Kontext. Doch wie sieht Salzwasser eigentlich auf der Teilchenebene aus?

Transkript

1 Kontext Wenn ihr schon einmal Urlaub am Meer gemacht habt und im Meer schwimmen gegangen seid, dann kennt ihr es sicherlich: Kaum verschluckt man ein wenig Wasser, schon hat man einen unangenehmen Geschmack im Mund. Das Wasser schmeckt salzig, das ist jedem klar. Doch wie sieht Salzwasser eigentlich auf der Teilchenebene aus?

2 Diagnoseaufgabe 1) Merke dir die folgende Codierung: 2) Meerwasser schmeckt salzig. Doch wie sieht Salzwasser (Natriumchloridlösung, Kochsalzlösung) eigentlich auf der Teilchenebene aus? Wissenschaftler haben verschiedene Thesen aufgestellt: Ein Natriumchloridkristall (vereinfacht schreiben wir dafür [NaCl]) wird vollständig in Wasser () gelöst. Er [A] liegt in Wasser in Form von NaCl- Molekülen vor. [B] spaltet sich in Na-Atome und Cl-Atome. [C] spaltet sich in Na + -Ionen und Cl - -Ionen. [D] reagiert zu NaOH- Molekülen und HCl-Molekülen. [E] reagiert zu Na + -Ionen, OH - -Ionen und H2-Molekülen. [NaCl] [NaCl] [NaCl] [NaCl] [NaCl] NaCl Na Cl Na + Cl - NaOH HCl Na + H2 OH - Welchem der Wissenschafter würdest du zustimmen? Entscheide dich für eine der Thesen und begründe deine Entscheidung kurz in schriftlicher Form.

3 Argumentationsbogen Tragt eure Codierungen in die folgenden Kästchen ein: Argumentation: Zu Impuls Nr. Argument Spricht für (+) oder gegen (-) Antwort (macht das +/- groß, wenn ihr überzeugt seid und kleiner, wenn ihr nicht so überzeugt seid) [A] [B] [C] [D] [E] a 5b 6a 6b Wir haben uns für Auswahlantwort entschieden.

4 Ein Natriumchloridkristall [NaCl] wird vollständig in Wasser () gelöst. Er [E] reagiert zu Na + -Ionen, OH - -Ionen und H2-Molekülen. Lernimpuls 1 a) Trage deine Codierung ein b) Für welche Auswahlantwort hast du dich entschieden? Warum hast du dich für diese Antwort entschieden? Zeichne zunächst in Einzelarbeit, wie du dir das Lösen eines Natriumchloridkristalls in Wasser auf Teilchenebene vorstellst. c) Erkläre anschließend den anderen Gruppenmitgliedern deine Zeichnung und begründe deine Antwort.

5 Ein Natriumchloridkristall [NaCl] wird vollständig in Wasser () gelöst. Er [E] reagiert zu Na + -Ionen, OH - -Ionen und H2-Molekülen Lernimpuls 2 a) Erinnert euch an den Chemieunterricht zu den Alkalimetallen zurück. Was passiert, wenn man elementares (atomares) Natrium in Wasser gibt? b) Wenn ihr euch nicht mehr so genau erinnern könnt, nehmt das beiliegende Video oder die beiliegende Bilderreihe zur Hand und schaut euch den Versuch noch einmal an. c) Auswahlantwort [B] geht davon aus, dass in Natriumchloridlösung unter anderem Natrium-Atome vorliegen. Überlegt mit eurem Wissen über die Reaktion von atomarem Natrium mit Wasser welche Folgen dies beim Lösen von Kochsalz in Wasser hätte (z.b. beim Nudeln-Kochen). Wird Antwort [B] durch diese Erkenntnis gestärkt oder geschwächt? Tragt eure Ergebnisse im Argumentationsbogen ein.

6

7 Ein Natriumchloridkristall [NaCl] wird vollständig in Wasser () gelöst. Er [E] reagiert zu Na + -Ionen, OH - -Ionen und H2-Molekülen Lernimpuls 3 Löst man einen Stoff in Wasser, gefriert die Lösung nicht mehr wie reines Wasser bei 0 C, sondern bei tieferer Temperatur. Um wie viel Grad die Gefriertemperatur erniedrigt wird, hängt nicht von der Art der gelösten Teilchen ab, sondern nur von ihrer Anzahl. In der Tabelle seht ihr, wie sich die Anzahl der gelösten Teilchen (Moleküle, Ionen oder Atome) auf den Gefrierpunkt auswirkt. gelöste Teilchen pro Kilogramm Wasser [mol*] Gefrierpunkt der Flüssigkeit [ C] ,86 2-3,72 3-5,58 a) Experimentelles Ergebnis: Löst man vom festen Natriumchlorid 1 mol* Teilchen [NaCl] in einem Kilogramm Wasser, gefriert die Lösung bei -3,72 C. In der Lösung befinden sich also mol gelöste Teilchen. b) Übertragung auf die Thesen: Wie viele Teilchen (Moleküle, Ionen oder Atome) würden bei den einzelnen Antworten in der Lösung vorliegen? [A] [B] [C] [D] [E] festes 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol Natriumchlorid [NaCl] [NaCl] [NaCl] [NaCl] [NaCl] NaCl Na Cl Na + Cl - NaOH gelöste Teilchen mol mol mol mol mol c) Welche Thesen stimmen mit dem experimentellen Ergebnis überein und werden daher gestärkt und welche stimmen nicht überein und werden demnach geschwächt? Tragt eure Ergebnisse im Argumentationsbogen ein. HCl Na + OH - H2 * Es wird die Stoffmenge in mol angegeben. Das Mol ist eine Einheit, die eine gewisse Anzahl Teilchen bezeichnet. Ähnlich wie ein Dutzend Eier für 12 Eier steht, steht ein Mol für 6 x Teilchen.

