Методическая разработка Занимательная химия (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РД

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ

ХИМИЯ

Махачкала 2014

ББК 574

УДК371

Пособие предназначено для учеников 11 классов, углубленно изучающих школьный курс химии. В методической разработке приведены лабораторные работы, дающие общее представление об основах аналитической химии и не требующие дорогостоящего оборудования для их выполнения.

Составитель:

Абдурашидова Мереса Рагимовна, учитель химии Магарамкентской СОШ№1, почетный работник РФ, отличник образования РД

Рецензенты:

М. А Бабуев –доцент, кандидат химических наук. ДГУ.

–доцент, кандидат химических наук. ДГУ.

кандидат химических наук, старший преподаватель кафедры естественного образования ДИПКПК

кафедра аналитической химии Воронежской государственной академии пищевой технологии (зав. каф., профессор )

Работа рассмотрена, обсуждена и одобрена к изданию на

курсах повышения квалификации учителей химии в 2014 г.

Введение

В настоящее время перед современной педагогической наукой стоит проблема, как повысить интерес школьников к химии.

Одна из причин потери интереса–это непригодность ряда

традиционно применяемых приемов обучения для нынешнего контингента учащихся: ведь у нашей молодежи сегодня сильно развито чувство самосознания и собственного достоинства, она о многом имеет представление, поэтому занятия, базирующиеся на авторитарном нажиме, приказе, вызывают лишь раздражение и скуку-они неприемлемы.

Это побудило преподавателей искать новые методы и средства обучения, способствующие развею интереса к предмету. Методическая разработка представляет собой сборник занимательных химических опытов.

Знакомство с яркими эффективными занимательными опытами имеет важное познавательное значение и оказывает большое эмоциональное воздействие на школьников, способствует формированию у них интереса к химии, как к учебной дисциплине, привлечению к различным видам внеклассной работы, вовлечению школьников в научно-исследовательскую работу.

Методическая разработка поможет побудить к творческому поиску, развивать познавательные интересы и может быть использован на дополнительных занятых, а так же при организации различных видов работ по химии.

Характеристика аналитических реакций, условия и способы их выполнения

Аналитическая химия – наука о методах идентификации и определения состава ве­ществ и материалов и их химической структуры, разрабатывает теоретические основы и новые методы каче­ственного и количественного анализа вещества. Аналитиче­скую химию нельзя отождествлять с химическим анализом.

Химический анализ – это уже известные методы распознава­ния химического состава исследуемого вещества, используе­мые на практике. Важным разделом аналитической химии является качест­венный анализ.

Качественный анализ – совокупность методов установления качественного химического состава веществ – иден­тификации атомов, ионов, молекул, входящих в состав анали­зируемого вещества.

Определение состава вещества, как правило, начинается с качественного анализа, так как только знание качественного состава обусловливает правильный метод количественного определения входящих в него элементов или групп атомов.

По целевому назначению аналитические реакции, соответственно и методы, делятся на методы обнаружения и идентификации веществ; методы разделения и концентрирования; методы количественного определения состава вещества. Каждая из трех указанных групп методов по свойствам веществ, находящихся в их основе, разделяется на химические, физические и физико-химические.

Методы, основанные на химических свойствах веществ, т. е. на способности их вступать в химические реакции, называются химическими (методы осаждения, со осаждения, гравиметрии, нитрометрии).

Методы анализа, позволяющие определять вещества без применения химических реакций, а на основании зависимости между физическими свойствами веществ (плотность, tкип, tзам, светоизлучение, свет поглощение) и их химическим свойством, называются физическими (отгонка, атомно-абсорбционный, атомно-эмиссионный и др.).

Методы анализа, основанные на измерении физических параметров (свет поглощение, электропроводность и др.) продуктов химических реакций, называются физико-химическими (экстракция, хроматография, оптические и электрохимические методы).

При изучении качественного анализа в классической аналитической химии используются химические методы, при которых определяемый ион переводят в соединение, обла­дающее характерными свойствами, на основании которых можно установить, что образовалось именно это вещество.

