Экспериментальные задачи по неорганической химии (Малолеткова) 1964 год - старые учебники

ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ ПО РЕШЕНИЮ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗАДАЧ НА ПРОИЗВОДСТВЕННОМ МАТЕРИАЛЕ

Экспериментальные задачи по химии на производственном материале в средней школе раскрывают следующие основные вопросы: 1. Полезные ископаемые и сырье. 2. Очистка сырья и продуктов производства. 3. Распознавание веществ. 4. Получение и применение веществ. 5. Производственные процессы и управление ими. 6. Использование отходов производства. 7. Хранение веществ. 8. Приготовление растворов.

Экспериментальные задачи на производственном мате-риале используются на протяжении всего учебного курса химии как на уроках (при проведении лабораторных, практических и контрольных работ), так и в процессе внеклассных занятий.

Условие экспериментальной задачи учитель записывает на классной доске или на карточках. В соответствии с содержанием задач на столах расставляется необходимое оборудование, посуда, реактивы и др. Ученики на отдельных листках записывают ход решения по форме, которая приводится на странице 5.

При оценке задачи учитель принимает во внимание не только приведенные в тетради записи, но и выполнение опытов.

При текущей проверке успеваемости большую роль играет демонстрационное решение экспериментальных задач. Опрашиваемый ученик объясняет ход решения задачи, обосновывает его теоретически, подготавливает необходимые вещества, приборы и другое оборудование, а затем показывает опыты. Остальные ученики следят за его работой и отвечают на вопросы, предложенные учителем. 

Сложные задачи нужно расчленить на несколько этапов в соответствии с их содержанием и особенностями хода решения. Чтобы сосредоточить внимание учащихся на наиболее важных явлениях и помочь их осмыслить, учитель ставит к задаче ряд дополнительных вопросов.

В качестве примера приведем несколько эксперимен-тальных задач.

Задача I. Цинковую и оловянную пластинку по внешнему виду различить трудно. Как можно их распознать при помощи соли и кислоты?

Вопросы:

1. С одинаковой ли скоростью протекает реакция вза-имодействия этих металлов с кислотой? Какой металл активнее?

2. Как взаимодействуют цинк и олово с кислотой и солью?

Задача 2. В лаборатории имеются: соляная кислота, пиролюзит (МпО2) и бромистый калий. Как, пользуясь этими веществами, можно получить бром?

Вопросы:

1. Почему бромистый калий нужно взять в растворе?

2. Какова роль пиролюзита в реакции? Какими веществами его можно заменить?

3. Какую реакцию можно вести при нагревании, а какую нельзя? Почему?

4. Как из раствора можно выделить бром?

Задача 3. В ряде химических производств в качестве побочного продукта образуется сероводород, который теперь используют для получения серной кислоты. Получить серную кислоту из сероводорода.

Вопросы:

1. Почему при горении сероводорода получается сер-нистый, а не серный ангидрид?

2. При каких условиях сернистый ангидрид окисля-ется в серный?

3. В каком веществе следует растворять серный ангидрид?

4. Как убедиться, что в серной кислоте нет сернистой кислоты?

5. Какими средствами можно увеличить скорость дан-ных реакций?

В процессе внеклассных занятий (дома, в школьном кабинете, в производственной лаборатории) ученики решают более сложные и требующие значительно большего времени экспериментальные задачи.

Учитель предлагает ученикам 15—20 экспериментальных задач. Каждый выбирает из них только одну. Некоторые ученики сами подбирают себе тему и вместе с учителем формулируют задачу. Наиболее сложные и трудоемкие задачи даются не одному, а двум ученикам. Два-три месяца ученик на основе рекомендованной учителем литературы готовится теоретически, выполняет все необходимые опыты и составляет отчет примерно по следующему плану:

1. Содержание задачи.

2. Подготовка к решению задачи.

3. Уравнения химических реакций.

4. Методика решения задачи.

5. Техника выполнения эксперимента.

6. Связь описанных в задаче процессов с производст-вом.

7. Выводы.

К отчету ученики готовят коллекцию веществ (рис. I), таблицы и стенды.

ВЕЩЕСШВА

В IX—XI классах проводятся так называемые «творческие» конференции.

На конференциях даются задачи примерно такого типа.

Задача.

Получить окись магния двумя способами: а) из природного карбоната магния, б) из азотнокислого магния (марки «чудо») и карбоната аммония (марки <Х-Ч>).

В каком случае окись магния можно применить как люминофор?

Вопросы:

1. Влияют ли различные примеси на свечение (спектр) окиси магния? Какой способ следует избрать, чтобы окись магния получить чистой?

2. Как можно установить, что углекислый магний со-держит примеси?

