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Progtto PON C1 Liceo Scientifico Fermi Cosenza
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Osservare e Sperimentare Anno
2009/2010
Liceo Scientifico “E. Fermi” di Cosenza
PON C-1-FSE-2009-221
Anno 2009/2010
Dirigente Scolastico
Prof. Pasquale De Vita
Esperto esterno:
Prof. Andrea Checchetti
Tutor:
Prof.ssa Anna Maria
Aiello
Osservare e Sperimentare
Osservare e Sperimentare Anno 2009/2010
L i c e o S c i e n t i f i c o “ E . F e r m i ” C o s e n z a
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Liceo Scientifico “Enrico Fermi” di Cosenza
PON C-1-FSE-2009-
Dirigente Scolastico Prof. Prof. Pasquale De Vita
Esperto esterno: Prof. Andrea Checchetti
Tutor: Prof.ssa Anna Maria Aiello
I corsisti:
Daniele Crescibene Loredana Aceto
Maria Francesca Curcio Angela Pietrini
Federico Altimari Elena Lucia De Rose
Lidia Fiore Mario Borrelli
Gaia Corraro Jessica Fuorivia
Letizia Corraro Amelia Costabile
Maria Francesca Greco Enrico La Neve
Eva Azzurra Li Trenta Manna Perla
Silvana Piluso
Osservare e Sperimentare
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Introduzione
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Introduzione
La didattica laboratoriale è stata al centro di questo progetto PON rivolto alle classi quarte del Liceo Scientifico “E. Fermi” di Cosenza.
L'insegnamento dell'analisi chimica richiede un’attenta integrazione fra teoria
e pratica. In particolare il progetto è stato impostato in modo da non
appesantire eccessivamente l'aspetto teorico, collegando gli elementi
essenziali della chimica delle soluzioni ai principi generali dell’analisi volumetrica.
Le esercitazioni di laboratorio sono state selezionate e organizzate in modo
da costituire una valida e mutua integrazione con la parte teorica, non
limitandosi a considerarle come momento di verifica sperimentale di quanto
appreso in teoria, ma anche, ove possibile, come strumento base per ricavare
leggi, principi teorici e modelli a partire dall'esperienza. Il progetto ha mirato a stabilire
Il livello delle conoscenze teoriche acquisite e la capacità di
argomentare adeguatamente i temi proposti;
la capacità di costruire diagrammi di Gowin partendo dall'approccio al
problema, per finire con la elaborazione dei dati raccolti e la loro
presentazione, facendo ricorso ad utili schemi a blocchi riferiti al
processo analitico nel suo complesso o anche a parti di esso;
l'acquisizione delle abilità essenziali relative al laboratorio, inteso non
solo come una semplice sequenza di operazioni sostanzialmente
manuali, ma soprattutto come attuazione pratica di capacità progettuali
assistite da un'adeguata autonomia di elaborazione.
Il progetto ha avuto come obiettivo primario l'acquisizione dei principi e
delle abilità operative fondamentali riguardanti i metodi di analisi quantitativa: acidimetria, permanganometria, argentometria.
L’insieme delle principali conoscenze stechiometriche di base e la
padronanza dei concetti relativi ha permesso di gestire l’aspetto teorico delle
metodiche analitiche quantitative scelte. In ogni caso è stato affrontato il tema
certamente complesso dell’equilibrio chimico selezionando a questo
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proposito le tre classi di reazioni più comuni trattate in un corso di Chimica
generale:
1. Le reazioni acido-base
2. Le reazioni di precipitazione 3. Le reazioni redox
Per la valutazione dei risultati raggiunti dagli studenti è opportuno richiamare l’articolazione delle conoscenze trattate:
1. Stechiometria elementare
2. Operazioni di base dell’analisi chimica
Teoria elementare della misura ed elaborazione dati
Misura di massa
Misura di volume
Campionamento e preparazione del campione
3. Metodi classici dell’analisi chimica
Analisi gravimetrica
Analisi volumetrica
Titolazioni acido-base
Titolazioni di precipitazione Titolazioni redox
Infine è importante ricordare che le attività di laboratorio sono state valutate relativamente a:
1. Conoscenze di base dei principi analitici e dei relativi calcoli
stechiometrici
2. Capacità organizzativa dei corsisti nel progettare e realizzare un’analisi
3. Capacità di registrare i dati sperimentali ottenuti dall’esperimento 4. Validità dei risultati ottenuti
L’obiettivo finale richiesto è stato quello di realizzare dei diagrammi di Gowin per ognuna delle esperienze di laboratorio.
L’insieme delle prove ha stimolato l’interesse e la partecipazione degli
studenti trattando argomenti che possono considerarsi sicuramente un
approfondimento dei contenuti curriculari, ma allo stesso tempo
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l’indispensabile legame per avviare un confronto con situazioni reali,
ampliando così il loro orizzonte culturale.
Il livello di conoscenze, competenze e abilità, acquisite dai corsisti, è stato
monitorato attraverso un testo d’ingresso, una prova in itinere e una prova
finale, gli esiti della quale hanno evidenziato il rafforzamento delle abilità, il
conseguimento dei saperi e le competenze previste. I corsisti si sono mostrati
soddisfatti dell’esperienza maturata durante il corso, partecipando al dialogo
educativo, e, opportunamente guidati, realizzando tutta la serie di
esperimenti proposti per ogni tematica.