Аналитическими называются реакции, сопровождающиеся внешним (аналитическим) эффектом – изменение цвета, выпадение осадка, выделение газа с характерным запахом или цветом.

Например:

1. Выпадение осадка:

BaCl2 + H2SO4 = BaSO4¯ + 2HCl

белый

CdCl2 + Na2S = CdS¯ + 2HCl

Желтый

2. Возникновение или изменение окраски раствора:

FeCl3 + 3KSCN = Fe(SCN)3 + 3KCl

красный

при избытке KSCN образуется [Fe(SCN)6]3­– – кроваво-красного цвета;

CuSO4 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]SO4

синий

3. Выделение газа с характерным запахом или цветом:

Na2S + 2HCl = 2NaCl + H2S­ – запах тухлых яиц;

3Cu + 8HNO3(р) = 3Cu(NO3)2 + 2NO­ + 4H2O

2NO + O2 (воздуха) = 2NO2­ – бурый газ.

4. Образование кристаллов определенной формы и цвета, наблюдаемых под микроскопом:

CaSO4.2H2O – игольчатые кристаллы.

Чтобы реакция прошла с проявлением максимального эффекта, ее следует выполнять, соблюдая соответствующие условия.

Одно из важнейших условий – поддержание соответствующей кислотности среды (рН) анализируемого раствора. Нельзя обнаружить катион Са2+ по реакции с оксалатом аммония – (NH4)2C2O4 в присутствии HCl, так как оксалат кальция растворяется в кислотах. Хлорид серебра растворяется в гидроксиде аммония, и ионы серебра не могут быть обнаружены в аммиачной среде.

Другое не менее важное условие выполнения аналитических реакций – температура раствора. Большинство реакций протекают при комнатной температуре, некоторые из них проводят при нагревании. Так, соли аммония обнаруживают действием щелочи на исследуемый раствор при нагревании:

NH4Cl + NaOH = NaCl + NH3­ + H2O (характерный запах аммиака).

Для выполнения малочувствительных реакций требуется достаточно высокая концентрация обнаруживаемых ионов в растворе. Иногда для выполнения реакций необходим избыток реагента. Для полноты осаждения группы катионов требуется 1,5 – 2-кратный избыток группового реагента.

Аналитические реакции должны протекать быстро, быть чувствительными и избирательными.

Аналитические реакции могут выполняться «сухим» (ис­следуемое вещество и реагенты берут в твердом состоянии и осуществляют реакцию, нагревая их до высокой температуры) и «мокрым» (наблюдают взаимодействие анализируемого ве­щества и соответствующих реагентов в растворе) способами.

По технике выполнения различают реакции пробирочные, капельные, микрокристаллоскопические и реакции окрашивания пламени.

Пробирочные. 2-3 капли исследуемого раствора помещают в пробирку, не касаясь ее стенок. Соблюдая условия проведения реакции (лаб. 1), прибавляют 2-3 капли раствора реагента. Наблюдают проявление аналитического эффекта реакции. Записывают в рабочую тетрадь и делают вывод.

Капельные реакции выполняют в фарфоровом тигле, на фарфоровой или стеклянной пластинке, на полоске фильтровальной или хроматографической бумаги, нанося последовательно по капле исследуемого раствора и раствора реагента. В результате реакции образуется окрашенный осадок или окрашенное пятно, по цвету которого делают вывод о наличии в растворе определяемого иона.

Микрокристаллоскопические реакции проводят на предметном стекле, присутствие обнаруживаемого иона фиксируют по форме и окраске образующихся кристаллов, рассматриваемых под микроскопом. Например:

Обнаружение калия. На предметное стекло наносят каплю раствора хлорида калия и подогревают в пламени спиртовки, после чего обрабатывают каплей раствора Na2Pb[Cu(NO2)6] и через 1-2 мин рассматривают под микроскопом кубические кристаллы черного цвета, характерные для K2Pb[Cu(NO2)6].

