Методические рекомендации учителю химии
Подготовила учитель химии и биологии МБОУ «Уруссинской СОШ №3»
Лабораторные работы и демонстрации в курсе органической химии по теме «углеводы»
Цель: Раскрыть роль эксперимента в органической химии и научить проводить лабораторные и демонстрационные работы на примере углеводов.
Задачи:
образовательная: рассмотреть классификацию углеводов, изучить структурные формулы и свойства представителей класса углеводов: ди, моно, полисахаридов, изучить химико-технологические свойства, биологические функции, значение, применение.
развивающая: формировать способность к самостоятельному приобретению знаний, развивать умения делать выводы на основе сравнения, работать с дополнительной литературой, реактивами, умение выступать перед аудиторией, развивать мышление через установление причинно-следственных связей «строение - свойства - применение»
воспитательная: воспитывать коммуникабельность, бережное отношение к оборудованию, аккуратность при работе с реактивами, интерес к предмету.
Организационные формы: урок-практикум.
Вид деятельности: исследовательская работа учащихся при изучении нового материала.
Междисциплинарные связи: химия, биология.
Обеспечение занятия:
- Наглядные пособия: таблица «Химическая энергия и питание», «Фотосинтез», наглядные пособия «Структурных формулы глюкозы и фруктозы», «Сахарозы», «Крахмала и целлюлозы»,коллекция ацетатных тканей. Оборудование: глюкоза (кристаллическая и раствор), сахароза, растворы AgNO3, NH3 ,Na 2CO3, CuSO4, NaOH, H2SO4(конц.), спиртовый раствор резорцина, прозрачный фруктовый сок, мёд, аквариумная водоросль элодея, настольная лампа, пробирки, круглодонные и плоскодонные колбы, штативы, спиртовки, картофель, крахмал, вата, кусочек белого хлеба, йодная настойка, дистиллированная вода, тигли, HNO3, CH3COOH.
Вводная лекция
Эксперимент в курсе органической химии
Химия — наука экспериментальная, поэтому стоит только отойти от этого правила и начать изучать «слова», пусть даже совершенно правильные, вместо конкретных явлений, как резко снижается качество знаний, порой несмотря на внешнее их благополучие. Ведь химический эксперимент выступает и как объект изучения и как средство обучения.
Еще в свое время учил: «Знание выводов, без сведения о способах их достижения, легко может вести к заблуждению в философской и даже в практической стороне наук»1 и что «необходимо усвоить прежде всего химическую практику, т. е. мастерство предмета, искусство спрашивать природу и слышать ее ответы в лабораториях и книгах»2.
В учебном эксперименте, особенно демонстрационном, немалое значение имеет и внешняя его выразительность. Эксперимент необходимо аккуратно и красиво оформить, все части прибора расположить в удобном для восприятия учащимися виде. Существенные, но плохо видимые детали приборов приходится изображать на доске.
В органической химии изучаются вещества различных классов органических соединений. Выбор этих веществ определяется: а) значением их для усвоения основ науки; б) важностью для человека и народного хозяйства страны; в) доступностью для понимания школьника.
В связи с этим в школьном курсе химии представлены такие основные классы соединений, как углеводороды, спирты, альдегиды, кислоты, сложные эфиры, углеводы, нитро - и аминосоединения, белки. Не включаются в курс многие полифункциональные соединения, красители, гетероциклические соединения, алкалоиды и ряд других классов веществ, недоступных школьнику для усвоения в отведенное время.
Первая задача эксперимента состоит в том, чтобы обеспечить наглядное ознакомление с изучаемыми веществами. С этой целью демонстрируются коллекции, выдается для ознакомления раздаточный материал, ставятся опыты, характеризующие физические свойства веществ.
Вторая задача эксперимента заключается в том, чтобы показать химические реакции веществ в более наглядной форме. Вне зависимости от того, проводится ли эксперимент в виде иллюстрации к сказанному учителем или, основываясь на результатах опыта, учащиеся делают выводы о свойствах вещества, эксперимент должен обеспечить «живое созерцание» действительности.
Непосредственные наблюдения и слово учителя должны здесь в полной мере соответствовать друг другу и в тесном взаимодействии обеспечивать правильное формирование научных понятий.
Третья задача эксперимента — помочь учителю раскрыть перед учащимися идею развития в органической химии: генетическую связь веществ, переходы между классами органических соединений, синтезы сложных веществ из простых, обусловленность реакций внешними условиями и т. п. Соответствующие процессы, имеющие большое значение для формирования мировоззрения, должны предстать перед учащимися как реальные явления, а не как уравнения на доске и бумаге.
При этом необходимо иметь в виду, что, хотя проблема взаимной связи и развития выступает в органической химии ярче, чем в неорганической, она все же не имеет здесь той выразительности и непосредственной доступности, как, например, в явлениях природы, изучаемых биологией. Поэтому учителю нужно проявить здесь достаточное внимание, чтобы эта важная сторона науки была правильно раскрыта перед учащимися, чтобы органическая химия, таким образом, помогала им воспринимать естествознание в целом.
