LEERPLAN SECUNDAIR ONDERWIJS Vak: AV Chemie Basisvorming Specifiek gedeelte 1/1 lt/w + 1/+ 1 lt/w Onderwijsvorm: Graad: Leerjaar: ASO Economie-wetenschappen Grieks-wetenschappen Latijn-wetenschappen Moderne talen-wetenschappen Sportwetenschappen Wetenschappen-topsport Wetenschappen-wiskunde derde graad Leerplannummer: 2011/014 Nummer inspectie: eerste en tweede leerjaar (vervangt 2006/039) 2011/331/1//D (vervangt 2004 / 66 // 1 / H / BS / 3H / III / / D/) Pedagogische begeleidingsdienst GO! Onderwijs van de Vlaamse Gemeenschap Emile Jacqmainlaan 20 1000 Brussel
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 1 INHOUD Visie... 2 Beginsituatie... 5 Algemene doelstellingen... 6 Leerplandoelstellingen / leerinhouden... 8 Pedagogisch-didactische wenken...39 Specifieke pedagogisch-didactische wenken...39 Algemene pedagogisch-didactische wenken...42 Minimale materiële vereisten...48 Evaluatie...49 Bibliografie...52 Bijlage 1: gemeenschappelijke eindtermen wetenschappen...56 Bijlage 2: Vakgebonden eindtermen chemie...58 1 Algemene eindtermen...58 2 Vakinhoudelijke eindtermen...59 Bijlage 3: Decretale specifieke eindtermen: pool wetenschappen...61
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 2 VISIE CHEMIE ALS KENNISDOMEIN Chemie is een natuurwetenschap. Ze bestudeert de moleculaire structuur van stoffen, eigenschappen die er uit voortvloeien, transformaties en energie-uitwisselingen die kunnen optreden. Net als andere natuurwetenschappen biedt chemie ook een kader aan om de fysische werkelijkheid te interpreteren door ordenen en verklaren en om er handelend mee om te gaan. Dit handelings- en denkkader bevat begrippen en modellen, wetten en regels die toelaten problemen in de fysische realiteit te herkennen en te formuleren, er oplossingen voor te zoeken en deze ook uit te testen. Aldus is chemie ook in essentie een probleemherkennende en probleemoplossende activiteit. Dit wezenlijke kenmerk moet uiteraard ook in het onderwijs van de chemie een centrale plaats toebedeeld krijgen. Natuurwetenschappen onderscheiden zich onderling en van andere kennisvormen door de aard van de probleemstellingen, door de criteria waaraan aanvaardbare oplossingen moeten voldoen en door de hulpmiddelen die worden ingezet om oplossingen te bereiken. Met andere natuurwetenschappen heeft chemie een aantal kenmerken gemeen. Ze onderscheidt zich echter van deze door haar onderzoeksobject (probleemstelling) en door de eigen aard van haar onderzoeksmethoden (hulpmiddelen). De chemie onderzoekt entiteiten op een organisatieniveau tussen dat van de fysica en de biologie. Haar verklaringsmodellen zijn bij uitstek corpusculair. Ze onderzoekt de bereiding en de eigenschappen van stoffen en de transformaties die deze kunnen ondergaan. Ze verklaart eigenschappen en structuren van stoffen op macroniveau door deze terug te voeren op de eigenschappen en structuren van submicroscopische entiteiten zoals moleculen, die zelf zijn samengesteld uit atomen van een beperkt aantal chemische elementen. Ze verklaart omzettingen van stoffen in termen van hun corpusculaire structuur en in termen van energie-uitwisselingen die hierbij kunnen optreden. In deze zin is chemie een moleculaire wetenschap. Beschrijvende aspecten spelen een grotere rol dan in fysica, maar minder dan in biologie. Ze laat minder kwantitatieve conclusies toe dan de fysica, maar is sterker geformaliseerd dan de biologie. Voor het onderwijs betekent dit dat via chemie in het bijzonder het corpusculair modeldenken en het ordenen volgens waarnemingscriteria zullen worden ingeoefend. De uitbouw van het chemie-onderwijs vereist een bijzondere aandacht voor het tonen van de expliciete samenhang tussen de diverse onderdelen van de chemie als wetenschap: chemie beschrijft en ordent de submicroscopische corpusculaire structuren waaruit de stoffen zijn opgebouwd; chemie karakteriseert en classificeert stoffen op basis van hun samenstelling en eigenschappen; chemie ordent en beschrijft stofveranderingen en interacties tussen stoffen op corpusculair niveau; chemie beschrijft de dynamische en energetische aspecten van de interactie tussen stoffen. Chemie reikt middelen aan om: stoffen kwalitatief en kwantitatief te detecteren; stoffen te isoleren uit mengsels; stoffen te synthetiseren. CHEMIE ALS ONDERWIJSVAK Chemie als onderwijsvak in het secundair onderwijs wordt gestructureerd rond volgende pijlers: chemie als wetenschap, chemie als maatschappelijk verschijnsel en chemie als toegepaste en praktische wetenschap. CHEMIE ALS WETENSCHAP In dit luik wordt chemie als zuivere natuurwetenschap geïntroduceerd. De leerinhouden worden intern, d.w.z. binnen de wetenschappelijke vakstructuur, bepaald en geselecteerd op basis van de spilfunctie die ze vervullen bij het op- en uitbouwen van de conceptuele basisstructuur van de chemie. Wetten, theorieën en modellen worden bij voorkeur op een zodanig niveau geformuleerd dat ze ook kwantitatieve conclusies toelaten.