3. Что нужно сделать, чтобы полученный в результате реакции углекислый магний отделить от других веществ?

4. Почему для проведения реакции обмена вещества берут в растворенном виде?

5. Почему для получения окиси магния (при примене-нии ее в качестве люминофора) не пользуются природным углекислым магнием, который является дешевым сырьем?

Конференцию ведут сами учащиеся. Одни из них делает вступление о значении экспериментальных задач. На сообщение о решении задачи отводится 10—15 мин. Ученик должен коротко изложить содержание и ход решения, продемонстрировать опыты и сделать выводы. Тут же задаются вопросы выступающим. Дается оценка работы.

§ 1 СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ

Распознавание веществ по внешнему виду и температуре кипения

Научить различать вещества по определенным признакам — это одна из главных задач изучения химии. Умение распознавать вещества по их свойствам играет большую роль в жизни и практике.

Первый урок по теме «Свойства веществ! посвящается изучению теоретического материала. Второй урок — решению экспериментальной задачи по распознаванию веществ. В начале второго урока учитель после небольшого опроса переходит к решению экспериментальной задачи.

Учитель пишет на доске условие задачи:

«Определить, какие вещества находятся в ящике. Ве-щества под № 1 определите по цвету, под № 2 — по запаху, под № 3 — по внешнему виду (цвету) и запаху, под № 4 — по температуре кипения (последний опыт проводится как демонстрационный)».

На каждый стол ставится один набор веществ. В банках под номерами: № 1 — сахар, уголь, медь, сера; № 2 — уксусная кислота, вода, нафталин; № 3 — мель, алюминий, мел, мрамор, вода и уксусная кислота; № 4 — вода, этиловый спирт.

Учитель предлагает познакомиться с веществами, которые лежат в банках под № 1, и определить их по цвету. Затем учитель рассказывает, как надо определять вещества по запаху, и предлагает познакомиться с веществами, находящимися в банках под X? 2. Эти вещества хорошо знакомы учащимся из повседневной жизни, они их сразу определят, как только откроют пробки.

В таком же порядке определяются вещества в наборе под № 3. В нем имеется шесть веществ. В двух банках 

находятся раствор уксусной кислоты и вода. По какому признаку определите уксусную кислоту?

Медь, алюминий, мел и мрамор определяют по внешнему виду. Кроме того, характерными свойствами являются: для меди — цвет, для алюминия — легкость и пластичность. Мрамор тверже мела. В этом можно убедиться, проведя ребром куска мрамора по куску мела.

Учитель рассказывает, что каждое чистое вещество имеет определенную температуру кипения. За температуру кипения жидкости следует принимать показание термометра в момент, когда начинает кипеть вся масса жидкости.

В наборе № 4 имеются вода и этиловый спирт. Опре-, делите вещества, зная, что температура кипения воды 100° С, а этилового спирта 78°С. При нагревании этилового спирта надо быть осторожным и помнить, что он легко воспламеняется.

Задача решается в виде демонстрационного опыта.

Делается вывод по проведенной работе.

Распознавание жидких веществ

Удельный вес раствора можно определить ареометром. Для определения удельного веса жидкость наливают в стеклянный цилиндр емкостью не менее 0,5 л. Погружать ареометр в жидкость следует осторожно, не выпускать его из рук до тех пор, пока не станет очевидным, что он плавает. Ареометр должен находиться в центре цилиндра (для большей точности показаний).

Задачи

1. В три цилиндра налиты следующие жидкости: вода, глицерин и раствор поваренной соли. Пользуясь ареометром, определить, где какая жидкость находится.

2. Пользуясь таблицей плотности жидкостей, опре-делить, какие вещества даны: вода, спирт (метиловый или этиловый), жидкое растворимое стекло.

3. В двух цилиндрах находятся бесцветные жидкости: в одном — дистиллированная вода, в другом—раствор поваренной соли. Определить двумя способами, в каком цилиндре находится вода и в каком — раствор поваренной соли.

4. В двух сосудах находятся: в одном — водопроводная вода, в другом — дистиллированная. Показать на опыте, каким образом можно различить эти жидкости.

Таблица 1

Плотность некоторых жидких веществ (в г/ся3 при температуре 20“С и Р = 1 ат)

Вода  1,0

Бензол  0,88

Спирт метиловый  0,79

Спирт этилонын  0,789

Стекло растворимое жидкое  1,36—1,53

Глицерин  1.25

10-пронентиый раствор поваренной соли  1,07

5. Длин три растертых в порошок вещества: сахар, мел и речной песок. Определить двумя способами, где какое вещество.

6. Определить двумя способами, в каком пакете на-ходится поваренная соль, крахмал и сера.