Обнаружение кальция. На предметное стекло наносят каплю раствора соли кальция и каплю 1М серной кислоты. Стеклянной палочкой с оттянутым кончиком соединяют обе капли и подогревают до появления каймы по краю. Под микроскопом наблюдают игольчатые кристаллы гипса CaSO4.2H2O, собранные в пучки. Открываемый минимум – 0,04 мкг.

Реакции окрашивания пламени. Нихромовую проволоку с ушком, впаянную в стеклянную или фарфоровую палочку, предварительно очищают. Для этого проволоку прокаливают, опускают в пробирку с 2М HCl и снова прокаливают. Убедившись, что проволока чистая и пламя остается бесцветным, погружают нихромовую проволоку в раствор исследуемого вещества (или захватывают немного сухой соли) и вводят в пламя. В зависимости от состава исследуемого вещества пламя окрашивается в характерный цвет. Например:

1. соли натрия окрашивают пламя в интенсивно-желтый цвет, реакция характерна и очень чувствительна;

2. соли кальция окрашивают бесцветное пламя в кирпично-красный цвет;

3. соли меди, внесенные в бесцветное пламя, окрашивают его в синий или зеленый цвет.

Работа №1. Реакции обнаружения катионов и анионов

Обнаруживаемый ион	Реагент, условия действия	Уравнение реакции	Аналитический эффект	Примечание
а) Реакции обнаружения катионов
К+ KCl	Na3[Co(NO2)6] pH =7, свеже-приготовлен-ный раствор	2KCl+Na3[Co(NO2)6]® К2Na[Co(NO2)6]¯+2NaCl 2K+ + Na+ + [Co(NO2)6]3– ® К2Na[Co(NO2)6]¯	Желтый осадок	В пробирке приготовить раствор на группу. V=2мл
NH4+ NH4Cl	NaOH	NH4Cl + NaOH ® NH3­ + NaCl + H2O	Изменение цвета лакмусовой бумаги, смоченной Н2О, в синий, запах аммиака	Реакцию желательно проводить в маленьких пробирках
Реактив Нес-слера K2[HgI4] c KOH, избыток реактива	NH4Cl +2K2[HgI4] + 4KOH ® [Hg2ONH2]I¯ + 7KI + KCl + 3H2O NH4+ + 2[HgI4]2– + 4OH– ® [Hg2ONH2]I¯+7I–+3H2O	Коричневый осадок	Очень чувствительная и характерная реакция
Ba2+ BaCl2	H2SO4	BaCl2 + H2SO4 ® BaSO4¯ + 2HCl Ba2+ + SO42– ® BaSO4¯	Белый осадок, не растворимый в кислотах	Этой реакцией обнаруживают и SO42–. Характерная реакция.
K2CrO4, pH=7	2BaCl2 + K2CrO4 ® 2BaCrO4 ¯ + 2KCl 2Ba2+ + CrO42– + Н2О ® 2BaCrO4 ¯ + 2Н+	Желтый осадок, не раст. в конц. СН3СООН
K2CrO4 в присутствии СН3СООН	CaCrO4 +2CH3COOH ® Ca(CH3COO)2 + H2CrO4	Желтый осадок	Ca2+ в присутствии СН3СООН находится в рас-ре