Per la realizzazione del progetto sono state utilizzate le seguenti metodologie:
- presentazione dell’attività laboratoriale
- cooperative learning - problem solving
Sono stati raggiunti i seguenti risultati:
Conoscenza delle specifiche procedure di laboratorio
Consapevolezza dei propri punti di forza e di debolezza Capacità di gestire le relazioni di gruppo
Si ringrazia la Scuola, il Dirigente Scolastico, prof. Pasquale Vita, il tutor, la
prof.ssa Annamaria Aiello, per la collaborazione mostrata per tutta la durata
del corso.
Cosenza 19/06/2010 Prof. Andrea Checchetti
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Il Progetto
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Analisi Chimica di base
Competenze
Conoscere la legge della conservazione della massa
Conoscere gli acidi e le basi
Conoscere gli ossidanti e i riducenti
Conoscere la solubilità
Conoscere le definizioni delle concentrazioni
Comprendere quando avviene una reazione chimica mediante la
formazione di un solido, il cambio di colore, un’effervescenza, un
aumento o diminuzione della temperatura Conoscere l’equilibrio chimico
Attività di laboratorio
1. Stechiometria elementare
Rapporti stechiometrici in una reazione, quantità di reazioni e suo
uso nel definire le quantità di reagenti e prodotti di una reazione,
reagenti in eccesso e in difetto
Espressioni delle concentrazione di una soluzione
Mescolamento di soluzioni e variazioni di concentrazioni
2. Preparazione di soluzioni
Preparazione di una soluzione di un solido a titolo approssimato
Preparazione di una soluzione standard
Preparazione di una soluzione per diluizione
3. Comportamento degli indicatori acido base
Preparazione di soluzione di indicatori
Studio del comportamento di alcuni indicatori
Conoscere le caratteristiche e le modalità d’uso degli indicatori
acido-base
Saper scegliere l’indicatore adatto a una data titolazione
4. Titolazioni di soluzioni acide
Condizioni necessarie per condurre una titolazione acido-base
Curve di titolazioni
Determinazione di una curva di titolazione acido forte-base forte.
Determinazione del grado di acidità di un aceto commerciale
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Determinazione del grado di acidità di un succo di limone
commerciale
Determinazione dei punti di viraggio dell’acido fosforico presente
nella pepsi-cola
5. Titolazione redox
Permanganometria
Determinazione del titolo dell’acqua ossigenata
6. Titolazioni di precipitazione
Argentometria
Metodo di Mohr: determinazione dei cloruri in soluzioni neutre
7. Determinazione del punto di equivalenza
Metodi di interpolazione grafica
Metodo delle tangenti parallele
Metodo dei prolungamenti
Metodi matematici
Metodo della derivata prima Metodo della derivata seconda
Fasi del progetto:
1. Presentazione del progetto e somministrazione di un test d’ingresso
2. Discussione guidata sugli argomenti scelti per il corso
3. Attività laboratoriale
4. Analisi delle prove effettuate e raccolta dei dati 5. Verifica finale
Metodologie:
1. Presentazione dell’attività laboratoriale
2. Cooperative learning 3. Problem solving
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La didattica
laboratoriale
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E’ facilmente constatabile che nelle scuole del nostro territorio non ci sia una
concreta pratica di laboratorio che consenta agli studenti di essere
protagonisti attivi del loro saper fare. Allo stesso tempo l’insegnamento-
apprendimento delle scienze ha sicuramente toccato un punto molto basso
della scala dei valori della scuola. Al di là delle carenze di risorse, è
l’organizzazione complessiva del sistema scolastico in quanto a spazi, tempi e
preparazione degli insegnanti che andrebbe rivista e riformata.
I risultati degli ultimi rapporti OCSE-PISA dei nostri studenti dimostrano
quanto i modelli di trasmissione del sapere scientifico non siano più
sufficienti e quanto sia impellente mettere in campo nuove pratiche, nuovi
modelli, nuovi curricoli della conoscenza scientifica e tecnologica a partire dalla scuola dell’obbligo.
La messa in opera di questo progetto PON del Liceo Scientifico “Enrico
Fermi” di Cosenza ha centrato una serie di obiettivi fondamentali per
stimolare il rapporto che ogni studente instaura con il sapere scientifico al
fine di valorizzare il laboratorio come il luogo senza il quale non c’è
apprendimento, lo spazio nel quale lo studente è in grado di scoprire e costruire la propria visione del mondo e della realtà che lo circonda.
In questa direzione si è cercato nell’ambito del progetto di far incontrare due
visioni di concepire il laboratorio: da un lato come spazio-tempo di verifica
delle leggi, officina per acquisire abilità del misurare e dall’altro come terreno
fertile per sviluppare un pensiero critico, capace di fondere le abilità manuali
con quelle mentali per creare le giuste sinergie tra il pensare e l’agire, in
modo da condividere teorie e concetti con l’elaborazione e il procedere sperimentale.
La didattica laboratoriale costituisce dunque uno strumento di forte
innovazione che il Piano ISS ha introdotto nella filiera formativa che va dalla scuola primaria alla scuola secondaria di secondo grado.
