Kunstmest en de industrie (4h) - Docentenhandleiding

Hieronder zijn te vinden:

Eindtermen
Opmerking vooraf
Benodigde voorkennis
Lesindeling
Een beschrijving en toelichting per hoofdstuk
Uitwerkingen
Opmerkingen bij praktische opdrachten (nav ervaringen op Bornego college)

Eindtermen

Download hier de kernconcepten en eindtermen van de module Kunstmest en de industrie.

Opmerking vooraf

Om ervoor te zorgen dat het rendement voor zowel docent als leerling van deze module optimaal is, is het van belang dat de leerling vooral bewust met het leerproces bezig is, in plaats van het uitvoeren van een serie opdrachten. Om het leren naar een hoger niveau te krijgen zou de docent kunnen vragen om wat feedback van de leerling.

Dit kan bijvoorbeeld door het stellen van de volgende vragen, zowel aan het begin van de module, alsook aan het eind om te zien of de leerling misschien door voortschrijdend inzicht van mening is veranderd.

Wat is volgens jou de betekenis van kunstmest? Wat is volgens jou de link tussen kunstmest en industrie? Wat zijn volgens jou de voordelen van het gebruik van kunstmest? En denk je dat er ook nadelen aan het gebruik van kunstmest kleven? Uiteraard kunnen naar eigen inzicht vragen aan dit rijtje worden toegevoegd.

De antwoorden op deze vragen worden door de docent ingenomen en bewaard. Aan het eind van de module stelt u de vragen opnieuw aan de leerling, en vraagt hem daarna om zijn/haar antwoorden te vergelijken met de antwoorden die aan het begin werden gegeven. Vraag naar de verschillen en laat de leerling de reden voor deze verschillen noteren.

Benodigde voorkennis

(Ionen)formules, zouten, chemisch rekenen: molberekeningen, pH-berekeningen, percentages

Uit evaluaties van testscholen komt naar voren dat de module ook heel goed in havo 5 en in vwo 5 te gebruiken is. In havo 5 is het dan meer een module die goed voorbereid op het examen. Wij als auteurs vinden dat het niveau van de theoretische toetsvragen voor gebruik in vwo 5 moet worden aangepast.

Lesindeling

De module kunstmest en industrie is gebaseerd op 15 lessen van 50 minuten. Door het aantal praktische opdrachten per groepje te varieren kan de studielast van de module worden aangepast. Hieronder volgt een mogelijke lesindeling:

Associaties bij het Wereld Voedsel probleem (les 1 - 50 minuten)
Gevolgen van bemesting nader onderzocht (les 2 en 3 - 100 minuten)
Verschillende aspecten van kunstmest (les 4, 5, 6 en 7 - 200 minuten)
Presentaties (les 8, 9 en 10 - 150 minuten)
Verdieping (les 11, 12, 13, 14 en 15 - 250 minuten)

Een voorbeeld van een studiewijzer vindt u hieronder:

Week	Stof	Maken	Opmerkingen
27– 31 okt	Hoofdstuk	Doorwerken in mediatheek http://test.scheikundeinbedrijf.nl Aanleveren van twee watermonsters: een uit oppervlaktewater naast een bemest land en een uit oppervlaktewater naast een onbemest land	de docent introduceert de module Kunstmest en de Industrie de docent toont een FeSCN²⁺-ijkreeks en we rekenen hier klassikaal aan
3 –7 nov	Hoofdstuk 2	Uitvoeren van de spectrofotometrische ammoniumgehaltebepaling Uitvoeren van de fosfaatgehalte-bepaling met een in de handel verkrijgbare test	de docent en TOA begeleiden de leerlingen intensief bij het uitvoeren van de twee proeven
10–14 nov	Hoofdstuk 3	Je kiest in groepjes van twee leerlingen een onderwerp en je start met het onderzoek. Als je snel klaar bent, krijg je een tweede onderwerp	de docent en TOA begeleiden je bij het onderzoek
17-21 nov	Hoofdstuk 3+4	Onderzoek en start van de voorbereiding op de presentaties	Vergeet niet dat je elke presentatie eindigt met twee verdiepingsvragen (die je zelf wel moet kunnen beantwoorden natuurlijk!)
24-28 nov	Hoofdstuk 4	Voorbereiding Power Point Presentaties (PPP’s)	In hoofdstuk 4 staan duidelijke beoordelingscriteria! De PPP’s tellen voor 50% van het eindcijfer
1-5 dec	Hoofdstuk 4	Presentaties	De docent beoordeelt de presentaties.
8-12 dec	Hoofdstuk 5	Verbindingslessen	De docent levert de PPP’s in papiervorm aan voor elke leerling. De theorie wordt klassikaal besproken aan de hand van de verdiepingsvragen.
15-19 dec		Verbindingslessen
	Kerstvakantie
5-9 jan		Verbindingslessen
12-16 jan	Toetsweek	Toetsstof: Theorie uit kenniskaarten, PPP’s en verbindingslessen (50%)