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 3 Taal en denken zijn nauw met elkaar verbonden: helder denken in chemie veronderstelt een ondubbelzinnig taalgebruik. Aan het correct leren hanteren van de chemische vaktaal moet bijgevolg bijzondere aandacht worden besteed, te meer omdat begrippen uit de alledaagse omgangstaal vaak geproblematiseerd worden in de chemie en er een heel andere betekenis krijgen. Concepten, stofnamen en symbolen moeten zorgvuldig en eenduidig worden gebruikt. Zoals in elke andere natuurwetenschap neemt ook in de chemie het experiment een belangrijke plaats in. In het onderwijs mag het experiment niet uitsluitend een visualiseringsmiddel van chemische verschijnselen zijn maar zal het ook en vooral worden aangewend om het onderzoekend handelen als onderdeel van de wetenschappelijke onderzoeksmethode te illustreren en te ontwikkelen. Tevens biedt het zelfstandig experimenteren door leerlingen de mogelijkheid typische vaardigheden en attitudes te verwerven. De leerlingen worden vertrouwd gemaakt met de basiskenmerken van de wetenschappelijke onderzoeksmethode d.m.v. het zelfstandig uitvoeren van aangepaste onderzoeksopdrachten. Op deze wijze zal ook het ontwikkelen van probleemoplossend denken worden bevorderd. De leerinhouden en vaardigheden die via dit luik aan de leerlingen worden aangeboden zullen hen ertoe aanzetten eigen mogelijkheden en voorkeuren te exploreren en hen helpen eigen waarden en doelen te bepalen. CHEMIE ALS MAATSCHAPPELIJK VERSCHIJNSEL Traditioneel is het wetenschapsonderwijs erg productgericht: centraal staat de zorg de leerlingen zo dicht mogelijk te laten aansluiten bij het corpus van de thans algemeen aanvaarde chemische kennis en hen de vaardigheden te doen verwerven om deze kennis op nieuwe, maar aanverwante problemen en probleemgebieden te kunnen toepassen. Chemie wordt beschouwd als gedreven door haar interne dynamiek, waarbij externe factoren geen wezenlijke rol vervullen. Voor historische, sociale en ethische beschouwingen was in het traditionele, productgerichte chemieonderwijs weinig plaats. Het succes van de chemie is ongetwijfeld voor een deel aan deze benadering te danken. Aan de andere kant heeft dit er ook toe geleid dat chemie door velen als een cultuurvreemd en soms zelfs als een cultuurvijandig element wordt ervaren. Door de menselijke aspecten uitdrukkelijk in het onderwijs te betrekken, toont de chemie via onderwijs hoe ze een bijdrage kan leveren aan een harmonische persoonlijkheidsontwikkeling. Het onderwijs in chemie mag zich bijgevolg niet beperken tot het overdragen van instrumentele, vakspecifieke kennis, vaardigheden en attitudes, maar moet ook expliciet aandacht vragen voor de chemie als maatschappelijk proces, tijdens wat ook externe randvoorwaarden van sociale, historische, filosofische of ethische aard een rol spelen. De diverse leerinhouden zullen zo worden uitgebouwd dat op exemplarische wijze aandacht kan worden besteed aan de interrelaties tussen chemie en samenleving, aan de cultuurhistorische en de maatschappelijke context waarin chemie functioneert en tot ontwikkeling komt. Alleen op deze wijze is een genuanceerd oordeel over het belang, de waarde en beperkingen van chemie mogelijk en kan de band met de algemene cultuur worden gevrijwaard. Er is bovendien ook een didactisch argument om historische aspecten in het chemieonderwijs te betrekken. Opvattingen over chemie ontstaan vaak vanuit de media (milieu- en afvalproblematiek) of vanuit dagelijkse ervaringen in de omgang met stoffen. Daardoor kunnen conflicten ontstaan tussen gezond verstand en desinformatie via onkritische berichtgeving enerzijds en de wetenschappelijke chemie anderzijds. Kritisch en zinvol leren ontstaat pas als vooraf dergelijke preconcepties op een actieve wijze worden afgebouwd. De verschillende stadia in de ontwikkeling van de historische chemie zijn erg illustratief voor de moeilijkheden die onze jongeren ondervinden om hun misconcepties af te bouwen. Ze kunnen een weg wijzen om nieuwe kennis in de cognitieve structuur van de lerenden te integreren. CHEMIE ALS TOEGEPASTE EN PRAKTISCHE WETENSCHAP Zoals elke natuurwetenschap kan ook chemie onder een dubbel aspect worden beschouwd. Enerzijds is ze een conceptueel kader om fenomenen te beschrijven, te ordenen, te verklaren of te voorspellen. De chemie-als-theorie is dan losgemaakt van haar concrete voedingsbodem van steeds wisselende en fluctuerende verschijnselen om, onafhankelijk ervan, tot de stabiele en gemeenschappelijke kern achter deze verschijnselen door te dringen. Anderzijds staat niet het uitbouwen van dit conceptuele kader centraal, maar wordt de toepassing ervan in de courante ervaringswereld of voor het vervullen van specifieke materiële noden en behoeften beoogd.
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 4 Het accent ligt dan niet meer op verklaren of beschrijven, maar op het omgaan met en het maken van stoffen. Het is vooral via dit technisch-industriële aspect dat de natuurwetenschappen in het algemeen en de chemie in het bijzonder onze hedendaagse materiële cultuur verregaand bepalen. In een algemeen chemische vorming mogen basiselementen van de industriële chemie en van haar impact op de samenleving en milieu bijgevolg niet ontbreken. Een accentverschuiving naar toegepaste chemie zal er bovendien toe bijdragen de waarde van de tweedeling tussen denken en doen, tussen zuivere en toegepaste kennis te relativeren. In het onderwijs bestaat tussen beide aspecten een onmiskenbaar onevenwicht. Traditioneel wordt aan het uitbouwen van het conceptuele kader zoveel aandacht en tijd besteed dat aspecten van toegepaste chemie zeer beperkt of nauwelijks aan bod kunnen komen. De hogere waardering die het zuivere, abstracte denken in onze cultuur geniet, in vergelijking met toepassingsgericht denken, is hiervoor een belangrijke oorzaak. Doordat ze vele disparate feiten onder één noemer brengt is theoretische kennis denkeconomisch ongetwijfeld nuttig. Sommigen zullen er, precies door het afstandelijke en abstracte karakter ervan, door aangetrokken worden. Het is niettemin ook onmiskenbaar dat kennis die geen of onvoldoende ankerpunten in de concrete ervaringswereld vindt, vaak niet beklijft en dat haar relevantie in vraag kan worden gesteld. Zowel met het oog op een evenwichtige vorming door chemie, als om leerpsychologische redenen is het bijgevolg van belang leerinhouden zodanig te kiezen en uit te bouwen dat ook aan de technische en toepassingsgerichte aspecten van de chemie aandacht kan worden besteed. Rekening houdend met de verschillende benaderingen van wetenschap kunnen de eindtermen chemie op verschillende wijzen met toegepaste, praktische, maatschappelijke of actuele wetenschappelijke contexten worden verbonden.
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 5 BEGINSITUATIE BEPALING VAN DE LEERLINGENGROEP Dit leerplan chemie is bestemd voor de studierichtingen die zowel de basisvorming als het specifieke gedeelte volgen (minimum 2 wekelijkse lestijden). Voor het specifieke gedeelte worden de vakgebonden doelstellingen (gemerkt met DSET, decretale specifieke eindtermen) met meer diepgang nagestreefd dan in de basisvorming. Om de veiligheid bij het uitvoeren van leerlingenproeven niet in het gedrang te brengen is het aangewezen dat het aantal leerlingen niet meer dan 20 bedraagt. De leraar oordeelt of hij, rekening houdend met het aantal leerlingen, met de uitrusting van zijn laboratorium en de aard van de te gebruiken toestellen en producten, de door het leerplan voorgeschreven demonstratie- en leerlingenproeven zonder gevaar kan uitvoeren of laten uitvoeren. Indien hij oordeelt dat de beschikbare uitrusting gevaar voor zichzelf of voor de leerlingen oplevert, waarschuwt hij onmiddellijk de directeur, die de nodige maatregelen treft om de activiteiten in gunstige omstandigheden te laten doorgaan. BEGINSITUATIE Als beginsituatie wordt uitgegaan van het feit dat de leerlingen die de derde graad aanvatten de minimumdoelstellingen van de tweede graad ASO hebben bereikt. De beschrijving en de verklaring van chemische structuren en interacties die in de tweede graad behandeld werden, worden verder verfijnd en uitgebreid. Het is van essentieel belang dat de leraar van de derde graad bij de aanvang van elk hoofdstuk aanleunt bij de leerinhouden die in de tweede graad aan bod zijn gekomen en nagaat of de daaraan verbonden doelstellingen werden bereikt. Sommige leerinhouden van de tweede graad worden in de derde graad herhaald en uitgediept. Het is niet de bedoeling om deze te benaderen alsof ze compleet nieuw zijn. Via een aangepaste concentrische benadering krijgen de leerlingen de gelegenheid om geziene begrippen en structuren te integreren in hun wetenschappelijke kennis en verder uit te diepen naar een hoger beheersingsniveau. Indien de tweede en derde graad door twee verschillende collega s wordt gegeven, dan is onderling overleg noodzakelijk. Ook overleg met de collega s fysica en biologie is voor een aantal leerinhouden belangrijk. Een goede vakgroepwerking staat hier op zijn plaats. Voorbeelden van bereikte minimumdoelstellingen (eindtermen): de leerlingen kunnen aan de hand van een chemische formule een representatieve stof classificeren en benoemen (tweede graad SO: natuurwetenschappen, eindterm ETc 8.); de leerlingen kunnen op basis van een gegeven formule uit een gegeven massa stofhoeveelheid in mol berekenen en omgekeerd (tweede graad SO: natuurwetenschappen, eindterm ETc 22); de leerlingen kunnen de begrippen endo- en exo-energetisch illustreren met voorbeelden van chemische processen waarbij verschillende vormen van energie betrokken zijn (tweede graad SO: natuurwetenschappen, eindterm ETc 23.). Voorbeelden van leerinhouden (begrippen en structuren) uit de tweede graad die in de derde graad uitgebreid worden: atoommodellen; zuren en basen; redoxreacties; koolstofchemie.
