Osservare e Sperimentare

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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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;



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



•Bilancia analitica elettronica monopiatto;

•Becher graduato;

•Cilindro graduato;



•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?



Pagina 22




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,



•Bilancia analitica elettronica monopiatto;

•Becher graduato;

•Cilindro graduato;



•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



Pagina 24

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



Pagina 25

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



Pagina 26

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



Pagina 27

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


pH/V



Pagina 28

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



Pagina 29


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



Pagina 30

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



Pagina 31

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



Pagina 32


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



Pagina 33


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



Pagina 34

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



Pagina 35

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



Pagina 36

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


pH/V e 'pH/V



Pagina 37


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



Pagina 38

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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Pagina 40

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



Pagina 42

Bibliografia



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



Pagina 44

Indice analitico



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

Osservare e Sperimentare

Education

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