Een beschrijving en toelichting per hoofdstuk

Hoofdstuk 1

De filmpjes die door de docent in de klas worden getoond, staan onder beeldmaterialen. De mindmap wordt door de docent op het bord gezet. Hopelijk komen de leerlingen zelf met kunstmest op de proppen. Dit ligt voor de hand omdat er een duidelijke relatie is met het wereldvoedselprobleem. Om de leerlingen zelf op kunstmest te laten komen is het misschien aan te raden om de filmpjes via de beamer in de klas te tonen. Hierna kan de mindmap gemaakt worden. De docent kan dan via een aantal sturende vragen/opmerkingen de leerlingen op het juiste spoor zetten. het is van belang dat leerlingen niet meteen met deze website aan de gang gaan, op deze site zien ze namelijk de titel van de module en dan is het meteen duidelijk dat het om kunstmest gaat!

nadat het maken van de mindmap heeft geleid tot de juiste conclusie, nl. kunstmest, kunnnen leerlingen in de volgende lessen met de module aan de slag met behulp van http://www.scheikundeinbedrijf.nl/.

Hoofdstuk 2

Het is aan te raden om de leerlingen eerst in de mediatheek in hun schrift de kenniskaart van spectrofotometrie te laten samenvatten. Vervolgens kan dit klassikaal besproken worden waarbij de docent start met het uitleggen van het principe van de kwantitatieve bepaling aan de hand van de spectrofotometer.

Na het uitvoeren van de kwantitatieve bepaling aan de hand van de spectrofotometer is het een aanrader om de leerlingen de resultaten te laten uitwerken. Aan de hand van deze resultaten kunnen de leerlingen een Extinctie-concentratie-ijklijn maken. met behulp van die ijklijn kunnen ze de onbekende concentratie van het oppervlaktewatermonster bepalen. Tevens moeten ze de concentratie van de ijkoplossing omrekenen van mg/l naar mol/L. Ook dit is een goede oefening.

Proef verdunning en ijkreeks

Als introductie op het begrip ijkreeks zou de docent gebruik kunnen maken van een verdunningsreeks van een ijzerthiocyanaatoplossing. Op die manier kunnen de leerlingen inzicht krijgen in het verband tussen de concentratie Fe³⁺ en de kleur van de oplossing. Deze proef kun je eerst "op het oog" doen en vervolgens dezelfde oplossingen m.b.v. een colorimeter nogmaals meten. de docent kan dan meteen de werking van de colorimeter (globaal) uitleggen door deze simpelweg voor te stellen als een vervanger voor het oog, maar dan veel nauwkeuriger. Als je de colorimeter aansluit op IPCOACH, kun je via "Maken van een ijklijn" de meting perfect via een beamer op een scherm projecteren. De proef staat als eerste beschreven onder practische opdrachten.

Om de handleiding voor het instellen van IPCOACH 6 te downloaden, klik hier.

Het is een aanrader om de leerlingen als huiswerk verdunningsopgaven te laten maken. Deze opgaven staan in het boek van havo-4 (bij pulsar chemie scheikunde 1 deel 1 bovenbouw opgave 41 t/m 44 van hoofdstuk 7). Deze lesstof is weliswaar nog niet behandeld maar de leerling kan met behulp van het antwoordenboekje een heel eind komen.

Fotometrische bepaling van het ammoniumgehalte

Laat de leerlingen zelf aan de hand van de proefbeschrijving de oplossingen voor de ijkreeks maken. Dit vraagt veel begeleiding want de gemiddelde havo-4-leerling heeft heel weinig ervaring met verdunnen. Het meten met de spectrofotometer vindt vervolgens onder strikte leiding van docent/TOA plaats. Mocht de school niet over een spectrofotometer beschikken dan kan de bepaling ook met een colorimeter of minder nauwkeurig met het oog gedaan worden.