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 6 ALGEMENE DOELSTELLINGEN Deze algemene doelstellingen zijn gebaseerd op de gemeenschappelijke, de decretaal specifieke en de algemene vakgebonden eindtermen (zie bijlagen). Deze doelstellingen worden op een voor de derde graad aangepast beheersingsniveau aangeboden. Algemeen kunnen we stellen dat de verwezenlijking van de doelstellingen bijdraagt tot de persoonlijke ontwikkeling van de leerling als burger en als toekomstig gebruiker van wetenschappelijke kennis. Dit betekent dat de leerlingen binnen het kennisdomein van de basisvorming een grotere diepgang van bepaalde onderwerpen verwerven, dat zij een groter aantal contexten behandelen en dat zij meer begeleide experimenten en zelfstandige opdrachten uitvoeren. De gemeenschappelijke doelstellingen zijn geformuleerd binnen drie domeinen: onderzoeksvaardigheden, technisch-technologische vaardigheden en probleemoplossende vaardigheden. ONDERZOEKSVAARDIGHEDEN In het domein van de onderzoeksvaardigheden wordt ontwikkeling die gestart is in de tweede graad voortgezet en uitgebreid. De leerlingen krijgen de mogelijkheid om meer zelfstandig te werken bijv. zelf een onderzoeksplan opstellen, eigen onderzoeksvragen formuleren... Leerlingen kunnen in toenemende mate van zelfstandigheid: het onderzoek voorbereiden doel van het onderzoek formuleren; onderzoeksvraag correct verwoorden; eventueel hypothesen opstellen; een methode of plan opstellen; keuze en uitleg bij de meetinstrumenten. uitvoeren en verwerken: waarnemingen doen en de meetwaarden overzichtelijk noteren rekening houdend met de meetnauwkeurigheid van het meettoestel; de meetwaarden ordenen in een tabel en voorstellen in een grafiek. besluit en evaluatie formuleren: uit de meetwaarden conclusies trekken en de meetmethode evalueren; verslag maken: doel, opstelling, meetresultaten, besluit. TECHNISCH-TECHNOLOGISCHE VAARDIGHEDEN In het domein van de technisch-technologische vaardigheden maken de leerlingen kennis met verschillende toepassingen van wetenschappelijke kennis en vanuit deze context worden een aantal technisch-technologische vaardigheden ingeoefend. De vaardigheden die de leerlingen nastreven worden zo veel mogelijk geïntegreerd in de leerinhouden aangeboden. Leerlingen kunnen in toenemende mate van zelfstandigheid: de effecten van techniek op de mens en samenleving illustreren en het belang van wetenschappelijke kennis in verschillende toepassingen en beroepen herkennen; het gebruik van eenvoudige instrumenten inoefenen en het doel van apparaten aangeven; bij het raadplegen, verwerken en presenteren van informatie gebruik maken van ICT; de eigenheid van een technisch ontwerp herkennen en omschrijven. PROBLEEMOPLOSSENDE VAARDIGHEDEN In het domein van de probleemoplossende vaardigheden wordt de ontwikkeling van de verworven vaardigheden van de tweede graad ASO verder gezet. Bij het inoefenen van de chemische begrippen en wetten toetsen de leerlingen hun kennis door het oplossen van kennis-, inzicht- en toepassingsvragen. Zij ontwikkelen door het oplossen van een beperkt aantal oefeningen een beginnerniveau van het probleemoplossend gedrag.
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 7 Leerlingen kunnen in toenemende mate van zelfstandigheid: formules gebruiken voor het oplossen van vragen of vraagstukken in een bepaalde probleemsituatie de chemische context herkennen en een oplossingsplan opstellen en uitwerken.
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 8 LEERPLANDOELSTELLINGEN / LEERINHOUDEN INFORMATIE OVER DE OPMAAK Omwille van de leesbaarheid worden de decretale nummers van, de eindtermen, de leerplandoelstellingen en de leerinhouden samen met de methodologische wenken in één horizontale rij geplaatst per leerstofonderdeel of per hoofdstuk. De leerplandoelstellingen zijn genummerd. Binnen deze cellen wordt getracht de horizontale lezing zo veel als mogelijk door te trekken. Daarom dient elk blok als een geheel te worden beschouwd. Gebruikte symbolen bij de aanduiding van de eindtermen in de eerste kolom: de gemeenschappelijke eindtermen voor de wetenschapsvakken biologie, chemie en fysica worden aangeduid met ETg; de vakgebonden eindtermen voor chemie worden opgenomen in de eerste kolom, voorafgegaan door ETc; de decretale specifieke eindtermen voor de studierichting wetenschappen worden aangeduid met DSET. Dit zijn de specifieke eindtermen voor de studierichtingen waar twee (of meer) wekelijkse lestijden worden georganiseerd. Het behalen van deze eindtermen wordt gespreid over de tweede en derde graad. De betrokken schaalniveaus worden in de lessen chemie beperkt tot het corpusculaire en stoffelijke niveau. In dit leerplan zijn deze specifieke eindtermen geconcretiseerd tot leerplandoelstellingen; ook zijn de leerlingenproeven aangeduid; de niet-verplichte uitbreidingsdoelstellingen zijn met de letter U aangeduid.
