Оборудование:
Растворы индикаторов (метилоранжа, лакмуса, фенолфталеина), растворы нитрата серебра, хлорида бария, сульфата натрия, серной кислоты, гидроксида натрия (калия). Набор реактивов должен быть рассчитан на пару учащихся, в наборе каждой парте стоят три пробирки с прозрачными растворами: серной кислоты (пробирка №1), гидроксида калия (пробирка №2) и хлорида бария (пробирка №3).
При возможности урок лучше сопровождать электронной презентацией.
Цели урока:
Обучающие:
- Дать понятия "качественная реакция", сформировать понимание учащихся о возможности использования качественных реакций для анализа образцов воды, продолжить формирование умения записывать уравнения химических реакций в ионном виде.
Воспитывающие:
- Способствовать формированию умения применять приемы логического мышления, способствовать развитию грамотной устной и письменной химической речи.
Развивающие:
- Создать условия для развития коммуникативной культуры, диалогической речи учащихся, прививать навыки работы с веществами.
Ход урока
Далее представлен урок, основанной на исследовательской работе.
1. Организационный момент (1-2 мин).
Учитель организует внимание учащихся.
2. Овладение содержанием учебного материала (20 мин).
А) Понятие качественных реакций.
На этом этапе урока учащийся, выполнявший исследовательскую работу, рассказывает о качественных реакциях и их видах.
Качественные реакции - характерные реакции, используемые для идентификации различных веществ.
Для определения присутствия веществ, анионов, катионов используются различные химические реакции. Эти реакции широко используются при проведении качественного анализа, целью которого является определение наличия веществ или ионов в растворах или смесях.
Качественные реакции можно разделить на два вида: качественные реакции на катионы и анионы.
Качественные реакции на катионы
Это реакции, с помощью которых можно определить наличие того или иного катиона в растворе. Основные качественные реакции на катионы представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Качественные реакции на катионы.
| Катион | Воздействие или реактив | Наблюдаемая реакция |
| Li+ | Пламя | Карминово-красное окрашивание |
| Na+ | Пламя | Желтое окрашивание |
| К+ | Пламя | Фиолетовое окрашивание |
| Са2+ | Пламя | Кирпично-красное окрашивание |
| Sr2+ | Пламя | Карминово-красное окрашивание |
| Ва2+ | Пламя S042- | Желто-зеленое окрашивание. Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах: Ва2+ + S042 =BaS04 |
| Сu2+ | Вода | Гидратированные ионы Сu2+ имеют голубую окраску |
| РЬ2+ | S2- | Выпадение черного осадка: Pb2+ + S2- =PbS |
| Аg+ | Cl- | Выпадение белого осадка; не
растворимого в HNO3, но растворимого в конце.
NH3 Н20: Аg+ +Cl- =AgCl |
| Fe2+ | гексациано-феррат (III) калия (красная кровяная соль) ,K3[Fe(CN)6] | Выпадение синего осадка: К++ Fe2+ + [Fe(CN)6]3- =KFe[Fe(CN)6]4 |
| Fe3+ | 1) гексацианоферрат (II) калия (желтая
кровяная соль) K4[Fe(CN)6] 2) роданид-ион SCN- |
Выпадение синего осадка: К+ + Fe3+ + [Fe(CN)6]4- = KFe[Fe(CN)6] Появление ярко-красного окрашивания за счет образования комплексных ионов Fe(SCN)2+, Fe(SCN)+2 |
| Al3+ | щелочь (амфотерные свойства гидроксида) | Выпадение осадка гидроксида алюминия при приливании первых порций щелочи и его растворение при дальнейшем приливании |
| NH4+ | щелочь, нагрев | Запах аммиака: NH4+ + ОН- =NH3 + Н20 |
| Н+ (кислая среда) |
Индикаторы: лакмус, метиловый оранжевый | красное окрашивание красное окрашивание |
Качественные реакции на катионы основаны на протекании химической реакции и на изменении цвета пламени, то есть на физическом процессе.
Определить наличие в растворе таких ионов как Li+, Na+, К+, Са2+, Sr2+ с помощью химического взаимодействия невозможно, так как эти ионы не могут быть связаны в растворе с образованием нерастворимого вещества. Ионы, которые можно связать в растворе с образоваием осадка можно обнаружит с помощью химических реакций, так например ионы серебра дают белый осадок хлорида серебра с ионоами хлора: Аg+ +Cl-=AgCl.
Некоторые ионы можно определить двумя способами и по химическому взаимодействию, и по цвету пламени. Например, ионы Ba2+ окрашивают пламя в желто-зеленый цвет, но также ионы Ba2+ вступают в реакцию с анионами SO42- с образованием сульфата бария: SO42- + Ba2+ = BaSO4.