Следующая задача эксперимента, особенно характерная для преподавания органической химии, — показать на конкретных, убедительных фактах зависимость химических свойств веществ от их строения и характер взаимного влияния атомов в молекулах.
Поскольку эти вопросы при изучении неорганической химии обычно не рассматриваются и у учащихся нет соответствующих предварительных представлений, роль эксперимента здесь становится особенно ответственной. К «мыслительному эксперименту» здесь прибегать нельзя по крайней мере до тех пор, пока учащиеся на выводе формул нескольких веществ наглядно не убедятся, как в науке определяется химическое строение веществ, как зависят свойства от этого строения и как присутствие тех или иных атомов влияет на поведение других атомов и вещества в целом.
Наконец, задача химического эксперимента и в том, чтобы вооружить учащихся практическими умениями.
Выполнение учащимися опытов по органической химии, часто более сложных, чем опыты с неорганическими веществами, способствует выработке умений применять знания на практике и умений обращения с веществами и лабораторной техникой, что, как известно, также имеет важное значение в практической подготовке. В содержании этих опытов должна отражаться многогранная связь органической химии с жизнью, которую можно осуществить, ставя в числе других такие практические работы, как исследование свойств технических материалов; распознавание органических веществ в сельском хозяйстве и т. д.
Инструкция по исследованию свойств глюкозы
1. лабораторный опыт№1 Растворение глюкозы в воде
Какой вывод можно сделать в результате хорошей растворимости глюкозы?
Вывод :хорошая растворимость глюкозы в воде позволяют предположить наличие в молекуле полярных функциональных групп в глюкозе.
«Взаимодействие глюкозы со свежеприготовленным гидроксидом меди (ІІ)» ТБ!
а) В пробирке №1 налито 0,5 мл раствора глюкозы, добавьте 2 мл раствора гидроксида натрия. К полученной смеси добавьте 1 мл раствора медного купороса.
б) К полученному раствору аккуратно добавьте 1 мл воды и нагрейте на пламени спиртовки кипения. Прекратите нагревание, как только начнется изменение цвета.
Происходит качественная реакция на многоатомные спирты, коим является глюкоза.
Вывод: глюкоза является спиртом.
ІІ. лабораторный опыт №2 «Действие с аммиачным раствором оксида серебра» ТБ!
В пробирку №2, содержащую 1 мл раствора глюкозы в воде, прилейте 1 мл гидроксида аммония из пробирки с пробкой и 1 мл раствора нитрата серебра и нагрейте пробирку на пламени спиртовки.
.Следовательно, углевод является альдегидом.
HOCH2(CHOH)4CHO + Ag2O ----- HOCH2(CHOH)4COOH + 2Ag
Вывод: глюкоза является альдегидом.
Проба Молиша на глюкозу (парная работа). Вывод: глюкоза — углевод
Инструкция по исследованию фруктозы
Лабораторный опыт№1 реакция с мёдом: имеется ли глюкоза в растворе меда. В пробирку наливаем 1 мл раствора гидроксида натрия, добавляем 2-3 капли медного купороса и несколько капель раствора меда. Осадок гидроксида меди(II) сначала растворяется, затем при нагревании становится желто-оранжевым, что говорит о наличии альдегидной группы.HOCH2(CHOH)4CHO + 2Cu(OH)2 ----- HOCH2(CHOH)4COOH + Cu2O + 2H2O
фруктоза хорошо растворима в воде
Вывод: (фруктоза не содержит альдегидную группу.)
2. Более сильный окислитель HNO3 окисляет не только альдегидную группу, но и шестой атом карбоксила. В результате образуется двухосновная сахарная кислота.
HOCH2(CHOH)4CHO + 2HNO3 ------ HOCH2(CHOH)4COOH + 2NO + 2H2O
При восстановлении альдегидной группы глюкозы образуется шестиатомный спирт сорбит: HOCH2(CHOH)4CHO + 2|H| --- HOCH2(CHOH)4CH2OH (шестиатомный спирт сорбит)
Вывод: фрктоза принадлежит к многоатомным спиртам.
Существуют специфические свойства глюкозы, подобно алифатическим альдегидам она присоединяет молекулу синильной кислоты. Что позволяет увеличить длину цепи углевода:
HOCH2-(CHOH)4—COH + HCN ---- HOCH2_(CHOH)4-CHOH-CN
Почему же яд не подействовал?
Вывод: Глюкоза, которая содержалась в пирожных прореагировала с цианистым калием, и образовалось нетоксичное со единение - циангидрид глюкозы
Инструкция по исследованию сахарозы:
Лабораторный опыт №1
Раствор С12Н22О11 + 1 мл NaOH + 2-3 капли 10 % раствора CuSO4 – ярко - синее окрашивание раствора ( свидетельствует о наличии спиртовых групп, качественная реакция на многоатомные спирты), дальнейшее нагревание раствора не приводит к появлению оранжево - красной окраски, как у глюкозы, следовательно, альдегидная группа отсутствует.
Это говорит, что молекула сахарозы, в отличие от молекулы глюкозы, устроена иначе.