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 9 DECR.NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN LEERINHOUDEN Onderzoeksvaardigheden ETg1 t/m ETg4,DSET29 ETg5,ETg6, ETg10,DSET30, DSET4 ETg11,DSET30 ETg7,ETg8,ETg9 ETg12,DSET31 onder begeleiding een probleem herkennen, een onderzoeksvraag en een hypothese formuleren; onder begeleiding een methode of onderzoeksplan bedenken; onder begeleiding een aantal metingen uitvoeren, de resultaten overzichtelijk weergeven en rekening houden met de meetnauwkeurigheid van een meetwaarde; onder begeleiding een besluit formuleren uit een aantal meetresultaten en een verslag opmaken. Minimum acht leerlingenproeven in de derde graad uitvoeren. Deze kunnen vrij gekozen worden uit het aanbod in dit leerplan. ETg22 tot ETg31 bij het uitvoeren van leerlingenproeven attitudes ontwikkelen ETc 2 ETg 30 veilig en verantwoord omgaan met stoffen, chemisch afval en etiketten kunnen lezen Specifieke pedagogisch- didactische wenken Voor praktische tips rond Veiligheid in de schoollaboratoria en nuttige weblinks: smartschool virtuele klas chemie Deze onderzoeksvaardigheden in verband brengen met de ontwikkeling van de onderzoekscompetentie in de pool wetenschappen, zodat de leerlingen inzien dat zij deze onderzoeksvaardigheden bij de uitvoering van de onderzoeksopdracht kunnen gebruiken. De leerlingen passen de onderzoeksvaardigheden verworven tijdens de tweede graad stapsgewijze zelfstandig toe bij de uitvoering van de leerlingenproeven. Het is best de proeven meer en meer open te maken zodat de leerlingen vanuit een opdracht een volledig experiment leren opzetten, uitvoeren en een verslag maken. De leerlingenproeven een uitdagend en motiverend karakter geven en in verband brengen met een betekenisvolle en/of technische context.
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 10 Bij de aanvang van de leerlingenproef voldoende aandacht besteden aan de veiligheidsaspecten. Leerlingen moeten voldoende op hoogte zijn van de gevaren van bepaalde opstellingen, stoffen of instrumenten. Een klasgroep van twintig leerlingen is voor de uitvoering van leerlingenproeven didactisch verantwoord en wat veiligheid betreft aanvaardbaar. De verwijzing van de onderzoeksvaardigheden naar de gemeenschappelijke en de decretaal specifieke eindtermen duiden we in de onderstaande tabel aan met het symbool (A). DECR.NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN LEERINHOUDEN Technisch-technologische vaardigheden ETc 2, ETc 3 ETc 5 het gebruik van eenvoudig materieel inoefenen en het doel van apparaten aangeven; chemische informatie in gedrukte en elektronische bronnen opzoeken, en met behulp van ICT verwerken, presenteren en weergeven in grafieken, diagrammen of tabellen; Daar waar mogelijk tijdens proeven en lesonderwerpen de link met de toepassingen in de maatschappij en het bedrijfsleven leggen. ETc 6 ETg13, ETg15, ETg16, DSET26,DSET27, DSET28 het belang van chemische kennis in verschillende opleidingen en beroepen illustreren; Specifieke pedagogisch- didactische wenken Informatie over studie- en beroepsmogelijkheden is te vinden op de website: http://www.jobschemie.be Deze vaardigheden kunnen eventueel gerealiseerd worden via een didactische uitstap Het is van belang dat de leerlingen de informatie leren opzoeken (efficiënt gebruik van internet bespreken) maar ook dat zij de informatie kunnen verwerken tot een leesbare en goed gestructureerde tekst. Het is mogelijk deze opdracht in verband te brengen met de onderzoeksopdracht die de leerlingen van de pool wetenschappen maken zodat zij bij het uitvoeren van deze beperkte opdracht de specifieke informatievaardigheden inoefenen. Een zeer geschikt project om aan deze vaardigheden te werken is de wereld aan je voeten, hierin wordt de realiteit van een bedrijf en onderzoekscompetentie benadrukt. Leerlingen maken kennis met beroepen waarbij de chemische kennis of de technische principes worden toegepast
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 11 De verwijzing van de technisch-technologische vaardigheden naar de gemeenschappelijke, vakspecifieke of decretaal specifieke eindtermen duiden we in de tabel aan met het symbool (B). DECR.NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN LEERINHOUDEN Probleemoplossende vaardigheden ETc 14 DSET 8 ETg3 het chemisch rekenen toepassen; in een bepaalde probleemsituatie de chemische context herkennen en een oplossingsplan opstellen en uitwerken. Bij elk volgend onderdeel enkele vragen en vraagstukken inoefenen Specifieke pedagogisch- didactische wenken Leerlingen leren de leerstof verwerken door vragen in te oefenen van verschillende niveaus zoals: kennis, inzicht en toepassing. Bij het niveau toepassing worden principes of formules gebruikt. Het is van belang om systematisch een voorbeeldvraagstuk uit te werken zodat de leerlingen aan de hand van dit voorbeeld zelfstandig een aantal vraagstukken kunnen oplossen De verwijzing van de probleemoplossende vaardigheden naar de vakspecifieke eindtermen duiden we in de tabel aan met het symbool (C).
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 12 1e jaar: 2 lestijden/week, 2e jaar: 2 lestijden/week DECR. NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN DSET 9 1 aan de hand van energieniveaus uitleggen hoe een atoom energie kan opnemen en uitzenden; DSET 4 2 aan de hand van het lijnenspectrum van een atoom uitleggen dat de energieniveaus gekwantiseerd zijn; DSET 5 3 een onderscheid maken tussen het hoofd-energieniveau, het subniveau, het magnetisch deelniveau en de spin van een elektron en deze niveaus beschrijven met de kwantumgetallen n, l, m l en m s ; DSET 1 4 een overzicht van de energieniveaus van een atoom geven; DSET 2 5 de verbodsregel van Pauli toepassen; DSET 2 (C) 6 de elektronenconfiguraties van de elementen voorstellen met pijltjes in vakjes die rekening houden met de kwantum-getallen en de regel van Hund en deze configuraties schrijven met vermelding van s, p, d en f per schil; DSET 3 7 het verband tussen deze elektronen-configuraties en de opbouw van het periodiek systeem beschrijven; U 8 de betekenis van het golfkarakter van een elektron uitleggen; (U) U 9 uitleggen dat de plaats en de snelheid van een elektron niet tegelijkertijd nauwkeurig kunnen bepaald worden; (U) LEERINHOUDEN EN WENKEN 1.Atoombouw De atoommodellen van Dalton, Thomson, Rutherford-Bohr (zie leerinhouden tweede graad) worden kort besproken en in een historisch perspectief geplaatst. De uitbreiding van het atoommodel leunt aan bij het atoommodel van Sommerfeld (de opsplitsing van de energieniveaus op basis van de lijnenspectra). De hoofdenergieniveaus in verband brengen met de elektronenschillen van Bohr. De subniveaus rangschikken volgens toenemende energie op eenzelfde schil: s, p, d en f. De maximale elektronenbezetting per subniveau aangeven en voorstellen s 2, p 6, d 10 en f 14. Oefeningen op de elektronenconfiguratie van atomen en monoatomische ionen. De periodiciteit in de ionisatie-energie van de elementen herkennen. Golfkarakter van het elektron Het golfkarakter van een elektron kan op verschillende manieren uitgelegd worden.
