Учебное пособие: Химия без взрывов
Учебное пособие: Химия без взрывов
УЛЬЯНОВСКИЙ ИНСТИТУТ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ И ПЕРЕПОДГОТОВКИ РАБОТНИКОВ ОБРАЗОВАНИЯ
ПРОГРАММА КУРСА ПО ВЫБОРУ ДЛЯ ДЕВЯТИКЛАССНИКОВ
«ХИМИЯ БЕЗ ВЗРЫВОВ»
СОСТАВИЛ ЗАВЕДУЮЩИЙ
КАФЕДРОЙ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ УИПКПРО
АХМЕТОВ Марат Анварович
УЛЬЯНОВСК 2004
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
1.Пояснительная записка
2.Тематический план
3.Занятие 1 Техника безопасности при проведении опытов. Знакомство с лабораторным оборудованием. Ведение рабочего журнала
4. Занятие 2. Рисование йодом
5. Занятие 3. Самодельные индикаторы
6. Занятие 4. Экстракция
7. Занятие 5. Опыты с газами
8. Занятие 6. Окисление-восстановление
9. Занятие 7. Адсорбция
10. Литература
11. Оборудование химической лаборатории из подручных средств
12. Исследовательский проект «О некоторых особенностях роста кристаллов хлорида натрия
13. Учебно-исследовательская работа «Исследование моющего действия стиральных порошков с отбеливающим эффектом для автоматических стиральных машин
Пояснительная записка
Представленный курс направлен на знакомство школьников с основами планирования, постановки и проведения исследовательских работ в области химии. С другой стороны данный курс ставит задачи пробы сил школьников для последующего обучения на естественнонаучном профиле (физика-химия, химия-биология).
В сегодняшней российской школе недостаточно внимания уделяется проведению химического эксперимента, поэтому учащиеся имеют нередко лишь формальное представление о химических объектах, подчас не представляя об истинных задачах, стоящих перед химическим знанием, о химических методах исследования. Вследствие этого часть школьников, имеющая потенциальную склонность к деятельности в естественнонаучной области, получают о ней в своей школе неполное, одностороннее представление. Они могут не выбрать ее в качестве области своей дальнейшей деятельности. В ходе прохождения курса учащиеся познакомятся с основными методами химического эксперимента, приобретут навыки проведения химического эксперимента и исследовательской работы, научатся вести лабораторный журнал, и готовить исследовательские проекты. К достоинствам данного курса можно отнести также то, что он не требует специального оборудования, и химическая лаборатория может быть организована из подручных средств с минимальными затратами даже в домашних условиях. По окончании каждого занятия школьники предоставляют преподавателю опытные образцы и оформленные в соответствие с принятыми правилами лабораторные журналы, на основании чего и будет делаться вывод об успешности прохождения каждого занятия.
Учащиеся в школах на уроках химии знакомятся с основными приемами безопасной работы, однако, учитывая важность момента (сохранение здоровья обучаемых) нелишне будет вновь уделить этому вопросу отдельное внимание на первом занятии. Преподавателю также следует учитывать необходимость проведения инструктажей на каждом практическом занятии. При нарушении кем-то из учащихся правил безопасной работы нелишним будет проведение повторного инструктажа.
Для основной части курса подобраны простые экспериментальные работы, которые не повторяют, а лишь дополняют и расширяют представления учащихся, полученные ими при прохождении основного курса химии. Учащиеся осваивают виды деятельности, которые потребуются им при обучении в профильной школе: от анализа литературы и чтения инструкции по проведению эксперимента, через планирование, подготовку и проведение химического эксперимента до мытья посуды и уборки своего рабочего места. Преобладающим видом деятельности при прохождении спецкурса – самостоятельная творческая деятельность под руководством опытного наставника. Если девятиклассники, захотят расширить свои представления о химической области знания и направлениях химического исследования, а также в случае болезни, то они смогут воспользоваться литературой из приведенной ниже библиографии. С восьмого занятия школьники приступают к выбору темы проекта. Тему для исследования можно почерпнуть из литературы, список которой дан в конце работы или по рекомендации преподавателя. Результатам исследования является публичная защита проекта, на основании которой оценивается успешность прохождения курса в целом. Образцы исследовательских проектов приведены в приложении. В любом случае рекомендуемой структурой отчета об исследовательской работе может быть следующая:
1. Титульный лист
2. Пояснительная записка[1]
3. Описание эксперимента
4. Результаты эксперимента
5. Обсуждение результатов
6. Выводы
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
| № | Тема |
Вид занятия Кол-во часов |
| 1. | Техника безопасности при проведении опытов. Знакомство с лабораторным оборудованием. Ведение рабочего журнала. | 1 л 1 пр |
| 2. | Рисование иодом | 2 пр |
| 3. | Самодельные индикаторы | 2 пр. |
| 4. | Экстракция | 2 пр |
| 5. | Опыты с газами | 2пр. |
| 6. | Окисление-восстановление | 2 пр |
| 7. | Адсорбция | 2 пр. |
| 8. | Учебно-исследовательская работа учащихся. Выбор темы проекта |
1л 1 пр. |
| 9. | Работа над проектом | 2 пр |
| 10. | Работа над проектом | 2 пр. |
| 11. | Итоговое занятие: защита проектов | 2 пр. |
| ИТОГО: | 22 часа |
ЗАНЯТИЕ 1 «Техника безопасности при проведении опытов. Знакомство с лабораторным оборудованием. Ведение рабочего журнала»
Вот семь обязательных условий безопасной работы в лаборатории.