Сa2+ СaCl2	(NH4)2C2O4 pH>7	СaCl2 + (NH4)2C2O4 ® СaC2O4¯ + 2NH4Cl Сa2+ + C2O42– ® СaC2O4¯	Белый осадок, не раств-й в СН3СООН	Этой же реакцией можно обнаружить C2O42–
(NH4)2C2O4 в присутствии СН3СООН	ВaC2O4 +2CH3COOH ® Вa(CH3COO)2 + H2C2O4	Белый осадок	Возм. обнар. Са2+ в присутствии Ва2+, т. к. ВaC2O4 раст-ся в СН3СООН
Mg2+ MgCl2	Na2HPO4 + NH3	MgCl2 + Na2HPO4 + NH3 ® MgNH4PO4¯ + 2NaCl Mg2+ + HPO42– + NH3 ® MgNH4PO4¯	Белый осадок	Этой реакцией можно обнаружить и РО43–.
Fe3+ FeCl3	NH4SCN (KSCN, NaSCN)	FeCl3 + 6NH4SCN ® (NH4)3[Fe(SCN)6] + 3NH4Cl Fe3+ + 6SCN - ® [Fe(SCN)6]3-	а) Буро-красное пятно на фильтре б) Кроваво-красная окраска	а) Реакция капельная б) В растворе
K4[Fe(CN)6]	4FeCl3+ 3K4[Fe(CN)6] ® Fe4[Fe(CN)6]3¯ + 12KCl 4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4– ® Fe4[Fe(CN)6]3¯	Пятно интенсивно синего цв.	Реакция капельная
Mn2+ MnSO4	NaBiO3 в HNO3 (конц.)	2MnSO4+5NaBiO3+16HNO3 ®HMnO4+5Bi(NO3)3+2Na2SO4+NaNO3+7H2O 2 Mn2+ + 4H2O – 5e ® MnO4– + 8H+ 5 BiO3– + 6H+ + 2e ® Bi3+ + 3H2O 2Mn2+ + 8H2O + 5BiO3– + 30H+ ® 2MnO4– + 16H+ + 5Bi3+ + 15H2O 2Mn2++5BiO3–+14H+®2MnO4–+5Bi3++7H2O	Фиолетовое окрашивание раствора (HMnO4)	Реагенты доб-ть в строгой послед-ти: 1. MnSO4 2.  HNO3 (конц) 3.  NaBiO3 (неск. круп-к)
Zn2+ ZnSO4 или ZnCl2	K3[Fe(CN)6]	3ZnCl2 + 2K3[Fe(CN)6] ® Zn3[Fe(CN)6]2¯ + 6KCl 3Zn2+ + 2[Fe(CN)6]3– ® Zn3[Fe(CN)6]2¯	Коричнево-желтое пятно	Реакция капельная
Ni2+ NiSO4	Реактив Чугаева C4H8O2N2	NiSO4 + 2C4H8O2N2 ® Ni(C4H6O2N2)2 + H2SO4	Розовое пятно	Реакция капельная
Co2+ CoSO4	NH4SCN (насыщ. р-р или сух. в-во) рН 7, ацетон	CoSO4 + 4NH4SCN ® (NH4)2[Co(SCN)4] + (NH4)2SO4 Co2+ + 4SCN– ® [Co(SCN)4]2–	Голубое окрашивание	В присут. Fe3+ его связыв. в бесцв.[FeF6]3–, добавляя NH4F
Cu2+ CuSO4	NH3 (избыток)	CuSO4Cu(OH)2¯[Cu(NH3)4]2+ CuSO4 + 4NH3 ® [Cu(NH3)4]SO4	Синий раствор	Реактив добавляется до растворения осадка Cu(OH)2
K4[Fe(CN)6] рН=2–6	2CuSO4+ K4[Fe(CN)6] ® Cu2[Fe(CN)6]¯+ 2K2SO4 2Cu2+ + [Fe(CN)6]4– ® Cu2[Fe(CN)6]¯	Буро-коричневое пятно	Реакция капельная.
Pb2+ Pb(NO3)2	KI	Pb(NO3)2 + 2KI ® PbI2¯ + 2KNO3 Pb2+ + 2I– ® PbI2¯ PbI2 + 2KI ® K2[PbI4]	Желтый осадок	При избытке реактива осадок раст-ся.
Na2S	Pb(NO3)2 + Na2S ® PbS¯ + 2NaNO3 Pb2+ + S2–® PbS¯	Черное пятно	Реакция капельная