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 13 DECR. NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN LEERINHOUDEN EN WENKEN DSET 2 10 aangeven dat de aantrefkans van een elektron in een bepaald gebied rond de kern nooit 100% bedraagt; DSET 2 11 aangeven dat de aantrefkans van een elektron volgens verschillende richtingen vanuit de kern niet in alle gevallen even groot is; DSET 2 12 een atoomorbitaal kenschetsen als een voorstelling van de aantrefkans (waarschijnlijkheidsverdeling) van een elektron in een atoom; DSET 2 13 s-orbitalen kenschetsen als bolvormige volumes met een even grote aantrefkans volgens alle richtingen; DSET 2 14 p-orbitalen kenschetsen als haltervormige volumes met een aantrefkans die het grootst is volgens een x-, y-, of z-as; Atoomorbitalen Het is niet noodzakelijk dat de leerlingen geconfronteerd worden met de IUPAC-definitie van een atoomorbitaal: One-electron-function obtained as a solution of the Schrödinger-equation for an atom Uit het atoommodel van Sommerfeld en het golfkarakter van het elektron worden de leerlingen geleid tot voorstellingen die verband houden met het atoommodel van Schrödinger. Website met afbeeldingen van orbitalen: http://www.shef.ac.uk/chemistry/orbitron/ DSET 2 15 een covalente binding kenschetsen als een atoombinding die tot stand komt door middel van een gemeenschappelijk elektronenpaar tussen twee atomen; DSET 3 16 een molecule-orbitaal kenschetsen als een middel om de aantrefkans van een gemeenschappelijk elektronenpaar in het interactiegebied tussen de atomen op een eenvoudige wijze voor te stellen; DSET 1 17 het onderscheid maken tussen een sigma- en pi-binding; DSET 7 18 aangeven dat het gemeenschappelijk stellen van een elektronenpaar tussen twee atomen de totale energie van het geheel verlaagt en dat de covalente binding dus leidt tot een grotere stabiliteit; ETc 8 19 het begrip hybridisatie verwoorden; ETc 8 DSET 2 20 het verband leggen tussen de ruimtelijke structuur van moleculen zoals experimenteel vastgesteld en de hybridisatie bij het koolstofatoom voor: - de tetraëderstructuur van methaan (CH 4 ) en ethaan (C 2 H 6 ) met sp 3 -hybridisatie en 2 Structuur van moleculen 2.1 Molecule-orbitalen Herhaling van de tweede graad Een sigmabinding voorstellen als een cilindrisch-symmetrisch interactiegebied tussen twee atomen, bv. H 2, HCl, Cl 2. Een pi-binding voorstellen als een tweelobbig interactiegebied buiten de internucleaire as bij een dubbele en drievoudige binding, bv. O 2, N 2. 2.2 Hybridisatie De oorspronkelijke atoomorbitalen veranderen in gehybridiseerde orbitalen met gelijkwaardige waarschijnlijkheidsverdelingen. De hybridisatie resulteert in een verhoogde aantrefkans in bepaalde richtingen, die leidt tot een verklaring van de ruimtemo-
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 14 DECR. NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN bindingshoeken van 109 - de vlakke structuur van etheen (C 2 H 4 ) met sp 2 -hybridisatie en bindingshoeken van 120 ; - de lineaire structuur van ethyn (C 2 H 2 ) met sp-hybridisatie en bindingshoeken van 180 ; LEERINHOUDEN EN WENKEN dellen die behandeld werden in de tweede graad: CH 4, C 2 H 4, C 2 H 2. Voorbeelden: NH 3, H 2 O, HCl. DSET 3 21 aangeven dat de sp 3 -, sp 2 - en sp-elektronen aanleiding kunnen geven tot sigma-bindingen en dat de overblijvende p-elektronen aanleiding kunnen geven tot pi-bindingen; DSET 2 22 aangeven dat hybridisatie ook optreedt met vrije elektronenparen; ETc 10 DSET 3 (C) 23 uit de ruimtelijke structuur en het verschil in elektronegatieve waarden afleiden dat de molecule een polair of apolair karakter heeft; U 24 waterstofbruggen aangeven als dipoolkrachten tussen moleculen waarin waterstof gebonden is aan kleine atomen met grote elektronegatieve waarde; (U) De studie van de polariteit van moleculen is een uitbreiding van de tweede graad. De waterstofbruggen werden in de tweede graad aangehaald bij water (o.m. sneeuw). Het begrip kan uitgebreid worden naar voorbeelden met F, O, N. ETc 8 ETc 11 (C) ETc 8 ETc 11 ETc 8 ETc 11 (C) ETc 8 DSET 12 25 lewisformules schrijven; 26 in lewisformules de formele ladingen aangeven; 27 de geometrie van moleculen verklaren aan de hand van lewisformules en afstoting van elektronenparen; 28 de begrippen mesomerie en gedelocaliseerde elektronen verwoorden; 2.3 Lewisformules Uit de lewisformule volgt de geometrie van moleculen (bv. CH 4, NH 3, H 2 O, C 2 H 4, SO 2, C 2 H 2 ). Hierbij worden de begrippen valentie-elektronen (alle eenzame elektronen en elektronenparen van een atoom, die voor de bindingsmogelijkheden van het atoom in aanmerking komen: s, p en soms d-elektronen) en valentieschil (de verschillende energieniveaus waarop valentie-elektronen in de grondtoestand kunnen voorkomen) ingevoerd zodat de VSEPR-theorie (Valence Shell Electron Repulsion) kan toegepast worden. 2.4 Mesomerie Voorbeelden: SO 2, SO 3, O 3. Bij het onderdeel aromatische koolwaterstoffen zal er later
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 15 DECR. NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN LEERINHOUDEN EN WENKEN DSET 2 29 voorbeelden geven van mesomerie; ingegaan worden op de mesomerie van benzeen 30 de structuur en naam van alkanen aangeven; ETc 8 31 keten- en ringstructuur van alkanen voorstellen; ETc 9 DSET 5 (C) ETc 18, ETc 13 (B) 32 het begrip ketenisomerie uitleggen en de naam vormen van eenvoudige ketenisomeren; 33 door middel van contexten het belang van alkanen illustreren: herkomst en gebruik van methaan, wasbenzine, white spirit, paraffine, kraken van alkanen; ETc 8 34 de structuur van alkenen en alkynen voorstellen; 2.5 Koolwaterstoffen Herhaling van de tweede graad met uitbreiding naar aanleiding van de orbitaaltheorie. Alkanen: contexten, bv. reforming en octaangetal van benzine (opzoeken via ICT). Alkenen en alkynen: contexten, bv. bereiding door kraken en gebruik ETc 9 35 met voorbeelden plaatsisomerie bij alkenen en alkynen uitleggen en de naam vormen van plaatsisomeren; ETc 9 DSET 15 36 cis-trans-isomerie bij alkenen uitleggen; U 37 m.b.v. contexten het belang van alkenen en alkynen illustreren; DSET 6 38 de wet van behoud van energie formuleren; 3 Drijfveren van chemische reacties DSET 6 39 uitleggen dat een stof inwendige energie bezit die afhangt van de aard van de bindingen, de aggregatietoestand en de temperatuur; DSET 7 40 de enthalpieverandering ΔH van een stof definiëren als verandering van de energie-inhoud; DSET 7 41 uitleggen dat het verbreken van bindingen gepaard gaat met ΔH > 0 en dat het vormen van bindingen gepaard gaat met 3.1 Energie en enthalpie Enthalpie (symbool H, van Heat): H = inwendige energie + p. V p en V zijn enkel belangrijk bij gassen. Enthalpieverandering ΔH: ΔH = verandering aan inwendige energie + p.δv. Voor inwendige energie wordt het symbool U gebruikt.