Первое и главное условие: строго и точно соблюдайте все наши рекомендации.
Вы, наверное, знаете, что одна и та же химическая реакция может идти по-разному, если изменить условия опыта. Например, если повысить температуру, или добавить в пробирку какое-либо вещество, или добавлять вещества в иной, чем указано, последовательности. От этого мы вас и предостерегаем: нет гарантии, что реакция пойдет так, как вы предполагаете. Вот самый простой пример.
Возможно, вам известно, что при разбавлении серной кислоты всегда льют медленно и понемногу кислоту в воду, осторожно перемешивая раствор. (Пожалуйста, запомните это правило раз и навсегда, и ни в коем случае не поступайте наоборот.) Но, казалось бы, какая разница, что к чему добавлять? У всех химических правил есть глубокий смысл. В чем же причина именно такого порядка смешивания серной кислоты с водой?
При таком смешивании выделяется много тепла. Кислота гораздо тяжелее воды, и когда ее вливают понемногу в сосуд с водой, кислота сразу опускается, и граница, где выделяется тепло, оказывается глубоко под водой. Смесь нагревается постепенно и равномерно, словно на горячей плите, А если лить легкую воду в тяжелую кислоту, то вода растечется тонким слоем по поверхности, сразу же нагреется и превратится в пар – будто воду вылили на раскаленную сковородку. Пар захватит брызги кислоты, они могут попасть на одежду и на кожу, вызвать ожоги, повредить глаза. Вот такие могут быть последствия от несоблюдения простого химического правила.
И в этом случае, и во всех остальных – пожалуйста, следуйте нашим советам неукоснительно!
Второе условие: никогда не смешивайте два реактива, просто, чтобы посмотреть, что получится. Не всегда получается хорошо.
Совсем другое дело, если вы точно знаете, что образуется в результате реакции и как она идет. Скажем, если вы уже проходили реакцию в школе и совершенно уверены, что опыт безопасен. Но и в этом случае берите минимально необходимые количества веществ. Не стаканы и даже не столовые ложки, а буквально граммы или даже доли грамма. Чтобы наблюдать ход реакции, этого вполне достаточно. И даже если вам нужно получить самостоятельно заметное количество вещества, прежде поставьте прикидочный опыт, чтобы познакомиться с тонкостями реакции.
Третье условие: не используйте для опытов посуду, из которой едят. Для опытов нужна своя, отдельная посуда. И ни в коем случае не пробуйте вещества на вкус (кроме тех случаев, когда в описании опыта прямо сказано, что продукт можно попробовать).
Четвертое условие: храните реактивы в отдельных склянках или коробках. Чтобы не было путаницы, наклейте этикетки и напишите, что находится внутри. Если препарат вам больше не нужен (или если опыт закончен, а продукты реакции вам ни к чему), то немедленно выбросьте ненужные вещества – так спокойнее, и путаницы не будет.
Пятое условие: не оставляйте грязной посуды. Во-первых, ее будет потом трудно отмыть, может быть, придется даже выбрасывать. Во-вторых, некоторые вещества окисляются на воздухе, реакции между ними могут продолжаться и после того, как опыт закончен, и в результате таких реакций может получиться нечто такое, на что мы с вами не рассчитывали. Словом, после каждого опыта мойте посуду сразу и тщательно.
Между прочим, когда чисто, то и работать приятнее, и старшие лучше будут относиться к вашим занятиям. Да и вообще экспериментатор только тогда достигает успеха, когда работает аккуратно.
Шестое условие: никогда не берите реактивы руками, не наклоняйтесь над склянками, в которых идут реакции,- не нюхайте .вещества с едким запахом. Берегите и одежду, и кожу, и прежде всего глаза от брызг и крупинок. Это условие коротко можно сформулировать так: будьте всегда осторожны!
И, наконец, самое последнее, седьмое условие, которое вы обязаны выполнять, если хотите стать настоящими экспериментаторами: приступайте к работе только после того, как вам будут ясны все ваши действия. Еще до начала работы внимательно прочтите описание опыта от начала до конца. Запишите все, что вам может понадобиться: посуду, реактивы, штатив, держалки и тому подобное, вплоть до тряпки. Разложите их на рабочем месте так, чтобы все было под рукой. И только после такой подготовки приступайте к работе.