8 Ein Natriumchloridkristall [NaCl] wird vollständig in Wasser () gelöst. Er [E] reagiert zu Na + -Ionen, OH - -Ionen und H2-Molekülen Lernimpuls 4 a) Überlegt zusammen, welche Teilchenart in Lösungen vorliegen muss, damit sie den elektrischen Strom leiten. b) Vielleicht habt ihr schon einmal Leitfähigkeitsversuche mit Kochsalzlösung und destilliertem Wasser gesehen. Leiten die Flüssigkeiten den elektrischen Strom oder nicht? Wenn ihr dies noch nicht wisst, führt den Versuch zu Lernimpuls 4 durch. c) Welche Auswahlantwort(en) werden durch euer Wissen zur Leitfähigkeit einer Kochsalzlösung gestärkt und welche geschwächt? Tragt eure Ergebnisse im Argumentationsbogen ein. Versuch zu Lernimpuls 4 Leitfähigkeitsversuch: Tipp: Nur Lösungen, die Ionen enthalten, leiten den elektrischen Strom. Enthält eine Kochsalzlösung diese Ionen? Überprüft dies im folgenden Experiment: -Prüft zunächst, ob alle Kontakte einwandfrei sind, indem ihr die Graphitelektroden aneinander haltet. Die Glühbirne muss leuchten. -Prüft nun die Leitfähigkeit von destilliertem Wasser, indem ihr die Graphitelektroden kurz in das mit destilliertem Wasser gefüllte Becherglas haltet. Achtet darauf, dass sich die Graphikelektroden nicht berühren! -Trocknet die Elektroden mit etwas Papier ab. -Prüft anschließend die Leitfähigkeit der Kochsalzlösung, indem ihr die Graphitelektroden kurz in das mit Kochsalzlösung gefüllte Becherglas haltet. Achtet wieder darauf, dass sich die Graphitelektroden nicht berühren. -Trocknet die Elektroden erneut mit etwas Papier ab.

9 Ein Natriumchloridkristall [NaCl] wird vollständig in Wasser () gelöst. Er [E] reagiert zu Na + -Ionen, OH - -Ionen und H2-Molekülen Lernimpuls 5a Auswahlantwort [E] nimmt an, dass unter anderem Hydroxid-Ionen (OH - -Ionen) gebildet werden. Wie würde sich dies auf den ph-wert auswirken? Tipp: Wenn ihr euch nicht mehr genau erinnern könnt, ob Hydroxid-Ionen eine Lösung saurer oder basischer machen, denkt an euch bekannte Säuren und Basen, so wie Salzsäure (HCl) und Natronlauge (NaOH). Testet mit Hilfe von Universalindikator, ob der ph-wert der Kochsalzlösung von dem des Wassers abweicht. Gebt hierzu jeweils etwa 5 Tropfen des Universalindikators zum Wasser und zur Kochsalzlösung. Vergleicht die Farben miteinander und mit der ph-skala. sauer neutral basisch/ alkalisch Wird die Auswahlantwort [E] durch eure Beobachtungen geschwächt oder gestärkt? Tragt eure Ergebnisse im Argumentationsbogen ein.

10 Ein Natriumchloridkristall [NaCl] wird vollständig in Wasser () gelöst. Er [A] [B] [C] [D] [E] liegt in Wasser in Form von NaCl-Molekülen vor. spaltet sich in Na-Atome und Cl-Atome. spaltet sich in Na + -Ionen und Cl - -Ionen. reagiert zu NaOH-Molekülen und HCl-Molekülen. reagiert zu Na + -Ionen, OH - -Ionen und H2-Molekülen Lernimpuls 5b Antwort [E] geht außerdem davon aus, dass Wasserstoff (H2) gebildet wird. Bei Normalbedingungen liegt Wasserstoff gasförmig vor, sodass der gebildete Wasserstoff in Form von Gasbläschen aufsteigen würde. Stimmt diese Annahme mit eurer Beobachtung beim Lösen von Kochsalz in Wasser überein? Gebt zu der Spatelspitze Kochsalz im Reagenzglas etwa vier Finger hoch destilliertes Wasser. Beobachtet ihr eine intensive Bläschenbildung? Wird die Auswahlantwort [E] durch diese Erkenntnis geschwächt oder gestärkt? Tragt eure Ergebnisse im Argumentationsbogen ein.