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 16 DECR. NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN ΔH < 0; LEERINHOUDEN EN WENKEN De afname van de enthalpie bij het ontstaan van een covalente binding of van een ionrooster leidt tot een grotere stabiliteit: - de bindingsenergie is de energie die vrijkomt bij de vorming van een mol van een covalente binding; - de roosterenergie is de energie die vrijkomt bij de vorming van een mol kristallijne ionverbinding uit de samenstellende positieve en negatieve ionen. DSET 7 42 de reactie-enthalpie ΔH definiëren als het verschil tussen de enthalpie van de reactieproducten en de enthalpie van de uitgangsstoffen; DSET 12 43 het verband leggen tussen het teken van ΔH en het exo-energetisch of endo-energetisch karakter van de reactie; DSET 1 44 de vormingsenthalpie definiëren; DSET 8 (C) ETc14 DSET 8 (C) 45 de wet van Hess formuleren; 46 stoichiometrische berekeningen maken met reactie-enthalpieën; (A) 47 Lp energetische aspecten van chemische reacties; DSET 12 48 entropie als een maat van wanorde benaderen; DSET 11 49 aangeven dat zowel de enthalpie als entropie een rol spelen als drijfveer bij het verloop van reacties; 3.2 Reactie-enthalpie Experimenteel nagaan of een reactie exo- of endo-energetisch is. De reactievergelijking voor de vorming van een samengestelde stof uit de enkelvoudige stoffen schrijven en de overeenkomstige vormingsenthalpie opzoeken in een tabel. De reactie-enthalpie berekenen uit de vormingsenthalpieën van de uitgangsstoffen en de reactieproducten. Leerlingenpracticum 1 3.3 Entropie Entropie (symbool S) als thermodynamische toestandsgrootheid: maat voor de ongeordendheid van een systeem. Experimenteel vaststellen dat ook endo-energetische reacties spontaan kunnen verlopen. Met een voorbeeld uitleggen dat er in dat geval een voldoende grote toename moet zijn van de entropie
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 17 DECR. NR. ETc 15 DSET 11 ETc 7 DSET 7 ETc 15 DSET 7 ETc 15 DSET 7 ETc 15 DSET 7 LEERPLANDOELSTELLINGEN 50 de definitie van reactiesnelheid geven; 51 uitleggen dat in reacties (in de meeste gevallen) bestaande chemische bindingen worden verbroken en nieuwe worden gevormd; 52 beredeneren dat deeltjes van de uitgangsstoffen met elkaar effectief moeten botsen om te kunnen reageren; 53 aangeven, dat niet elke botsing van deeltjes effectief is; 54 het belang van de activeringsenergie bij effectieve botsingen beschrijven; LEERINHOUDEN EN WENKEN 4 Reactiesnelheid Reactiesnelheid en effectieve botsingen Een onderscheid maken tussen gemiddelde snelheid en ogenblikkelijke snelheid. Mogelijke proef: de reactiesnelheid voor een gekozen reactie experimenteel bepalen. Het verband leggen tussen het toenemen van het aantal effectieve botsingen per seconde en het toenemen van de reactiesnelheid. 4.2 Factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden De factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden, worden experimenteel onderzocht en verklaard d.m.v. de botsingstheorie en reactiemechanismen. ETc 15 DSET 7 ETc 15 DSET 7 55 afleiden dat het aantal effectieve botsingen tussen de reagerende deeltjes vergroot door het toenemen van de verdelingsgraad van de stof, de concentraties en de temperatuur; 56 het verband leggen tussen de wijziging van het reactiemechanisme door toevoeging van een katalysator en het ontstaan van een nieuw reactiemechanisme met een kleinere activeringsenergie; (B) 57 illustreren dat economische belangen de ontwikkeling van de chemie kunnen richten en bevorderen; Contexten: bv. - verdelingsgraad: fijn versnipperd hout brandt vlugger dan een blok hout; stofexplosies in silo's; reacties in oplossing verlopen doorgaans vlugger dan reacties tussen vaste stoffen; in een verbrandingsmotor is de brandstof in een fijn verdeelde (vernevelde) toestand aanwezig; - temperatuur: bewaring van voedingsmiddelen door invriezen; - katalysator: werking op de uitlaatgassen van een auto; Het gebruik van katalysatoren bij industriële processen is belangrijk vanuit economisch oogpunt(opdrijven van het rendement).
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 18 DECR. NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN LEERINHOUDEN EN WENKEN (A) 58 Lp de invloed van temperatuur en concentratie op de reactiesnelheid experimenteel onderzoeken en interpreteren; Leerlingenpracticum 2 Factoren die kunnen onderzocht en verklaard worden: de aard van de reagerende deeltjes; de concentratie van een oplossing; de druk van gassen; de temperatuur; (A) 59 Lp de invloed van verdelingsgraad en katalysator op de reactiesnelheid experimenteel onderzoeken en interpreteren; ETc 15 DSET 7 ETc 15 DSET 7 (C) 60 aangeven dat de meeste reacties in verschillende stappen, de z.g. elementaire reacties, verlopen en dat de traagste stap de reactiesnelheid van het totale proces bepaalt; 61 voor een algemene reactie, waarbij de uitgangsstoffen zich in dezelfde fase bevinden, de snelheidswet schrijven; ETc 16 62 enkele voorbeelden als omkeerbare reacties kenschetsen; ETc 16 DSET 13 ETc 16 DSET 13 63 aangeven, dat in de chemische evenwichtstoestand, de snelheid van de heenreactie gelijk is aan de snelheid van de terugreactie; 64 uit het botsingsmodel van de reacties afleiden dat er een dynamisch evenwicht ontstaat; Leerlingenpracticum 3 de verdelingsgraad van de stof; de katalysator of de inhibitor 4.3 Chemische snelheidswet Voor een reactie : a A + b B +... x X + y Y + waarbij A, B, zich in dezelfde fase bevinden is de uitdrukking van de algemene chemische snelheidswet voor het ogenblik (t) v t = k. [A] m t. [B] n t, waarbij de exponenten m, n,... experimenteel worden bepaald. De factoren met invloed op de reactiesnelheidsconstante (k) zijn: de temperatuur, de katalysator. 5 Chemisch evenwicht 5.1. Omkeerbaarheid van chemische reacties en chemisch evenwicht Experiment: aantonen van omkeerbare reacties die leiden tot een chemisch evenwicht, bv. - broomwater: Br 2 + 2 H 2 O Br - + H 3 O + + HBrO - ijzer(3+)thiocyanaat: Fe 3+ + SCN - Fe(SCN) 2+
