duidelijk dat wanneer de MnO 2 -korrel in contact gebracht wordt met de H 2 O 2 -oplossing, er zich een gas ontwikkelt. Het gas dat hier gevormd wordt, is zuurstofgas (O 2 ), het zal dus een gloeiende houtspaander doen branden. De H 2 O 2 - oplossing wordt ontbonden in H 2 O(vl) en O 2 (g). Deze ontbinding gebeurt ook zonder katalysator, maar véél trager. de reactiesnelheid stijgt wanneer een katalysator wordt toegevoegd. Verklaring: specifieke stoffen kunnen de snelheid van bepaalde reacties beïnvloeden zonder zelf aan de reacties deel te nemen. Dergelijke stoffen noemen we katalysatoren. Een positieve katalysator verhoogt de reactiesnelheid. Een negatieve katalysator of inhibitor verlaagt de reactiesnelheid. Een reactie verloopt in aanwezigheid van een katalysator langs een andere weg waarbij de activeringsenergie veel kleiner is en de reactiesnelheid dus stijgt. OVERZICHT: Vatten we alles even samen: We moeten natuurlijk ook nog rekening houden met het feit dat de aard van de reagerende stoffen de reactiesnelheid ook beïnvloedt.