Utilizzare la didattica laboratoriale significa guidare processi di auto-
apprendimento quali l’analisi, l’osservazione, il confronto, la ricerca di
diversi itinerari possibili nella soluzione di un problema che consentono così
agli studenti di diventare i protagonisti, attori di un processo in cui
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acquisiscono competenze. In quest’ottica l’attività di laboratorio promuove la
discussione, la riflessione, il ragionamento.
Scienze e laboratorio dunque come momento d’incontro per apprendere insieme le strategie necessarie, gli strumenti utili per risolvere un problema.
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I diagrammi di
Gowin
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DIAGRAMMA DI GOWIN
Il metodo del diagramma di Gowin è uno strumento didattico elaborato in
ambito cognitivista, allo scopo di favorire l’apprendimento e di consentire
una verifica dei livelli di comprensione e di rielaborazione raggiunti dallo
studente. Come tutte le metodologie di ispirazione cognitivista, non si tratta
di un procedimento meccanico e chiuso; esso però risulta realmente efficace
soltanto se inserito in uno stile di lavoro che privilegi la rielaborazione attiva
da parte dello studente. Gli studenti apprendono rielaborando informazioni e
conoscenze con la tecnica del problem solving. Posti di fronte al problema,
cercano di utilizzare le conoscenze in loro possesso per risolverlo. Il problema
può essere di diversi tipi: dimostrare un teorema, comprendere una lezione,
produrre un testo, eseguire un’esercitazione di laboratorio .... . In ogni caso, si
assiste ad un tentativo di rielaborazione della conoscenza condotto attraverso
strategie conosciute e il docente non ha la funzione di generatore di
apprendimento, ma sempre quella di facilitatore.
L'apprendimento è dunque, in una prospettiva cognitivista, un processo
costruttivo durante il quale lo studente assimila nuovi "materiali cognitivi" ,
familiarizza con essi e procede a ristrutturare in modo più o meno
approfondito il proprio sistema cognitivo. Lo studente viene inoltre aiutato
dal docente ad osservare e a controllare le proprie modalità di
apprendimento, confrontandole con quelle di altri e localizzando i punti
deboli nel complesso di strategie a sua disposizione. Da ciò ha origine un
lavoro che conduce assai spesso a sensibili miglioramenti nelle prestazioni
cognitive, e sempre ad una migliore consapevolezza di sé. Il docente viene
percepito non tanto come un dispensatore di conoscenze da replicare
meccanicamente, ma come un collaboratore nel processo di rielaborazione
cognitiva.
Sono molteplici i modi attraverso i quali il docente può stimolare la
rielaborazione personale, "attiva", da parte dello studente. Il principio è
sempre lo stesso: un problema, di qualsiasi natura, non è un abisso che il
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docente debba affrettarsi a colmare, ma una risorsa da utilizzare per
l'apprendimento. Questo vale anche per i problemi più semplici e
all'apparenza più banali.
In generale, lo studente si abitui a non vedere nell'insegnante il solutore dei
suoi problemi, ma il collaboratore alla ricerca della soluzione. Lo spiegare e
rispiegare, in termini sempre più "semplici", gli stessi concetti, fa
dell'insegnante un protagonista infelice, che finisce per seguire la strada più
lunga e meno produttiva – alla fine, in qualche modo, lo studente dovrà pure
arrivare alla comprensione da sé. Occorre rovesciare l'atteggiamento di attesa
passiva e promuovere (con fiducia, mai in maniera aggressiva) l’elaborazione
personale. Dunque: fare molte domande, far sentire gli studenti
continuamente interpellati; fermarsi a metà di un'argomentazione e fare
trarre agli studenti le conclusioni; fare rielaborare dagli studenti paragrafi o
lezioni frontali, mediante l'uso, p.es. di mappe concettuali; fare analizzare
casi concreti con l’uso dei diagrammi di Gowin.
Il diagramma di Gowin è stato proposto, negli USA negli anni 80, per aiutare
a riflettere su come si impara e su come si costruisce la scienza ed è stato
generalizzato ad altri campi e a tutti i livelli scolastici. Si tratta di uno
strumento utile per capire la struttura della conoscenza e il processo della sua
costruzione.
”Il lato sinistro del diagramma è quello del’elaborazione del pensiero e il lato
destro è quello della programmazione dell’azione. La V segnala, con la sua
forma a punta, gli eventi o gli oggetti che stanno alla radice di tutta la
produzione del sapere ed è fondamentale che gli studenti abbiano ben chiaro
su che cosa stanno sperimentando. Il diagramma costringe in qualche modo
a riconoscere l’effetto reciproco tra il sapere disciplinare costruito attraverso il
tempo e la conoscenza che quella specifica indagine, in quel momento e in
quella situazione, permette di costruire.”