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 19 DECR. NR. ETc 16 DSET 13 LEERPLANDOELSTELLINGEN 65 de chemische evenwichtstoestand kenschetsen als een toestand met constant blijvende concentraties; LEERINHOUDEN EN WENKEN Evenwichtsconcentraties worden als volgt genoteerd: [A] e met als eenheid mol/l. De notatie mol/l i.p.v. mol/l is toegestaan volgens IUPAC, om verwarring te voorkomen. U 66 het onderscheid tussen homogeen en heterogeen chemisch evenwicht uitleggen Mogelijke illustratie: druipsteenvorming in grotten. Verder wordt er uitvoeriger ingegaan op de bespreking van het heterogeen chemisch evenwicht en vraagstukken met het oplosbaarheidsproduct. (A) 67 Lp experimenteel de verschuiving van het chemisch evenwicht aantonen; Leerlingenpracticum 4 ETc 17 DSET 13 68 de concentratiebreuk schrijven voor een reactie in de chemische evenwichtstoestand; 5.2 Evenwichtsconstante De evenwichtsconstante K c wordt met zijn numerieke waarde aangeduid (zonder eenheid). ETc 17 DSET 13 (C) ETc 17 DSET 15 ETc 17 DSET 15 ETc 17 DSET 15 69 het verband tussen de evenwichtsconcentraties en evenwichtsconstante K c schrijven; 70 uit de evenwichtsvoorwaarde afleiden dat een verandering van concentratie van een of meer stoffen een verschuiving van het chemisch evenwicht kan veroorzaken waarbij K c constant blijft; 71 aangeven, dat een verandering van de temperatuur een nieuw evenwicht doet ontstaan, omdat de waarde van K c gewijzigd wordt; 72 de evolutie van een reactie in evenwicht voorspellen na een verstoring van het evenwicht door verandering van temperatuur of van concentratie; Aangeven dat de evenwichtsconstante enkel van de temperatuur afhangt. 5.3 Verschuiving van het chemisch evenwicht In een oplossing treedt een concentratieverandering op als men stoffen aan de oplossing toevoegt of te onttrekt. Mogelijke experimenten: verschuiving van het evenwicht door toevoeging van een zuur of een base bij: Br 2 + 2 H 2 O Br - + H 3 O + + HBrO In een gasmengsel treedt een concentratieverandering op door gassen samen te persen of te ontspannen Mogelijk experiment: - invloed van de drukverandering bij een ampul gevuld met
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 20 DECR. NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN LEERINHOUDEN EN WENKEN ETc 17 DSET 15 (C) ETc 15 DSET 3 73 het principe van Le Chatelier - Van 't Hoff formuleren en toepassen op voorbeelden; 74 aangeven, dat bij een constante temperatuur een katalysator wel invloed uitoefent op de insteltijd van een chemisch evenwicht, maar niet op de evenwichtsconstante K c ; ETc 16 75 het onderscheid tussen een evenwichts-reactie en een aflopende reactie beschrijven; ETc 16 (B) 76 het verband leggen tussen het begrip aflopende reactie en het feit dat bij zulk een reactie ten minste één van de uitgangsstoffen (praktisch) volledig reageert; stikstofdioxide: 2 NO 2 N 2 O 4 Het principe van Le Chatelier-Van t Hoff toepassen op reacties in de chemische evenwichtstoestand: - door een verandering van de concentratie schuift het evenwicht zodanig op, dat die verandering wordt tegengewerkt; - door de aanvoer of afvoer van warmte schuift het evenwicht zodanig op, dat die aanvoer of afvoer van warmte wordt tegengewerkt. Context: bv. de industriële bereiding van ammoniak (invloed van de verschillende factoren op het rendement van het proces). Aflopen van omkeerbare reacties door: ontsnappen van een gas; ontstaan van een neerslag. ETc 11 77 een brønstedzuur als een deeltje dat een proton afstaat (protondonor) en een brønstedbase als een deeltje dat een proton opneemt (protonacceptor) definiëren; ETc 11 (C) 78 zuur-basereacties volgens Brønsted (protolyse) schrijven; ETc 11 79 in een gegeven zuur-base-evenwicht de betrokken deeltjes, op basis van de protonenoverdracht, identificeren als zuur of als base; ETc 11 DSET 2 (C) 80 in een zuur-basereactie volgens Brønsted de zuur-basekoppels voorstellen; 6 Zuren en basen 6.1 Zuren en basen volgens Brønsted Het zuur-baseconcept van Brønsted heeft een universeler karakter dan dit van Arrhenius: - de zuur-basetheorie van Arrhenius heeft betrekking op stoffen - de zuur-basetheorie van Brønsted heeft betrekking op de interactie tussen deeltjes, waardoor de theorie ruimer bruikbaar is HCl + H 2 O H 3 O + Cl I H + I H + brø.zuur 1 + brø.base 2 brø.zuur 2 + brø.base 1
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 21 DECR. NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN LEERINHOUDEN EN WENKEN ETc 11 81 herkennen dat sommige deeltjes zich als zuur of als base kunnen gedragen (amfolyten); zuur geconjugeerde base + H Z B + H Voorbeelden: (met correcte ladingsbalans) HCl Cl + H NH 4 NH 3 + H CO 3 2 H 2 PO 4 HCO 3 HPO 4 2 + H + H Voorbeelden met gehydrateerde metaalionen: Na(H 2 O) 6 + [Na(OH)(H 2 O) 5 ] + H + Al(H 2 O) 6 3+ [Al(OH)(H 2 O) 5 ] 2+ + H + ETc 16 DSET 13 ETc 16 DSET 13 ETc 19 DSET 13 (C) 82 de protonenoverdracht tussen watermoleculen (autoprotolyse van water) beschrijven en herkennen als een interactie tussen deeltjes die leidt tot een chemisch evenwicht; 83 de waterconstante K w definiëren; 84 zure, basische en neutrale oplossingen in verband brengen met de concentratie aan oxonium- en hydroxide-ionen; Voorbeelden van amfolyten: H 2 O, HSO 4 -, HCO3 -, H 2 PO 4 -, HPO 4 2-6.2 Ionisatie-evenwicht van water H 2 O + H 2 O H 3 O + OH K w = [H 3 O ].[OH ] = 10-14 (bij 24 C) K is onbenoemd, maar de notaties [H 3 O ] en [OH ] stellen de evenwichtsconcentraties [H 3 O ] e en [OH ] e, voor uitgedrukt in mol/l. Herhaling uit de 2 de graad: Zure oplossing: [H 3 O ] > 10-7 mol/l, zodat [OH ] < 10-7 mol/l Neutrale oplossing:
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 22 DECR. NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN LEERINHOUDEN EN WENKEN ETc 19 DSET 5 DSET 13 ETc 19 DSET 11 85 een gemeten of een gegeven ph van een oplossing in verband brengen met de concentratie aan oxonium- en aan hydroxide-ionen; 86 in zure, basische en neutrale oplossingen: - de ph definiëren als ph = log [H 3 O ]; - de poh definiëren als poh = log [OH - ]; - het verband uitleggen tussen de ph en de poh van oplossingen; [H 3 O ] = 10-7 mol/l en [OH ] = 10-7 mol/l Basische oplossing: [H 3 O ] < 10-7 mol/l, zodat [OH ] > 10-7 mol/l 6.3 Waterstofexponent ph Het begrip ph werd al gezien in de tweede graad. In de derde graad gaat de leraar na in welke mate de leerlingen het begrip beheersen. Overleg met wiskunde i.v.m. logaritmen. Eventueel wordt de logaritme aan de hand van de rekenmachine uitgelegd. (A) 87 Lp ph bepalen van zuren, basen en zouten in oplossing; Leerlingenpracticum 5 ETc 19 DSET 13 88 de zuurconstante K z als evenwichtsconstante van de protolyse van een brønstedzuur met water definiëren; 6.4 Sterkte van zuren en basen Door meting van de ph en/of het elektrisch geleidingsvermogen van zure oplossingen van HCl (c = 0,1 mol/l) en HAc (c = 0,1 mol/l) kan men vaststellen dat de ligging van het chemisch evenwicht van de protolyse afhankelijk is van de sterkte van het brønstedzuur. Z + H 2 O H 3 O + B H + 3O. B Kz = Z