Cd2+ CdSO4	Na2S	CdSO4 + Na2S ® CdS¯ + Na2SO4 Cd2+ + S2–® CdS¯	Желтое пятно	Реакция капельная. Возможно обнаружение S2–.
б) Реакции обнаружения анионов
SO42– H2SO4 Na2SO4	BaCl2	Na2SO4 + BaCl2 ® BaSO4¯ + 2NaCl SO42– + Ba2+ ® BaSO4¯	Белый осадок	Обнаруживается и Ва2+.
PO43– Na2HPO4	MgCl2 + NH3 + NH4Cl (магнезиальная смесь)	Na2HPO4 + MgCl2 + NH3 ® MgNH4PO4¯ + 2NaCl Mg2+ + HPO42– + NH3 ® MgNH4PO4¯	Белый осадок	Смотри реакции на Mg2+.
CO32– Na2CO3	Концентрированная HCl	Na2CO3 + 2HCl ® 2NaCl + CO2­ + H2O CO2 + Ca(OH)2 ® CaCO3¯	Выделение газа
BaCl2	Na2CO3 + BaCl2 ® BaCO3¯ + 2NaCl CO32– + Ba2+ ® BaCO3¯ ВaCO3 + 2HCl ® ВaCl2 + CO2­ + H2O	Белый осадок, растворимый в кислотах
С2О­42– Na2C2O4	CaCl2	Na2C2O4 + CaCl2 ® CaC2O4¯ + 2NaCl C2O42– + Ca2+ ® CaC2O4¯	Белый осадок	Смотри реакции на Са2+.
Cl– NaCl	AgNO3	NaCl + AgNO3 ® AgCl¯ + NaNO3 Cl– + Ag+ ® AgCl¯ AgCl¯ + 2NH3 ® [Ag(NH3)2]Cl	Белый осадок, растворимый в NH3
Br– NaBr	Хлорная вода (Cl2 + H2O), хлороформ, эфир, рН=2 (H2SO4)	2NaBr + Cl2 ® 2NaCl + Br2 2Br– – 2e ® Br2 Cl2 + 2e ® 2Cl– 2Br– + Cl2 ® Br2 + 2Cl–	Слой органического растворителя окрашивается в оранжево-желтый цвет	Экстракция Br2.
I– KI	AgNO3	KI + AgNO3 ® AgI¯ + KNO3 I– + Ag+ ® AgI¯	Желтый осадок	В отличие от AgBr, AgI не растворяется в HNO3 и NH3.
Pb(NO3)2	2KI + Pb(NO3)2 ® PbI2¯ + 2KNO3 2I– + Pb2+ ® PbI2¯	Желтое пятно	Реакция капельная
Хлорная вода (Cl2 + H2O), органический растворитель	2KI + Cl2 ® 2KCl + I2	Слой орг-го р-ля окрашивается в фиолетовый цвет	Избежать избытка реактива, т. к. обесцвечивается раствор I2 ® HIO3.
NO3– NaNO3 KNO3	Дифениламин (С6Н5)2NH	Реакцию выполнять на предметном стекле или в фарфоровом тигле капельным способом. Дифениламин окисляется до продукта темно-синего цвета.	Синее окрашивание	Осторожно!!! Дифениламин растворен в конц. H2SO4.
S2– Na2S	HCl	Na2S + 2HCl ® H2S­ + 2NaCl S2– + 2H+ ® H2S­	Запах тухлых яиц
Pb(NO3)2	Na2S + Pb(NO3)2 ® PbS¯ + 2NaNO3 S2– + Рb2+ ® PbS¯	Черное пятно	Реакция капельная
CdSO4	Na2S + CdSO4® CdS¯ + Na2SO4 Cd2+ + S2–® CdS¯	Желтое пятно	Реакция капельная
СН3СОО– СН3СООNa	FeCl3	6СН3СООNa + 3FeCl3 + 2H2O® Fe3(ОН)2(СН3СОО)6Cl + 6NaCl + 2HCl	Красно-бурая окраска	При разбавлении водой в 2-3 раза и нагревании выпадает осадок
Fe3(ОН)2(СН3СОО)6Cl Fe3О(СН3СОО)6OН¯ + НСl	Красно-бурый осадок

Работа №2. Анализ вещества неизвестного состава