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Teoria
I principi generali che guidano
l’indagine e spiegano perché
gli eventi o gli oggetti
manifestano ciò che è
osservato
Asserzioni di conoscenza
Sono le risposte alle domande
focali e rappresentano delle
interpretazioni logiche delle
registrazioni e
dell’elaborazioni dei dati da esse ricavati
Domanda focale
Domande che servono a far
convergere l’indagine sugli eventi o gli oggetti studiati
Elaborazione
Tabelle, grafici, mappe concettuali,
statistiche e altre forme di organizzazione delle registrazioni
Progettazione dell’esperimento
Descrizione del materiale necessario durante la
sperimentazione e delle modalità di esecuzione
Concetti
Sono le rappresentazioni degli
eventi definiti con parole chiave
Principi
Affermazioni di relazioni
tra concetti che spiegano
come si può prevedere che
appaiano o si comportino gli eventi o gli oggetti
DIAGRAMMA A V
(Scoprire la struttura e il significato della conoscenza)
VERSANTE CONCETTUALE VERSANTE METODOLOGICO
(Pensiero) (Azione)
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CHE COSA È
Il diagramma a V è uno strumento euristico. E' stato concepito per aiutare
studenti ed insegnanti a chiarire a se stessi la natura e lo scopo delle attività
sviluppate.
A CHE COSA SERVE
Per chi impara:
visualizzare i nessi tra la fase sperimentale della ricerca e la fase
analitico-cognitiva
visualizzare la natura dei concetti
esplicitare le relazioni tra essi
rappresentare graficamente le conoscenze.
favorisce quindi la metacognizione.
Per chi insegna:
valutare il livello di concettualizzazione
far emergere la struttura cognitiva di costruzione della conoscenza.
Il diagramma ha l'obiettivo di mettere in relazione le teorie generali con il
percorso sperimentale che si sta attuando.
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COME SI USA
Gowin prevedeva 5 domande di base per la costruzione del diagramma:
1. qual è la domanda di partenza
2. quali sono i concetti chiave
3. quali metodi si utilizzano per cercare la risposta
4. quali sono le asserzioni di conoscenza a cui si arriva
5. quali sono le asserzioni di valore
Dopo aver definito eventi e domande, si inizia dal lato destro in basso della V
procedendo nel verso della freccia riportata in figura.
1. Vengono definiti gli eventi (qualunque cosa accade o possa esser fatta
accadere), e gli oggetti (qualunque cosa sia possibile osservare) da
osservare e si trascrivono sul vertice della V
2. Si individua la domanda focale che contiene la tesi da dimostrare o
l’ipotesi da verificare; si introduce l'idea della registrazione dei dati
3. Si procede alla raccolta dei dati relativi all’evento prodotto e/o
osservato; in questa fase avviene la sola trascrizione delle informazioni
quanti-qualitative rilevate
4. definire i concetti (una "regolarità", un insieme di caratteristiche
costanti riscontrata negli eventi o negli oggetti e designata con un
nome)
5. si elaborano i dati operando confronti , individuando costanti e
variabili, e ogni altra operazione che sia connessa con la domanda
focale
6. dai risultati delle elaborazioni si formulano le asserzioni di conoscenza
(le risposte alle domande da cui siamo partiti)
7. vengono riportati i concetti incontrati durante tutto la fase sperimentale
8. si passa all’inserimento dei principi (le relazioni di significato tra due o
più concetti che guidano la nostra comprensione di ciò che accade negli
eventi studiati) e teorie (relazioni tra concetti che organizzano i concetti
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ed i principi in modo da descrivere i fenomeni e le asserzioni di
conoscenza). I principi ci dicono il come e le teorie il perché
9. si inseriscono infine le asserzioni di valore che conducono alla
esplicitazione delle visioni del mondo, la filosofia di riferimento che orienta la ricerca della risposta alla domanda.
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Preparazione delle soluzioni (1)
Asserzione di conoscenza
Una soluzione si prepara attraverso una miscelazione omogenea delle sostanze desiderate, presenti, dunque, in un’unica fase.
Elaborazione
l'HCl concentrato puro per analisi, è commercializzato sotto forma di soluzione acquosa, sulla bottiglia del reattivo sono riportati la percentuale in peso (37%) e la densita (1,185 g/ml), quindi la sua molarità sarà
M=% d 1000/PM= 12.04
Il volume di HCl concentrato da prelevare e diluire al volume desiderato (700 ml) si calcola con la formula
Ciniziale x Viniziale = Cfinale x Vfinale
V= 700 x 0.1/12.04= 5.8 ml
A questo volume si aggiunge a acqua fino ad arrivare al volume finale di 700 ml
Materiali
•HCl;
•Acqua distillata;
•Vetrino da orologio;
•Becher graduato;
•Cilindro graduato,
•Piastra agitante;
•Ancoretta magnetica;
•Pallone ;
•Parafilm;
Procedimento soluzione di HCl per diluizione HCl - 12,04M Prelievo 5,83 ml Concentrazione finale 0,1M•Ricavare, da i dati di densità e percentuale in peso, della soluzione iniziale, la concentrazione della soluzione più concentrata;•Prelevare il volume di soluzione concentrata •Aggiungere alla soluzione il solvente sino a portare il volume iniziale a quello finale ottenuto.
Concetti•Titolo: esprime la concentrazione in una soluzione•Soluzione per diluizione: è una soluzione che si ottiene a partire da una più concentrata dello stesso composto preso in esame
TeoriaNel caso in cui due sostanzesi mescolano tra di lorodistinguiamo, dal punto divista chimico il soluto e ilsolvente. Il soluto è presentein quantità minore rispetto alsolvente e si definisceconcentrazione la quantità disoluto presente in un volumedi soluzione
Come si preparano le soluzioni per diluizione?
