Années 9-12 (Science, chimie et biologie)
Temps: 60 minutes
Espace requis: Salle de classe avec lavabo et beaucoup d’espace de comptoir
Méthodologie: Pratique et apprentissage coopératif et indépendant
Matériaux qui ne sont pas inclus dans le kit:
Pour chaque groupe: Deux béchers de 250mL, eau déchlorée préparée en Leçon un, une montre ou chronomètre, ruban et un marqueur, bâtonnet, filtre à café
Pour l’enseignant : Un petit montant d’eau de Javel, bécher (au moins 100mL), 100mL d’eau déchlorée des bouteilles de déchloration d’un des groupes, un filtre à café, une montre ou chronomètre
Matériaux qui sont inclus dans le kit qui vont être utilisés:
Pour chaque groupe: 4 bandes d’essais de chlore total, 3 bandes d’essais de chlore libre, 3 bandes d’essais d’ammoniaque, 3 petits béchers en plastique, nuancier de couleur pour le test d’ammoniaque, 2 verres plastiques, fiole vide de 5mL, fiole de 5mL de solution d’ammoniaque
Pour l’enseignant: Pipette
Objectifs: Les étudiants vont apprendre plus au sujet des réactions chimiques qui font partie du processus du traitement d’eau en participant dans une expérience qui examine ces réactions. Les étudiants vont collectionner et analyser les données expérimentales au sujet des réactions chimiques. Les étudiants vont être capables de démontrer les calculs impliquant les concentrations, volumes et facteurs de dilution.
Directions/procédure:
Immédiatement avant la classe, préparez une solution du chlore avec une concentration d’environ 0,8mg/L. Ceci peut être fait en suivant les directions dans la section « Pour l’enseignant » dessous. Notez que vous allez utiliser eau d’une des bouteilles de déchloration cette fois. Ceci va prendre environ deux minutes.
Si vous planifiez d’utiliser autres récipients comme béchers en ce leçon faite certain qu’ils sont calibrés en utilisant les directions dans la section « Pour l’enseignant » dessous.
Distribuez les copies imprimées du Document à distribuer pour Leçon quatre à la classe.
Expliquer l’expérience à la classe. Laissez-les savoir qu’il est beaucoup comme l’expérience décrit dans l’exemple de la dernière leçon.
Séparez les matériaux listés pour cette activité de la reste du kit et demandez à quelqu’un de chaque groupe de collectionner ce qu’ils ont besoin.
Avec cette expérience il peut être avantageux de diriger la classe à chaque étape au lieu de les donner les instructions et laissez-les faire l’expérience. Vous pouvez demandez que chaque groupe fasse chaque étape au même temps et demandez qu’aucun personne progresse jusqu’au temps que tout le monde a complété l’étape précédent. Ceci vous permettrez d’adresser des questions et problèmes avec chaque étape immédiatement et de ne pas inquiéter à propos de la confusion qui sera causée si chaque groupe sera sur les étapes différentes. Si vous faites l’expérience dans cette manière vous pouvez aussi diriger les tests avec une montre ou chronomètre. Vous pourrez annoncer le moment que tous les groupes devraient mettre leur bande d’essai dans l’échantillon, commencez la montre ou chronomètre, et puis annoncez quand le temps est complet.
Demandez chaque groupe de travailler sur la procédure de l’expérience de Chloramine. Quand ils atteignent étape 12 les étudiants sont chargés d’utiliser leurs fioles vides de 5mL pour collectionner 5mL de la solution du chlore que vous avez préparé. Vous pouvez soit permettez les étudiants de verser leurs propres échantillons du bécher dans leurs fioles ou le faire pour eux.
Faites certain que chaque groupe a tous leurs résultats des expériences (ammoniaque, chlore total et chlore libre pour la solution d’ammoniaque, la solution du chlore et la solution mélangée pour un total de 9 résultats). À ce point tout peut être nettoyé, les solutions d’ammoniaque, chlore, et chloramine sont tous très dissous et peuvent être jetés dans un lavabo en toute sécurité
Avec tout le temps de classe restant les étudiants peuvent commencer à penser à propos des questions à la fin du document à distribuer. Vous pouvez les demander de travailler sur ces questions individuellement ou dans les groupes et ils peuvent être donnés comme devoirs. Les étudiants devraient répondre à ces questions et être préparé pour les discuter dans la prochaine leçon. Une guide à ces questions peut être trouvé dans la section « Pour l’enseignant » de ce leçon et celle pour Leçon 5.
