Metallernes kemi. Præsentation: Niveau: 8. klasse. Varighed: 6 lektioner

Transkript

1 Metallernes kemi Niveau: 8. klasse Varighed: 6 lektioner Præsentation: Forløbet Metallernes kemi er placeret i fysik-kemifokus.dk 8. klasse, og det bygger på viden fra forløbene Atomer og molekyler, Atomet og Kemiske bindinger. Forløbet omhandler kemiske processer, der involverer metaller, fx korrosion og elektrolyse, samt resursetænkning omkring metaller i forbindelse med udvinding og genanvendelse. Forløbet består af 5 fagtekster, 17 opgaver med delopgaver og 16 aktiviteter. Desuden findes der Videnstjek. Baggrundsviden og progression: Spændingsrækken I elevteksten danner spændingsrækken udgangspunkt for elevernes forståelse af en række kemiske reaktioner, hvor metaller indgår. Der arbejdes med spændingsrækken på tre niveauer: 1. Metallerne er inddelt i ædle og uædle metaller. De ædle metaller findes som rene metaller i naturen, mens de uædle typisk findes som ioner i kemiske forbindelser, hvorfra de skal udvindes med kemiske metoder. De ædle metaller står til højre for hydrogen i spændingsrækken, mens de uædle står til venstre. 2. Metallerne er inddelt efter, hvor let de afgiver elektroner og går på ionform. Jo lettere de går på ionform, jo længere til venstre står de i spændingsrækken. 3. Metallerne er inddelt efter elektrodespænding, og hydrogen er defineret som spændingsrækkens nulpunkt med 0 V. Det er muligt at differentiere arbejdet med elevernes forståelse af spændingsrækken ud fra ovenstående tre niveauer. Ligeledes kan elevopgaver og aktiviteter differentieres med dette udgangspunkt. Brunstensbatteriet I elevteksten er den kemiske reaktion i brunstensbatteriet beskrevet som en simpel reduktion af 2 Mg ++ til 2 Mg. De korrekte reaktioner er: Den negative pol Zn Zn e - 1

2 Zinkatomer (Zn) afgiver elektroner til elektrolytten. Den positive pol 2MnO 2 + H 2 O + 2e - Mn 2 O 3 + 2OH - Mangandioxid (MnO 2 ) i elektrolytten optager elektroner. Et bilbatteri kan inddrages som et andet eksempel, men da begge poler i et bilbatteri er blyplader nedsænket i fortyndet svovlsyre, er dette eksempel heller ikke helt let for eleverne, idet svovlsyren indgår i reaktionen. I bilbatteriet dannes der ved opladning blyoxid (PbO 2 ) på den negative plade, mens den positive pol består af rent bly (Pb). Magnesium og guldioner I elevteksten står der, at smeltet magnesium dækkes med slagge under produktionen, da det ellers ville bryde i brand. Årsagen er, at magnesium har et relativt lavt flammepunkt, nemlig 550 C, og magnesiumudvinding fra magnesiumchlorid foregår ved 714 C I teksten om forgyldning er omtalt guldioner, hvilket godt kan forårsage forundring, idet guld ikke danner ioner. I forgyldningsprocessen opløses guldet i kongevand (en blanding af saltsyre og salpetersyre), cyanid eller kviksølv. Af dette dannes forskellige guldsalte, fx kaliumguldcyanid og aurichlorider. Et alternativ til forgyldning er at belægge genstande med bladguld. 2

3 Overblik over forløbet: Fagtekst 1: Metaller Eleverne kan redegøre for Metal 1: Metallernes egenskaber 1. Rustne søm generelle egenskaber ved metaller. Ædle og uædle metaller 2: Ædle og uædle metaller 2. Ædle og uædle metaller Eleverne kan fortælle om Rene metaller 3a, b, c: Spændingsrækken 3. Spændingsrækken principperne for spændingsrækkens opbygning. Eleverne kan anvende spændingsrækken til at forudsige kemiske reaktioner, hvor Metalioner Spændingsrækken Elektrokemisk reaktion 4: Metallerne i spændingsrækken 5a, b: Redoxreaktioner 6. Elektrodespænding 4. Fremstil sølv 5. Metaller i opløsning 6. Rens sølvsmykker med alufolie metaller indgår. Elektrodespænding Eleverne kan skabe en spændingsforskel mellem to metaller. Elektrode Elektrolyt 3

4 Fagtekst 2: Batterier Eleverne kan redegøre for et Negativ pol 7a, b, c: Reaktionerne i et batteri 7. Fremstil et batteri batteris opbygning. Eleverne kan fortælle om hovedtræk i batteriets historie. Positiv pol Kredsløb 8: Batteriets historie 9: Genopladelige batterier Eleverne kan forklare, hvordan et genopladeligt batteri oplades. Vådbatteri Tørbatteri Lithium-ion-batteri Genopladeligt batteri 4