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Preparazione delle soluzioni (2)
Procedimento soluzione a titolo approssimato, NaOH - 0,1 M -700 ml1. Calcolare la quantità di
composto da prelevare mediante adeguate formule;
2. Misurare la quantità di composto, posto su un vetrino da orologio, mediante una bilancia analitica elettronica monopiatto;
3. Trasferire l’esatto quantitativo di composto in un becher graduato;
4. Misurare il volume indicato del solvente in un cilindro graduato;
Asserzione di conoscenza
Una soluzione si prepara attraverso una miscelazione omogenea delle sostanze desiderate, presenti, dunque, in un’unica fase.
Elaborazione
Molarità (M) = n.moli(soluto) / n.litri(soluzione)
n.moli = C x V = 0,1 M x 0,7 l = 0,07 mol
n.moli = massa(g) / Mmolare
massa(g) = n.moli x Mmolare = 0,07 mol x 40 g/mol = 2,8 g
Materiali
•NaOH
•Acqua distillata;
•Vetrino da orologio;
•Bilancia analitica elettronica monopiatto;
•Becher graduato;
•Cilindro graduato;
•Piastra agitante;
•Ancoretta magnetica;
•Pallone ;
•Parafilm;
5. Trasferire lo stesso nel becher contenente il composto (soluto);
6. Miscelare soluto e solvente, sino a ottenere una soluzione omogenea in un’unica fase, utilizzando una spatola o una piastra agitante con la rispettiva ancoretta magnetica;
7. Travasare la soluzione ottenuta dal becher in un pallone;
Concetti•Titolo: detto anche concentrazione, in una soluzione, esprime in maniera rigorosa in che rapporto quantitativo stanno tra loro soluto e solvente;•Soluzione a titolo approssimato: soluzione di cui non si conosce precisamente la concentrazione. Per ricavare la sua concentrazione effettiva si dovrà, quindi, procedere alla titolazione, con una soluzione standard;
TeoriaNel caso in cui due sostanze simescolano tra di lorodistinguiamo, dal punto di vistachimico il soluto e il solvente.Il soluto è presente in quantitàminore rispetto al solvente e sidefinisce concentrazione laquantità di soluto presente inun volume di soluzione
Come si preparano le soluzioni a
titolo approssimato?
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Preparazione delle soluzioni (3)
Asserzione di conoscenza
Una soluzione si prepara attraverso una miscelazione omogenea delle sostanze desiderate, presenti, dunque, in un’unica fase.
Elaborazione
Molarità (M) = n.moli(soluto) / n.litri(soluzione)
n.moli = 0,1 M x 0,5 l = 0,05 mol
n.moli = massa(g) / Mmolare
massa(g) = 0,05 mol x 106 g/mol = 5,3 g
Materiali
•Na2CO3,
•Acqua distillata;
•Vetrino da orologio;
•Bilancia analitica elettronica monopiatto;
•Becher graduato;
•Cilindro graduato;
•Piastra agitante;
•Ancoretta magnetica;
•Pallone ;
•Parafilm;
Procedimento soluzione a titolo standard, Na2CO3 -0,1 M - 500 ml•Il procedimento è uguale a quello di una soluzione a titolo approssimato.
Concetti•Titolo: detto anche concentrazione, in una soluzione, esprime in maniera rigorosa in che rapporto quantitativo stanno tra loro soluto e solvente;•Soluzione standard: soluzione avente un titolo ben definito, che consente, quindi, di titolarne un’altra. La qualifica di “standard” dipende esclusivamente dalla natura chimica e dalle caratteristiche del composto preso in esame.
TeoriaNel caso in cui due sostanze si mescolano tra di loro distinguiamo, dal punto di vista chimico il soluto e il solvente. Il soluto è presente in quantità minore rispetto al solvente e si definisce concentrazione la quantità di soluto presente in un volume di soluzione
Come si preparano le
soluzioni standard?