Évaluation: Les étudiants peuvent être évalués basé sur leur participation dans l’expérience. Les étudiants peuvent être évalués basé sur leur complétion des questions à la fin du document à distribuer. Les étudiants devraient démontrer une compréhension de l’expérience qu’ils ont performé, une compréhension de comment les mesures de concentration travaillent et une utilisation propre d’unités en les calculs.
Pour l’enseignant: Préparation de la solution du chlore Pliez un filtre à café dans un cône et tenez-le en place au dessus d’un bécher de 100mL (pour simplifier les choses vous pouvez mettre le filtre dans un entonnoir). D’une des bouteilles de déchloration préparé par les étudiants versez 100mL d’eau à travers le filtre dans le bécher. Vous aurez besoin d’eau du Javel (regardez pour 4% hypochlorite de sodium sur l’étiquette). Utilisant la pipette mettez 4 gouttes (environ 0,12mL) de Javel dans le bécher et puis mélangez cette solution. Chaque groupe aura besoin de 5mL de cette solution qu’ils vont diluer davantage.
Calibrage d’un autre récipient pour être utilisé comme un bécher: Le récipient devrait être calibré avec marques de 100mL, 200mL et 250mL utilisant un cylindre gradué. Vous pouvez faire ceci en remplissant un cylindre gradué avec 100mL d’eau et puis versez cette eau dans votre autre récipient et marquez le niveau d’eau avec un marqueur. Versez cette eau et puis remplissez le cylindre gradué avec 200mL d’eau. Versez cette eau dans votre autre récipient et marquez le niveau de 200mL. Répétez ceci une autre fois avec 250mL.
Clé de réponse pour les questions sur le Document à distribuer pour leçon quatre:
1. Les concentrations de chloramine peuvent être trouvées en soustraire les concentrations du chlore libre des concentrations du chlore total.
2. Parce que les deux solutions sont mélangées 50/50 la concentration de chaque produit chimique dans la solution mélangée va initialement (à cause de la dilution avant qu’une réaction chimique se produit) être le moyen des valeurs dans les deux solutions séparées comme était démontré dans l’exemple du sel et du sucre. Par exemple, si la solution du chlore avait une concentration du chlore total de 0,8 mg/L et la solution d’ammoniaque avait une concentration du chlore total de 0,1 mg/L le calcul les étudiants devraient effectuer est le suivant :
0,8 mg/L * 100 mL + 0,1 mg/L * 100 mL = 0,09mg chlore total dans la solution mélangée
0,09 mg / 200 mL = 0,45 mg/L chlore total dans la solution mélangée
Ou tout simplement
(0,8 mg/L + 0,1 mg/L)/2 = 0,45 mg/L
Les étudiants devraient compléter quatre calculs comme cela, un chaque pour ammoniaque, chlore total, chlore libre et chloramine. Les étudiants devraient comprendre qu’il est la différence entre ces concentrations calculées et les concentrations trouvées en faisant les expériences sur la solution mélangée qui indique les résultats de la réaction chimique et PAS la différence entre les concentrations trouvées en faisant les expériences sur les solutions qui ne sont pas mélangées et la solution mélangée. Par exemple, si la solution du chlore avait une concentration du chlore libre de 0,8mg/L, la solution d’ammoniaque avait une concentration du chlore libre de 0,0 mg/L et la solution mélangée avait une concentration du chlore libre de 0,0 mg/L les étudiants seront peut-être tentés de dire que la réaction chimique a réduit la concentration du chlore libre de 0,8mg/L à 0,0 mg/L. Ce qui a vraiment arrivé est que la concentration du chlore libre a été réduite à 0,4 mg/L par la dilution et puis davantage à 0,0mg/L par la réaction chimique dans les processus séparés.