7. Даны жидкости. Определить, какая из них вода и какая — этиловый спирт (воспользуйтесь разными температурами кипения и разными удельными весами).

8. Определить по запаху следующие вещества: нашатырный спирт, уксусную кислоту, этиловый спирт, скипидар.

9. Даны четыре вещества: сахар, медный купорос, во-да и уксусная кислота. Проделать с ними опыты по ниже-приведенному плану и данные записать в таблицу 2. На основании свойств определить, что это за вещества.

Таблица 2

Номер пробирки (вещества)

1 2 3 4

Агрегатное состояние Цвет Растворимость в воде Запах

Удельный вес

Температура кипения (в °C)

После проверки решения задач учитель предлагает вопросы для закрепления материала и дает задание на дом.

Вопросы для закрепления материала

1. Назовите не менее трех одинаковых предметов, из-готовленных из одного вещества, и не менее трех одинаковых предметов, изготовленных из разных веществ. Ответ поясните.

2. Назовите несколько веществ, производство которых по семилетиему плану развития народного хозяйства СССР значительно возрастет.

Домашнее задание

1. По каким признакам легче всего различить следую-щие вещества: медный купорос, марганцовокислый калий, порошок серы?

2. По каким признакам можно отличить кусок железа от куска угля, кусок серы от куска латуни?

§ 2. ЧИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА И СМЕСИ

Природные соединения имеют примеси, от которых приходится освобождаться при промышленном получении чистых веществ. Очистка веществ имеет важное значение в промышленности.

Опыт преподавания химии показывает, что учащиеся седьмых классов лучше всего усваивают раздел «чистые вещества и смеси», когда сами готовят смеси и выделяют из них чистые вещества.

Ниже описывается методический прием проведения прак-тической работы. Выполнение ее учащимися построено совсем иначе, чем в учебнике. Во-первых, она разделена на дне части, первая из которых выполняется дома, вторая — в классе в виде экспериментальной задачи. Даются вопросы для закрепления материала.

Когда теоретический материал пройден, учитель дает Домашнее задание, чтобы учащиеся подготовились к решению экспериментальной задачи.

Учащиеся дома должны приготовить смесь (близкую к бузуну) из поваренной соли и почвы (лучше взять песчаную Почву). Составные части можно брать в любых количественных соотношениях (па это нужно обратить особое внимание учащихся). Они должны сравнить приготовленную смесь с чистой поваренной солью и указать, чем они различаются.

На лист чистой бумаги насыпают столовую ложку по-варенной соли и добавляют — ложки почвы. Тщательно перемешивают. Получившуюся смесь рассматривают не-вооруженным глазом, а затем через лупу. Отмечают, все ли частицы одинакового размера, формы, цвета. Следует обратить внимание на различие в формах и цвете кристаллов поваренной соли и частиц почвы. Смесь ссыпают в стеклянную банку. На банку наклеивают этикетку с надписью «Бузун>.

Определяют растворимость поваренной соли и почвы. Для этого растворяют в воде немного поваренной соли,, получается прозрачный раствор. Затем в воду насыпают почву, она не растворяется. Учащиеся должны сделать, вывод, каким способом можно разделить соль и почву.: Учитель заостряет внимание учащихся на том, что задача сводится к отысканию таких различий в свойствах поваренной соли и почвы, которые позволяют отделить их друг от друга.

Учащиеся должны дома сделать рисунки 22, 23, 24 из учебника А. Д. Смирнова, Г. И. Шелинского.

Учащимся предлагаются вопросы:

1. На каких физических свойствах поваренной соли к почвы основано разделение бузуна?

2. Что можно сказать об однородности бузуна, какие свойства ему присущи (одного вещества или нескольких)?

3. Чем смеси веществ отличаются от химических сое-динений?

Задача

Очистить поваренную соль.

В начале урока учитель спрашивает:

1. Какова цель работы?

2. Как разделить загрязненную соль?

3. Как очистить полученную жидкость?

4. Как из раствора выделить соль? Что надо сделать, чтобы при этом не было потерь соли?

Работа проводится фронтально.

1 часть. Приготовленную (дома) смесь поваренной соли и почвы высыпают в химический стакан, наливают воды и тщательно перемешивают. Готовят фильтр и вставляют в воронку, затем смачивают его.

2 часть. Закрепляют кольцо на штативе, вставляют в него воронку с фильтром, подставляют под нее чистый химический стакан и фильтруют.

3 часть. Фильтрат выливают в фарфоровую чашку и выпаривают. Отчет о работе учащиеся записывают по форме (табл. 3).

Табл и ца 3

Краткое содержание задания Техника выполнения опыта Наблюдения и иониты

Вопросы для закрепления материала

1. Перечислите, какие операции и в какой последова-тельности вы выполняли.