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V (ml) pH pH/V 'pH/V
0 12,06 -0,060 -0,02922
1 12,00 -0,089 -0,00889
2 11,91 -0,098 0
3 11,81 -0,098 0
4 11,71 -0,098 0
5 11,62 -0,098 -0,02023
6 11,52 -0,118 -0,03166
7 11,40 -0,150 0,03
8 11,25 -0,120 -0,01
9 11,13 -0,130 -0,17
10 11,00 -0,300 -4,4
10,5 10,85 -2,500 -6
11 9,60 -5,500 -10
11,1 9,05 -6,500 -15
11,2 8,40 -8,000 -38
11,3 7,60 -11,800 -6
11,35 7,01 -12,100 57,6666667
11,45 5,80 -6,333 13,8888889
11,6 4,85 -4,250 11,25
11,8 4,00 -2,000 7,75
12 3,60 -0,450 0,25
13 3,15 -0,200 0,03333333
14 2,95 -0,167 0,07777778
15,5 2,70 -0,050 4,4409E-16
16,5 2,65 -0,050 0,01153846
17,5 2,60 -0,038 0,13392295
18,8 2,55 0,136 0,0072148
Tabella 1. Valori del volume di titolante, del pH e del rapporto incrementale
pH/V e 'pH/V
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Fig.1 Andamento del pH al variare del volume di titolante H+ aggiunto
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
11,00
12,00
13,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
pH
V acido forte
titolazione base forte acido forte
titolazione base forte acido forte
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Fig.2 Andamento del rapporto incrementale pH/V in funzione del volume di titolante aggiunto
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
D'pH/DV
V (ml)
Derivata seconda Derivata
seconda
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Determinazione del grado di acidità di un aceto commerciale
Asserzione di conoscenzaL’acidità totale dell’aceto è determinata mediante titolazione con NaOH. Si tratta di una titolazione acido debole-base forte per cui il pH al punto di equivalenza è debolmente basico. Per cogliere il punto di equivalenza è stata scelta la fenolftaleina come indicatore
TeoriaPer legge l’acidità dell’aceto commerciale (costituita essenzialmente da acido acetico, ma anche in piccola parte sa altri acidi come l’acido tartarico) non deve essere inferiore al 6% (p/V) espressa come se fosse dovuta esclusivamente all’acido acetico. Ciò corrisponde in pratica a 60 g/L di CH3COOH
Procedimento•Calcolare il volume di aceto che occorre prelevare per una singola determinazione in base ai dati riportati sull’etichetta del prodotto da analizzare e alla concentrazione del titolante•Predisporre la buretta con la soluzione di NaOH•Prelevare il volume da aceto , trasferirlo in una beuta ed eventualmente diluirlo•Aggiungere la fenolftaleina come indicatore•Titolare fino al viraggio•Ripetere la titolazione almeno tre volte
Materiali e sostanze•Soluzione di NaOH 0.1 M a titolo noto•Soluzione di fenolftaleina•acqua
Strumenti•Buretta da 25 ml•Beuta da 250 ml•Pipetta graduata da 10 ml•Bacchetta di vetro
ElaborazioneCostruzione della curva di titolazione (in allegato tabella e grafico)
V (ml) pH ph/V
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0 3,21 0,26
1 3,47 0,19
3,3 3,9 0,2
4,1 4,06 0,1
5 4,15 0,1
6 4,25 0,1
7 4,35 0,1
8 4,45 0,07
9 4,52 0,07
10 4,59 0,06
11 4,65 0,09
12 4,74 0,07
13 4,81 0,08
15 4,97 0,09
16 5,06 0,08
17 5,14 0,09 18 5,23 0,11
19 5,34 0,13 20 5,47 0,16
21 5,63 0,22
22 5,85 0,37 23 6,22 0,98
23,5 6,71 2,86
24 8,14 4,1 24,1 8,55 6,7
24,2 9,22 1,69 25 10,57 0,48 26 11,05 0,2
27 11,25 0,13
28 11,38 0,09
29 11,47 0,12
30 11,59 0,39
Tabella 2. Valori del volume di titolante, del pH e del rapporto incrementale
pH/V
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Fig.3 Andamento del pH al variare del volume di titolante OH- aggiunto
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30 35
pH
V (ml)
Titolazione aceto commerciale
Titolazione aceto commerciale
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Fig.4 Andamento del rapporto incrementale pH/V in funzione del volume di titolante aggiunto
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
pH/V
V (ml)
Metodo della derivata prima
Metodo della derivata prima
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Come si determina il
grado di acidità del succo di limone Selex
Materiali•Succo di limone Selex;•Pipetta graduata;•Becher graduato;•Acqua distillata;•Fenolftaleina;•Pipetta Pasteur;•Sostegno con pinza per buretta;•Buretta;•NaOH a titolo noto;•Piastra agitante;•Ancoretta magnetica
Procedimento•Raccogliere 2 ml di succo di limone in un becher;•Diluirlo a 100 ml con acqua distillata;•Aggiungere 3-4 gocce di fenolftaleina;•Inserire l’ancoretta magnetica nel becher, posto sulla piastra agitante;•Sistemare la buretta sul sostegno;•Riempirla con 30 ml di NaOH a titolo di 0,107M;•Porre la piastra in corrispondenza della buretta e procedere con l’erogazione di NaOH sino al punto di viraggio della fenolftaleina;•Leggere sulla buretta quanti ml di NaOH sono stati necessari.
Dati emersiIl viraggio della fenolftaleina (dall’incolore al rosato) indicail termine della titolazione del succo di limone. In particolare, riportando su un grafico le variazioni del pH in funzione del volume V di NaOH utilizzato, si osserva che, in prossimità del punto di equivalenza si ha una forte variazione di pH per piccole aggiunte di titolante.