3.
a) La réponse attendue est « non », quelques des résultats expérimentaux devraient être très proche aux résultats trouvés en question 2.
b) Il est prévu que les concentrations calculées d’ammoniaque et de chlore total vont être très proches à les résultats que les étudiants ont trouvés en faisant les expériences. Toutefois, ceci ne veut pas dire qu’ammoniaque et chlore total n’étaient pas impliqués dans la réaction. Ils sont, bien sûr, réactants très importants.
c) La concentration d’ammoniaque peut apparaître inchangée parce que son change actuel aurait été très faible, beaucoup trop petit pour noter avec le test qui est disponible. Ceci est le cas parce que beaucoup plus du chlore est utilisé dans cette réaction qu’ammoniaque. Souvenez qu’il prend environ 10-15mg du chlore pour réagir avec 1mg d’ammoniaque. Les concentrations du chlore total peuvent être inchangées parce que quand le chlore libre est transformé en chloramine la somme, chlore libre + chloramine devrait être constant. Il est prévu que les concentrations calculées du chlore libre et chloramine seront très différentes des résultats expérimentaux. La concentration du chlore libre devrait baisser fortement parce qu’il est utilisée dans la réaction avec l’ammoniaque. La concentration de la chloramine devrait augmenter en conséquence parce qu’il est créé dans la réaction.
4. C’est aux étudiants de décider s’ils croient que leurs résultats expérimentaux sont en accord avec les hypothèses. Ils devraient être capables de supporter et expliquer leurs réponses. Demandez aux étudiants de comparer l’augmentation apparente en la concentration de la chloramine avec la diminution dans la concentration du chlore libre.
Ammoniaque et Chloramine, Deuxième Partie
Dans cette expérience vous allez combiner une solution d’ammoniaque avec une solution du chlore dans la même manière qu’était décrit en Leçon 3. Vous allez aussi tester les deux échantillons séparément pour trouver leurs concentrations d’ammoniaque, du chlore libre et du chlore total. 100mL de chaque sera verser ensemble pour voir si une réaction résultant en la production de chloramine se passe réellement.
Pour faire certain qu’il n’y a pas de réactions indésirables et supplémentaires qui prennent place et pour contrôler autant de variables que possible, les solutions seront mélangées en utilisant une partie de votre eau déchlorée.
Matériaux nécessaires pour cette expérience sont:
Quatre bandes d’essais pour chlore total et trois bandes d’essais pour chlore libre
Trois bandes d’essais pour ammoniaque
Deux verres plastiques
Deux béchers de 250mL
Fiole vide de 5mL
Filtre à café
Bouteille de déchloration préparée en Leçon un
Montre ou chronomètre
Ruban et marqueur
Bâtonnet
Premièrement, vous pouvez découvrir combien du chlore le GAC a était capable d’enlever de votre eau du robinet.
1. Vous allez utiliser un filtre à café pour séparé le GAC de l’eau. La manière la plus facile de faire cela est en pliant le filtre dans un cône. Commencez en pliant le filtre en demi et puis en demi encore pour qu’il soit dans la forme montré en Figure 1 à la droite. Regardant le filtre de dessus, vous devriez voir quatre bords du filtre comme en Figure 2. Vous pouvez tirer trois de ces bords en une direction et le quatrième dans l’autre direction pour ouvrir le filtre en la forme d’un cône.
2. Tenez le filtre à café en place au dessus d’un verre plastique. Ouvrez la bouteille de déchloration et versez lentement une partie de l’eau à travers le filtre jusqu’au point que le verre soit un demi plein. Ce filtre sera utilisé encore en étape 5.
3. Performez un test de la concentration du chlore total sur cet échantillon.
4. Trouvez la différence entre les concentrations du chlore dans l’eau du robinet régulier que vous avez testé dans la première leçon et cette eau qui a été exposé au GAC.
Maintenant commence l’expérience d’ammoniaque/chloramine
5. Pliez votre filtre à café dans un cône et tenez-le en place au dessus d’un des béchers.
6. Lentement versez eau de votre bouteille de déchloration à travers le filtre à café jusqu’au point que le bécher est plein à la marque de 250mL. Déplacez le bécher au deuxième bécher et remplis-le à 250mL aussi.
7. Étiquetez un bécher « Ammoniaque » et l’autre « Chlore ».