11 Ein Natriumchloridkristall [NaCl] wird vollständig in Wasser () gelöst. Er [E] reagiert zu Na + -Ionen, OH - -Ionen und H2-Molekülen Lernimpuls 6a Wie ihr vielleicht schon im Chemieunterricht gelernt habt, kann man Na + -Ionen durch die typische gelbe Flammenfärbung nachweisen. Um zu überprüfen, ob in Kochsalzlösung Natrium-Ionen vorliegen, führt die Nachweisreaktion nach der folgenden Anleitung durch: - Macht den Gasbrenner an (wenn ihr nicht mehr genau wisst, wie das geht, nehmt die beiliegende Hilfekarte zu Rat). - Taucht das Magnesia-Stäbchen zunächst in destilliertes Wasser und haltet es anschließend in die nichtleuchtende, rauschende Gasbrennerflamme. - Taucht das Magnesia-Stäbchen anschließend in die Kochsalzlösung und haltet es erneut in die nichtleuchtende, rauschende Gasbrennerflamme. Natrium-Ionen rufen eine intensiv gelb-orangene Flamme hervor. - Macht den Gasbrenner nach Durchführung des Versuches aus Welche Auswahlantwort(en) werden durch diesen Versuch gestärkt und welche geschwächt? Tragt eure Ergebnisse im Argumentationsbogen ein. Hilfe!!! für den sicheren Umgang mit dem Gasbrenner Zum Anmachen des Gasbrenners sind folgende Schritte nötig: a) Schlauch anschließen b) Überprüfen, dass die Einstellschraube für die Luft- und Gaszufuhr geschlossen sind c) Feuerzeug/Streichholz anzünden und über den Brenner halten d) Gashahn am Pult öffnen e) Einstellschraube für die Gaszufuhr öffnen f) Brenner anzünden g) Luftzufuhr einstellen Luftzufuhr Zum Ausmachen des Gasbrenners sind folgende Schritte nötig: a) Luftzufuhr schießen b) Einstellschraube für die Gaszufuhr schließen c) Gashahn am Pult schließen Gaszufuhr

12 Ein Natriumchloridkristall [NaCl] wird vollständig in Wasser () gelöst. Er [E] reagiert zu Na + -Ionen, OH - -Ionen und H2-Molekülen Lernimpuls 6b Auch den Nachweis von Cl - -Ionen durch die Reaktion mit Silbernitratlösung (AgNO3) kennt ihr vielleicht schon aus dem Chemieunterricht. Um zu testen, ob in der Kochsalzlösung Chlorid- Ionen erhalten sind, gebt je ein bis zwei Tropfen der Silbernitrat- Lösung zu dem destillierten Wasser und zu der Kochsalzlösung. Arbeitet besonders sorgfältig, sodass kein Silbernitrat in Kontakt mit eurer Haut oder dem Tisch gerät, da Silbernitrat schwarze Flecken verursacht. Ein weißer Niederschlag im Reagenzglas dient als Nachweis für Chlorid-Ionen. Welche Auswahlantwort(en) werden durch diesen Versuch gestärkt und welche geschwächt? Tragt eure Ergebnisse im Argumentationsbogen ein.

13 Ein Natriumchloridkristall [NaCl] wird vollständig in Wasser () gelöst. Er [E] reagiert zu Na + -Ionen, OH - -Ionen und H2-Molekülen Lernimpuls 7 Geht noch einmal alle bisherigen Impulse und die dazu entwickelten Argumente für oder gegen die Auswahlantworten durch und einigt euch auf dieser Grundlage auf eine Auswahlantwort. Tragt diese Antwort auf dem Argumentationsbogen auf der Linie unter der Tabelle ein.

14 Foto: marincas_andrei / 123RF Anwendungsaufgabe Ein Wasserhersteller veröffentlicht auf seiner Internetseite folgenden Eintrag: Natrium Der Wasserhaushalt der menschlichen Körpers wird von Natrium im Zusammenspiel mit Chlorid reguliert. Der tägliche Bedarf eines erwachsenen Menschen an Natrium beträgt ungefähr 550 mg. Bei Sport oder sonstiger körperlicher Betätigung verlieren wir Natrium, wodurch unser Bedarf steigt. Trägt ein Mineralwasser den Hinweis natriumarm darf es nur weniger als 20 mg Natrium pro Liter enthalten. Da Röllsteiner Mineralwasser nur 12 mg Natrium pro Liter enthält, ist es natriumarm und für eine natriumarme Ernährung geeignet. Auch auf anderen Wasserflaschen wird damit geworben, dass das enthaltene Wasser natriumarm sei. RöllsteineR Natürliches Mineralwasser Mit Kohlensäure versetzt Natriumarm Befindet sich in unseren Mineralwässern tatsächlich Natrium? Nehmt zu den Aussagen kritisch Stellung! Führt euch hierzu noch einmal besonders eure Erkenntnisse aus Lernimpuls 2 vor Augen.