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 23 DECR. NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN LEERINHOUDEN EN WENKEN Voorbeelden: HAc + H 2 O Ac + H 3 O (HAc = CH 3 COOH) [H 3 O + ].[Ac ] K Z = [HAc] NH 4 + H2 O H + 3O. NH3 Kz = NH+ 4 H 2 PO 4 + H2 O NH 3 + H 3 O HPO 4 2 + H3 O ETc 19 DSET 13 ETc 19 DSET 11 ETc 19 DSET 3 89 de baseconstante K b als evenwichtsconstante van de protolyse van een brønstedbase met water definiëren; 90 de uitdrukking van zuur- en base-constanten in verband brengen met de relatieve sterkte van de betrokken zuren en basen; 91 in zuur-basekoppels het verband leggen tussen de zuurconstante van een brønsted-zuur en de baseconstante van de geconjugeerde base; DSET 3 92 de grootheden pk z en pk b definiëren; H + 2-3O. HPO 4 Kz = H - 2 PO 4 Door meting van de ph en/of het elektrisch geleidingsvermogen van basische oplossingen van NaOH (c = 0,1 mol/l) en NH 3 (c = 0,1 mol/l) kan men vaststellen dat de ligging van het chemisch evenwicht van de protolyse afhankelijk is van de sterkte van de brønstedbase. B + H 2 O OH -. Z K b = B OH + Z
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 24 DECR. NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN DSET 3 93 in zuur-basekoppels het verband leggen tussen de pk z van een brønstedzuur en de pk b van de geconjugeerde base; LEERINHOUDEN EN WENKEN Voorbeeld: NH 3 + H 2 O NH 4 + OH OH -. NH + 4 K b = NH 3 K z.k b = K w = 10 14 ETc 19 DSET 14 (C) ETc 19 DSET 14 (C) ETc 19 DSET 14 (C) ETc 19 DSET 14 (C) ETc 19 DSET 14 pk z en pk b berekenen uit gegeven K z - en K b -waarden (en omgekeerd). Aan de hand van een tabel met zuur-basekoppels en pk z - waarden de relatieve sterkte van brønstedzuren en basen aangeven. 94 de ph van een oplossing van een sterk zuur berekenen; 6.5 Berekening van de ph (van oplossingen in water) 95 de ph van een oplossing van een sterke base berekenen; 96 de ph van een oplossing van een zwak zuur berekenen; 97 de ph van een oplossing van een zwakke base berekenen; 98 de ph van zoutoplossingen berekenen; Controleer van een aantal oplossingen de berekende ph experimenteel (eventuele afwijking tussen experimentele en berekende waarde kan besproken worden). Voorbeelden van sterke zuren: HBr, HClO 3, HCl, HNO 3 Voorbeelden van sterke basen: NaOH, Ba(OH) 2. Voorbeelden van zwakke zuren: HF, CH 3 COOH (HAc), HCOOH, HCN, H 2 S, H 3 PO 4. Voorbeelden van zwakke basen: NH 3, CH 3 NH 2. Goed oplosbare zouten dissociëren volledig bij het oplossen in water. De vrijgekomen ionen ondergaan een protolyse met water. Voorbeeld: oplossen van Al(NO 3 ) 3 in water:
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 25 DECR. NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN LEERINHOUDEN EN WENKEN (C) Al(NO 3 ) 3 Al 3+ - + 3 NO 3 (dissociatie) Al(H 2 O) 3+ 6 + H 2 O [Al(OH)(H 2 O) 5 ] 2+ + H 3 O zwak zuur (niet te verwaarlozen) NO 3 + H 2 O HNO 3 + OH (zeer zwakke base, te verwaarlozen) Elk zout bevat minstens een zuur (positief ion) en een base (negatief ion). Afhankelijk van het geval is de ph < 7 of ph = 7 of ph > 7 - Zijn beide ionen zwakker dan water, dan is de zoutoplossing neutraal en de ph = 7: bv. NaCl: Na(H 2 O) + 6 K z < 10-14 verwaarloosbaar Cl - K b < 10-14 verwaarloosbaar idem KNO 3 Is alleen het negatieve ion een zwakkere base dan water, dan is de zoutoplossing zuur en kunnen we de ph berekenen zoals voor een zwak zuur (ph < 7). bv. Al(NO 3 ) 3 : Al(H 2 O) 6 3+. idem NH 4 Cl NO 3 - K z > 10-14 zwak zuur K b < 10-14 verwaarloosbaar - Is enkel het positieve ion een zwakker zuur dan water, dan is de zoutoplossing basisch en kunnen we de ph berekenen zoals voor een zwakke base (ph > 7). bv. Na 2 CO 3 : Na(H 2 O) 6 +. idem NaAc CO 3 2- K z < 10-14 verwaarloosbaar K b > 10-14 zwakke base - Is geen van beide ionen zwakker dan water dan wordt met beide evenwichten rekening gehouden (zwak zuur én zwakke
ASO 3e graad pool wetenschappen (BV + SG) 26 DECR. NR. LEERPLANDOELSTELLINGEN DSET 11 99 de werking van zuur-base-indicatoren als toepassing van zuur-baseevenwichten verklaren; ETc 18 100 een buffermengsel definiëren als een mengsel van een zwak zuur en zijn geconjugeerde base; ETc 17 DSET 15 101 de eigenschappen van een buffermengsel verwoorden en de werking ervan uitleggen door middel van een voorbeeld; ETc 19 102 de ph van een buffermengsel berekenen; ETc 17 DSET 15 ETc 18 (B) 103 de ph-verandering berekenen van een buffermengsel waaraan een (kleine) hoeveelheid sterk zuur of sterke base toegevoegd werd; 104 enkele toepassingen van buffermengsels geven; LEERINHOUDEN EN WENKEN base), bv. NH 4 Ac: NH 4 + Ac - K z > 10-14 zwak zuur K b > 10-14 zwakke base - Zouten die dissociëren in een zeer zwak zuur en een amfolytisch anion komen op hetzelfde neer: het amfolytisch anion vervult simultaan de rol van een zwak zuur én een zwakke base, bv. NaHCO 3 : Na(H 2 O) + 6 K z < 10-14 verwaarloosbaar - HCO 3 amfolyt (K z < 10-14 en K b > 10-14 ) 6.6 Zuur-base-indicatoren De experimentele bepaling van de ph van oplossingen in water uitleggen (zuur-base-indicatoren en ph-meter). 6.7 Buffermengsels Mogelijke experimenten: Meten van het verloop van de ph bij toevoeging van een sterk zuur of een sterke base in: - zuiver water; - een bufferoplossing (bv. NaAc + HAc). Contexten: bv. (A) 105 Lp samenstelling en werking van buffers onderzoeken; Leerlingenpracticum 6 ETc 19 DSET 15 DSET 11 106 het ph-verloop tijdens een zuur-basetitratie aangeven; 6.8 Neutralisatiereacties 107 een geschikte zuur-base-indicator voor een titratie kiezen; In het menselijk lichaam zorgen buffers (H 2 CO 3 /HCO 3 -, H 2 PO 4 - /HPO 4 2- ) ervoor dat de ph van het bloed constant wordt gehouden (ph = 7,4). Bij berekeningen van het ph-verloop tijdens titraties kan men zich beperken tot de berekening van de ph bij het startpunt en bij het equivalentiepunt.