Таким образом определить наличие в растворе катионов можно как с помощью химических реакций, так по окраски пламени.
Качественные реакции на анионы
Это реакции, с помощью которых можно определить наличие того или иного аниона в растворе. Основные качественные реакции на анионы представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Качественные реакции на катионы.
| Анион | Реактив | Наблюдаемая реакция |
| S042- | Ва2+ | Выпадение белого осадка,
нерастворимого в кислотах: Ва2+ + S042-=BaS04 |
| N03- | 1) добавить конц. H2SO4 и Си, нагреть. 2) смесь H2S04 +FeSO4 | Образование голубого раствора,
содержащего ионы Сu2+, выделение газа бурого
цвета (NO2) Возникновение окраски сульфата нитрозо-железа (II) [Fe(H20)5NO]2+. Окраска от фиолетовой до коричневой (реакция "бурого кольца") |
| РО43- | ионы Ag+ | Выпадение светло-желтого осадка в нейтральной среде: ЗАg+ + Р043- =Аg3Р04 |
| СrO42- | ионы Ва2+ | Выпадоние желтого осадка, не растворимого в уксусной кислоте, но растворимого в HCI: Ва2+ + СrO42- =BaCr04 |
| S2- , | ионы РЬ2+ | Выпадение черного осадка: Pb2+ + S2- =PbS |
| СО32- | ионы Са2+ | выпадение белого осадка, растворимого в кислотах: Са2+ + С032- = СаСОз |
| CO2 | известковая вода Са(ОН)2 | Са(ОН)2 + С02 =СаСО3 + Н20, СаСО3 + С02 + Н20 Са(НС03)2 Выпадение белого осадка и его растворение при пропускании С02 |
| SO32- | ионы Н+ | Появление характерного запаха S02: 2Н+ + SO32- =Н20 + S02F |
| F- | ионы Са2+ | Выпадение-белого осадка: Са2 + 2F =CaF2 |
| Cl- | ионы Аg+ | Выпадение белого осадка, не растворимого в HN03, но растворимого в конц. NH3 Н20: Аg+ +CI-= AgCl AgCI + 2(NH3 Н20) =[Ag(NH3)2]+ + CI- + 2Н2О |
| Br- | ионы Аg+ | Выпадение светло-желтого осадка, не растворимого в HN03: Ag+ + Br- = AgBr осадок темнеет на свету |
| I- | ионы Аg+ | Выпадение желтого осадка, не растворимого в HNO3 и NH3 конц.: Аg+ + I- =АgI осадок темнеет на свету |
| ОН- (щелочная среда) | индикаторы: лакмус фенолфталеин |
синее окрашивание малиновое окрашивание |
Качественные реакции на анионы основаны на химическом взаимодействии, то есть определить наличие того или иного иона можно, только проведя химическую реакцию. Например, что бы определить наличие в растворе ионов хлора, необходимо провести химическое взаимодействие изучаемого объекта с растворимой солью серебра, тогда сущность реакции будет отражаться следующим ионным уравнением:
Аg+ +CI-= AgCl
В своей работе я буду использовать качественные реакции для изучения воды различного происхождения.
Таким образом, проведя качественные реакции можно подтвердить однозначно их наличие определенных ионов в растворе.
Б) Использование качественных реакций.
Данный этап урока посвящен тому, где можно использовать качественные реакции. Ученик, выполнявший исследовательскую работу рассказывает о практической части своей работы, где проводилось исследование различных образцов воды.
Экспериментальная часть работы состояла из двух опытов по изучению качественного состава образцов водопроводной и природной воды.
Цель: исследование состава воды (водопроводного и природного происхождения) с помощью качественных реакций (на ионы H+, OH-, Cl-, SO42-).
а) Первый опыт (проведен 14.02.09):
Характеристика изучаемых образцов воды:
Водопроводная вода (Красное Село);
Водопроводная вода (территория гимназии);
Растаявший снег (около гимназии);
Фильтрованная, водопроводная вода из территории гимназии (фильтр "Аквафор").