Может быть, вы даже не представляете себе, насколько важен этот последний совет. Если вы будете ему следовать, это избавит вас от суматохи и недоразумений. Представьте себе, что вы приступили к опыту без подготовки, едва раскрыв книгу. Написано: "налейте в бутылку разбавленной уксусной кислоты и бросьте кусочек сульфита натрия, завернутого в фильтровальную бумагу". Это, положим, вы сделаете без труда, если только второпях, в поисках фильтровальной бумаги, не опрокинете бутылку с уксусом. Началась реакция, стал выделяться газ. А вы тем временем читаете: "закройте бутылку пробкой с отводной трубкой и пропустите газ через раствор перманганата калия". Пока вы будете искать пробку, подбирать к ней трубку и доставать из домашней аптечки марганцовку – можете быть уверены, реакция в бутылке давно закончится, и все придется начинать сначала. А что стоило прочесть заранее и приготовить все загодя ...
Если вы уже неплохо знаете химию, то для точного выполнения этого же условия очень полезно будет записать уравнения реакций, протекающих в ходе опыта, выверить их по авторитетным книгам или справиться у учителя химии. Тогда все ваши действия станут вам яснее и, может быть, вы сможете несколько видоизменить опыт, расширить его рамки. Но, повторяем, только при полной уверенности в том, что опыт пойдет так, как вы ожидаете.
И всем юным химикам, независимо от их подготовки и опыта, настоятельно советуем завести лабораторный журнал. Настоящий химик обязательно записывает в лабораторный журнал план работы, список реактивов, порядок действий, зарисовывает прибор и перечисляет, из каких деталей прибор состоит. Он заносит в журнал условия опыта, уравнения реакций, подсчитывает, сколько надо веществ для опыта. А потом записывает свои наблюдения и делает из них выводы.
Чтобы вам было понятнее, как надо вести лабораторный журнал, а это, кстати, может быть обычная тетрадь, мы приводим для иллюстрации запись из такого журнала. Разумеется, это не образец, следовать ему в точности не обязательно: ведите записи так, как вам удобнее и привычнее. Но иметь перед глазами пример записи не помешает ...
Если ваши наблюдения были точными, записи – аккуратными, а выводы – правильными, значит, вы сумели не просто поставить опыт (что интересно само по себе), но еще и понять его смысл и извлечь пользу (а это гораздо важнее). Пожалуйста, не ленитесь заглядывать в учебники и популярные книги по химии, экспериментатор обязан понимать сущность опыта и его особенности.
ОФОРМИТЕ ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ:
1. Подпишите его
2. Аккуратно внесите требования по технике безопасности
3. Покажите оформленный журнал преподавателю
ЗАНЯТИЕ 2 «РИСОВАНИЕ ИОДОМ»
Чем особенно хорош этот опыт – все необходимое для него, наверное, есть в каждом доме: свечка, аптечный йод (спиртовой раствор, йодная настойка) и какой-нибудь негодный железный предмет – старая дверная петля, ключ от неизвестного замка или замок, ключи от которого потеряны. Металлическую поверхность, на которой будет рисунок, прошлифуйте наждачной шкуркой до блеска, зажгите свечку и наклоните ее так, чтобы парафин капал на блестящую поверхность. Слегка нагрейте предмет, тогда парафин растечется тонким слоем. А когда он охладится и застынет, иглой процарапайте канавки, чтобы они дошли до металла. Наберите пипеткой аптечный йод и капните на царапины. Через несколько минут раствор йода побледнеет, и тогда надо вновь нанести его на царапины. Примерно через час снимите слой парафина: вы увидите на металле ясные следы, они точь-в-точь повторяют рисунок на парафине.
Если опыт был удачным, можно перейти к более серьезному занятию – не просто царапать парафин, а написать на нем слово или сделать рисунок; например, пометить свой перочинный нож ~ или гаечный ключ от велосипеда.
Разберемся, что же происходит, когда йод соприкасается с металлом. Железо вступает в реакцию с йодом, в результате образуется соль – иодид железа. А эта соль – порошок, который легко удаляется с поверхности. И там, где были царапины образовались углубления в металле. Такой процесс называют химическим травлением. К нему часто прибегают, однако ' используют обычно не йод, а другие вещества, более активные.
Между прочим, йод взаимодействует не только с железом, но и с медью. Значит, им можно травить разные предметы из меди и медных сплавов, например из латуни. Можете попробовать.
1. ЗАПИШИТЕ РЕЗУЛЬТАТЫ в лабораторный журнал
2. Покажите журнал преподавателю
ЗАНЯТИЕ 3 «САМОДЕЛЬНЫЕ ИНДИКАТОРЫ»
В химических лабораториях то и дело пользуются индикаторами – иногда для определения тех или иных веществ, а большей частью, чтобы узнать кислотность среды, потому что от этого свойства зависят и поведение веществ, и характер реакции. Индикаторы не раз понадобятся и нам, а так как не всегда можно их купить, то попробуем приготовить их самостоятельно. Исходным сырьем будут служить растения: многие цветки, плоды, ягоды, листья и корни содержат окрашенные вещества, способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. И, попадая в кислую или, напротив, в щелочную среду, они наглядным образом сигнализируют нам об этом.