Na het maken van de ijkreeks moeten de leerlingen vaak wachten tot de spectrofotometer beschikbaar is voor de meting. Mocht er geen tijd zijn om elk groepje te laten meten dan kunnen de leerlingen de metingen van anderen gebruiken voor het maken van het huiswerk (zie boven).

In plaats van een spectrofotometer kun je dit experiment ook prima doen met een colorimeter. Bij de meeste analoge colorimeters lees je de transmissie in % af. In de proefomschrijving wordt verwezen naar een document, waarin verteld wordt, hoe je simpel transmissie (in %) omrekent naar Extinctie (E). Bij de digitale colorimeters kun je meteen de extinctie aflezen. Je kunt voor deze proef de zelfde handleiding voor de instelling van IPCOACH 6 gebruiken als bij de proef over "verdunnen en ijkreeks", alleen moet je Fe³⁺vervangen door NH₄⁺ en de maximale concentratie NH₄⁺veranderen.

Afval: het nessler-reagens bevat kwikverbindingen. Dit reagens is nog steeds verkrijgbaar en bij normaal gebruik zal er geen kwikdamp vrijkomen. Het spreekt voor zich, dat het nessler-reagens niet drinkbaar is. Het is handig om dit reagens in een fles met een dispenser, die ingesteld is op 1 ml, te bewaren, zodat er niet mee gemorst kan worden. Het afval dient in een apart afvalvat of -fles verzameld te worden en na afloop van de proef is het verplicht handen wassen!

De fosfaatgehaltebepaling aan de hand van de set kunnen de leerlingen geheel zelfstandig uitvoeren.

Tip: het bestellen van de chemicalien die nodig zijn voor de ammoniumbepaling moet vroegtijdig gebeuren. Het kan lang duren voordat ze geleverd worden! Let op dat de oplossingen niet te geconcentreerd worden aangemaakt. De chemicalien zijn duur!

Hoofdstuk 3

In hoofstuk 3 draait het om de groepsonderzoeken. De meeste onderzoeken zijn theoretisch van aard. Voor praktische verdieping wordt verwezen naar de kanjerkaarten. Achterliggende gedachte bij de groepsonderzoeken is dat de leerlingen elkaar van kennis gaan voorzien in de vorm van presentaties. De twee verdiepende vragen aan het einde van elke presentatie worden in de verdiepingsfase gebruikt om een basis te leggen voor de theoretische toets. De module draait dus eigenlijk op de "expertmethode".

Elk onderzoek heeft een bepaalde zwaarte, aangegeven in kunstmestkorrels. Elk groepje moet in elk geval 60 punten, dit zijn 60 "kunstmestkorrels", halen. De opdrachten lopen uiteen van 10 tot 60 kunstmestkorrels.

Het is aan de docent om een goede verdeling van groepjes over de praktische opdrachten te laten plaatsvinden. Het mooiste is natuurlijk als deze verdeling zo gelijkmatig mogelijk is. In dat geval wordt elke praktische opdracht tijdens de presentaties ook voldoende besproken.

Een tip is: om elk groepje opdrachten te laten uitzoeken voor 100 kunstmestkorrels en dat de docent vervolgens een verdeling van de opdrachten kan maken, zodat elke opdracht minimaal één maal uitgevoerd wordt en de leerlingen toch enkele door hun uitgekozen opdrachten kan uitvoeren.

Hoofdstuk 4

De docent kan uiteraard zelf bepalen hoe zwaar de toets, de presentatie en eventueel de klassikale proef meetellen voor het eindcijfer. Dit zal ook te maken hebben met de eisen die worden gesteld aan het PTA.

De docent kan ook kiezen voor andere presentatievormen ten aanzien van het groepswerk. Hij moet zich wel realiseren dat de presentaties grotendeels het programma van de verdieping (hoofdstuk 5) vormen. Elke presentatie eindigt met twee verdiepingsvragen per opdracht.