Elaborazione datiV impiegato di NaOH = 15 ml = 0,015 lMolarità (M) NaOH = n°moli (soluto) /V(soluzione) = 0,107 Mn°mol NaOH = M x V = 0,107 M x 0, 015 l = 1,62 x 10-3 molDal rapporto stechiometrico della reazione ad ogni mol di acido citrico ne corrispondono 3 di NaOHn°mol C6H8O7 = n°mol NaOH / 3 = 5,4 x 10-4 moln°mol C6H8O7 : V(ml) C6H8O7 prelevati = [C6H8O7] in 1 l : 1000ml[C6H8O7] in 1 l = (5,4 x 10-4 mol x 1000 ml) / 2 ml=0,27MPMC6H8O7 = 192, 13 g/molg C6H8O7 / 1 l = M x PM= 0,27 mol/l x 192,13 g/mol = 51,9 g/lgrado di acidità = 51,9 g/l / 10 = 5,19 %Valore etichetta 5%
Asserzioni di conoscenzaIl gradi di acidità si ottiene mediante titolazione del succo di limone con una base forte
Concetti•Grado di acidità: g C6H8O7
contenuti in 100 ml di succo di limone;•Indicatore: sostanza che ha la proprietà di cambiare colore in funzione del pH della soluzione in cui si trova;•Viraggio: cambiamento di colore dell’indicatore;•Titolazione: metodica con cui ottenere la concentrazione di una soluzione a partire da un’altra a titolo noto.
Teoria e principiLa variazione del pH induce l’indicatore a virare. Ciò segnala il termine della reazione. Posto che, per la stechiometria della reazione , il n°mol di NaOH è 3 volte quello di C6H8O7, è possibile ricavare, note le mol di NaOH, il grado di acidità del succo di limone in esame.
Titolazione acido debole base forte
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V (ml) pH pH/V
0 3,12 0,169
1,6 3,39 0,256
2,5 3,62 0,230
3,5 3,85 0,200
4,5 4,05 0,200
5,5 4,25 0,250
6,5 4,5 0,280
7,5 4,78 0,300
7,9 4,9 0,333
8,2 5 0,350
9 5,28 0,350
10 5,63 0,278
10,9 5,88 0,333
11,5 6,08 0,520
12 6,34 0,628
12,5 6,654 0,820
12,8 6,9 1,250
13 7,15 2,000
13,2 7,55 1,567
13,5 8,02 1,267
13,8 8,4 1,100
14 8,62 0,900
14,2 8,8 0,767
14,5 9,03 0,580
15 9,32 0,280
16 9,6 0,150
17 9,75 0,250
18 10 0,200
19 10,2 0,182
20,1 10,4 0,200
20,2 10,42
Tab. 3 Valori del volume di titolante, del pH e del rapporto incrementale
pH/V
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Fig.4 Andamento del pH al variare del volume di titolante OH- aggiunto
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
pH
V (ml) titolante aggiunto
titolazione succo di limone titolazione
succo di limone
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Fig.5 Andamento del rapporto incrementale pH/V in funzione del volume di titolante aggiunto
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Derivata prima Derivata
prima
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Titolazione dell’acido fosforico presentenella Pepsi-Cola
Come si determinano
i punti di viraggio di
H₃PO₄?
Teorie:Acidi e basi di Bronsted e LoewryReazioni di neutralizzazione
Procedimento:Si versano nel becher 100 ml di pepsi cola e si agita il tutto per eliminare la CO₂ contenuta. Si riempie la buretta con 30 ml di NaOH 0,1 M. Sotto la buretta si dispone il becher posto su un agitatore magnetico,si insersce la sonda per la lettura del pH e, poco alla volta si fanno scendere 0,5 ml di NaOH
Asserzioni di conoscenza:Poiche non vengono usati indicatori per individuare i punti di viraggio perché la pepsi è scura si monitorizza la titolazione mediante un pHmetro digitale .Si utilizzano i metodi relativi alla derivata prima e seconda per determinare il volume di titolante ai punti di viraggio
Elaborazione datiDeterminazione dell’acido fosforico nella pepsi-cola: H₃PO₄ + H₂O <=> H₂PO₄⁻ + H₃O⁺H₂PO₄⁻ + H₂O <=> HPO₄²⁻ + H₃O⁺HPO₄²⁻ + H₂O PO₄³⁻ + H₃O⁺Si riportano la curva di titolazione e l’andamento del DpH /DV vs Vtit. aggiunto in allegatoTitolazione : n.moli acido = n.moli baseSoluzioni tampone :*H₃O⁺+= Ka.Ca⁄Cs
*OH⁻+= Kb. Cb⁄CsIdrolisi salina : *H₃O⁺+=√Kw⁄Kb.Cs
*OH⁻+=√Kw/Ka.CspH di un acido parzialmente ionizzato:
*H₃O⁺+=√Ka.Ca
Principi:-Non vengono usati indicatori di viraggio perché la pepsi è scura-Si usa il pHmetro digitale per individuare le variazioni di pH-L’acido fosforico presenta 3 valori per le costanti di dissociazione K₁, K₂, K₃
Concetti:Concentrazione di una soluzioneAcido poliproticoTitolantePunto di equivalenza
Materiali:buretta da 30mlbecher da 200mlsupporto per burettaagitatore magnetico, pHmetro, 100ml pepsi-cola, 50ml NaOH 0.1, due buffer con pH = 4 e pH = 7 per tarare il pHmetro
V (ml) pH dpH/dV d'pH/dV
0 2,84 0,02 0,04
0,5 2,85 0,04 -0,04