2. Что осталось на фильтре?

3. Как проверить, что растворенное вещество (NaC!) проходит через фильтр?

4. Какие правила соблюдали при растворении, фильт-ровании и выпаривании?

5. Какие способы разделения смесей известны вам из повседневной жизни (привести пример)?

6. Как выделить соль из раствора? ‘

7. Что нужно сделать, чтобы ускорить растворение?

Задачи

1. Природный тяжелый шпат (BaSO4), являющийся исходным сыр|>ем для получения ряда химических продуктов, содержит в виде примеси небольшое количество поваренной соли. Очистить тяжелый шпат от примеси поваренной соли1.

2. В одной пробирке находится смесь двух веществ: серы и железа, в другой — чистое вещество (сернистое железо).

Доказать, в какой пробирке смесь, а в какой — чистое вещество.

3. Доказать, что природная вода, даже прозрачная и без запаха, содержит примеси других веществ.

* Если нет природного тяжелого шпата, то для опыта возьмите сернокислый барий и смешайте с небольшим количеством хлористого натрия.

4. Определить по удельному весу, какие вещества содержатся в смеси: а) речной песок и пробковые опилки, б) медные опилки и древесные опилки.

5. Даны два вещества черного цвета (окись меди и древесный уголь). Как распознать, где какое вещество?

6. Вам выдано по виду однородное вещество. Дока-зать, что это смесь. (Можно взять смесь песка и серы.)

7. В песке обнаружены древесные и железные опилки. Разделить эту смесь.

8. В керосине обнаружены песок и вода. Очистить ке-росин

9. Очистить зубной порошок от примеси поваренной соли и древесных опилок.

10. Разделить смесь древесных опилок, песка и пова-ренной соли.

11. При получении медного купороса в промышленных условиях в него попадают не растворимые в воде вещества. В лаборатории производят анализ на наличие нерастворимых частиц. Определить, есть лив медном купоросе нерастворимые вещества.

12. Природный песок, используемый для приготовления бетона, содержит небольшое количество глины. Доказать методом «отмучивания» наличие в нем глины.

13. Доказать с помощью несложного опыта, что почва является смесью различных веществ.

14. Сохраняют ли свои свойства сахар в смеси с ме-лом, железо в смеси с серой (песком или алюминием)? Если сохраняют, то доказать это опытным путем.

15. Медный купорос загрязнен песком. Какие свойства медного купороса в песка можно использовать для их разделения? Проделать опыт.

16. Доказать, что данный белый порошок является смесью крахмала с сахарной пудрой.

17. В чистую воду попали: а) машинное масло, б) ме-таллическая пыль. Очистить воду от этих примесей.

Вопросы для закрепления материала

1. Приведите примеры: а) природных смесей, имею-щих большое значение для народного хозяйства; б) искусственно приготовленных смесей. Объясните, как можно приготовить смесь.

2. Смешали спирт, воду и песок. Какие свойства этих веществ можно использовать для их разделения?

3. Каким образом из речной или морской воды можно получить химически чистую воду? Нарисуйте простейший прибор для получения дистиллированной воды.

4. Молоко является смесью. В его состав входят: вода, жиры, белки и другие вещества. Как выделяют жиры из молока при его переработке?

§ 3. ТИПЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Опыт разложения окиси ртути можно провести как эк-спериментальную задачу, которую учитель решает вместе с учениками.

Задача

1. Провести реакцию разложения окиси ртути. Какие вещества получаются в результате реакции?

Указание к решению задачи

Задача решается демонстрационным путем. При проведении этого опыта учитель активизирует внимание учащихся, задавая вопросы:

2. К какому типу реакций относится разложение окиси ртути?

3. Можно ли из сложного вещества получить простые? Например, из окиси ртути — ртуть и кислород.

4. Какой цвет имеет окись ртути?

Необходимо помнить, что ртуть, получающаяся при разложении окиси ртути, испаряется, а пары ее ядовиты. Убедитесь, что прибор «держит», насыпьте окись ртути в пробирку и закройте пробкой с газоотводной трубкой.

Учитель обращает внимание учащихся на то, что очень многие химические реакции идут только при нагревании. В промышленности сжигают много топлива для того, чтобы получить необходимые количества теплоты для осуществления химических превращений. Реакция разложения окиси ртути относится к реакциям, которые идут при нагревании. Прогрейте пробирку, затем сильно нагрейте то место, где лежит окись ртути. Из отверстия газоотводной трубки сначала будет находить воздух, а при дальней-шем нагревании выделяется газ.

Чтобы убедиться в том, что это — кислород, необходимо собрать газ и испытать. Наполнив пробирки газом, прекратите нагревание.