8. Versez le contenu d’une fiole de 5mL d’ammoniaque dans le bécher d’ammoniaque.
9. Tourbillonnez le bécher pour que la solution d’ammoniaque sera bien mélangée. Si vous voulez utiliser un objet pour remuer la solution utilisez un bâtonnet propre, pas un stylo, crayon, doigt ou aucune autre chose.
10. Performez le test d’ammoniaque sur cet échantillon en suivant la procédure fournit.
11. Versez environ 50 mL de votre solution d’ammoniaque diluée dans un verre et performer un test de la concentration du chlore total. Videz et rincez le verre, versez 50 mL additionnel de votre échantillon de solution d’ammoniaque diluée dans le même verre et faites le test du chlore libre. Videz et rincez le verre encore.
12. Utilisez la fiole de 5 mL (pas l’une dans laquelle l’ammoniaque est venue) pour obtenir 5mL de la solution du chlore qui a été préparée par l’enseignant.
13. Versez cet échantillon dans le bécher du chlore et tourbillonnez-le pour mélanger la solution. Si vous voulez utiliser un objet pour remuer la solution utilisez un bâtonnet propre, pas un stylo, crayon, doigt ou aucune autre chose.
14. Faites tous les trois tests sur cet échantillon du chlore dans la même manière que vous l’avez fait pour l’échantillon d’ammoniaque. Utilisez le deuxième verre pour les tests du chlore sur cet échantillon.
15. Versez une partie d’eau du bécher d’ammoniaque jusqu’au point que vous avez 100mL qui reste dans le bécher. Vous désirez peut-être de verser l’eau dans un verre de façon que si vous versez trop vous pouvez verser une partie de retour.
16. Versez une partie de l’eau du bécher de chlore jusqu’au point où vous avez 100mL qui reste. Vous voudriez peut-être le versez dans l’autre verre de façon que si vous versez trop vous pouvez verser une partie de retour.
17. Versez votre 100mL de solution du chlore dans le bécher d’ammoniaque pour qu’il y ait 200mL dans ce bécher. Tourbillonnez cette solution un peu pour le mélanger, si vous voulez utiliser un objet pour remuer la solution utilisez un bâtonnet propre, pas un stylo, crayon, doigt ou aucune autre chose.
18. Faites tous les trois tests sur cet échantillon mélangé. Un ou l’autre des verres peut être utilisé pour les tests du chlore.
*Tous les résultats de ces tests devraient être enregistrés dans l’espace fournit dessous.*
Les questions sur le document à distribuer pour leçon quatre
1. Quand vous avez tous neuf résultats de vos tests calculez les concentrations de la chloramine de chacune des trois solutions testées. Souvenez que vous pouvez faire ceci en soustraire la concentration du chlore libre de la concentration du chlore total. Enregistrez ces valeurs dans les espaces fournit.
2. Calculez les concentrations de tous quatre produits chimiques qui auraient été dans la solution mélangée après de verser les solutions du chlore et d’ammoniaque ensembles mais avant que la réaction chimique a commencé (comme l’exemple du sel et sucre). Les différences entre ces valeurs calculées et les concentrations actuelles que vous avez trouvées en faisant les expériences sont à cause de la réaction chimique.
3.
a. Est-ce que la réaction chimique a apparu de changer la concentration de toutes quatre des produits chimiques pour lesquelles vous avez testé?
b. Est-ce qu’un ou plus qu’un de vos concentrations calculées de question 2 sont égales à, ou presque égales à, les résultats actuels des expériences? Si oui, est-ce que cela signifie que ces choses n’étaient pas impliquées dans la réaction chimique? Comment est-ce que vous pourriez expliquer cela?
c. Est-ce qu’un ou plus qu’un de vos concentrations calculées de question 2 étaient très différentes des résultats des expériences actuelles? Qu’est-ce que cela signifie?
4. Dans les questions pour Leçon 3 on a fait deux suppositions. Premièrement, on a supposé qu’une concentration du chlore libre de 10mg/L est précisément assez pour réagir avec 1mg/L d’ammoniaque et deuxièmement on a supposé que tout le chlore libre utilisé dans la réaction devient chloramine. Est-ce que vous pensez que vos résultats des expériences confirment ces suppositions? Pourquoi ou pourquoi pas?
Fiche de résultats