Опыт проводился следующим образом: каждый образец воды был разделен на четыре части. К каждой части соответственно добавлялся соответствующий реактив, полученные наблюдения представлены в таблице, а ход опыта на рисунке. В случае определения проведения качественных реакций на кислоту и щелочь, по мимо изучаемых образцов использовались контрольные образцы, содержащие соответственно соляную кислоту и гидроксид калия. Это необходимо, для того чтобы лучше увидеть изменение цвета индикатора.
| Реактив | № образца |
|||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Метилоранж | Цвет не изменился | Цвет не изменился | Цвет не изменился | Цвет не изменился |
| Фенолфталеин | Раствор остался бесцветным | Раствор остался бесцветным | Раствор остался бесцветным | Раствор остался бесцветным |
| Нитрат серебра | Появился белый осадок | Раствор слабо помутнел | Цвет не изменился | Цвет не изменился |
| Хлорид бария | Изменений нет | Изменений нет | Изменений нет | Изменений нет |
В первом опыте исследовались четыре образца воды (водопроводная вода и Красного Села; водопроводная вода с территории гимназии; растаявший снег, собранный около гимназии; фильтрованная вода), наблюдения представлены в таблице, откуда видно, что в исследуемых образцах нет кислоты, щелочей и сульфат ионов. Опыт показал, что в водопроводной воде из Красного Села содержится значительное количество хлорид ионов, а в водопроводной воде с территории гимназии содержание хлорид ионов не значителен. Вода, полученная при таянии снега, и фильтрованная вода не содержат хлорид ионов в обнаруживаемых количествах.
б) Второй опыт (проведен 21.02.08):
Характеристика изучаемых образцов воды:
- Образец воды с магистрали
- Снег из малопосещаемого места
- Снег из дворовой территории
- Дистиллированная вода
Данный опыт проводился аналогично первому опыту, ход опыта представлен на рисунке 2, а результаты наблюдений в таблице.
| Реактив | № образца |
|||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Метилоранж | Цвет не изменился | Цвет не изменился | Цвет не изменился | Цвет не изменился |
| Фенолфталеин | Раствор остался бесцветным | Раствор остался бесцветным | Раствор остался бесцветным | Раствор остался бесцветным |
| Нитрат серебра | Появился белый осадок | Цвет не изменился | Цвет не изменился | Цвет не изменился |
| Хлорид бария | Появился незначительный белый осадок | Изменений нет | Изменений нет | Изменений нет |
Во втором опыте исследовались четыре образца воды (снег с магистрали, снег с малопосещаемого места, снег из дворовой территории и дистиллированная вода). Наблюдения представлены в таблице, откуда видно, что в исследуемых образцах нет кислоты и щелочи. Опыт показал, что снег с магистрали содержит значительное количество хлорид ионов и небольшое количество сульфат ионов. Другие образцы не содержат в обнаруживаемых количествах ни сульфат, ни хлорид ионов.
Если предположить, что изучаемые образцы воды могут содержать хлорид ионы в виде хлорид магния, а сульфат-ионы в составе сульфата натрия, то можно записать следующие уравнения реакций:
Качественная реакция на хлорид-ионы:
2AgNO3 + MgCl2 = 2AgCl + Mg(NO3)2
2Ag+ + 2NO3- + Mg2+ + 2Cl- = 2AgCl + Mg2+ + 2NO3-
2Ag+ + 2Cl-= 2AgCl
Ag+ + Cl-= AgCl
Качественные реакции на сульфат-ионы:
BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 + 2NaCl
Ba2+ + 2Cl- + 2Na+ + SO42- = BaSO4 + 2Na+ + 2Cl-
Ba2+ + SO42- = BaSO4
Таким образом, используя образцы природной и водопроводной воды, с помощью качественных реакций, я определила содержание ионов хлорида и бария, кислотность воды.
Опыты показали, что водопроводная вода из Красного Села определяемые с помощью качественной реакции, количества хлорид ионов, а водопроводная вода из гимназии - нет.
3. Закрепление знаний учебного материала (10 мин).
На данном этапе учащимся предлагается выполнить практическое задание по проведению качественных реакций.
Задание:
С помощью качественных реакций доказать, что выданные вам вещества - растворы серной кислоты (пробирка №1), гидроксида калия (пробирка №2) и хлорида бария (пробирка №3). Записать наблюдения и уравнения соответствующих реакций. Учащиеся выполняют задания в парах и заполняют таблицу:
| ФИО | |||
| Уравнение диссоциации соли в растворе | |||
| Качественная реакция на катион | Необходимый реактив
|
Наблюдения | Уравнение реакции в ионном виде |
| Качественная реакция на катион | Необходимый реактив
|
Наблюдения | Уравнение реакции в ионном виде |
| Вывод |
Домашнее задание обычно отсутствует.
4. Завершение урока (1-2 мин).
Учитель благодарит учащихся за урок, оценивает деятельность учащихся в целом и отдельных учащихся индивидуально. Собирает таблицы с выполненным заданием.