5 Fagtekst 3: Korrosion Eleverne kan beskrive de kemiske Rust 10: Rust 8. Korrosion processer, der ligger til grund for rust- og irdannelse. Ir 11a, b: Ir 9. Galvanisk rustbeskyttelse Eleverne kan gøre rede for, at Galvanisk rustbeskyttelse 12: Galvanisk rustbeskyttelse 10. Aluminium i syre aluminium ofte beskyttes af et tyndt lag aluminiumoxid på overfladen. Korrosionsbestandig 11. Find korroderede metaller 12. Galvaniserede søm Eleverne kan fortælle om 13. Knive i opvaskemaskinen rustbeskyttelse, herunder galvanisering. Eleverne kan argumentere for, hvorfor man skal anvende galvaniserede søm i et plankeværk af imprægneret træ. 5

6 Fagtekst 4: Elektrolyse Eleverne kan gøre rede for, at Forgylde 13: Forgyldning 14. Elektrolyse af CuSO 4 langt de fleste metaller udvindes af bjergarter ved hjælp af Forsølve 14: Udvinding af magnesium 15. Forkobring elektrolyse. Forkobre Eleverne kan forklare, hvordan genstand forsølves, forgyldes og Udvinding forkobres ved hjælp af elektrolyse. Malme Bjergarter 6

7 Fagtekst 5: Genanvendelse af metaller Eleverne kan argumentere for, at Genanvendelse 15: Genanvendelse af metal 16. Genbrugsvaner det kan betale sig at genanvende metaller, både økonomisk og Energi 16: Aluminium miljømæssigt. Affald 17: Aluminiumsudvinding Eleverne kan redegøre for, hvordan aluminium udvindes og Miljø de miljømæssige aspekter ved at genbruge fx sodavandsdåser. Fagtekst 6: Supplerende tekst Eleverne kan diskutere small scale mining ud fra faglige argumenter. Ingen aktiviteter 7

8 Færdigheds- og vidensmål Læringsmål Tegn på læring kan være Stof og stofkredsløb Eleverne kan redegøre for generelle 1. Eleven redegør for generelle Eleven kan undersøge grundstoffer og enkle kemiske forbindelser Eleven har viden om stoffers fysiske og kemiske egenskaber egenskaber ved metaller, og fortælle om principperne for spændingsrækkens opbygning, samt anvende egenskaber ved metaller. Eleven beskriver de kemiske processer, der ligger til grund for rust- og Eleven kan undersøge enkle reaktioner mellem stoffer Eleven har viden om kemiske reaktioner og stofbevarelse spændingsrækken til at forudsige kemiske reaktioner, hvor metaller indgår. irdannelse, og fortæller om rustbeskyttelse, herunder Eleven kan med modeller beskrive sammenhænge mellem atomers elektronstruktur og deres kemiske egenskaber, herunder med interaktive modeller Eleven kan med repræsentationer beskrive kemiske reaktioner Eleven kan anvende stoffer hensigtsmæssigt i hverdagen Eleven har viden om Grundstoffernes periodesystem Eleven har viden om kemiske symboler og reaktionsskemaer Eleven har viden om egenskaber ved materialer og kemikalier Eleverne kan redegøre for et batteris opbygning. Eleverne kan beskrive de kemiske processer, der ligger til grund for rust- og irdannelse, og fortælle om rustbeskyttelse, herunder galvanisering. Eleverne kan argumentere for, at det kan galvanisering. 2. Eleven redegør for generelle egenskaber ved metaller. Eleven beskriver de kemiske processer, der ligger til grund for rust- og irdannelse, og fortæller om rustbeskyttelse, herunder galvanisering. Eleven fortæller om principperne for Eleven kan vurdere miljøpåvirkninger af klima og økosystemer Eleven har viden om samfundets brug og udledning af stoffer betale sig at genanvende metaller, både økonomisk og miljømæssigt. spændingsrækkens opbygning, samt anvender spændingsrækken til at forudsige kemiske reaktioner, hvor metaller indgår. 8

9 Jorden og Universet Eleverne kan redegøre for, hvordan 3. Eleven redegør for generelle Eleven kan designe og gennemføre undersøgelser om Jordens ressourcer Eleven har viden om ressourceforbrug, deponi og genanvendelse aluminium udvindes og de miljømæssige aspekter ved at genbruge fx sodavandsdåser. egenskaber ved metaller. Eleven beskriver de kemiske processer, der ligger til grund for rust- og irdannelse, og fortæller om Produktion og teknologi rustbeskyttelse, herunder Eleven kan undersøge udnyttelse af råstoffer og dele af produktionsmetoder Eleven har viden om råstoffer og produktionsprocesser galvanisering. Eleven fortæller om principperne for spændingsrækkens opbygning, Eleven kan med modeller forklare funktioner og sammenhænge på tekniske anlæg samt anvender spændingsrækken til at forudsige kemiske reaktioner, hvor metaller indgår. Eleven kan beskrive sammenhænge mellem teknologisk udvikling og samfundsudvikling Eleven kan beskrive sammenhænge mellem råstoffer, processer og produkt Eleven har viden om centrale teknologiske gennembrud Eleven argumenterer for genanvendelse af metaller, både ud fra et økonomisk og miljømæssigt perspektiv. Eleven inddrager aluminium som eksempel, og beskriver hvordan aluminium udvindes og evt genanvendes. 9

10 10