Stanovení a zkoumání změny pH roztoků pomocí PhET simulace
Odborný článek
Digitalizace ve vzdělávání
Stanovení a zkoumání změny pH roztoků pomocí PhET simulace
3,5 (2 hodnocení)
V aktivitě žáci využívají interaktivní PhET simulaci ke stanovení pH vybraných roztoků ze života a praxe, k bezpečnému experimentování se záměrem zkoumat možný vliv objemu či koncentrace roztoku na změnu pH. Data zaznamenávají a ukládají v digitálním prostředí pro další využití.
Cíl výuky
Žák/yně
využívá PhET simulaci k modelování a poznávací činnosti o pH roztoků,
aktivně nastavuje ovládací objekty simulace podle pokynů,
na základě svých teoretických odhadů a předpokladů experimentuje s nastavením ovládacích objektů tak, aby dosáhl/a požadované vlastnosti roztoku,
zjištěná data zaznamená do tabulky programu MS Excel a uloží pro další využití,
využívá nástroje programu MS Excel k efektivnímu seřazení podle velikosti číselných hodnot pH,
vytváří hypotézy a diskutuje o závěrech z experimentálního modelování.
Základní informace
Stupeň vzdělávání: druhý stupeň ZŠ, odpovídající ročník víceletého gymnázia
Sestavení a uspořádání žebříčku hodnot kyselosti/zásaditosti roztoků v programu MS Excel podle pokynů a jeho uložení pro další využití. Odhalení změny koncentrace roztoku jako podmínky vedoucí ke změně pH roztoku na základě vlastního experimentálního modelování v interaktivní simulaci.
Pomůcky, hardware, software
Učitel: PC s připojením na internet, dataprojektor, MS Excel (případně jiný tabulkový procesor)
Žák: PC nebo tablet s připojením na internet, MS Excel (případně jiný tabulkový procesor)
PUCHOLT, Zdeněk. Počítačové simulace PhET ve výuce fyziky na gymnáziu. Matematika, fyzika, informatika. Prometheus, 2020, 29(3), 219-229. ISSN 1805-7705
Potřebné vstupní znalosti a dovednosti
Oborové
Kyselost a zásaditost roztoku, pH roztoku, pH stupnice.
Digitální
Základní práce s MS Excel (vytvoření tabulky, uspořádání podle klesající/rostoucí hodnoty, přidání řádku, sloupce).
Přínos využití digitálních technologií
Digitální simulace umožňuje rychlou, efektivní, čistou a především bezpečnou práci s kyselými a zásaditými roztoky (stanovení hodnoty pH, okamžitou změnu druhu měřeného roztoku, přidávání/odpouštění konkrétního objemu roztoku nebo vody podle potřeby).
Metodická poznámka
PhET (Physics Education Technology) je projektem Univerzity of Colorado Boulder zaměřeným na tvorbu výukových simulací z oblastí fyziky, chemie, biologie, či Science (označení pro integrovanou výuku přírodovědných předmětů). Společným znakem PhET simulací je intuitivní jednoduché ovládání a minimum vepsaného textu. Webové stránky https://phet.colorado.edu/ lze nastavit v dolní části úvodní stránky do českého jazyka. Ne všechny informace stránek jsou v češtině, většina simulací ano.
Předpokládáme, že každý žák pracuje samostatně. První úloha zabere asi 15-20 minut. Pro experimentování podle návodu ve druhé úloze vymezíme čas 10 minut.
V poslední části hodiny řídíme diskuzi žáků o řešení otázek druhé úlohy a také o tom, co nového se pomocí simulace o tématu pH roztoků dozvěděli (konkrétní představa o hodnotě pH roztoků známých ze života a praxe, příklad změny pH určitého roztoku, intuitivně existence acidobazické rovnováhy).
Tabulku vytvořenou podle pokynů v úloze 1 můžeme nechat žáky rozšířit např. o informaci jaké částice v kyselém/zásaditém roztoku převažují, jakou barvu by měl každý z roztoků po přidání indikátoru pH (fenolftaleinu, lakmusu) apod.
Popis vzdělávací aktivity
Úloha 1: Stanovení pH pomocí PhET simulace
Obrázek 1 - Výchozí stav simulace
Pomocí dávkovače odměřte do nádoby přesně 0,5 litru vody. Trubky v pravé horní a levé spodní části nádoby simulují přívod a odtok roztoku. Přidáváme nebo odpouštíme kliknutím nebo potažením ventilu.
Přesuňte zelené čidlo do roztoku (v zeleném okně u pH stupnice se zobrazí číselná hodnota pH), obr. 2. Obrázek 2 - Naplnění nádoby a zobrazení hodnoty pH
Vaším úkolem je pomocí modelu změřit pH objemu 0,5 litru všech látek v rolovacím poli a zaznamenat do tabulky v Excelu. Připojte další sloupec s informací, zda se jedná o roztok kyselý, neutrální nebo zásaditý.
Data v tabulce uspořádejte podle rostoucí hodnoty pH a uložte pro další použití.
Řešení
Úloha 2: Modelování a pozorování změn pH
Experimentováním se simulací zkoumejte odpovědi na tyto otázky:
Mění se hodnota pH konkrétního roztoku při změně jeho objemu?
Mění se pH konkrétního roztoku (ne vody) při jeho ředění vodou?
Jakým způsobem se mění hodnota pH konkrétního roztoku, který je kyselý, při ředění vodou?
Jakým způsobem se mění hodnota pH konkrétního roztoku, který je zásaditý, při ředění vodou?
Je možné nasimulovat smíchání mléka a vody tak, abychom získali téměř neutrální roztok? Vyzkoušejte.
Řešení
Nemění.
Ano, mění.
Hodnota pH roste.
Hodnota pH klesá.
Ano, vezmeme malé množství mléka (např. 0,1 litru) a doplníme vodou na velký objem (obr. 3).
Obrázek 3 - Simulace zneutralizování mléka
Reflexe
Stanovení pH roztoků v prostředí PhET simulace podle zadání v úloze 1 žákům nedělalo potíže. Zkušenosti s tvorbou tabulky v MS Excel už také měli. Protože s tabulkovým procesorem dlouho nepracovali, museli jsme připomenout způsob seřazení dat vzestupně/sestupně, případně způsob, jak vložit další řádek do tabulky.
Druhou úlohu žáci řešili ve dvojicích. Talentovaní žáci se zaujetím zkoušeli ředit i jiné látky než mléko. Slabším žákům bylo potřeba konkrétním příkladem podrobněji vysvětlit některé otázky z druhé úlohy, aby pochopili, co se po nich vyžaduje.