Het is sterk aan te bevelen om met de leerlingen vooraf de presentatie te bespreken, niet alleen om ervoor te zorgen dat de verdiepingsvragen voldoende niveau hebben, maar ook om te zorgen dat de vragen ook daadwerkelijk met de kennis uit de presentatie te beantwoorden zijn. Met dit doel is het verstandig de presentaties ruim voor de presentatiedatum in te nemen (in wat voor vorm dan ook) en deze aan de leerlingen terug te geven met wat aanwijzingen, om het niveau te kunnen waarborgen. Het is nadrukkelijk niet de bedoeling de presentaties van fouten te ontdoen, daarmee zou je de klasgenoten immers een leermoment ontnemen. Bovendien kunne chemische onvolkomenheden makkelijk tijdens de verdiepingslessen worden rechtgezet.

Het is bovendien aan te raden de presentaties te kopieren en te verspreiden onder de leerlingen, zodat de leerlingen voldoende basis en kennis hebben om de stof die uitvoerig wordt besproken in de verdiepingsfase te begrijpen. Uit ervaring blijkt het handig te zijn de leerlingen de uitgeprinte presentaties voorafgaand aan de power pointpresentaties te geven. Op die manier kunnen ze tijdens de presentaties aantekeningen maken. Eventuele fouten worden er in de verbindingslessen door de docent (of klasgenoten) uitgehaald. Tijdens de powerpoint presentaties is het aan te raden de leerlingen niet te wijzen op "chemische" fouten maar hiermee te wachten tot de verbindingslessen. Op deze manier wordt vermeden dat een groepje dat later presenteert in het voordeel is. Bovendien is het voor de leerlingen niet leuk om tijdens de presentaties steeds onderbroken te worden.

Hoofdstuk 5

In de verdieping wordt van de docent gevraagd dat hij een lijn aanbrengt in de informatie die uit de presentaties naar voren is gekomen. Dit gebeurt in de vorm van een aantal verbindingslessen. Naast het gekopieerde materiaal van de groepspresentaties van de leerlingen zal hier en daar meer theorie nodig zijn om goed voorbereid aan de toets te kunnen beginnen. Deze theorie vindt u onder kenniskaarten. Ook de oefenvragen kunnen bijdragen aan kennis en inzicht.

Hieronder vindt u een aantal leerdoelen. Deze leerdoelen moeten sowieso in de verbindingslessen aan de orde zijn geweest. Het grootste deel van deze leerdoelen zal automatisch uit de kenniskaarten en presentaties naar voren komen. Het overige zal door de docent zelf ingebracht moeten worden om te vermijden dat er op de toets kennishiaten ontstaan.

   1. Berekeningen ten aanzien van kunstmest(productie)
   2. Berekeningen aan een ijkreeks en verdunnen
   3. Eenvoudige pH-berekeningen
   4. Theorie over de stikstofkringloop
   5. Evenwichten
   6. Werking van kunstmest

Uitwerkingen

De uitwerkingen zijn te vinden op het docentenforum van mijnscheikunde.nl. Om toegang te krijgen tot het forum dient u zich eenmalig te registeren. Hier zijn geen kosten aan verbonden.
Voor aanvullende vragen kunt u mailen naar info@scheikundeinbedrijf.nl

Opmerkingen bij de praktische opdrachten

(naar aanleiding van testen op het Bornego College)

Opdracht 5

1. Filtreren gaat sneller op watten dan met een rondfilter.

2. i.p.v. injectiespuit kan ook direct op een weegschaal 10,0 gram natronloog erbij gedruppeld worden, echter je kan dan geen roermotor gebruikt worden.

Aan het eind weer druppelen op de weegschaal tot de kleur verdwijnt.

Opdracht 1

Er is hulp van de docent nodig bij het berekenen het aantal milliliter dat nodig is om ammoniumsulfaat te maken.

Opdracht 2

In het begin is er veel hulp van de docent nodig bij het berekenen (zie uitwerkingen) daarna loopt het prima.

Opdracht 3

Damp de gemaakt oplossingen voorzichtig in (zuurkast) en controleer de opbrengst met de te verwachten theoretische opbrengst (Ammoniumnitraat heeft een hele lage ontledingstemperatuur, vandaar heel voorzichtig indampen).

Eventueel alternatief: Zie: Chemistry Collected Experiments, blz. 166 -167.

Voor de berekening heb je de kenniskaart van deze opdracht nodig. Deze kun je via de website onder opdracht 1 downloaden.

Opdracht 10

De tweede link kun je ook vinden door via google rechtstreeks:

''Eu streng over kunstmest in strijd tegen terreur'' in te typen.

Dan gaat het om het eerste blokje. (misschien beter hier de link opnemen? eerste blokje zal vast snel veranderen)