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1 2,87 0,02 0,08
1,5 2,88 0,06 0,08
2 2,91 0,1 0 2,5 2,96 0,1 0,12
3 3,01 0,16 0,32 3,5 3,09 0,32 0,32
4 3,25 0,48 1,48 4,5 3,49 1,22 0,48
5 4,1 1,46 -1,28
5,5 4,83 0,82 -1,02 6 5,24 0,31 -0,01
7 5,55 0,3 8,882E-16 8 5,85 0,3 0
8,5 6 0,3 -0,2 9 6,15 0,2 0
9,5 6,25 0,2 3,553E-15
10 6,35 0,2 0,12 10,5 6,45 0,26 -0,12
11 6,58 0,2 3,553E-15 11,5 6,68 0,2 -0,04
12 6,78 0,18 -0,04 12,5 6,87 0,16 0,08
13 6,95 0,2 0,08
13,5 7,05 0,24 0,04 14 7,17 0,26 -0,04
14,5 7,3 0,24 0,12 15 7,42 0,3 0,56
15,5 7,57 0,58 0,3 16 7,89 0,73 0,22
16,5 8,2 0,84 -0,64
17 8,62 0,52 -0,24 17,5 8,88 0,4 -0,08
18 9,08 0,36 -0,36 18,5 9,26 0,18 0,04
19 9,35 0,2 7,105E-15 19,5 9,45 0,2 -0,2
20 9,55 0,1 -0,04
20,5 9,6 0,08 0,16 21 9,64 0,16 -0,12
21,5 9,72 0,1 7,105E-15 22 9,77 0,1 0,08
22,5 9,82 0,14 -0,12 23 9,89 0,08 -0,04
23,5 9,93 0,06 0,04
24 9,96 0,08 -0,04 24,5 10 0,06 0,04
25 10,03 0,08 -0,04 25,5 10,07 0,06 0,04
26 10,1 0,08 -0,08 26,5 10,14 0,04 0,08
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27 10,16 0,08 -0,08
27,5 10,2 0,04 -7,105E-15
28 10,22 0,04 0,04 28,5 10,24 0,06 -0,04
29 10,27 0,04 -0,04 29,5 10,29 0,02 0,6466667
30 10,3 0,3433333 0,0114444
Tabella 4. Valori del volume di titolante, del pH e del rapporto incrementale
pH/V e 'pH/V
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Fig.6 Andamento del pH al variare del volume di titolante OH- aggiunto
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
pH
V (ml) titolante
curva pepsi curva pepsi
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Fig.7 Andamento del rapporto incrementale pH/V in funzione del volume
di titolante aggiunto
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
0 5 10 15 20 25 30 35
DpH/DV
V (ml) di titolante
derivata prima derivat…
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Fig. 8 Andamento del pAg+ in funzione del volume di titolante in prossimità
del punto finale della titolazione
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Determinazione del titolo dell’acqua ossigenata
Asserzioni di conoscenzaLa concentrazione di unasoluzione di H2O2 è determinataper mezzo di una titolazione conKMnO4 secondo la seguentereazione:2MnO4
- + 5H2O2 +6 H+ ---> 2Mn+2 + 5O2 +8 H2O
TeoriaL’acqua ossigenata operossido di idrogeno èpresente in commercio insoluzione acquose con untitolo ovvero unaconcentrazione espressocome % p/V di H2O2 , oppurecome volume di O2 (misuratoa condizioni normale)ottenuto da un volumeunitario di soluzione inseguito alla decomposizionedel perossido
ElaborazioneCalcolare la media degliequivalenti di acqua ossigenatacorrispondenti a 1 ml dellasoluzione commerciale•Esprimere la concentrazione in%p/V, confrontando il risultatocon il valore riportatosull’etichetta.
Procedimento•Prelevare con la pipetta 10 ml di acqua ossigenata commerciale e portarli a volume in un matraccio di 250 ml•Predisporre la buretta con la soluzione di permanganato•Prelevare 25 ml di soluzione diluita e aggiungere 20 ml di soluzione di acido solforico misurati con il cilindro•Titolare fino a colorazione rosa persistente•Effettuare più titolazione ripetendo il procedimento descritto
Materiali e sostanze•Soluzioni di KMnO4 0.1 M a titolo noto•Soluzione di H2SO4 0.1 M•Acqua di grado analitico
Strumenti di lavoro•Pipette tarate da 10 e 20 ml•Beuta da 250•Buretta in vetro scuro da 25 ml•Matraccio da 250 ml•Cilindro graduato
Come sideterminail titolodell’acquaossigenata
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Bibliografia
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Pagina 43
1. Ausubel D., Educazione e processi cognitivi, FrancoAngeli, Milano 1995
2. Comoglio M., Cardoso M. A., Insegnare e apprendere in gruppo: il cooperative
learning, Roma, LAS, 1996
4. Frabboni F., Il Laboratorio, Laterza, Bari 2004
5. Guastavigna M., Graficamente, Carocci, Roma, 2007
6. Roletto E., La scuola dell’apprendimento, Trento, Erikson, 2005
7. Rubino C., Venzaghi I., Cozzi R., Stechio &Lab, Le basi dell’analisi chimica,
Zanichelli Editore, Bologna 2001
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Indice analitico
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Pagina 45
Introduzione pag. 3
Il progetto pag. 7
La didattica laboratoriale pag. 10
I diagrammi di Gowin pag. 13
Bibliografia pag. 42
Indice analitico pag. 44