2.Сахароза легко гидролизуется с образованием глюкозы и фруктозы
Н+, t
С12Н22О11+Н2О ----- -- С6Н12О6 + С6Н12О6
Глюкоза фруктоза
а) В две демонстрационные пробирки помещают по кусочку пиленого сахара, растворяют сахар в равных объемах воды (примерно в 15 мл). В одну из пробирок добавляют 1 мл раствора соляной кислоты. Содержимое обеих пробирок кипятят в течение 3-5 мин. После этого нейтрализуют кислоту щелочью и оба раствора испытывают на реакцию восстановления гидроксида меди (II).
Раствор, где кипячение производилось в присутствии кислоты, восстанавливает Сu(ОН)2 в Сu2О. В нем. следовательно, прошел гидролиз с образованием моносахаридов. Кипячение же без катализатора оказалось недостаточным для гидролиза.
б) Гидролизом сахарозы с кислотой можно получить искусственный мед, так как мед представляет собой в основном смесь тех же продуктов (глюкозы и фруктозы), которые образуются при гидролизе сахарозы.
Лабораторный опыт №2 Сахароза способна к горению и обугливанию:
Катализатором горения сахарозы служат соли лития, содержащиеся в сигаретном пепле
С12Н22О11 + 12 О2------ 12 СО2 + 11 Н2О
Лабораторный опыт №3 Обугливание можно провести термически или под воздействием водоотнимающего средства - концентрированной серной кислоты( в стаканчик помещают сахарную пудру, смачивают водой, Н2SО4 и перемешивают стеклянной палочкой
Н2SО4
С12Н22О1 1 ------ 12 С + 11 Н2О
Провести пробу Молиша на сахарозу.
Инструкция по исследованию крахмала
Лабораторный опыт №1 Получение глюкозы из картофеля.
1. Докажите экспериментально, что картофель содержит крахмал.(Присутствие крахмала в картофеле обнаруживают с помощью йода)
2. Соберите прибор. В колбу налейте 100 мл воды и поместите мелко нарезанный картофель (100 г) или крахмал, добавьте 10 мл раствора серной кислоты (катализатор).Закройте её пробкой с газоотводной трубкой.
3. Кипятите раствор крахмала. Под действием H2SO4 происходит гидролиз крахмала.
4.В полученном растворе находится продукт гидролиза крахмала – глюкоза и остаток катализатора H2SO4. Кислоту нейтрализуем CaCO3. Мел добавляем небольшими порциями, взбалтывая колбу до прекращения выделения пузырьков газа.
5. Отфильтровать остаток картофеля и выпавший осадок сульфата кальция.
6. Отлить в пробирку немного фильтрата и провести реакцию серебряного зеркала.
7. Еще немного фильтрата прилить в тигль и упарить до появления белых кристаллов глюкозы.
8. Определить наличие крахмала в кусочке белого хлеба, меде, клетчатке, бумаге, вате, клейстере, йогурте, маргарине.
9. Прополощите тщательно рот водой. Наберите 2 мл слюны в мерный цилиндр. Добавьте воды в цилиндр до 10 мл. Этот фермент содержит амилазу, который вы будете изучать, смешав 5 мл крахмала с 1 мл фермента в пробирке и взяв через 30 сек после перемешивания каплю раствора подвергните проверке пробу на крахмал. И так до тех пор, пока крахмал будет присутствовать в пробе, с разницей интервала 30 сек. Затем запишите общее время, пошедшее на ферментацию крахмала.
Провести пробу Молиша на крахмал.
Вывод: (Наличие крахмала можно определить действием спиртовой настойки йода на исследуемое вещество. При кипячении крахмал распадается на глюкозу, которая при окислении дает углекислый газ и воду. О чем свидетельствует реакция «серебряного зеркала».Фермент амилаза позволяет человеческому организму расщеплять крахмал в результате реакции гидролиза в течении определенного времени.
Крахмал является источником получения глюкозы, относится согласно пробе Молиша к углеводам. Расщепляется крахмал в животном организме с помощью фермента амилазы с течением времени. Спиртовый раствор йода является качественной реакцией на крахмал.
Инструкция по исследованию целлюлозы:
Проба Молиша на целлюлозу и глюкозу: в две пробирки наливают 1 мл дистиллированной воды и в одну каплю глюкозы, а в другую кусочек фильтровальной бумаги. В раствор добавляют 2-3 капли спиртового раствора резорцина (можно тимола или нафтола). Пробирки закрепляют в штативе наклонно и по стенке осторожно наливают 1-2 мл концентрированной серной кислоты. Затем пробирки ставят вертикально. В месте соприкосновения серной кислоты с водным раствором появляется ярко-красное кольцо, что доказывает наличие в пробе углевод. Проведите реакцию гидролиза фильтровальной бумаги при нагревании в водном растворе соляной кислоты.
(C6H10O5 + nH2O ---- nC6H12O6)
Вывод: глюкоза и (фильтровальная бумага) целлюлоза - углеводы.
1 . Основы химии. Изд. 4-е. 1881. С. V. (Предисловие)
2 Там же. С. XII.
